Electroenergetica - proiect

Proiect la Electroenergetică

C u p r i n s :

1. Tema de proiectare…………………………………………………………... 22. Generalităţi despre bilanţurile energetice…………………………………..... 3

2.1. Bilanţul energetic la compresoare………………………………….. 72.2. Bilanţul energetic la pompe………………………………………… 11

2.3. Bilanţul energetic la ventilatoare…………………………………... 122.4. Bilanţul puterilor pentru motoare de acţionare în funcţie de parametrii nominali ai motorului…………………………………... 132.5. Metodologia de calcul a eficienţei puterii reactive la consumatorii industriali…………………………………………………………... 15

3. Calculul puterii motorului de acţionare şi alegerea schemei de alimentare…. 174. Ridicarea curbei de sarcină şi calculul mărimilor caracteristice…………….. 185. Alegerea transformatoarelor şi regimul optim de funcţionare………………. 20

5.1. Determinarea parametrilor transformatorului……………………… 205.2. Calculul pierderilor în transformator………………………………. 205.3. Regimul optim de funcţionare……………………………………… 21

6. Determinarea pierderilor elementelor reţelei 216.1. Determinarea pierderilor de putere şi a puterii absorbite din sistem

la sarcina maximă înainte de compensare…………………………. 216.2. Determinarea pierderilor de energie şi a energiilor totale anuale absorbite din sistem înainte de compensare………………………... 226.3. Realizarea compensării factorului de putere………………………. 236.4. Determinarea pierderilor de putere şi a puterii absorbite de sistem la sarcina maximă, după compensare……………………………… 246.5. Determinarea pierderilor de energie activă şi reactivă şi a energiilor anuale absorbite din sistem după compensarea factorului de putere. 246.6. Realizarea compensării energiei reactive prin reglarea treptelor bateriilor de condensatoare………………………………………… 256.7. Calculul pierderilor de energie şi a energiei absorbite din sistem după reglarea în trepte a puterii reactive de compensare…………... 26

7 Calculul indicatorilor de fiabilitate………………………………………….. 27AnexeBibliografie

-1-


1. Tema de proiectare:

a) Să se realizeze bilanţul energetic al unei staţii de compensare, ştiind că la funcţionarea de durată sarcina maximă trebuie să asigure debitul volumic necesar de aer Fv=1700m3/h;

b) Să se aleagă varianta optimă de alimentare, şi în funcţie de numărul de compresoare alese să se realizeze schema electrică de alimentare;

c) Să se studieze funcţionarea optimă (regimul optim de funcţionare) şi pierderile de putere şi energie pentru transformatorul din staţia de transformare;

d) Ştiind că un fider este în funcţiune şi unul în rezervă şa se studieze compensarea factorului de putere pe bara de 380V astfel încât valoarea lui să fie optimă (neutrală).

-2-


2. Generalităţi despre bilanţurile energetice

Bilanţurile energetice au ca obiect în instalaţiile existente:- determinarea pierderilor de energie;- stabilirea măsurilor tehnico-organizatorice pentru creşterea randamentului

instalaţiilor;- determinarea resurselor secundare neutilizate şi reutilizarea lor;- stabilirea normelor de consumuri specifice;- în instalaţiile noi, obiectul bilanţului electroenergetic este alegerea schemelor

optime de alimentare;- preliminarea instalaţiilor specifice.

Clasificarea bilanţurilorBilanţurile se clasifică în: bilanţuri pe agregat, secţie, atelier sau obiect

energetic, instalaţie sau utilaj.După raportarea la care se face bilanţul se clasifică în:

- bilanţ orar – ce poate fi înlocuit atunci când este oportun cu bilanţul pe ciclu sau pe unitatea de produs;

- bilanţ anual – la cerere şi zilnic sau lunar.După conţinut şi modalitatea de elaborare, bilanţul se clasifică în:

- bilanţ de proiect – realizat pe bază de calcule analogice date, date din literatura de specialitate, situaţii analoage, documentaţia tehnică a utilajelor;

- bilanţ real – pe situaţii existente în scopul îmbunătăţirii consumurilor energetice;

- bilanţ optim – pentru reducerea la maximum a pierderilor constatate în bilanţul real prin măsurări tehnico-economice, tehnologice şi energetice;

- bilanţ normat – se ridică pe baza bilanţului real ş a planului de măsuri de economisire a energiei, în vederea stabilirii normelor de consum.

