partea electrica a centralelor

Partea Electrică a Centralelor

CURS 1

1. Introducere

1.1. Obiectivele cursului Cunoaşterea aspectelor teoretice şi practice referitoare la instalaţiile electrice din centralele electrice şi a elementelor ce le compun. Cunoaşterea problematicii şi a principalelor instalaţii din staţiile şi posturile (nodurile) sistemului electroenergetic.

1.2. Evoluţia sistemului energetic

1.2.1. Etapele dezvoltării producţiei de energie electrică în România 1882 la New York este pusă în funcţiune prima centrală publică din lume de către T.A. Edinson, ce avea instalate 4 grupuri. 1882 la Bucureşti (calea Victoriei) este pusă în funcţiune prima centrală electrică din România. Centrala asigura iluminatul pentru Teatrul Naţional şi parcul Cişmigiu. Ulterior, la această centrală a fost racordat şi Palatul Cotroceni printr-o LEA cu conductoare de Cu. 1884 la Timişoara este pusă în funcţiune o centrală electrică. Este primul oraş din Europa cu iluminat public stradal. 1898 punerea în funcţiune a primei CHE, Sinaia I.

În tabelul 1.1. se prezintă principalele etape de dezvoltare ale producţiei de energie electrică din România.

Tabelul 1.1. Evoluţia producţiei de energie electrică în România (principalele etape)

AnulProducţia anuală de

energie electrică TWh = 109 kWh

Puterea instalată

MWCaracteristici ale etapei care se încheie în anul respectiv

1950 2 740

Puterea instalată este fărămiţată în peste 600 de centrale Producţia de energie electrică: 130kWh/loc. şi an 25% din populaţie locuia în oraşe cu distribuţie de energie electrică (din care 1/2 nu aveau racord de energie electrică) Primul plan de electrificare pe 10 ani Prima linie de 110 kV

1960 7,5 1800

Puterile celor mai mari grupuri: 12; 25; 50MW Se extinde reţeaua de 110 kV Se interconectează cele peste 600 de centrale funcţionarea în sistem Se pun bazele industriei electrotehnice (Electroputere Craiova) Ia naştere Facultatea de Energetică

1970 35 7500 Puterile celor mai mari grupuri: 200 MW (hidro), 330 MW (termo) Primele linii şi staţii de 220 kV şi 400 kV

1980 67,5 16200

Se pun în funcţiune primele centrale cu puteri instalate de 2000 - 3000 MW (Rovinari, Turceni) Producţia de energie electrică depăşeşte 3000kWh/loc. şi an Se deschide şantierul CNE Cernavodă Criză energetică mondială

1989 75,9 22000 Prima staţie de 750 kV (Isaccea) şi prima linie de 750kV din Ucraina până în Bulgaria

1.2.2. Situaţia sectorului energetic după anul 1989

1/12


Capacitatea instalată

Tabelul 1.2. Capacităţile instalate în SEN, în MW(la 1 ianuarie 1995)

Denumirea Total din care în centralecu cărbune cu hidrocarburi hidroelectrice

Puterea instalată în SEN

21808(100%)

8614(39,5%)

7381(33,8%)

5813(26,7 %)

Putere instalată în RENEL

20632 (94,6%)

8614(39,5%)

6246(28,6%)

5772(26,5%)

Puterea instalată la consumatori

(autoproducători)

1176(5,4 %)

--

1134(5,2%)

42(0,2%)

Sursa: RENEL, "Principii de management energetic" (pag. 74, tabelul 2.6)

Structura după vârstă a grupurilor din centrale DNU - durata normală de utilizare (Legea 15/1994) Generatoare: 28 ani Turbine:

− cu abur, gaze 20 ani− hidro 22 ani

− Trafo., AT 20 ani− Aparataj electric 14 ani

Structura pe vârstă a grupurilor termo (1994) Sub 25 ani: 90 grupuri (10749MW) Peste 25 ani: 59 grupuri (3899 MW)

Structura pe vârstă a grupurilor hidro (1994) Peste 25 ani: 56 grupuri (3050 MW) Sub 25 ani: 2494 MW

Tabelul 1. 3. Structura după vârstă a grupurilor din centralele termoelectrice, în anul 1994 (CTE)

