optimizarea consumului de energie electrica a unei hale industriale
TRANSCRIPT
Optimizarea consumului de energie electrica a unei
hale industriale
Studenti:Rautu Matei
Mujescu Catalin Constantin
-2012-
2
Optimizarea consumului de energie electrica
Cuprins
1 Concepte Generale
2 Situaţia actuala a alimentarii cu energie electrica a halei
3 Optimizarea ,proiectarea schemei de alimentare cu energie electrica a instalaţiei
halei
I Calcularea dispozitivelor pentru optimizarea consumului
II ALEGEREA SI AMPLASAREA ECHIPAMENTELOR
III MEMORIU TEHNIC
4 Realizări si concluzii
3
Optimizarea consumului de energie electrica
1 Concerte generale
Modul de racordare a consumatorului la reţeaua furnizorului depinde de puterea şi nivelul
de tensiune al consumatorului.
Consumatorii industriali, de joasă tensiune, se racordează la reţeaua furnizorului printr-o
instalaţie numită branşament (fig.1.1). Branşamentul este constituit din instalaţia de legătură
dintre reţeaua de alimentare de joasă tensiune şi contorul consumatorului (contorul nu face parte
din branşament).
Fig.1.2
Realizarea branşamentelor la
LEC subterane
a) cu manşon de derivaţie
b) prin sistem intrare-ieşire
Fig.1.1
Schema simplificată a unui
branşament de JT
Un branşament se compune din linia 1 de legătură dintre reţeaua de alimentare şi cofret
(poate să fie aeriană sau în cablu), cofretul 2 de branşament, care conţine elemente de protecţie şi
distribuţie, şi coloana electrică 3 , până la punctul de delimitare cu consumatorul. Cofretul este
un tablou de distribuţie închis, montat într-un loc amenajat în zid sau construit special, numită
4
kWh
PT
0,4 kV
TDPDC2
C1
C3
1
23
firidă. Racordarea consumatorilor de joasă tensiune JT la liniile subterane se poate face prin
LEC, cu manşoane de derivaţie (fig.1.2a) sau prin sistem intrare ieşire (fig.1.2b).
Consumatorii industriali, au în general puteri mari. În funcţie de puterea lor, aceştia pot
să fie racordaţi la sistemul electroenergetic prin instalaţii de racordare de medie sau înaltă
tensiune. Racordul consumatorilor industriali se compune din una sau două linii electrice şi una
sau două staţii de transformare sau posturi de transformare care fac legătura dintre sistemul
electroenergetic şi instalaţiile de distribuţie ale consumatorului.
Din considerente tehnico-economice se urmăreşte ca numărul de trepte de tensiune, ale
instalaţiilor de distribuţie ale întreprinderilor industriale să fie cât mai mic, pentru a se ajunge de
la nivelul tensiunii staţiei de transformare principală, la nivelul tensiunilor de utilizare.
În ţara noastră majoritate receptoarelor industriale au tensiunile nominale 380/220 V sau
6 kV. Din acest motiv reţelele de distribuţie cele mai utilizate sunt cele de joasă şi de medie
tensiune. Zonele în care există receptoare de joasă tensiune 380/220 V şi de medie tensiune (6
kV) se alimentează cu două trepte de tensiune. În general, instalaţiile de distribuţie ale
întreprinderilor, sunt de medie tensiune (6 kV, 10 kV şi 20 kV).
Racordarea consumatorilor industriali se realizează în funcţie de puterea acestora, prin
staţii de transformare (fig.1.3) sau posturi de transformare.
Fig.1.3 Schema electrică a unui racord de înaltă
tensiune a instalaţiilor interioare ale unei întreprinderi industriale
5
kWh
110 kV
cablu de distribuţie
fider
kWh
ST
PT1
0,4 kV
PT2
0,4 kV
6 kV, 10 kV, 20 kV
PA
6 kV, 10 kV, 20 kVPT3 PT4
M1
3M2
3
În întreprinderile cu mari consumatori de energie, cu putere totală mai mare 70 MW, care
sunt alimentate din sistemul electroenergetic la 220 kV, distribuţia energiei până la centrele mari
de consum se face prin reţele electrice de 110 kV la care sunt racordate staţii coborâtoare de
tensiune cu tensiunea secundară, în general, de 6 kV fie la alte tensiuni (dacă utilaje importante
lucrează la tensiuni diferite de 6 kV). De la barele de 6 kV ale staţiilor de transformare se
alimentează reţelele de distribuţie de medie tensiune. După posturile de transformare de la barele
de 0,4 kV se alimentează reţelele de distribuţie de joasă tensiune.
Din punct de vedere constructiv, liniile electrice se împart în: linii electrice aeriene (LEA)
şi linii electrice în cablu (LEC). Liniile electrice aeriene sunt utilizate în general la transportul pe
distanţe mari cât şi la distribuţia energiei electrice la mari consumatori, iar cele în cablu, sunt
folosite mai ales la distribuţia energiei pe distanţe mici şi în condiţii speciale de traseu. LEC au
costul mai ridicat
Din analiza evoluţiei domeniului energetic se desprind , în esenţă, două direcţii:
- Nevoia dezvoltării unor forme de producere a energiei electrice, pe alte baze decât resursele
tradiţionale (dezvoltarea energiei hidro, eoliene, solare, geotermale, nucleare, etc.)
- Controlul şi reducerea pierderilor de energie electrică la utilizatori.
Dacă de realizarea primei direcţii este responsabil, în principal, statul prin politicile energetice, la
punctul doi sunt implicaţi toţi utilizatorii de energie electrică. În acest sens, conform legilor în
vigoare, consumatorii de energie electrică sunt obligaţi să realizeze audituri energetice (bilanţuri
electro şi termoenergetice) prin care să evidenţieze locurile cu consum ridicat, cu pierderi mari
cât şi măsurile care trebuie aplicate pentru înlăturarea acestor pierderi astfel încât să rezulte un
consum energetic optim.
Printr-o definiţie simplă se poate spune că bilanţul energetic este un mijloc de analiză al
procesului de conversie a energiei unui sistem de producţie sau într-un contur care este parte a
unui sistem de producţie.