Bilanţurile electroenergetice se întocmesc pentru întreprinderi care au puterea instalată mai mare sau egală cu 500MWh/an la un interval de doi ani, pentru secţie, atelier şi obiect energetic cu puterea instalată mai mare sau egală cu 300MWh/an la o perioadă de 3 ani, iar pentru instalaţii, utilaje cu puterea instalată mai mare sau egală cu 250MWh/an, la intervale de 5 ani.

Întocmirea bilanţurilor energetice pe agregate şi instalaţii tehnologice se realizează pentru a pune în evidenţă legătura directă determinată între procesul tehnologic de fabricaţie şi instalaţia aferentă pe de o parte şi consumul specific de energie raportat la unitatea de produs.

Starea tehnică a instalaţiilor, tehnologia de fabricaţie şi calitatea produsului tehnologic conduc în cazul în care nu sunt normale la consumuri suplimentare de energie, chiar dacă partea electrică este corespunzătoare.

Colectarea datelor pentru întocmirea bilanţurilor.Pentru urmărirea comportării în exploatare a utilajului electromecanic se vor

efectua măsurători. Periodicitatea cu care se vor efectua măsurătorile depinde pentru fiecare agregat, de periodicitatea reparaţiilor şi reviziilor tehnice, de modul de exploatare, de puterea nominală a motorului, de gradul de uzură, de numărul de agregate.

Măsurătorile constau în ridicarea unor date cu privire la puterea activă şi reactivă consumate de motoarele asincrone, în diferite regimuri de lucru, cu ajutorul unei truse mobile de măsurat ce se montează conform figurii 1.

In vederea colectării datelor necesare întocmirii bilanţurilor este necesar să se stabilească în primul rând punctul de măsurare. In cazul în care întreprinderea sau

-3-


secţia are o singură alimentare racordarea aparatelor de măsurat, contoarelor de

energie activă şi reactivă, truse watt-metrice sau wattmetre înregistratoare se face chiar pe alimentarea existentă pe partea de joasă tensiune sau înaltă tensiune, în funcţie de punctul de delimitare în aval de staţia de primire

In cazul în care întreprinderea are mai multe alimentări cu energie, aflate în funcţionare simultană, aparatura de măsură trebuie montată în toate punctele de alimentare aflate în funcţie iar înregistrarea datelor se face simultan la acelaşi interval de timp Δt.

In cazul reţelelor de joasă tensiune, la executarea bilanţului energetic pe întreprindere este necesar să se ia în considerare schema sistemului de alimentare al întreprinderii. Pentru alimentarea cu energie electrică al unor consumatori importanţi, categoria I şi II, se folosesc scheme de alimentare şi de măsurare din figura 2 a şi b.

In

figura 2.a) este necesar un singur set de aparate de măsură care se montează la automatul liniei de transport aflat în funcţiune. In schema din figura 2.b) sunt necesare două seturi de aparate de măsură, câte unul la automatul fiecărui transformator de forţă, în cazul în care funcţionează ambele transformatoare şi există o linie de transport.

Schema logică a algoritmului de calcul a bilanţului este dată în figura 3.

-4-

6-10kV

AM

Fig. 2a) b)

6-10kV

AM


In urma efectuării bilanţului (prelucrarea datelor de bilanţ) se vor face propuneri de îmbunătăţire a funcţionării agregatului şi a folosirii raţionale a energiei electrice. Printre propuneri se pot enumera:

- încărcarea agregatului la nivelul capacităţii sale prevăzute în documentaţia tehnică şi utilizarea agregatului la performanţele nominale;

- schimbarea motorului de acţionare cu unul de putere corespunzătoare, în cazul supradimensionării puterii motorului;

- deconectarea automată de la reţea când agregatul funcţionează în gol o perioadă de timp, în care pierderile depăşesc consumul suplimentar de energie;

- evidenţierea uzurilor şi dereglărilor în scopul remedierii lor.Bilanţul energetic pe agregate.Din punct de vedere al tipurilor de agregate întâlnite în fluxul tehnologic, se

poate face următoarea clasificare:- agregate electromecanice acţionate cu motoare de mică putere şi Pn<45kW,

alimentate la joasă tensiune, cu tensiune de 380-600V;- agregate electrofluidice respectiv pompe, compresoare, suflante, ventilatoare

acţionate cu motoare sincrone sau asincrone cu Pn>45kW şi cu tensiunea nominală cuprinsă între 380V şi 6kV.

