1

1. PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE1.1. ENERGIA PRIMAR I MODUL EI DE TRANSFORMAREActivitatea uman a evoluat de-a lungul timpului n sensul creterii consumului de

energie i al diversitii proceselor energetice.

Energia cea mai accesibil omului este energia furnizat de natur, numit i energie primar. Deoarece energia primar nu se poate utiliza n locul, sub forma i n cantitatea existent a aprut necesitatea transformrii, transportului i stocrii ei direct sau dup transformri intermediare.

Asigurarea cu energie a consumatorilor a evoluat n timp pe dou direcii principale:

de centralizare a producerii, transportului i distribuiei energiei sub forma de sisteme energetice zonale, naionale, etc. pe aceast linie au evoluat alimentarea cu energie electric, cu gaze naturale, cu benzin, etc. ; de descentralizare a producerii, transportului i distribuiei energiei prin realizarea de uniti locale amplasate lng consumatori. Pe aceast direcie s-a aflat i se mai afl nc nclzirea locuinelor, alimentarea cu energie termic a ntreprinderilor industriale etc.Centralizarea n uniti mari de producere i transformare a energiei conduce la creterea randamentului instalaiilor i reducerea investiiilor specifice. De asemenea permite o folosire raional a energiei primare, n mod planificat. Se atenueaz n acelai timp dependena dintre producerea i consumul de energie. Are ca principal dezavantaj pierderi i investiii suplimentare, cu transportul la distan al energiei.Descentralizarea nltur principalul dezavantaj al centralizrii, prin amplasarea unitilor de producere i transformare lng consumatori. Are ns o serie de dezavantaje legate de dependena accentuat de consumator ce implic sisteme de stocare i mai ales tendina de utilizare a combustibililor superiori.

n figura 1.1. se prezint principalele forme de energie primar folosite precum i posibilitile lor de transformare n alte forme.

Se constat c energia care ajunge la consumator trece prin una sau mai multe transformri, datorit specificului diferitelor activiti omeneti. Formele intermediare de energie cel mai mult folosite sunt: energia termic, electric i mecanic, deoarece pn n prezent tehnologiile de conversie sunt mai accesibile i randamentele mai mari.

Fig. 1.1. Principalele forme de energie primar i posibilitile lor de transformare1.2. TRANSFORMAREA ENERGIEI PRIMARE N ENERGIE ELECTRICTransformarea energiei primare n energie electric a evoluat n direcia centralizrii, realizndu-se sisteme energetice n structura crora intr mari centrale electrice de producere a energiei i reelele de transport i distribuie.

Centrala electric este o instalaie tehnologic n care se produce energie electric sau termic folosind energia primar.Energia electric este produs de centralele electrice. Acestea cuprind un complex de instalaii cu ajutorul crora energia primar este transformat n energie electric.

Energiile primare folosite n centralele electrice se clasific n:

energii primare existente direct n natur, care pot fi transformate uor n energie mecanic sau direct n energie electric cum sunt: energia vntului, energia apelor, energia solar;

energie chimic coninut n combustibilii solizi (crbune, huil, lemn), lichizi (iei) i gazoi (gaze naturale, gaz de cocs, gaz de furnal):

energia atomic care este eliberat prin reacia de fisiune nuclear care are loc la bombardarea cu neutroni a izotopilor radioactivi U235, U233 i Cu239.

Transformarea energiei primare n energie electric se face potrivit schemei din fig. 1.2.

Fig. 1.2. Reprezentarea schematic a transformrii energiei primare

n energie electricn prezent cea mai mare parte de energie electric este produs n centrale termoelectrice (CTE), hidroelectrice (CHE) i nuclear-electrice (CNE). Aceast clasificare a centralelor electrice se face n funcie de energia primar folosit.

Energia electric se produce i cu centrale electrice eoliene. Acestea se utilizeaz n regiunile muntoase i pe litoralul mrilor i oceanelor, zone n care exist vnt n cea mai mare parte a anului.

Exist i mijloace de transformare direct a energiei primare n energie electric. Aceasta se realizeaz cu generatoarele magnetohidrodinamice, termoionice i cu celulele solare.

1.3. CLASIFICAREA CENTRALELOR ELECTRICECentralele electrice se pot clasifica din mai multe puncte de vedere. Cele mai reprezentative sunt:

dup felul energiei primare folosite:

- cu combustibili organici: CTE - centrale termoelectrice; CET centrale electrice de termoficare; CDE centrale cu motoare Diesel; CTG centrale cu turbine cu gaze; GMHD centrale cu generatoare magneto-hidrodinamice; - cu combustibili nucleari: CNE centrale nuclearoelectrice;

- cu energie hidraulic: CHE centrale hidroelectrice; CMM centrale mareo-motrice;

- cu energie eolian: CEE centrale electrice eoliene;

- cu energie termic a scoarei terestre a mrilor i oceanelor (CGTE centrale geotermoelectrice, etc.);

- cu energie solar: CES centrale electrice solare.