Ecuaţia generală unui bilanţ energetic real pentru un contur mărginit de o suprafaţă S se
deduce prin aplicarea legii conservării energiei pe conturul respectiv:
dW/dl = Pmec + Pj + Psupl + Ptr adică viteza de scădere a energiei electromagnetice, aferentă
conturului, prin suprafaţa S, este egală cu puterea mecanică, Pmec, cedată de câmp corpurilor,
puterea transmisă prin efect Joule, Pj, puterea datorată fenomenului de histerezis, Psupl şi
puterea transmisă (sau primită) în exterior (din exterior) prin suprafaţa S. Energia
6
electromagnetică fiind o mărime de stare, în regim staţionar este constantă şi trecând de la
bilanţul puterilor la bilanţul energiilor rezultă ecuaţia generală de bilanţ:
Wi = Wu + Wp + We
Adică energia intrată într-un contur este egală cu suma a energiei utile, a pierderilor totale
de energie şi a energiei ieşite din acel contur.
În continuare prezentăm, pe scurt, principalele pierderi şi soluţiile tehnice :
Pierderile în cablurile electrice: Aceste pierderi se pot determina prin măsurători directe cu
analizorul de energie sau prin măsurarea curentului şi calcularea pierderilor cu formula:
W = 0,003K ImIm R t,
unde:
Im este curentul mediu , R este rezistenţa echivalentă a liniei,
t este timpul de funcţionare,
K coeficient de formă.
Pierderile în cabluri sunt datorate:
Curenţilor capacitivi care determină energii reactive capacitive
Pierderi prin efect Joule (încălzirea cablurilor)
Pierderi datorate căderilor de tensiune (cabluri lungi incorect dimensionate)
Pentru eliminarea acestor pierderi se propun următoarele măsuri:
montarea unor inductivităţi astfel dimensionate încât să compenseze curenţii capacitivi.
Atenţie mărită la posibilitatea apariţiei unor circuite oscilante care pot să facă rău.
- schimbarea cablurilor sau dublarea secţiunii pentru micşorarea densităţii de curent
Pierderile de energie la transformatoarele electrice:
Aici problema este puţin mai complexă deoarece în cele mai multe cazuri
transformatoarele există şi schimbarea lor implică costuri ridicate. Pentru determinarea
7
pierderilor se ridică curbele de sarcină şi se fac măsurători la fiecare transformator (în variata în
care există mai multe transformatoare). Din curbele de sarcină şi din măsurători pot rezulta
următoarele pierderi:
pierderi datorate mersului în gol
pierderi datorate funcţionării la sarcină redusă
pierderi datorate circuitelor auxiliare
pierderi datorate unor defecţiuni sau calităţii slabe a eventualelor reparaţii
Vă propunem următoarele soluţii:
compensarea energiei reactive inductive prin montarea unor condensatoare astfel
dimensionate încât compensarea să fie optimă atât la funcţionarea în sarcină cât şi
la mersul în gol (sau la sarcină redusă). Din experienţă, putem să facem afirmaţia,
că prin aplicarea acestei soluţii rezultă economii însemnate la plata facturii
energiei electrice
înlocuirea transformatorului slab încărcate şi eventual găsirea unui cumpărător
pentru transformatorul înlocuit
repararea circuitelor auxiliare (instalaţia de răcire, reglarea ploturilor, etc.).
Pierderile de energie datorate motoarelor electrice:
Motoarele electrice sunt principalele consumatoare de energie electrică fiind prezente în
foarte multe aplicaţii şi tehnologii industriale. Aşadar şi pierderile în motoarele electrice sunt o
componentă importantă din totalul pierderilor dintr-un contur al unei secţii de producţie.
Determinarea pierderilor se face ţinându-se seama de regimul de lucru al motorului (regim de
lucru uniform cu sarcină uniformă şi regim de lucru cu sarcină variabilă).
În principal pierderile la un motor electric sunt: pierderi electrice şi pierderi mecanice.
Pierderi electrice:
- pierderi în înfăşurări
- pierderile în miez
- pierderi datorate regimului deformat produs de sistemele electronice care comandă
motorul
8
Pierderi mecanice (pot ajunge când întreţinerea utilajelor este necorespunzătoare până la
20 – 25% din puterea nominală):
- pierderi prin frecări
- pierderi datorate maselor în mişcare
După determinarea acestor pierderi, care implică anumite cunoştinţe şi măsurători. Se
propune adoptarea următoarelor metode tehnice pentru eliminarea lor, cum ar fi:
- compensarea energiei reactive prin montarea bateriilor de condensatoare (schema de
compensare se dimensionează în funcţie de regimul de lucru al motorului)
- introducerea în aplicaţiile respective a limitatoarelor de mers în gol
- reducerea regimului deformant prin filtrarea armonicilor
- reparaţii mecanice (rulmenţi, lagăre, ventilatoare, mecanisme, etc.)