In cazul bilanţului pe agregate se urmăreşte algoritmul:

-5-

START

citire date

afişare rezultate

STOP

Calculul energiei consumate în bilanţ

Calculul pierderilorpe linie

Calculul pierderilorîn maşina de lucru

Calculul pierderilorîn motor

Fig. 3


- se stabileşte producţia reală a agregatului şi se compară cu capacitatea nominală de producţiei a acestuia;

- se stabileşte starea fizică a agregatului ţinând seama de durata trecută de funcţionare şi de modificările intervenite datorită reparaţiilor;

- se verifică corelarea puterii motorului de acţionare cu cea necesară mecanismului, ţinând seama de condiţiile de pornire;

- se ţine seama şi de gradul de automatizare a automatului.In urma efectuării bilanţului, printre propunerile de îmbunătăţire a

funcţionarii agregatului şi folosirii raţionale a energiei electrice, se poate enumera:- încărcarea agregatului la nivelul capacităţii sale prevăzute în documentaţia

tehnică şi utilizarea agregatului la performanţele nominale;- schimbarea motorului de acţionare cu unul de putere corespunzătoare, în cazul

supradimensionării puterii motorului;- deconectarea automată de la reţea când agregatul funcţionează în gol o

perioadă de timp, în care pierderile depăşesc consumul suplimentar de energie;- evidenţierea uzurilor şi dereglărilor în scopul remedierii lor.

Prin agregate electrofluidice se înţelege grupul de instalaţii, respectiv pompe, compresoare, suflante şi ventilatoare de toate tipurile constructive care realizează conversia energiei electromagnetice, absorbită din reţeaua electrică de motorul de acţionare în energie fluidică, de exemplu sub formă de aer comprimat sau apă sub presiune, introdusă într-o reţea de conducte de către compresoare, pompe sau ventilatoare care au primit prin intermediul unui mecanism de transmisie lucrul mecanic de la arborele motorului electric primar.

Maşinile de lucru di categoria a II a sunt agregate electrofluidice destinate producerii agenţilor energetici la care puterea utilă se consideră cea corespunzătoare purtătorului de energie nou produs.

Analiza de bilanţ se va face numai pe un singur agregat şi se va extinde la întreaga staţie de compresoare, pompe, etc.

-6-


2.1. Bilanţul energetic la compresoare

Funcţionarea compresoarelor centrifuge şi a celor cu piston are la bază principiul variaţiei debitului prin modificarea turaţiei sau a supraobturatorului conductei de aspiraţie pentru agentul fluidi-gazos. Condiţiile concrete de funcţionare impun menţinerea constanţă a debitului la presiune variabilă sau invers.

Acţionarea electrică a acestor compresoare are loc la turaţii ridicate până la 1150rot/min, pornirile fiind lungi, până la 200 secunde, mai ales la demarajul sub sarcină manometrică totală.

Cel mai răspândit sistem de acţionare pentru compresoarele centrifuge este acela care utilizează motorul asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit, cubare înalte. In cazul în care momentul de inerţie ale maşinilor în mişcare sunt mari se preferă motorul asincron cu inele pentru avantajele pe care le oferă pornirea reostatică. In cazul acţionării cu motoare sincrone, alegerea puterii nominale a motorului sincron constă în calculul puterii cerute de maşina de lucru şi alegerea unei puteri standard imediat superioare acesteia.

Sistemul de transformări energetice care au loc în compresor poate avea două canale de conversie a energiei:

- canalul principal prin care energia electrică We intrată în sistem se transformă în energie fluidică Wf;

- canalul agentului de răcire prin care Wer intră în sistem şi se transformă în energie fluidică Wf.

Pierderile de energie din sistem sunt constituite din (figura 4):a) pierderi de natură electrică, şi anume:- pierderi la transportul energiei electrice către motorul de acţionare (Wl); - pierderi care însoţesc conversia energiei electrice în energie mecanică în

motorul de acţionare:- pierderi în circuitul magnetic (pierderi în fier) (Wf);- pierderi pentru excitaţia motoarelor (Wex);- pierderi determinate de reglarea turaţiei (Wnt);

-7-

We

Wer

Wf

Wfr

Wrg Wra

Wrq Wrh

Wsr

Wh

Wq

WvWmu

Wt

Wmc

Wf

Wj

Wnt

Wext

Wl

Fig. 4


- pierderi în circuitul electric (pierderi în cupru) (Wj);b) pierderi mecanice Wmec ce însoţesc conversia energiei electrice în energie

mecanică şi aici intră:- pierderi mecanice în organul de transmisie (Wt);- pierderi mecanice în utilaj (Wmu);Se neglijează pierderile prin deformaţia elastică a conductelor, a vaselor

tampon şi datorită pulsaţiei presiunii compresoarelor cu piston.c) pierderi ale procesului de comprimare şi de răcire:- pierderi de volum (Wv);- pierderi de debit (Wq);- pierderi în compresor datorită rezistenţei hidraulice (Wh);- pierderi prin răcirea gazului comprimat (Wrg);- pierderi pentru recircularea agentului de răcire (Wra);d) pierderi la nivel fluidic: sunt pierderi datorită neetanşeităţii reţelei sau

pierderi de scăpări în reţea (Wsr) şi pierderi datorită rezistenţei hidraulice a reţelei (Wrh);

Pierderile prin care se apreciază calitatea bilanţului se determină prin încercări.