dup procesul de transformare al energiei:

- centrale electrice ce folosesc energia termic ce o transfer n energie mecanic i apoi n electric: CTE, CET, CTG, CDE, CNE, CES. Ele se mai numesc centrale termoelectrice; - centrale electrice ce folosesc energia termic ce o transfer direct n energie electric: GMHD, generatoare termoelectrice etc. ;

- centrale electrice ce folosesc energia mecanic primar pe care o transform n energie mecanic i apoi n electric: CHE, CMM, CEE; - centrale electrice ce folosesc energia termic primar pe care o transform n energie mecanic i apoi n electric: CGTE. dup felul energiei pe care o produce:

- centrale electrice ce produc numai energie electric: CTE, CNE, CTG, CDE, CHE, CMM, etc. ; - centrale electrice ce produc i energie electric i termic: CET, CNE, CTG cu termoficare.

dup modul de participare la acoperirea curbei de sarcin n sistemul energetic:- centrale electrice de baz (durata de utilizare 6000 - 7500 h/an); - centrale electrice de semi-baz (4000 - 6000 ha/an); - centrale electrice de semi-vrf (2000 4000 h/an); - centrale electrice de vrf ( 2000 h/an).1.4. PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE N CENTRALE ELECTRICE DE TERMOFICARE I CENTRALE TERMOELECTRICEn ara noastr centralele electrice de termoficare i n special centralele termoelectrice dein ponderea producerii de energie electric. n centrala electric de termoficare energia intern a combustibilului (legat chimic n interiorul su) este transformat, prin ardere, n energie termic, aceasta fiind apoi cedat fluidului de lucru (ap-abur). Energia cinetic a aburului este convertit de turbin n energie mecanic aceasta, n continuare, este transformat n energie electric cu ajutorul generatorului sincron.

Dup felul energiei furnizate, centralele termoelectrice se mpart n: centrale termoelectrice cu condensaie, care produc numai energie electric, i centrale electrice de termoficare, care produc att energie electric ct i energie termic.

Procesele de transformare a energiilor dintr-o central electric sunt nsoite de pierderi. Randamentul termic maxim al unei centrale termoelectrice este pentru ciclul Carnot:

(1.1)

unde T1 este temperatura sursei calde iar T2 - temperatura sursei reci (temperatura mediului ambiant). Obinuit T1 = 8180 K iar T2 = 2880 K. n acest caz (c = 64,8%. n realitate randamentul este mai mic (30-40%). El se poate mbunti prenclzind apa de intrare n cazan, folosind energia termic a aburului rezidual, prenclzind aerul necesar combustiei, prin folosirea cldurii gazelor arse, supranclzind, n cazanul termocentralei, aburul dintre treptele turbinei i prin utilizarea n instalaiile de termoficare a aburului rezidual.

Cele mai importante termocentrale din sistemul energetic naional fiind de asemenea i de termoficare, sunt: CTE Rovinari (1880MW cu grupuri de 200 i 315 MW), CTE Mintia-Deva (1200MW cu grupuri de 200MW), CTE Craiova-Ialnia (1080MW cu grupuri de 100 i 315 MW), CTE Ludu (800MW cu grupuri de 100 i 200 MW).

n fig.1.3. se prezint schema de principiu a unei centrale electrice de termoficare urbane a) i industriale b).

Fig.1.3. Schemele de principiu ale CET urbane a) i industriale b)1 cazane de abur; 2 turbin de condensaie i o priz reglabil; 2 turbin cu contrapresiune i priz reglabil; 3 turbin de condensaie i dou prize reglabile; 4 bar colectoare; 5 instalaie de reducere rcire; 6 consumatori industriali; 7 bare de aburi pentru alimentarea consumatorilor; 8 cazan de rezerv folosind resurse energetice secundare; BB boiler de baz; BV boiler de vrf; CAF cazan de ap fierbinte; PR pompe de reea; T plecarea apei fierbini spre consumator (tur termoficare); R ntoarcerea apei de la consumator (retur termoficare).Aburul care se destinde n turbin este trimis parial sau total la consumatorii de energie termic. Prin acest procedeu, randamentul de utilizare al energiei primare poate teoretic fi unitar. Dac tot aburul evacuat din turbine este trimis la consumatori, pierderea de energie termic Q2 la sursa rece a ciclului este transformat n energie util.Eficiena maxim a termoficrii se produce cnd tot aburul este trimis la consumatori.

Disponibilitatea energie i electrice este dependent de ce a consumatorului termic. Pentru a crea o interdependen mai mare a energiei electrice fa de cea termic n cazul consumatorilor cu curbe de sarcin cu variaii mari, sau a consumatorilor sezonieri, se folosesc pentru alimentarea cu energie termic turbine cu condensaie cu prize reglabile. n cazul dispariiei sau reducerii consumului termic centrala continu s funcioneze n regim de condensaie, asigurnd o putere electric dependent de capacitatea prii de condensaie (coad de condensaie).Performanele CET se caracterizeaz cu ajutorul urmtorilor indici specifici:

randamentul de folosire al combustibilului:

(1.2)

consumul specific de cldur n regim de termoficare:

qCET = 1,2 1,3

[kJ / kJ] consumul specific de cldur n regim de condensaie n CET:

qCET 1,1 qCET indicele de termoficare:

150 500

[kWh / Gcal],

reprezentnd puterea electric produs raportat la energia termic livrat consumatorilor. Cu ct indicele de termoficare este mai mare cu att eficiena termoficrii este mai mare.