- înlocuirea motoarelor necorespunzătoare (slab încărcate, supra încărcate, cu defecţiuni, sau
deteriorate)
- alegerea metodelor de pornire adecvate (pornirea stea-triunghi, pornirea cu softstarter)
- modificare vitezei de turaţie prin folosirea convertoarelor de frecvenţă
- schimbarea conexiunii (din stea în triunghi sau invers) în funcţie de sarcină
Deci recapitulam problema întocmirii bilanţurilor energetice este complexă si trebuie
aplicate măsurile care au rezultat din bilanţul puterilor cum ar fi:
compensarea energiei reactive inductive datorate motoarelor electrice sau
transformatoarelor, prin montarea bateriilor de condensatoare automate
compensarea energiei reactive capacitive datorate liniilor electrice lungi de medie
tensiune(pierderi in cablu)
înlocuirea sau dublarea secţiunii cablurilor incorect dimensionate
filtrarea armonicilor
pornirea motoarelor de puteri mari prin softstartere
controlul vitezei de rotaţie a motoarelor prin convertoare de frecvenţă
utilizarea limitatoarelor de mers în gol
înlocuirea lămpilor şi a corpurilor de iluminat cu randament redus
Ţinând cont ca in aceasta lucrare va fi vorba despre pierderi in cabluri(energie reactiv
capacitiv) si intr-o mai mica măsura de compensarea energiei reactive inductive o sa spun câteva
9
cuvinte despre aceste doua tipuri de energie si metode prin care se pot diminua aceste tipuri de
probleme
10
Compensarea puterii reactive
Bateriile de condensatoare, utilizate pentru compensarea puterii reactive de frecventa
fundamentala sunt esenţiale pentru funcţionarea economica a reţelei care include sarcini rezistiv-
inductive.. Sarcinile neliniare nou apărute sunt, de asemenea, omniprezente, astfel ca au rezultat
doua noi riscuri în jurul si în bateria de condensatoare
Caracteristici ale bobinelor si condensatoarelor
Din punct de vedere electric, o bobina este analoga inerţiei maselor într-un sistem
mecanic. Bobina, o componenta cu o inductivitatea intenţionat realizata si valoare bine definita,
reprezintă un echivalent electric al unui volant cu ajutorul căruia a fost definita inerţia. Desigur,
orice are masa are si inerţie; în acelaşi mod se poate spune ca orice element al unui conductor are
o inductivitate parazita.
Atât inductivitatea L cât si capacitatea C reprezintă componente reactive cu o reactanţa si
o putere reactiva primita/debitata, având în vedere faptul ca puterea reactiva capacitiva absorbita
este echivalenta cu puterea reactiva inductiva debitata si invers. Puterea reactiva nu are, în
consecinţa, un sens clar definit al propagării.
Reactanţa este calculata în modul următor:
Reactanţa inductiva XL este proporţionala cu frecventa f, iar reactanţa capacitiva este
invers proporţionala cu frecventa f. La conectarea în paralel a unei bobine cu inductivitatea L si a
unui condensator cu capacitatea C exista o frecventa f0 la care reactanţele sunt egale - aceasta
este frecventa de rezonanta. Frecventa oscilaţiilor din circuitul rezonant LC este calculata cu
relaţia:
Trebuie precizat ca, variaţia curentului electric este inductiva sau capacitiva în raport cu
variata tensiunii, de exemplu, la trecerea prin zero. Aceasta este datorata energiei acumulate în
condensator si a caracteristicilor particulare ale formei curbelor
Puterea reactiva
11
În sarcinile rezistive, valorile instantanee ale tensiunii si curentului electric sunt
proporţionale (fig.1.4), dar în cazul componentelor pur reactive acest lucru nu este adevărat
(fig.1.6). În ultimul caz, daca una dintre mărimi are o curba de forma sinusoidala, la fel este si
cealaltă, însa cu un defazaj între ele; rezulta ca pe durata a doua intervale ale fiecărei perioade a
tensiunii alternative, cele doua mărimi au acelaşi semn, însa pe durata altor doua intervale au
semne diferite. Pe durata intervalelor în care tensiunea si curentul electric au polarităţi diferite,
puterea instantanee este negativa, astfel încât, pe aceste intervale, puterea se întoarce de la
consumator spre „sursa” de alimentare. Energia electrica absorbita cu un sfert de perioada înainte
nu a fost consumata (de exemplu, transformata în alta forma de energie, cum ar fi căldura) ci a
fost stocata si este apoi retransmisa înapoi în reţeaua de alimentare. Puterea „activa” real
transferata pe durata fiecărei perioade este egala cu integrala puterii instantanee, ceea ce
corespunde ariei sub curba valorilor instantanee ale tensiunii înmulţite cu valorile instantanee ale
curentului electric (suprafeţele haşurate în figurile 4, 5 si 6) din care trebuie scăzute ariile de sub
abscisa. Puterea reactiva fundamentala este de fapt o oscilaţie a energiei.
fig 1.(4),(5),(6)
Compensare
Într-o reţea electrica obişnuita sunt mai multe sarcini simultan în funcţiune. Multe sunt
rezistive, unele au componenta capacitiva, a căror curent este cu puţin în avans fata de curba
tensiunii (curent capacitiv), iar altele au o componenta inductiva, al căror curent este în urma
tensiunii aplicate. În cele mai multe reţele electrice sarcinile rezistiv-inductive sunt
preponderente, astfel încât curentul total are o caracteristica rezistiv-inductiva (fig1. 5). În acest
fel, în mod permanent, deşi nedorit, oscilaţiile de energie reprezintă o circulaţie adiţionala a
curentului electric în cabluri si transformatoare, ceea ce creste încărcarea acestora, determina
pierderi active suplimentare si utilizează o parte importanta a capacitaţii acestora de încărcare.
12
Controlul si reglarea puterii reactive
Se realizează foarte simplu prin conectarea unei sarcini capacitive adecvate în paralel cu
sarcina rezistiv-inductiva, astfel încât componenta inductiva sa fie anulata. Astfel ca, atunci când
elementul capacitiv este încărcat, transmite energia sa acumulata înapoi în reţea, iar elementul
inductiv o preia si vice-versa, având în vedere faptul ca curenţii capacitivi si inductivi circula în
sensuri opuse, în fiecare moment. În acest mod, curentul total este redus prin adunarea curentului
capacitiv la curentul de sarcina. Aceasta operaţie se numeşte compensare paralela.
Este necesar sa se cunoască cea mai mare sarcina inductiva în instalaţie, în caz contrar
poate apărea o supracompensare. În acest caz, instalaţia va căpăta caracteristicile unei sarcini
rezistiv-capacitive si în cazurile extreme ar putea agrava situaţia fata de starea de necompensat.
Daca sarcina - mai precis, componenta sa inductiva - variază, este necesara o compensare
variabila. În mod normal aceasta se obţine prin gruparea condensatoarelor în secţii si conectarea
si deconectarea unor secţii, în mod adecvat, cu ajutorul întreruptoarelor.
Aceste operaţii determina, bineînţeles, vârfuri de curent care cu timpul conduc la uzarea
contactelor, riscul sudarii contactelor si inducerea de tensiuni în circuitele de transmisiuni de date
paralele.