Vârsta Nr. De grupuri Puterea, MWPână la 15 ani 41 3842

15 - 20 ani 27 433721 - 25 ani 22 257026 - 30 ani 32 254031 - 35 ani 9 462

Peste 35 ani 18 897Sursa: RENEL, "Principii de management energetic" (pag. 74, tabelul 2.7)

Un grup CNE Cernavodă → 700 MW. Evoluţia capacităţilor de producere a energiei electrice din România

2/12


Tabelul 1.4. Evoluţia capacităţilor de producere a energiei electrice din România, MW

Anul 2003 2004 2005 2010 2015TOTAL, din care 17357 16334 15691 16838 18455

1. Centrale hidroelectrice 6052 6099 6181 6381 65812. Centrale nuclearoelectrice 707 707 707 1414 21213. Centrale termoelectrice 10598 9528 8803 9043 9753

Din care cu: Lignit 4779 4264 4264 4064 4064Huilă 1410 1215 1005 1265 1265

Hidrocarburi 4409 4049 3534 3714 4424

Sursa: “Foaie de parcurs pentru sectorul energiei”. Ministerul Economiei şi Comerţului, iulie 2003.Principalele dezvoltări de noi capacităţi vizează:

valorificarea în continuare a potenţialului hidroenergetic, continuarea programului nuclear, înlocuirea unor grupuri funcţionând pe cărbune inferior cu unităţi cu hidrocarburi.

În ceea ce priveşte ponderile diferitelor filiere de producere a energiei electrice se remarcă: menţinerea ponderii capacităţilor hidro la circa 35%, creşterea ponderii capacităţilor nucleare de la 4% la 11,5%, reducerea ponderii centralelor pe combustibili fosili de la 60% la 53%.

Tabelul 1.5. Evoluţia capacităţii instalate, GW

Anul 1995 1996 1997 2003 2005 2010 2015Pi, GW 22,276 22,856 22,843 17,357 15,691 16,838 18,455

Sursa: “Foaie de parcurs pentru sectorul energiei”. Ministerul Economiei şi Comerţului, iulie 2003.

Instalaţiile părţii electrice a SEN

Tabelul 1.6. Liniile electrice, staţiile şi posturile de transformare din SEN, în anul 1994

Nivelul de tensiune 750 kV 400kV 220 kV 110 kV 1-6kV Sub 1 kVLungime linii electrice, km din care:

154 4265 3620 17900 118450 161661

LEA, km 154 4265 3620 17700 89348 120653 LEC, km - - - 200 29102 41008Nr. staţii şi posturi de transformare

1 36 59 968 66560

Putere, MVA 2500 20700 21900 50010 32550Sursa: RENEL, "Principii de management energetic" (pag. 75, tabelul 2.8)

În tabelul 1.6. nu sunt introduse şi instalaţiile aflate în proprietatea consumatorilor.

În general, SEN este dotat cu echipamente şi tehnologii la nivelul anilor 1960 - 1970 ceea ce implică un efort deosebit pentru asigurarea întreţinerii, reparaţiilor şi exploatării obiectivelor energetice.

3/12


Producţia şi consumul de energie

a. Producţia de energie electrică

În perioada de după 1989 s-a preluat situaţia anterioară de criză, agravată în continuare de următorii factori: Scăderea PIB (100% în 1990 89,7% în 1995 86,8% în 1997) Reducerea volumului producţiei industriale: la 64% în anul 1994 comparativ cu anul 1989;

1996: 106,3% (an de reviriment), 98,6% în 1997 faţă de 100% în 1995 Reducerea producţiei de energie la 78%; de la 75,851 miliarde kWh 1989 la 59,267

miliarde kWh în 1995 şi 57,148TWh 1997 şi 53,496TWh 1998. În industrie, în aceeaşi perioadă, consumul a scăzut la 60,8% (1989 1995).55,188 TWh producţia de energie electrică în 2002.

b. Consumul de energie electrică

8 milioane consumatori de energie electrică, dintre care 7,5 milioane sunt casnici. Nivelul actual de deschidere a pieţei de energie electrică 83,5 % Vârful de sarcină, la energia electrică 9300MW Puterea medie anuală, la energia electrică 7025MW.