2. CLASIFICAREA CONSUMATORILOR DE ENERGIE ELECTRIC

Dezvoltarea unei societi n care se produc i se consum bunuri materiale i resurse energetice nu poate fi conceput fr un consum de energie electric.Gradul de dezvoltare al societii se poate aprecia, la nivel mondial, dup consumul de energie electric pe cap de locuitor. Aceast tendin a luat amploare deoarece energia electric, n comparaie cu alte forme de energie are nite avantaje incontestabile:

se poate produce i transporta uor, la distane foarte mari cu cele mai mici pierderi;

gama consumatorilor care utilizeaz direct aceast form de energie este foarte variat, iar puterea acestora este cuprins ntr-un spectru larg de ordinul MW-lor;

se poate transforma n alte forme de energie (termic, mecanic, luminoas, etc.) cu cele mai mari randamente;

este nepoluant;

este sigur n exploatare, dac se respect normele i regulile de protecie a muncii.

Ca dezavantaj poate fi menionat doar acela c necesit personal de proiectare, ntreinere, reparaii, manevr, exploatare cu un nivel de calificare mai mare dect media de economie, deoarece electroenergetica are cel mai mare grad de automatizare.Instalaiile energetice actuale i de viitor trebuie s se caracterizeze prin fiabilitate, disponibilitate, securitate, consumuri i pierderi ct mai reduse.

Consumatorul este ultimul element din lanul energetic al produciei, transportului, distribuiei i utilizrii energiei electrice.

Acesta poate influena n mod hotrtor celelalte verigi ale lanului energetic.Clasificarea consumatorilor de energie electric se poate efectua dup mai multe criterii, dar criteriul puterii maxime absorbite i departajeaz mult n aprecierea nivelului lor de importan sau de pondere.

Dup acest criteriu, consumatorii de energie electric se mpart n:

mari consumatori, dac absorb din sistem o putere de minimum 50 kW (sau 50 kVA);

mici consumatori, dac absorb din sistem o putere mai mic.

Marii consumatori se grupeaz, la rndul lor n patru clase, astfel:

clasa A, cu un consum mai mare de 50 MVA

clasa B, cu un consum cuprins ntre 7,5 i 50 MVA

clasa C, cu un consum cuprins ntre 2,5 i 7,5 MVA

clasa D, cu un consum mai mic de 2,5 MVA.

O alt categorisire a consumatorilor de energie electric i mparte pe acetia n:

mari consumatori industriali;

mici consumatori industriali;

consumatori casnici;

consumatori teriari:

consumatori comerciali;

consumatori social-culturali;

consumatori edilitar - gospodreti;

iluminatul public.

Ponderea consumului casnic i teriar are o continu cretere pe plan mondial, deoarece societatea civil trebuie s ofere din ce n ce mai multe servicii care le nlocuiesc pe cele tradiionale casnice (cantine i bufete la locul de munc sau la parterul blocurilor de locuit, uniti de desfacere a semipreparatelor, servicii de spltorie - curenie, etc.).

3. OPTIMIZAREA PierderiLOR de putere i de energie n sistemele electroenergetice

n funcionarea receptoarelor de energie electric se ntlnesc diverse regimuri de lucru, funcie de sarcinile mecanismelor antrenate care variaz, uneori n mod aleator, n timpul activitii sau fazei de lucru. La acestea se mai adaug i influena condiiilor n care funcioneaz instalaiile de alimentare din sistemul energetic din zona respectiv, n funcie de mrimea consumatorilor. Aceast influen este resimit mai mult de societile comerciale sau industriale mici i mult mai puin de cele mari, datorit complexitii sistemelor de alimentare i distribuie, proprii, de care acestea dispun.

n reelele electrice cu tensiuni mai mici de 110 kV pierderile de energie sunt datorate, n cea mai mare parte, efectului termic al curentului care tranziteaz liniile i transformatoarele electrice. n reelele cu tensiuni de 110 kV sau mai mari au loc i pierderi suplimentare de energie electric datorit scurgerilor laterale de curent i ale fenomenului corona. Dac se aleg n mod corespunztor seciunile conductoarelor, nivelul de tensiune i de izolaie, acestea din urm vor avea valori reduse.

n continuare se reprezint modul simplificat de calcul a pierderilor de putere i de energie electric pentru liniile electrice i transformatoarele de putere.