Doua condiţii pentru o buna dimensionare sunt cele de mei jos.
Prima, suma căderilor de tensiune la bornele condensatorului si la bornele bobinei serie
(parazita sau pentru dezacordare intenţionata) trebuie sa fie egala cu tensiunea de linie.
A doua condiţie, curentul instantaneu din reţea, considerat ca este conectat de mult timp
înainte, trebuie sa fie egal cu curentul actual din condensator, care, bineînţeles, era nul înainte de
conectare.
Compensarea-centralizata sau locala
În mod obişnuit este plasata o instalaţie de compensare statica, de putere mare, în punctul
comun de conectare, la intrarea consumatorului, care corectează factorul de putere până la
nivelul cerut pentru a evita creşterea facturii, în mod obişnuit cos. = 0,9 sau cos. = 0,95. O
alternativa consta în dispersarea mijloacelor de compensare în apropierea sarcinilor rezistiv-
inductive si, în caz limita, individual la bornele receptoarelor de putere reactiva.
Compensarea centralizata este de obicei preferata fiind mai ieftina, deoarece unitatea
centrala are un cost de achiziţie mai redus fata de aceeaşi putere reactiva plasata în unităţi mici.
Capacitatea de compensare instalata poate fi mai mica deoarece se poate considera ca nu toate
13
receptoarele de putere reactiva sunt simultan în funcţiune. Totuşi trebuie reamintit faptul ca
puterea reactiva determina pierderi active în interiorul sistemului industrial - căderile de tensiune
în elementele rezistive, cum sunt cablurile, sunt în faza cu curentul electric, astfel ca produsul,
pierderile de putere, este mereu pozitiv. Compensarea centralizata nu va reduce aceste pierderi,
ci reduce numai factura datorata factorului de putere impus de câtre furnizor. Pe de alta parte,
atunci când compensarea este descentralizata (locala), costul total al unităţilor individuale este
mai mare decât costul unei singure unităţi mari, iar capacitatea de compensare instalata este în
mod obişnuit mai mare - fiecare receptor este compensat, aflat sau nu sau în funcţiune. Pierderile
sunt reduse deoarece puterea reactiva circula numai între instalaţia de compensare si receptor,
fata de cazul de mai sus până la instalaţia centralizata de compensare aflata în punctul comun de
cuplare.
14
2 Situaţia actuala a alimentarii cu energie electrica a halei
Prezentarea problemei
In acesta lucrare cauza problemei o reprezintă pierderile in cablu datorate lungimii
cablurilor astfel apăruta pe lângă puterea reactiva capacitiva data de bateria de condensatoare
montate pentru a compensa factorul de putere aşa după cum este cerut de furnizorul de energie
electrica.
Schema generala a alimentarii halei cu energie electrica se poate observa in figura de
mai jos.
Se poate observa ca este vorba despre o hala alimentata prin doua transformatoare ce pot
fi conectate intre ele. Puterea instalata pe fiecare transformator este de 1250 KVA.
Transformatoarele sunt coborâtoare de la 20/0.4 kV. Alimentarea acestor transformatoare se face
cu ajutorul unui cablu AC2XY1x150/25 ,cablu de aluminiu cu ecran de cupru de 25
mm(fig.2.2 ).
15
Fig 2.1 Schema generala de alimentare a halei
16
Fig2.2: Construcţie
1 Conductor de aluminiu compactizat, clasa 2, conform SR EN 60228
2 Strat semiconductor interior
3 Izolaţie din polietilenă reticulată
4 Strat semiconductor exterior
5 Bandă semiconductoare (opţional)
6 Ecran din sârmă de cupru si bandă de cupru
7 Strat separator
8 Manta de PVC
Alimentarea halei se face prin intermediul a doua linii una directa linia 2 si una pe care se
afla si alta firma,linia 1.
Observarea problemelor s-a datorat costătorilor economice făcute cu ajutorul facturilor
de energie electrica .
S-a observat ca deşi nu aveau producţie facturile la energie electrica erau mai mari in
lunile fără producţie decât in lunile cu producţie.
Un lucru mai trebuie precizat de la început ca dimensionarea instalaţiilor electrice pentru
aceasta interprindere fusese făcuta pentru o capacitate minima de 80% pe când ea din cauza
crizei economice ajungea sa producă sub 20% din capacitatea de producţie lucru care a condus
la apariţia acestor probleme
Mai jos sunt facturile din lunile aferente costurilor facturilor pentru cei doi contori de
energie electrica:
17
DATACONTOR 53032915
I NDEX ACTIV
INDEX REACTIV
FACTURA ACTIV
FACTURA REACTIV
RAPORT REACTIV/ACTIV
NB NR ZILE LUCRATE
FACTURA ACTIV
FACTURA REACTIV
31/05/2009 69065 114014 69.065 114.014 1.7 10 24034.62 16 623.2430/06/2009 142643 243393 73.578 129.879 1.8 10 25605.14 18936.3631/07/2009 210317 348625 67.674 104.732 1.5 5 23550.35 15269.9830/09/2009 210317 348625 0.000 0.00 0 18 0.00 0.00
DATACONTOR 53025015
I NDEX ACTIV
INDEX REACTIV
FACTURA ACTIV
FACTURA REACTIV
RAPORT REACTIV/ACTIV
NB NR ZILE LUCRATE
FACTURA ACTIV
FACTURA REACTIV
31/05/2009 0 0 0 0 - 10 0 030/06/2009 0 0 0 0 - 10 0 031/07/2009 0 0 0 0 - 5 0 030/09/2009 124.561 271537 124.561 271.537 2.2 18 43347.23 39590.0931/10/2009 194426 385578 69.865 114.041 1.6 10 24313.02 16627.1830/11/2009 237865 507161 43.439 121.583 2.3 5 15116.77 17726.80
Se poate observa ca o dat cu scăderea numărului de zile lucrătoare factura pentru energia
reactiva este mai mare cu mult fata de cea active. Explicaţia fenomenului este următorul:in
timpul funcţionarii halei pentru o producţie mai mare automat motoarele din respective hala
produceau energie reactiv inductiva care compensa cantitatea mare de energie reactive capacitive
produsa de bateria de condensatoare si cablul electric
Aceste lucruri se pot observa si din graficele următoare puse la dispoziţie :
18
Fig 2.3
In aceasta figura se observa clar cum in ziua de 03.11.2009 intr-un grafic făcut pentru
măsurări din doua in doua ore permanent consumul de energie reactive capacitive(culoarea
galben) este foarte mare in raport cu consumul de energie reactiv inductiva care nici măcar nu e
reprezentat pe grafic si de doua ori mai mare decât consumul de energie active.Ca o observaţie
după ce ne uitam in factura vom observa ca nr. Zile lucrătoare sunt doar 5 in toata luna
noiembrie.