Puterea necesară acţionării compresoarelor depinde de lucru mecanic necesar comprimării unui debit de aer, de randamentul global al compresorului şi de randamentul transmisiei.

Mărimile care apreciază calitatea sistemului energetic sunt următorii:- randamentul global ηg;- pierderile totale din conturul bilanţului;- consumul specific de energie primară.

Analiza acestor mărimi furnizează indici asupra măsurilor ce trebuie luate în vederea optimizării bilanţului, astfel elementele furnizate de bilanţul instalaţilor de acţionare, completate prin determinarea randamentului compresorului şi consumul specific de energie electrică sunt suficiente pentru concluziile care privesc întreţinerea şi exploatarea acestui tip de agregat.

Bilanţul energetic la nivelul instalaţiei de acţionare furnizează datele necesare pentru continuarea prelevărilor pe canalul fluxului principal de energie respectiv pentru puterile PUi la arborele compresorului în regim de sarcină corespunzător sarcinii i. Valoarea puterii la mersul în gol constituie un indiciu asupra stării mecanice a compresorului.

Determinarea randamentului se face prin măsurări asupra fluidului ce urmăreşte să stabilească nivelul de transformare a energiei mecanice în energie fluidică, cu regimuri de lucru caracteristice sau la un număr de sarcini care să permită medieri satisfăcătoare ale rezultatelor. Măsurând debitele livrate, V i [Nm3/h], presiunile de aspiraţie şi refulare precum şi parametrii de stare ai gazului la intrare, se determină:

- lucru mecanic specific pentru comprimarea unui metru cub gaz aspirat de la presiunea p1 la presiunea p2.

- debitul volumetric la parametrii de stare la intrare T1, p1;- puterea transmisă prin comprimarea volumului de fluid:

- randamentul compresorului la sarcina i:

-8-


- debitul mediu livrat în perioada analizată care este debitul volumetric:

- randamentul mediu global al compresorului:

unde Wpr este energia electrică activă consumată în perioada de bilanţ Δt pentru recircularea agentului de răcire.

- consumul specific de energie:

Puterea utilă poate fi definită şi în funcţie de presiunea la ieşirea din maşina de lucru ps, puterea utilă fiind:

In cazul compresoarelor puterea utilă ce este necesară compresiunii este:

unde Lp01 este lucru mecanic de compresiune pentru un kgf de gaz ; λ - greutatea specifică a gazului la presiunea p1 şi la temperatura T1 de intrare în compresor [atm], [°K]:

unde i este numărul treptelor de comprimare; n este indicele de comprimare politropică care la compresorul cu aer e cuprins între 1,2…1.25; R este constanta universală a gazelor; p2 [atm] este presiunea de refulare la ultima treaptă.

Diferenţa dintre puterea absorbită de motor P1 şi cea necesară comprimării Pc

reprezintă totalul pierderilor în acţionare:

Randamentul de utilizare a energiei electrice este dat de relaţia:

Suma pierderilor de putere ΔP este compusă din pierderile în motoare şi pierderile din eventuala transmisie dintre compresor şi motor la care se adaugă pierderile în compresor pc, ce sunt pierderi mecanice, pierderi corespunzătoare căldurii produse în procesul de prelucrare ş pierderi prin răcirea aerului comprimat.

Ecuaţia de conservare a puterii active va fi:

unde:- pj1 este pierderile Joules în înfăşurarea statorică:

- pj2 este pierderile Joules în înfăşurarea rotorică:

- pFe este pierderile în fier:

-9-


- pmv sunt pierderile mecanice şi de ventilaţie.Calculul puterii cerute a motorului de acţionare se poate face cu formule

stabilite teoretic sau empiric iar când acestea nu există cu ajutorul diagramelor de sarcină statică ce reprezintă variaţia în timp a puterii mecanice la arborele maşinii de lucru.