Evoluţia cererii de putere electrică se prezintă în tabelul 1.7. Se prognozează o revenire la nivelurile de consum din 1995 în perspectiva anului 2010. Consumul de energie electrică pe cap de locuitor va creşte (tabelul 1.8.), dar va rămâne sub nivelul ţărilor UE.

Tabelul 1.7. Evoluţia cererii de putere electrică la vârful de consum, MW

Anul 1995 2003 2005 2010 2015P, MW 9300 7608 8175 9817 11100

Sursa: “Foaie de parcurs pentru sectorul energiei”. Ministerul Economiei şi Comerţului, iulie 2003.

Tabelul 1.8. Evoluţia consumului specific de energie electrică, kWh/loc. şi an

Anul 1995 1996 1997 2003 2005 2010 2015

Consum energie electrică 2613 2714 2535 1869 1985 2277 2546Sursa: “Foaie de parcurs pentru sectorul energiei”. Ministerul Economiei şi Comerţului, iulie 2003.

Consumul intern a scăzut de la circa 80 TWh în anul 1989 la circa 57 TWh în anul 1994 (scăderea cu circa 30%). Acest declin a fost urmat de o creştere de 8% în anul 1995 faţă de anul 1994.Puterea medie anuală a scăzut de la 9550 MW în 1989 la 6499 MW în anul 1994. S-a înregistrat o creştere la 7025 MW în anul 1995.De remarcat, gradul scăzut de utilizare a puterii instalate în SEN (22276 MW, la începutul anului 1995), de circa 32% în anul 1995.O dinamică pozitivă au înregistrat doar consumul casnic (+55% în 1994 faţă de 1989) şi iluminatul public (de circa 3 ori mai mare în 1994 faţă de 1989).

4/12


c. Consumul de energie termică

Producţia de energie termică a RENEL a scăzut de la 269,3 PJ (P = 1015 - peta) în 1989 la 173 PJ în anul 1994 (scădere cu circa 36%). În anul 1995 s-a înregistrat o creştere cu 5,6% faţă de 1994.

Consumul populaţiei a înregistrat însă o creştere continuă, cu circa 34% în anul 1994 faţă de anul 1989.

d. Randamentul global brut de producere a energiei electrice şi termice în centralele RENEL a fost în anul 1994 de 33,4%.

Randamentul mediu al SEN la alimentarea consumatorilor fiind, în acelaşi an, de 26%.De menţionat, că este probabil ca în viitorul apropiat să apară reglementări privind limitele inferioare ale eficienţei de conversie în centralele electrice. De exemplu, în ţările UE începând cu 1 ianuarie 1999, noile unităţi generatoare ce vor fi date în exploatare vor trebui să aibă un randament electric la borne de minim 39%, funcţie de combustibilul utilizat şi de puterea termică la cazan. Pentru grupurile utilizând gaz metan sunt prevăzute randamente între 54% şi 57%.

e. Intensitatea energetică

Acest indicator caracterizează modul de utilizare a energiei.Definiţie:

Intensitatea energetică = raportul dintre consumul de energie (primară, finală, electrică) şi produsul intern brut (PIB) pentru un anumit an.Intensitatea energiei finale a fost în anul 1993, în România, de 1,02 tep/1000$ PIB (tabelul 1.9.)1 tep (tonă echivalent petrol) = 10Gcal = 41,9 GJ = 1,435 tccMedia UE a fost de 0,19 tep/1000 $ PIB.

Interesul pentru realizarea unui program naţional de creştere a eficienţei energetice.

Tabelul 1.9. Evoluţia intensităţii consumului final de energie, în tep/1000 $ PIB

Anul 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999România 1,33 1,21 1,06 1,07 1,02 0,92 0,88 0,89 0,99 0,96 0,83UE 0,19 0,19 0,19 0,18 0,19 0,18 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15

Cauze ale intensităţii energetice ridicate din România: Subvenţionarea sectorului energetic şi preţurile coborâte şi false ale combustibililor şi

energiei practicate înainte de '89 Structura industriei bazată pe ramuri energointensive Pierderile energetice pe întreg lanţul extracţie-producere-transport-distribuţie-consum Absenţa mecanismelor de implementare a unor reglementări care să stimuleze utilizarea

eficientă a energiei Lipsa unei politici tarifare adecvate.