19
Fig2.4
Pentru ziua de 14.11.2009 cu aceleaşi concluzii si observaţii ca si la graficul anterior
20
Fig 2.4
In ziua de 11.11.2009 se observa o mica îmbunătăţire a consumului de energie
Fig 2.5
21
Se poate observa ca energia active in ziua de 9.11.2009 in intervalul orar 8-17 energia
activa a depăşit consumul de energie reactive capacitive
Din graficele si facturile prezentate mai sus rezulta ca puterea reactive-capacitiva este
mult mai mare decât cea inductiva sau in unele cazuri decât cea activa.
Primele masuri luate de câtre beneficiar(înteprindere) au fost:
Masuri pentru diminuarea energiei reactive
A Observaţii la contractul de furnizare energiei electrice
Contractul de furnizare a energiei electrice a fost valabil pana la data de 31.12.2009
Furnizorul are obligaţia sa verifice grupurile de măsura (contoarele si transformatorii de
măsura) si sa prezinte buletinele de verificare metrologica
Furnizorul are obligaţia sa iniţializeze modificare contractului de furnizare a energiei ori
de cate ori apare elemente noi.
Furnizorul are obligaţia sa permită accesul delegatului consumatorului la grupurile de
măsurare
Consumul are obligaţia sa comunice in scris orice modificare care a stat la baza întocmirii
contractului in cel mult 5 zile de la producerea acestuia
Consumatorul are obligaţia sa ia masuri de evitate a supracompensării energiei reactive
Consumatorul are dreptul sa solicite furnizorului modificare contractului când apar elemente noi
Consumatorul are dreptul sa aibă acces la grupurile de măsura in vederea decontării chiar
daca acestea se afla in incinta furnizorului
Nu este specificat preţul unitar pentru energia reactiva precizează doar condiţiile de
stabilire a tarifului si anume : pentru factorul de putere 0,92 energia electrică capacitiva se
plăteşte integral, iar cea inductiva numai cantitatea care depăşeşte valoarea corespunzătoare
factorului de putere mediu; pentru factor de putere mai mic de 0,65, tariful va fi de 3 ori mai
mare.
Cantităţile de energie activa prevăzute nu mai sunt de actualitate si de verificat după
facturi valorile prevăzute in anexe
In anexe nu este specificat decât preţul pentru energia activa, nu si pentru energia
reactiva.
22
Nu mai este necesara puterea maxima absorbita de 2200 KW
Regimul de lucru al consumatorului nu mai este 3 schimburi /zi si 5 zile/săptămâna.
Contractul este pentru o cale de alimentare si pentru un punct de. In staţia electrica a
halei(H) ajung 2 cai de alimentare :
linia 1 de 20kV in postul de transformare Piroux.
Linia 2 de 20kV direct din staţia electrica 110/20 kV Mioveni.
La anexe nu sunt precizate datele de identificare si caracteristicile echipamentelor de
măsurare (contor si transformatoare de măsurare).
Înlocuirea grupului de măsura existent ca urmare a solicitării consumatorului se face pe
cheltuiala consumatorului
In 10 zile de la data înregistrării unei sesizări scrise din partea consumatorului, furnizorul
are obligaţia sa verifice si sa înlocuiască echipamentul de măsura defect sau suspect de
înregistrări eronate pe cheltuiala proprie
B. Masuri pentru reducerea consumului de energie activa si reactiva
1. Măsurători cu aplicabilitate imediata :
Trecerea tuturor consumatorilor pe un singur transformator prin deconectarea din celula
de 20kV a transformatorului T1 si închiderea cuplei de joasa tensiune din staţia electrica
Funcţionarea cu o singura baterie de compensare, doar in perioada in care se lucrează
efectiv in hala (in perioada in care nu se lucrează AMBELE BATERII VOR FI OPRITE).
Estimam ca aceste masuri vor avea ca efect (considerând corecte alegerea si conectarea
grupului de măsura):
Reducerea pierderilor de energie activa cu minim 5MWh/luna
Reducerea pierderilor de energie reactiva cu minim 27,36Mvarh/luna.
2. Masuri cu aplicabilitate ulterioara
Vor fi precizate după vizitarea punctului de măsura din staţia electrica 110/20kV Mioveni
si efectuarea măsurătorilor cu aplicabilitate imediata. In urma acestei vizitări se vor estima cu
exactitate si pierderile de energie in cei 6 Km de cablu.
După luarea acestor prime masuri economice,manageriale si tehnice de reducere a
consumului de energie reactiva s-au făcut măsurătorile necesare pentru fiecare linie pentru o
verificare a corespondentei parametrilor liniilor si pentru a vedea ca nu sunt defecte.