3.1. Determinarea pierderilor de putere n liniile electrice. Generaliti.

Pentru liniile trifazate cu sarcini concentrate, pierderile de putere activ se determin cu relaia 3.1 iar cele de putere reactiv cu relaia 3.2. [W](3.1)

[VAr](3.2)

n care:

Ia - componenta activ a curentului de sarcin [A];

Ir - componenta reactiv a curentului de sarcin [ A];

S - puterea aparent tranzitat prin linie [ VA];

U - tensiunea nominal a liniei [V];

P,Q - puterea activ, respectiv [W,VAr].Dac liniile electrice sunt formate din mai multe tronsoane, pierderile totale de putere se obin din nsumarea pierderilor corespunztoare fiecrui tronson i din componena liniei, folosind relaiile 3.3.

(3.3)

3.2. Determinarea pierderilor de energie n liniile electrice.

n cazul n care, pe ntreaga durat a intervalului de timp considerat, puterile tranzitate prin linie sunt constante, respectiv pierderile de putere sunt constante, pierderile de energie activ se determin cu relaia 3.4 iar cele de energie reactiv cu relaia 3.5 [Wh](3.4)

[VArh](3.5)

n care:

t - este timpul pentru care se determin valoarea pierderilor de energie [h].Atunci cnd sarcinile tranzitate prin elementele componente ale reelelor nu mai sunt constante, metodologia de calcul a pierderilor de energie se complic. n literatura tehnic de specialitate sunt prezentate dou categorii de metode de calcul a pierderilor de energie, n cazul sarcinilor variabile:

cazul n care se cunosc curbele de sarcin;

cazul n care nu se cunosc curbele de sarcin.

3.2.1. Determinarea pierderilor de energie n liniile electrice n cazul n care se cunosc curbele de sarcin

Pierderile de energie se determin folosindu-se diverse metode de integrare numeric sau grafic ce permit planimetrarea suprafeei determinate de curba de sarcin i axele de coordonate, ca n fig. 3.1.

Fig.3.1. Curba de sarcin, ridicat pe durata unui ciclu tc, folosit pentru calculul pierderilor de energie

n acest caz, trebuie determinat pe cale grafic, cu o eroare ct mai redus, suprafaa A, care reprezint, de fapt, pierderile de energie activ i reactiv produse n timpul funcionrii, care se pot calcula i cu relaiile 3.6 i 3.7., prin integrarea funciei care definete curba:

[Wh](3.6)

[VArh](3.7)

3.2.2. Determinarea pirderilor de energie n liniile electrice n cazul n care nu se cunosc curbele de sarcinAceast situaie este frecvent ntlnit n practic, n special la aglomerri mari de consumatori sau n situaiile n care energia consumat nu este contorizat sau contoarele nu sunt n stare de funcionare.

Se cunoate, ns, ntotdeauna durata de utilizare a sarcinii maxime T, ale crei valori sunt prezentate n literatura de specialitate n funcie de domeniul de activitate, numrul de schimburi lucrtoare, etc. Dac se cunoate i valoarea sarcinii maxime(I max sau P max- care se poate nregistra) se pot calcula pierderile de energie.

Pe baza dependenelor se poate determina, pentru durata de utilizare a sarcinii maxime i o anumit valoare a factorului de putere, timpul pierderilor maxime pentru toate elementele componente ale reelelor electrice. Cu aceste valori, cunoscute pentru T i se pot scrie relaiile de calcul pentru pierderile de energie din linii astfel:

Pentru liniile electrice trifazate cu sarcini concentrate, relaiile 3.8 i 3.9.

(3.8)

(3.9)

Dac se utilizeaz mrimile de calcul, fictive, curentul mediu ptratic Imp sau puterea medie ptratic Pmp cu dependenele:

[A](3.10)

[W](3.11)

[Var](3.12)

[VA](3.13)

se obin relaiile de calcul 3.14 i 3.15 pentru pierderile de energie electric activ i reactiv:

[Wh](3.14)

[VArh](3.15)

n care:

t = 8760 ore/an.3.3. Determinarea pierderilor de putere i de energie n transformatoarele electrice.

n staiile de transformatoare i distribuie din sistemul electroenergetic de folosesc transformatoare cu dou nfurri i transformatoare cu trei nfurri. Cele mai folosite, sunt cele cu dou nfurri. Pentru acestea, pierderile de putere activ se calculeaz cu relaia 3.16 iar pierderile de putere reactiv cu relaia 3.17.

[W](3.16)

- pierderea de putere activ pe transformator;

- pierderea de putere activ la mersul n gol, specificat n catalog [W];

Kf- - coeficient de form al curbei de sarcin, care are valori ntre 1,08 i 1,1( Kf = 1,08-1,1);Sm - puterea medie aparent absorbit de grupul de consumatori alimentai de la transformatorul de putere, n timpul de funcionare [VA];

- pierderea (pierderile) de putere activ n nfurrile transformatorului, specificat n catalog [W];

- pierderea de putere suplimentar datorit rcirii forate a transformatorului[W]. Dac transformatorul nu este dotat cu un sistem special de rcire .Atunci cnd exist mai multe transformatoare care funcioneaz n paralel, pe care sarcina se distribuie n funcie de puterea fiecruia, pierderile totale de putere activ se calculeaz cu relaia 3.18.