În tabelul 1.10. se prezintă o prognoză referitoare la intensitatea consumului final de energie.

5/12


Tabelul 1.10. Prognoza evoluţiei intensităţii consumului final de energie,în tep/1000 $ PIB

Anul 2005 2010 2015

România 0,742 0,613 0,511

Este de remarcat prognoza ambiţioasă de reducere a intensităţii energetice cu circa 40% la nivelul anului 2015 faţă de anul 1999. Aceste obiective vor putea fi atinse prin programe, prin acţiuni de informare şi prin stimularea pieţei proiectelor de creştere a eficienţei energetice.

Cartea verde a Comisiei Europene intitulată "Pentru o politică energetică a Uniunii Europene" (ianuarie 1995) propune ca obiective strategice pentru politica în domeniul energiei:

competitivitatea; siguranţa în alimentare; protecţia mediului ambiant.

1.3. Terminologie. Definiţii

Producerea, transportul, distribuţia şi consumul energiei reprezintă un proces tehnologic complex la care concură o serie de maşini şi echipamente energetice care se împart în:

1. Surse de energie electrică - generatoare de curent alternativ (c.a.) grupate în centrale electrice.

Definiţie:Centralele electrice reprezintă ansambluri de instalaţii electrice şi mecanice, construcţii şi

amenajări, combinate, fie în scopul producerii de energie electrică, fie în scopul producerii de energie electrică şi termică.

2. Transformatoare şi autotransformatoare (mono sau trifazate, cu 2 sau 3 tensiuni) grupate în unităţi denumite staţii şi posturi electrice de transformare.

Într-o staţie de transformare se face fie transformarea parametrilor energiei în c.a. (curent, tensiune sau nr. de faze) cu ajutorul transformatorului, menţinând frecvenţa nemodificată, fie convertirea energiei electrice, care presupune modificarea felului curentului, ce se face cu convertizoare sau mutatoare.

3. Consumatori de energie electrică - transformă energia electrică în alte forme de energie utilă necesare procesului de producţie.Ex. instalaţii de electroliză, de pompare, de iluminat etc.

4. Linii electrice - leagă în cadrul unor scheme de conexiuni sursele, staţiile de transformare şi consumatorii.

5. Aparate electrice - asigură supleţea sau elasticitatea legăturii dintre diferitele elemente ale sistemului electric.

6/12


Există 6 forme tehnice pentru energie: Chimică (o înmagazinează combustibilii) Termică Nucleară Mecanică (în turbină căldura se transformă în energie mecanică) Electrică Electromagnetică (energie luminoasă - transmisă prin unde)

Transformările dintr-o formă de energie în alta se realizează prin lanţuri de transformări energetice:

Mină de cărbune → cale ferată → cazan → supraîncălzitor → turbină → generator electric → staţie de transformare → linie electrică → staţie de transformare → consumatori

Figura 1.1. Sistem energetic. Sistem electroenergetic. Lanţul transformărilor energetice

Definiţie:Sistemul energetic - ansamblu unitar de instalaţii care realizează:

toate lanţurile de transformare energetică; transportul energiei sub diferite forme.

Definiţie:Sistem electroenergetic - ansamblul tuturor instalaţiilor electrice din cadrul unui sistem energetic.

Sistemul electroenergetic este alcătuit din următoarele părţi:

7/12

sursele generatoare de energie electrică

liniile electrice (laturile sistemului)

consumatorii

consumatorii din interiorul centralei (servicii proprii)

nodurile sistemului (staţiile)

1

2

3

3'

4

G

G

2

1

3'

3' 3

34

C

140 bar

5400CSNCFRR

Mină

S.Î.

Staţii electrice

Chimic Termic Mecanic ElectricMecanicElectromagneticTermic

G

M

~

T

Sistem energetic

Sistem electroenergetic

Tr.Linii

electrice


Staţiile pot avea două funcţiuni:− de conexiuni între linii, generatoare, consumatori− de transformare a parametrilor

Definiţie:Aparat electric - subansamblu destinat să supravegheze şi să comande desfăşurarea în condiţii normale a procesului tehnologic de producere, transport şi utilizare a energiei electrice. Sunt formate din circuite electrice realizate prin conductoare şi elemente de contact, elemente de izolaţie (care asigură izolarea căilor de curent între ele şi faţă de potenţialul de referinţă zero, denumit în jargon "masă") şi piese mecanice (uneori în mişcare).Exemple: întreruptor, separator, transformator de măsurare de curent etc.