23
In tabelul 2.6 de mai jos sunt prezentaţi parametri măsuraţi de câtre firma contractata sa
facă lucrarea de optimizare a consumului de energie
ORA 11Parametru Linia 1 Linia 2Tensiune “V”(220) 238-230-231 231-230-230Tensiune “V”(400) 398-398-399 398-398-398Intensitatea”A” 530-523-510 720-724-710Intensitatea “A”Σ 29.20 52Puterea “KW” 116-116-113 131-130-136Puterea “KW”- Σ 343 423168-164-147Energia active “KVA” 121-122-118 451168-164-147Energia activa “KVA”- Σ 361 451Energia reactiva “KVAr” 37.1-37.7-35.8 50.2-50.3-52.6Energia reactiva “KVAr”- Σ 111 154Cos Φ 0.99-0.98-098 0.92-091-0.92Cos Φ-Σ- 0.98 0.92Frecventa “HZ” 50 50
Tabel 2.6
24
3 Optimizarea ,proiectarea re schemei de alimentare cu energie
electrica a instalaţiei halei
I Calcularea dispozitivelor pentru optimizarea consumului
După efectuarea măsurătorilor s-a făcut o verificare prin calcul a parametrilor si s-a
considerat astfel:
Fig 3.1 Schema echivalenta pentru o faza
Din fig.3.1 si din formulele ştiute vor rezulta
U r - Componenta reactiva a tensiunii de scurtcircuit
U sc - tensiunea nominala de scurtcircuit
kVU f 3/201
DD=mHzHz
Ss
C
sC
FXCVU
mAI
313
3
101000
110
/10
][][
][
25
[%]
[%]100
)/()(100100
200/)()()(
2500
2500
)/(1
)/(1
)/1/(
)/1/(
)/(
/
/
/
22
022
22
21
21
222222
222222
2222
2222
2
2
1
aSCr
n
sca
n
SCnOSC
ararra
SS
S
BB
BA
SS
S
BB
BA
AAA
AAA
BBB
B
BBBBB
nSCT
ofT
UUU
P
PU
S
S
PPCOSSPP
SINUCOSUSINUCOSUSINUCOSUU
LL
RR
LR
R
LR
LL
LR
R
LR
RR
UNDE
RLLL
RLRR
PXQI
Q
PXIPR
IPR
IvL
nnn
Pentru cablul A2XS(FL)2Y 1X150/25 mm2
cu lungimea de l=7000 m,cu o tresa de 25
mm2
si cu polietilena reticulata.
Co=0.24mF/KM
0 xr
mF /1085419,8 120
26
Fig 3.2
In figura de fig 3.2 mai sus a= =100
b=13 mm
Nr.
conductoare
Grosimea
Izolaţiei
Grosimea
Teci Secţi
uni ecran
Nxmm2 Mm mm mp
1x150/25 5,5 2,5 25
Capacitatea specifica:
)/ln(/2)/ln(
20 12
12
ddrr
C
FkmkmxFC 68,17/24.012
b
baLo
ln)2,1(
b
baLo
2ln)3,1(
mHxxr /1041041 770
kmHL /106.713
13100ln
4)2,1( 7
0
27
Se calculează reactanţa inductiva:
Se calculează reactanţa capacitiva:
70,18941068,1100
116
12 CX c
Măsurările făcute pe 7.02.2010 arata următoarele valori:
FxCkmFC 622.18.67576,18.6/576,1 0101
CXc
1
01
439,1962622.1100
106
Tensiunea de faza: kVU 547,11
3
2001
Se calculează curentul pentru reactanţa capacitiva: AI c 9,5
439,1962
547,11
Puterea reactiv capacitiva este: fazaKVArxQ /1273,689,5541,11
Puterea reactiv capacitiva pe cele 3 faze este:kVArQ f 382,2043
Energia pe luna:MVArhQlunaW fQ 155,147720/ 3
.
După efectuarea acestor verificări s-a trecut la alegerea bobinei pentru compensarea
acestor pierderi datorate capacitaţilor care împreuna dau o putere reactiv capacitiva de 204.382
KVAr dau o putere reactiv capacitiva de 204.382 KVAr. In final s-a ajuns la alegerea
următorului tip de bobine:NBS3UI si in foia de catalog de mai jos se găsesc caracteristicile ei.
S-a luat decizia de a se pune patru bobine de cate 50 KVAr cu caracteristicile din foaia de
catalog de mai sus. Ele au fost montate ca in schema electrica de mai jos. fig 3.3
28
29
Fig 3.3 schema de alimentare a bobinelor
30
Alegerea echipamentelor de comutaţie
Observam ca pentru bobina aleasa de 50 KVAr aceasta are 72,2 A deci vom alege un
contactor care sa depăşească acest curent si s-a ales DILM 95 ce are un curent nominal de 95A
Toate aparatura de comanda si comutaţie a fost aleasa conform unui abac Moeller in
funcţie de curentul de 72,2 A si puterea de 50 KVAr.
Astfel s-au ales siguranţele de mare putere de rupere de 160A de tip CGSTA 160/00
grupa 00
Întrerupătorul general LZMC de 400A a fost ales pentru a limita curentul care intra in
circuit si pentru a proteja si transformatoarele.
II ALEGEREA SI AMPLASAREA ECHIPAMENTELOR
LISTĂ DE APARATAJ / ECHIPAMENT
Nr. crt.
Denumire echipament
Tip/cod
Caracteristici Producător/Furnizor
Can
t.
Loc de montaj
Obs.
0 1 2 3 4 5 6 71. Bobina de
reactanţă trifazică
BNS 3UI
L=30.57mH; In=72,2A; Structura: 3UI 240/110 Grad de protecţie IP00; clasa de protecţie electrică: « I » ; clasa de izolaţie : « F » ; nivel de izolaţie: de la 2500V până la 5500V
NECOM Iaşi 4 Staţia electrică Hala(H)
2. Tablou de comandă
TCER Echipat conform schemei IMSAT Argeş nr. IE-346 SD
IMSAT SA Sucursala Argeş
1 Staţia electrică Hala(H)
Tabloul de comanda conţine:
Nr.
crt.
Denumire material Cantitat
e
1 Tablou CS 1210/3000 1
31
2 Întrerupător general LZMC3-A400-I 1
3 Siguranţa fuzibila GSTA-00/160 4
4 Contactor DILM 95 4
5 Siguranţa automata PLSM-C6/2 1
6 Butoane si Lămpi M22-DL-XL,LED 230-G
etc.