[W](3.18)

n care:

N - numrul transformatoarelor identice care funcioneaz n paralel;

[Var](3.17)

n care:

- pierderea de putere reactiv la mersul n gol al transformatorului;

- pierderea de putere reactiv la mersul n sarcin al transformatorului.Aceste dou pierderi nu sunt prezentate n cataloagele transformatoarelor dar se pot calcula cu relaiile 3.19 i 3.20.

[VAr]

[VAr](3.19)

(3.20)

usc - tensiunea de scurtcircuit a transformatorului[ %];

i0 - curentul de mers n gol sau de magnetizare al transformatorului [%];

- pierderea de putere reactiv suplimentar datorit rcirii forate.

Dac sarcina este distribuit pe mai multe transformatoare care funcioneaz n paralel, pierderile totale de putere reactiv se calculeaz cu relaia 3.21.

[VAr](3.21)

n cazul n care nu se cunosc caracteristicile transformatoarelor, se poate considera, cu aproximaie foarte bun, c pierderile de putere activ reprezint aproximativ 2% din puterea la bornele nfurrii secundare iar pierderile de putere reactiv aproximativ 10%, adic

= 0,02 Sn2, = 0,1 Sn2Pierderile de energie activ se determin cu relaia 3.22 iar pierderile de energie reactiv cu relaia 3.23.

[VAh](3.22)

[VArh](3.23)

n care:

- este timpul total de conectare al transformatorului[ h];

- timpul de funcionare n sarcin al transformatorului[ h];

- timpul de funcionare a instalaiei de rcire forat a transformatorului[ h].

Valoarea acestor pierderi de putere i de energie poate fi riguros determinat atunci cnd se cunoate curba de sarcin a transformatorului sau cnd se cunoate puterea medie ptratic i timpul de funcionare (T) sau timpul de pierderi

n aceste caz pierderile de energie se calculeaz cu formulele 3.24 i 3.25.

[Wh](3.24)

[VArh](3.25)

n care:

Smax - este puterea aparent maxim absorbit de transformator n timpul T de funcionare.

3.4. Msuri tehnologice pentru reducerea (optimizarea) pierderilor de putere i de energie n sistemele electroenergetice

Sunt msurile specifice care se pot aplica n fazele de proiectare i de construcie, avnd, n majoritatea cazurilor, un rol mult mai important dect cele din faza de exploatare a instalaiilor. Trebuie specificat, cu claritate c aceste msuri adoptate din fazele iniiale necesit investiii suplimentare, fapt pentru care se impune o justificare tehnic i economic bine fundamentat.

Msurile adoptate n fazele de proiectare i de construcie sunt urmtoarele:

micorarea rezistenei liniilor electrice;

reducerea ncrcrii liniilor electrice prin micorarea circulaiei de putere reactiv;

reducerea ncrcrii liniilor electrice prin aplatizarea curbei de sarcin a consumatorilor;

utilizarea consumatorilor tampon.

Msurile de exploatare, folosite pentru optimizarea pierderilor de energie n reelele electrice se nscriu n categoria msurilor care nu solicit costuri suplimentare, dar presupun o exploatare corect, profesional, a instalaiilor n cedarea reducerii la minimum a pierderilor de energie electric.

Efectul individual al msurilor din aceast categorie nu este important, ca pondere, dar efectul cumulat al lor conduce la diminuarea semnificativ a pierderilor din reele.

Principalele msuri de exploatare care conduc la reducerea pierderilor sunt:

limitarea timpului de mers n gol pentru toi consumatorii de energie electric;

mrirea timpului de utilizare a sarcinii maxime sau aplatizarea curbei de sarcin (respectiv realizarea unui coeficient de utilizare ct mai ridicat);

alegerea corect a prizelor de reglare a tensiunii la transformatoarele de putere;

asigurarea unui regim optim de funcionare a liniilor electrice i a transformatoarelor de putere.

3.4.1. Micorarea rezistenei liniilor electrice

Metoda se poate aplica la liniile electrice de transport i de distribuie, indiferent de configuraia acestora.

Pierderile de putere din aceste linii (trifazate) se determin cu relaia cunoscut 3.1 scris n forma particular 3.26:

[W](3.26)

n care:

- rezistivitatea liniei electrice ;l - lungimea liniei ;s - seciunea liniei ;I - curentul care tranziteaz linia [A].Se observ, din relaie, c pierderile de putere sunt dependente de seciune, de lungime, de rezistivitate (felul materialului conductor, temperatur) i de curent: .Observaii importante ce trebuie luate n calcul:

se recomand s se utilizeze acelai material la construcia fazelor jumelate i aceeai seciune a cilor de curent pentru a evita supranclzirile cilor cu seciuni mai reduse i cu materiale diferite; n cazul n care se adopt mai multe ci de curent pe aceeai faz trebuie s se verifice stabilitatea n regim de scurtcircuit, din cauza modificrii impedanei.