Definiţie:Echipament electric - reprezintă o unitate constitutivă a unei instalaţii electrice îndeplinind un anumit rol energetic. Exemple: transformatorul, generatorul, bara colectoare etc. (trafo. propriu-zis plus celulele sale de

racord la noduri), celulele sunt alcătuite din aparate electrice.

Funcţiile aparatelor electrice:− asigură închiderea şi deschiderea circuitelor electrice, − realizează supravegherea şi protecţia instalaţiilor electrice împotriva unor manifestări

negative ale supracurenţilor şi supratensiunilor.− măsurarea parametrilor fizici ai energiei printr-o serie de aparate: A, V, W, contoare, f.

1.4. Elemente caracteristice pentru instalaţiile părţii electrice a centralelor

1.4.1. Felul curentului şi frecvenţa nominală

Sistemele electroenergetice se realizează în curent alternativ (c.a.).Curentul alternativ trifazat furnizează următoarele avantaje:

− simetric pe cele 3 faze,− indicatori economici favorabili.

Frecvenţe nominale: 50 Hz în Europa şi 60 Hz în SUA.Excepţii:

8/12


− Consumatorii care vor alte frecvenţe (modificarea frecvenţei se face în imediata apropiere a consumatorului care o cere).

− Consumatorii care vor curent continuu (c.c.)

1.4.2. Tensiuni nominale şi tensiuni maxime (conform Standardului SR CEI 38+A1 şi conform CEI = Comisia Electrotehnică Internaţională)

Tensiune nominală (Un, kV) = mărime cu caracter reprezentativ folosită pentru: denumirea instalaţiilor, referiri (ex. abateri admisibile de tensiune Un 5%).La reţele trifazate este tensiune între faze.

Tensiune cea mai ridicată a reţelei (UMr, kVef) = valoarea cea mai mare a tensiunii care apare la un moment dat şi într-un punct oarecare al reţelei, în condiţii normale de exploatare.

Obs. Un şi UMr se dau, de obicei, între faze, dacă nu sunt alte precizări, şi sunt tensiuni în valori efective.

Tensiune cea mai coborâtă a reţelei (Umr, kVef) = valoarea cea mai scăzută a tensiunii care apare la un moment dat şi într-un punct oarecare al reţelei, în condiţii normale de exploatare.

Obs. Valorile UMr şi Umr nu ţin seama de variaţiile tranzitorii, de exemplu cele datorate manevrelor din reţea şi nici de variaţiile temporare ale tensiunii.

Tensiune cea mai ridicată pentru echipament (UME, kVef) = tensiunea cea mai ridicată pentru care echipamentul este specificat în ceea ce priveşte:

− izolaţia− alte caracteristici care sunt eventual legate de această tensiune cea mai ridicată

în recomandările corespunzătoare echipamentului.

UMr UME (1.1)Obs. Aceste tensiuni se mai pot regăsi şi cu denumirea veche: tensiunea maximă a reţelei, a

echipamentului etc. Categorii de tensiuni 1. Categorii de tensiuni joase (JT): Un 1000 V

− Pentru instalaţii trifazate (3, cu trei sau patru conductoare) 380 / 220 V - pe fază (220 V, consumatori ) / între faze (380 V, consumatori

în ) 660 / 380 V, în minerit (cu derogare) 1140 / 660 V, Deşi Un = 1140 V > 1000 V este considerată tot JT.

Observaţii: categoriile de tensiuni prezentate sunt cele actuale din instalaţiile româneşti, standardul în vigoare prevede următoarele categorii de tensiuni joase, la care va trebui să se

treacă treptat:− 400 / 230 V− 690 / 400 V− 1000 V

tensiunile care depăşesc 400 / 230 V sunt destinate în mod exclusiv aplicaţiilor din industrie şi marilor imobile cu utilizare comercială.