8
7 Clema WDU 50 N
8 Bara CU 30X5 2
Fig 3.4 Panoul electric de comanda de alimentare a bobinelor
32
Fig 3.5 Amplasare bobine conform proiectului si memoriului tehnic
III MEMORIU TEHNIC
CUPRINS:
1. GENERALITĂŢI
2. INSTALATIE DE COMPENSARE ENERGIE REACTIVĂ - Descriere
3. DIVERSE
4. NORME SI REGLEMENTARI
5. MĂSURI DE SECURITATE A MUNCII PENTRU EXECUTAREA
INSTALAŢIILOR ELECTRICE CU TENSIUNEA PÂNĂ LA 1 KV INCLUSIV
6. MĂSURI DE APĂRARE ÎMPOTRIVA INCENDIILOR PENTRU EXECUTAREA
INSTALAŢIILOR ELECTRICE CU TENSIUNEA PÂNĂ LA 1 KV INCLUSIV
7. IMPACTUL CU MEDIUL ŞI FACTORUL UMAN
GENERALITĂŢI
33
1.1 Prezenta lucrare soluţionează la nivel de proiect fază unică realizarea
instalaţiei de compensare a energiei reactive capacitive generate de cablurile de 20 kV care
alimentează staţia electrică 20/0,4 kV hala( H)
1.2 Prezentul proiect rezolvă:
- partea aferentă cuplării prin comenzi manuale a bobinelor de reactanţă la barele
de j.t. protecţiei circuitelor de forţă şi semnalizării optice locale a bobinelor aflate în funcţiune.
1.3 La baza lucrării au stat:
- proiectul de arhitectură şi de amplasare în plan a staţiei electrice
- proiectul instalaţiilor electrice ale staţiei 20/0,4 kV ale halei( H)
- rezultatele măsurărilor efectuate asupra cablurilor de 20 kV
- normativele şi standardele de specialitate în vigoare.
1.4 Necesitatea lucrării a apărut ca urmare a solicitării beneficiarului determinate
de cantitatea excesivă a energiei reactive capacitive din facturile societăţii furnizoare cu costurile
aferente. În condiţiile unei activităţi diminuate, aceste costuri deveneau împovărătoare fiindcă
energia reactivă capacitivă dată de cabluri nu mai era compensată de energia inductivă absorbită
de utilajele tehnologice.
1.5 Pentru a avea o confirmare a valorii puterii reactive generate de cablurile de
20 kV s-au efectuat măsurări ale căror rezultate sunt consemnate în buletinele de încercare Nr.
143/1, 143/2 şi 143/3 din 24.02.2010.
34
Buletin de încercare
NR143/1/24.02.2010
Lucrare Măsurarea parametric cabluri 20kV alimentare hala(H)
Locul încercării : Staţia electrica 110/20kV Mioveni
Obiectul încercat :Cabluri LES 20kV PA hala( H) (PT11)
Rezultatele încercării
Simbol parametru Denumirea parametru măsurat
Valori obţinuteL1-▼ L2-▼ L3-▼
R[GΩ] Rezistenta de izolaţie 14,33 16,08 4,78DAR[-] Coeficientul de absorbţie 2,91 4,04 13,99PI[-] Indicele de polarizare 1,00 1,00 1,00DD[MHz] Coeficientul de răspuns la
descărcări dielectrice * * *
C[μF] Capacitatea obiectului măsurat
1,601 1,587 1,574
If[nA] Curent rezidual de fuga 354,1 315,6 106,0Ttest[min:sec] Durata testului 30:10 30:10 30:10
Tensiunea de încercare 5000 Vcc
Încercările efectuate la 19.02.2010 Aparatul folosit Megalohmetrul tip
CA6545 No211633FMH/09 BVM No 0139048/04.02.2010
Observaţii : Valoarea parametrului este in afara limitelor de măsurare a aparatului folosit.
35
Buletin de încercare
NR143/2/24.02.2010
Lucrare Măsurarea parametric cabluri 20kV alimentare S.C. HAULOTTE Argeş SRL
Locul încercării : Staţia electrica 110/20kV Mioveni
Obiectul încercat :Cabluri LES 20kV PTAB Piroux
Rezultatele încercării
Simbol parametru Denumirea parametru măsurat
Valori obţinuteL1-▼ L2-▼ L3-▼
R[GΩ] Rezistenta de izolaţie 3,833 26,6 6,52DAR[-] Coeficientul de absorbţie 2,29 * 11,48PI[-] Indicele de polarizare 1,00 1,00 1,00DD[MHz] Coeficientul de răspuns la
descărcări dielectrice * * *
C[μF] Capacitatea obiectului măsurat
1,498 1,504 1,498
If[nA] Curent rezidual de fuga 1323 190,7 777,4Ttest[min:sec] Durata testului 10:10 10:10 10:10
Tensiunea de încercare 5000 Vcc
Încercările efectuate la 19.02.2010 Aparatul folosit Megaohmetrul tip
CA6545 No211633FMH/09 BVM No 0139048/04.02.2010
Observaţii : Valoarea parametrului este in afara limitelor de măsurare a aparatului folosit.
36
Buletin de încercare
NR143/3/24.02.2010
Lucrare Măsurarea parametric cabluri 20kV alimentare S.C. HAULOTTE Argeş SRL
Locul încercării : PA HAULOTTE – celula “Bucla PT Piroux”
Obiectul încercat :Cabluri LES 20kV bucla PT Piroux
Rezultatele încercării
Simbol parametru Denumirea parametru măsurat
Valori obţinuteL1-▼ L2-▼ L3-▼
R[GΩ] Rezistenta de izolaţie 372,0 337,5 267,4DAR[-] Coeficientul de absorbţie 1,29 1,35 0,61PI[-] Indicele de polarizare 1,00 1,00 1,00DD[MHz] Coeficientul de răspuns la
descărcări dielectrice * * *
C[μF] Capacitatea obiectului măsurat
0,306 0,315 0,307
If[nA] Curent rezidual de fuga
Tensiunea de încercare 5000 Vcc
Încercările efectuate la 19.02.2010 Aparatul folosit Megaohmetrul tip
CA6545 No211633FMH/09 BVM No 0139048/04.02.2010
Observaţii : Valoarea parametrului este in afara limitelor de măsurare a aparatului folosit.