Din calculele de proiectare trebuie s rezulte seciuni corespunztoare din punct de vedere economic deoarece ele sunt elementele de baz n determinarea cheltuielilor de investiii i de exploatare a instalaiilor electrice.

n literatura tehnic de specialitate sunt prezentate i alte valori medii ale densitii economice de curent n funcie de domeniul de activitate, durata de utilizare a sarcinii maxime (sau numrul de schimburi lucrtoare) felul liniei i natura materialului conductor, etc.

Densitatea economic de curent este calculat dup diverse criterii (cheltuieli anuale de calcul minime, cheltuieli anuale de exploatare minime, etc.) care iau n considerare mai muli parametrii care difer de la o activitate la alta sau de la o reea la alta.

Toate in cont de modul de cedare a cldurii de la conductor ctre mediul nconjurtor.

Cldura cedat de conductor este direct proporional cu diferena de temperatur dintre acestea i mediu (n timpul verii conductorul se rcete mult mai greu dect n timpul iernii) i cu suprafaa lateral a conductorului. Deoarece raportul dintre volumul unui conductor i suprafaa lateral a acestuia este egal cu R/2 (jumtatea razei conductorului) cu ct seciunea conductorului este mai mare, rcirea lui se realizeaz mai greu. Din aceast cauz, pentru seciunile mai mari, curenii maximi admii de normele tehnice corespund unor densiti de curent mai mici dect n cazul seciunilor mici, care au densiti de curent mai mari. n cazul seciunilor mici densitile de curent pot s ajung pn la iar n carul seciunilor mari (400-500 mm2) pn la , n funcie de tipul liniei i materialului conductor. Acest aspect ajut la justificarea folosirii n paralel a conductoarelor cu aceeai seciune i acelai material.

n caz contrar, conductorul care avea condiii mai grele de rcire (cel cu seciune mai mare) se va nclzi mai puternic i i va mri rezistivitatea, iar cel cu condiii de rcire mai bune se va ncrca la curentul nominal numai dup ce cellalt conductor se va suprancrca peste curentul maxim admisibil.

Influena lungimii ce reprezint parametrul care intervine cu o pondere foarte mare n valoarea pierderilor de putere i de energie, dei, n situaiile practice lungimea este determinat sau impus de poziia de amplasare a consumatorilor, a tablourilor de distribuie i a staiilor sau posturilor de transformare sau a surselor de alimentare.Se poate optimiza doar traseul liniilor, sau amplasarea staiilor de transformare, a posturilor de transformare, tablourilor de distribuie, astfel nct s se obin o reducere a pierderilor de putere i energie. Trebuie s fie minimizate, ct mai mult posibil, nc din faza de proiectare nesimetriile curenilor, pozrile necorespunztoare ale cablurilor i sgeile liniilor electrice aeriene, configuraiile complicate radial- arborescente sau n cascad.

Cea mai important problem, care trebuie rezolvat nc din faza de proiectare i construcie, este legat de alegerea optim a locurilor de amplasare a posturilor (staiile) de transformare, respectiv a punctelor de conectare (de distribuie).

O metod adecvat de determinare a locului de amplasare a surselor de alimentare sau a punctelor de distribuie este bazat pe aflarea centrului de greutate al sarcinilor electrice. Dac acesta coincide cu locul de amplasare, consumul de linii electrice este cel redus iar pierderile au i ele valori mici. Calculul const n aflarea momentului polar al coordonatelor unui punct fa de un sistem de puncte materiale de coordonate diferite. Coordonatele sunt amplasate n acelai plan n majoritatea cazurilor. Dac aceste coordonate sunt spaiale ele trebuie s fie reduse n final tot la coordonate coplanare deoarece traseele liniilor sunt impuse, n aceste cazuri (industria minier, industria construciilor, complexe formate din cldiri cu multe etaje, etc.). Pentru determinarea coordonatelor posturile de transformare sau a punctelor de distribuie se ntocmete cartograma de sarcin a consumatorilor din reeaua electric, aa cum este artat n fig.3.2.

Fig.3.2. Reprezentarea cartogramei de sarcin a consumatorilor de energie electricProblema const n amplasarea surselor de alimentare n anumite puncte de coordonate x,y determinate prin calcul, astfel nct lungimea liniilor s fie minim sau volumul de material conductor s fie minim.

Relaia de calcul a volumului de material 3.27 are forma:

(3.27)

n care:

- rezistivitatea materialului conductor ;

- pierderea de tensiune activ [V];

UN tensiunea nominal a consumatorilor [V];

Pi puterea tranzitat pe tronsoanele magistrale ale reelei [W];

li lungimile de la consumatorii 1, 2, 3, . . . , n, la transformator, calculate cu relaia 3.28:

[m](3.28)

unde:

x, y sunt coordonatele postului de transformare, ale punctului de alimentare sau de distribuie;

xi, yi coordonatele consumatorilor 1, 2, 3, . . ., n.