9/12


2. Categorii de tensiuni înalte: Un > 1000 V - se definesc două valori între faze: Un şi UMr

La noi în ţară:Un [kV] 6 10 20 110 220 400 750

UME= UMr

[kV]7,2 12 24 123 245 420 765

+ 20%

denumite uzual MT

+ 10% + 5%

denumite uzual ÎT

1.4.3. Şiruri de numere normale utilizate pentru curenţii nominali şi puterile aparente nominale în electroenergetică

Se folosesc două şiruri de numere (scale): R10 - se obţine înmulţind cu multiplul (R = Renard)

R5 - R10: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 - 8 -10 etc.R5: 1 1,6 2.5 4 6,3 10(Se fac uşoare rotunjiri)

Fiecare termen se poate înmulţi cu 10N, N Z* (numere întregi mai puţin zero).

Toţi curenţii nominali şi toate puterile nominale se scriu în aceste şiruri pe tot mapamondul.

Exemplu: Sn [kVA] a trafo. din PT în România sunt în scala R5:Sn [kVA]: 100-160-250-400-630-1000-1600Excepţii: unii curenţi nominali la transformatoarele de măsurare de curent.

1.5. Simboluri şi semne convenţionale

Denumire Simbol Denumire Simbol1. curent continuu

sau12. contact de deschidere

2. curent alternativ 13. siguranţă fuzibilă

3. conductor, linie14. descărcător

4. linie electrică cu marcarea nr. de conductoare

315. inductivitate (bobină)

în aer

10/12


5. legătură galvanică16. transformator de

măsurare de curent 6. rezistor

17. transformator de măsurare de tensiune

7. bobină de acţionare18. legare la pământ

8. separator

19. autotransformator

9. întreruptor

20. bobină de reactanţă

10. separator de sarcină

21. întreruptor debroşabil

11. contact de închidere

22. transformator de tensiune capacitiv

1.6. Materiale utilizate

1. Pentru căi conductoarePrincipalele condiţii pe care trebuie să le îndeplinească:− Conductibilitate electrică bună;− Rezistenţă mecanică;− Rezistenţă la coroziune şi la agresivitatea diferiţilor factori de mediu etc.

Principalele materiale utilizate:− Aluminiu sau aliaje de aluminiu− Aluminiu-oţel (funie în care firele de oţel-inima asigură rezistenţa mecanică)− Oţel (funie), de exemplu pentru conductoarele de protecţie de pe LEA

11/12


− Cupru (de obicei în situaţiile în care există restricţii de mediu referitoare la folosirea Al, de exemplu în zonele cu atmosferă salină).

2. Pentru contactePrincipalele condiţii pe care trebuie să le îndeplinească:

− Conductibilitate electrică şi termică mare− Rezistenţă mecanică− Rezistenţă la coroziune− Temperaturi mari de topire şi vaporizare etc.

Se folosesc, de obicei, aliaje de metale:− Cupru şi aliaje de cupru (Cu - Ag. Cu - Cd, Cu - Be, etc.) - Cd = cadmiu, Be =beriliu;− Aurul şi aliajele sale (Au - Ag)− Wolframul şi pseudoaliajele sale.

3. Pentru izolatoare Forma izolatoarelor şi materialele folosite la realizarea lor depind, în principal, de:

− Nivelul de izolaţie ce trebuie să-l asigure;− Locul de montare (în interior sau în exterior);− Eforturile mecanice la care vor fi supuse.

Materiale folosite:− Porţelanul;− Steatitul (masă ceramică pe bază de talc sau silicat de magneziu);− Sticlă;− Materiale plastice (răşini sintetice, cauciuc siliconic).

1.7. Solicitări în exploatare ale echipamentelor şi aparatelor electrice

Solicitările sunt influenţate în mare măsură de parametrii fizici ai reţelelor în care echipamentele şi aparatele sunt integrate funcţional.

a) solicitări la curent - determinate de prezenţa curentului electric în circuitele electrice

Solicitările sunt:− termice− electrodinamice (determinate de curenţi de defect - scc.)

b) solicitări la tensiune - determinate de prezenţa tensiunii în circuitele electriceSolicitările sunt determinate de:

− tensiunea nominală (permanentă);− supratensiuni (de scurtă durată).

c) solicitări la arc electric:− termice− mecanice− dielectrice

d) alte solicitări create de mediul înconjurător: umezeală, praf, agenţi corozivi, vibraţii, altitudine etc.

12/12

partea electrica a centralelor

Documents