Conform acestor rezultate, capacitatea cumulată pe cele 3 faze ale fiderule nr.2 este:
Ct = 1,601+1,587+1,574=4,762μF
Puterea reactivă capacitivă corespunzătoare este:
Qc = Uf2/XCt = (202*106/3)/(1/2π*50*4,762*10-6) = 199.471 Var ≈ 199,5 kVAr
37
INSTALATIE DE COMPENSARE A ENERGIEI REACTIVE CAPACITIVE -
Descriere
INTRODUCERE
Se va realiza un consum suplimentar de putere reactivă de 200 kVAr cu patru bobine de
reactanţă trifazice a 50 kVAr fiecare.
Acestea se vor conecta la barele de 0,4 kV, pe rând şi în funcţie de puterea reactivă
(inductivă) indicată de dispozitivul de măsurare astfel încât să se realizeze un minim.
De exemplu, dacă indicaţia dispozitivul de măsurare este 56 kVAr (inductiv), conectarea
a 3 bobine va mări puterea reactivă la 3x150+56 = 206 kVAr;
Scăzând din aceasta cei 199,5 kVAr cu care contribuie fiderul de 20 kV , rămâne un
consum de 6,5 kVAr care poate fi considerat acceptabil.
În cazul cel mai defavorabil se poate ajunge la un consum de 50/2 = 25 kVAr.
Pe măsură ce activitatea productivă va creşte, vor creşte atât puterea activă cât şi cea
reactivă [inductivă]; în momentul în care puterea reactivă cerută de echipamentele tehnologice –
depăşeşte 200 kVAr, trebuie deconectate toate bobinele şi cuplat dulapul cu bateria de
condensatoare de 300 kVAr.
INSTALAŢII INTERIOARE
Circuitele de forţă sunt realizate în conformitate cu schema monofilară , desen nr. IE-346
SM.
Comanda de conectare / deconectare a fiecărei bobine se realizează cu ajutorul
selectoarelor cu 3 poziţii SP1 … SP4 montate pe panoul frontal al tabloului TCER; acesta mai
cuprinde în interior întreruptorul automat tripolar
Q0, contactoarele K1 … K4, siguranţa automată E5 şi fuzibilul E6, iar pe panoul frontal
lampa h0 de prezenţă a tensiunii şi lămpile h1 … h4 de semnalizare a conectării bobinelor.
(NOTA: s-au montat selectoare cu 3 poziţii din motive de disponibilitate în stoc la momentul
realizării lucrării, pentru a nu o întârzia; din aceleaşi motive s-a folosit cablu armat la poziţia W0
din jurnal).
38
Schema de comandă – conform desen Nr. IE-346 SD – are intercalate şi contactele
NI RT1 … RT4 ale releelor termice încorporate în înfăşurările bobinelor.
IE-346 SD
Amplasarea bobinelor se va face pe pardoseală, de care vor fi prinse cu dibluri metalice
M10, într-un ţarc împrejmuit cu un gard metalic cu o poartă de acces conform planului de
amplasare nr.IE-346 PAT. Pe latura din dreapta porţii va fi fixat pe stâlpii gardului tabloul
TCER.
39
IE 346 PAT-plan amplasare si terasare
Pozarea cablului W0 al instalaţiei de compensare se va face parţial pe podul de
cabluri existent până la peretele opus tabloului general de distribuţie de joasă tensiune TGBT, iar
cablurile de conexiune între contactoare şi bobine se vor poza pe pat nou de cablu.
Paturile metalice de cabluri si suporturile lor vor fi galvanizate la cald, in număr suficient,
dimensionate corespunzător pentru a putea suporta sarcinile mecanice produse de cablurile
instalaţiei si se vor lega la ambele capete la pământ.
DIVERSE
Înainte de punerea sub tensiune a instalaţiei de compensare, se va verifica dacă
toate circuitele şi legăturile electrice au fost executate conform planurilor, precum şi integritatea
izolaţiei conductoarelor şi buna funcţionare a tuturor dispozitivelor montate în instalaţie. Este
interzisă montarea de aparate electrice sau conductoare ce au suferit deteriorări pe durata
transportului, şi care nu mai corespund din punct de vedere al siguranţei în funcţionare. Pe
timpul desfăşurării lucrărilor de construcţii-montaj se vor respecta prevederile republicane
privind protecţia muncii precum şi cele de PSI.
Orice modificare la prezenta documentaţie solicitată de beneficiar sau de constructor se
va face numai cu acordul proiectantului.
40
4 Realizări si concluzii
Fig.3.6
41
Fig 3.7
Am început acest nou subcapitol direct cu doua grafice ce reprezintă realizările pe care
soluţia aleasa de a monta bobine pentru reducerea consumului de energie reactivă
capacitiva,pentru a se vedea clar îmbunătăţirile aduse instalaţiei pentru alimentarea acestei hale
(H).
In primul grafic fig 3.6 este prezenta situaţia pe zile din ziua 10.05 pana in ziua 13.05 se
observa clar ca energia reactiv capacitiva consumata este mult mai mare decât cea active.
In intervalul 13.05-17.05 după ce s-au instalat bobinele de reactanţa se observa o mult
mai buna utilizare a energiei electrice .Se vede ca a scăzut valoarea energiei reactive capacitive
sub cea activa in 95% di cazuri.
42
In cazul fig 3.7 este prezentat graficul pe ore pentru ziua de 17.05 in care se observa ca in
intervalul 7:00 si 17:00 avem reprezentata doar energia activa,deci o revenire la funcţionarea
normala,aceasta fiind si perioada in care hala funcţionează (schimbul 1)
Daca vom compara figurile graficele iniţiale cu cele de mai sus se va vedea o
îmbunătăţire care au dus la costuri considerabil mai mici
43
Bibliografie
1. Stancu Marian ,, Agenda Electricianului” Editura Tehnica -1978
2. O. Centea, C. Bianchi ,,Instalatii electrice’’, Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti
3.Curs ,,Instalaţii Electrice”- Dumitru Octavian
3. Internet
44