Pentru minimizarea lungimilor (lmin) i a volumului de material (Vmin) se aplic metoda derivatelor pariale n raport cu variabilele, conform relaiilor 3.29 i 3.30:

(3.29)

(3.30)

Dup rezolvarea ecuaiilor se determin, n final, punctul de coordonate x, y n care se poate amplasa sursa de alimentare, cu relaiile 3.31 i 3.32:

(3.31)

(3.32)

Aplicarea acestei metode are marele avantaj ca prezint un volum redus de calcul i determin investiii reduse. Economiile de material rezultate cu att mai importante cu ct dispersia consumatorilor este mai mare.

3.4.2. Asigurarea unui regim optim de funcionare a elementelor din reelele electrice

a. Cazul liniilor electrice

Atunci cnd o linie electric este parcurs de curent, se produc pierderi de energie datorit efectului Joule-Lentz i datorit reactanei de dispersie. Reducerea pierderilor n linii, n faza de exploatare, se face prin toate msurile cunoscute care au ca scop micorarea ncrcrii liniilor (modificarea tensiunii, aplatizarea curbei de sarcin, limitarea duratelor de mers n gol, etc.). O alt posibilitate de reducere a pierderilor de energie este oferit de schimbarea regimurilor de lucru ale liniilor care au posibilitatea s funcioneze n paralel sau n configuraia cu linii duble. Schimbarea regimului de lucru al liniilor se poate face manual, sau automat, cu ajutorul dispozitivelor specializate de anclanare automat a alimentrii de rezerv (A.A.R).

Dou asemenea scheme de principiu sunt prezentate n fig. 3.3.

n fig.3.3. prin dreptunghiuri nehaurate s-au figurat ntreruptoarele n poziia nchis iar prin dreptunghiuri haurate ntreruptoarele deschise care urmeaz s fie comandate automat, pentru modificarea configuraiei n care funcioneaz liniile.

Fig.3.3. Schema de principiu cu dispozitive AAR (sau altele) pentru schimbarea configuraiei liniilor de alimentare a consumatorilor

n fig.3.3. a) linia L1 este n funciune iar linia L2 este n rezerv. n fig. 3.3 b) ambele linii sunt n stare de funcionare, la ncrcarea parial, corespunztoare grupului de consumatori aferent. i ntr-un caz i n cellalt, liniile sunt dimensionate la ntreaga putere solicitat de consumatori, rmnnd s se aleag varianta de alimentare care corespunde scopului cerut, sau criteriului economic cu pierderile minime. Trebuie remarcat i faptul c aceste configuraii asigur i un nivel de siguran mult mai ridicat dar nu se utilizeaz pentru orice consumator sau receptor de energie electric.b. Cazul transformatoarelor de putere

Transformatoarele de putere sunt elementele de baz ale reelelor electrice, deoarece asigur alimentarea unor grupuri mari de consumatori. n funcionarea transformatoarelor, datorit efectului Joule-Lentz i a induciei electromagnetice (care st la baza principiului lor de funcionare) au loc pierderi de energie electric, att active ct i reactive. Aceste pierderi se pot determina, valoric, cu relaiile 3.33 i 3.34.

(3.33)

(3.34)

n care:

- pierderile de putere activ, care iau natere la funcionarea n gol;

- consumul de putere reactiv a transformatorului la funcionarea n gol;

- pierderile de putere activ la funcionarea n scurtcircuit;

- consumul de putere reactiv la funcionarea n scurtcircuit;

Sn - puterea aparent nominal;

S - puterea la care este ncrcat transformatorul.

Dac se introduce, n calcul, echivalentul energetic al puterii reactive, notat sau , pierderile de putere pe transformator se pot determina cu relaia 3.35.

[kW](3.35)

Dac se analizeaz aceast expresie, rezult c ea are ca unitate de msur kilowattul [kW]. Are n component o parte constant, notat cu m care este egal cu: m= i o parte variabil, n funcie de gradul de ncrcare, notat cu n, egal cu: n=.Cu aceste dou notaii rezult relaia de calcul, concentrat, a pierderilor de putere pe transformator 3.36 :

[kW](3.36)

care este o ecuaie de forma y=a +bx2, ce se poate reprezenta grafic printr-un arc de parabol, ca n fig. 3.4.

Fig.3.4. Reprezentarea grafic a pierderilor de putere pe transformator, n funcie de sarcina cerut de consumatori

Odat cu trasarea curbelor din fig. 3.4. se determin valorile m i n care sunt diferite, n funcie de fiecare transformator, n parte. Se determin, n continuare, valoarea pierderilor, la diferite ncrcri ale transformatorului:

, i se reprezint aceste puncte n sistemul de coordonate din fig.3.4. Dup unirea acestor puncte rezult dependena .

Acest model matematic permite determinarea domeniului economic de funcionare, fie prin utilizarea unor metode analitice de optimizare, fie cu ajutorul metodelor grafice.

n cazul n care exist mai multe transformatoare ntr-o staie sau post de transformare, se ridic aceste grafice pentru fiecare transformator, n parte i pentru cazurile cnd transformatoarele funcioneaz n paralel.

Spre exemplu, n fig. 3.5. sunt reprezentate pierderile de putere pentru dou transformatoare care funcioneaz independent sau n paralel.

Fig.3.5. Reprezentarea pierderilor de putere pentru transformatoarele care funcioneaz individual sau n paralel

Regimul economic de lucru rezult din grafic, fiind corespunztor pierderilor de putere minime. Dup cum se observ, acestea corespund anumitor ncrcri ale transformatoarelor, astfel:

n stnga punctului a (corespunztor unei anumite puteri curente S) este economic s funcioneze numai transformatorul cu puterea aparent S1deoarece produce cele mai mici pierderi;

ntre punctele a i b de pe axa puterii este economic s funcioneze numai transformatorul cu puterea S2;

la dreapta punctului b este economic s funcioneze ambele transformatoare, conectate n paralel.

Analitic, regimul economic de lucru se obine prin derivarea pierderilor de putere n funcie de puterea S. Valoarea minim a pierderilor de putere pe transformator se obine n situaia n care pierderile de putere din circuitul magnetic sunt egale cu cele din nfurri .

Puterea aparent optim a transformatorului se poate determina cu relaia 3.37.

(3.37)

Se consider c este economic trecerea la funcionarea cu mai multe transformatoare n paralel, prin conectarea la reea a unui transformator dac pierderile totale sunt mai mici dect cele produse nainte de conectarea transformatorului.

Cnd ntr-o staie sau post de transformatoare exist mai multe transformatoare cu aceeai putere aparent nominal, puterea optim pentru cazul cnd toate cele N transformatoare sunt conectate n paralel se determin cu relaia 3.38:

(3.38)

n cazul cnd s-ar conecta un alt transformator de aceeai putere (i caracteristici tehnice identice) relaia de calcul a puterii aparente optime este 3.39:

(3.39)

iar n cazul n care s-ar deconecta un transformator, se obine regimul economic dac se ndeplinete relaia 3.40:

(3.40)

Practic conectarea i deconectarea automat a transformatoarelor se poate realiza prin urmrirea curentului absorbit de consumatori i compararea acestuia cu o valoare impus (stabilit prin reglajul unui releu de curent sau printr-un circuit comparator specializat). Elementul informaional este un traductor de curent sau un releu de curent. Schemele de comand a conectrii i deconectrii transformatoarelor, de principiu, sunt asemntoare cu cele de la linii. n general, se consider c reducerea pierderilor de energie prin conectarea i deconectarea automat, n funcie de sarcin, a transformatoarelor de putere este semnificativ deoarece toate transformatoarele au durat mare de utilizare.

PAGE 23

_1960098807.unknown

_1960265357.unknown

_1960267312.unknown

_1960268824.unknown

_1960269555.unknown

_1960427077.unknown

_1960427309.unknown

_1960269716.unknown

_1960268937.unknown

_1960267643.unknown

_1960266482.unknown

_1960266611.unknown

_1960265867.unknown

_1960264296.unknown

_1960264606.unknown

_1960264663.unknown

_1960264513.unknown

_1960099343.unknown

_1960260985.unknown

_1960099160.unknown

_1319351161.unknown

_1959001212.unknown

_1959443090.unknown

_1960076611.unknown

_1960098521.unknown

_1960098697.unknown

_1960098358.unknown

_1959779313.unknown

_1959781455.unknown

_1959784691.unknown

_1959785055.unknown

_1959784378.unknown

_1959780866.unknown

_1959443354.unknown

_1959779183.unknown

_1959443174.unknown

_1959002127.unknown

_1959016940.unknown

_1959084782.unknown

_1959003666.unknown

_1959001672.unknown

_1959001981.unknown

_1959001443.unknown

_1457868974.unknown

_1457872658.unknown

_1841295366.unknown

_1457869104.unknown

_1457800621.unknown

_1457868961.unknown

_1457800125.unknown

_1130648748.unknown

_1130655840.unknown

_1130737257.unknown

_1130738184.unknown

_1130738639.unknown

_1225015988.unknown

_1130738569.unknown

_1130738625.unknown

_1130738432.unknown

_1130737433.unknown

_1130737588.unknown

_1130737366.unknown

_1130737397.unknown

_1130661610.unknown

_1130737214.unknown

_1130737250.unknown

_1130737184.unknown

_1130661440.unknown

_1130661512.unknown

_1130661415.unknown

_1130649558.unknown

_1130649581.unknown

_1130649594.unknown

_1130649569.unknown

_1130649325.unknown

_1130649525.unknown

_1130648876.unknown

_1130583755.unknown

_1130583895.unknown

_1130583906.unknown

_1130583876.unknown

_1130583631.unknown

_1130583648.unknown

_1130582207.unknown