Pentru compresoare centrifuge

unde Vm este debitul volumetric [m3/s]; p este presiunea de refulare [N/m2];

iar k este coeficientul de siguranţă cu valori între 1,1…1,12.Dacă pentru maşina de lucru se cunosc parametrii mecanici, respectiv

momentul cuplului rezistent Mr şi viteza de rotaţie n, puterea motorului se determină cu relaţia:

unde Mr este cuplul rezistent [Nm].iar M’r este cuplul rezistent[daNm]

In cazul maşinii de lucru cu diagramă de sarcină variabilă în timp se va aproxima pe intervale de timp diagrama ca o succesiune de sarcini cu variaţii în trepte sau liniare şi apoi se calculează puterea nominală a motorului de acţionare prin metoda puterii echivalente şi anume puterea medie pătratică, cu relaţia:

unde Pk este puterea corespunzătoare intervalului Δtk.

2.2. Bilanţul energetic la pompe

Pompele trebuie să livreze un anumit debit de lichid împotriva diferenţei manometrice de presiune determinat de diferenţa de presiune dintre bazinul de

-10-


aspiraţie şi cel de refulare, de pierderile dinamice şi de pierderile care au loc prin frecări în conducte şi în instalaţia de pompare.

Variaţia debitului se obţine prin modificarea turaţiei iar la pompele cu piston se pot realiza modificări de debit la turaţii constante.

Calculul puterii cerute de pompă se face cu formule stabilite teoretic sau empiric iar în cazul când acestea nu există cu ajutorul digramelor de sarcină statică, ce reprezintă variaţia în timp a puterii mecanice la arbore pentru maşina de lucru.

Necesarul de debit este asigurat printr-un număr corespunzător de pompe, funcţionând în paralel iar în limita micilor variaţii reglajele se fac cu ajutorul vanelor de consumatori. Aceste sisteme utilizează ca motor de acţionare, motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit, motoare asincrone cu inele pentru pornirea reostatică şi motoare sincrone.

Alegerea puterii nominale a motorului pentru acţionarea pompelor constă în calculul puterii cerute de maşina de lucru şi alegerea unei puteri standardizate imediat superioară.

Pentru pompele centrifuge formulele de calcul sunt:

unde F [m3/s] este debitul pompei; ρ [kg/m3] este densitatea lichidului; g este acceleraţia gravitaţională; h este înălţimea teoretica în metrii; ηp este randamentul pompei; p [N/m2]este presiunea de refulare a pompei; K este un coeficient de siguranţă cu valori cuprinse între 1,1…1,15 (valorile mai mari fiind utilizate la distanţe mici).

Sistemul de transformări energetice care însoţeşte procesul de pompare comportă conversia energiei electromagnetice We în energie mecanică Wm urmată de conversia în energie fluidică (fig. 5).

Există o singură intrare în sistem (punctul 1) deoarece consumul serviciilor interne ale staţiilor de pompare este neglijabil şi o singură ieşire (punctul 2) prin care energia fluidică Wf ajunge la utilizator.

Pierderile de energie din interiorul sistemului sunt:a) pierderi la transportul energiei către motorul de acţionare We;

-11-

We Wf

Wmr

Wr

Wq

Wt

Wmc

Wfe

Wj

Wl

Fig. 5

ME P

Wh

21


b) pierderi care însoţesc conversia energiei electrice în energie mecanică în motorul de acţionare:

- pierderi în circuitul electric Wj;- pierderi în circuitul magnetic Wfe;- pierderi mecanice Wmec;

c) pierderi în organul de transmisie Wt;d) pierderi care însoţesc conversia energiei mecanice în energie hidraulică:

- pierderi de debit Wg;- pierderi de înălţime Wh;- pierderi mecanice în utilaj Wmu;

e) pierderi în conducte de lichid – pierderi în reţea Wr.Întocmirea bilanţului energetic urmăreşte să stabilească randamentul real al

pompei în vederea luării măsurilor de ameliorare respectiv pentru a studia oportunitatea înlocuirii ei cu alta.

Este necesar să se determine:- parametrii optimi de funcţionare în concordanţă cu cerinţele procesului

tehnologic;- punctul de funcţionare optim corespunzător intersecţiei caracteristicii interne a

pompei cu caracteristica mecanică a motorului de acţionare- condiţiile de funcţionare a motorului de acţionare - posibilităţile de reducere a pierderilor de toate categoriile.

2.3. Bilanţul energetic al ventilatoarelor

Ventilatoarele sunt constituite în mod frecvent ca generatoare hidraulice pentru debite mari şi presiuni mici. Pentru ventilatoare este utilizată o construcţie de tip axial caracterizată de randamente scăzute.

Caracteristicile de funcţionare a ventilatoarelor sunt asemănătoare cu cele ale pompelor sau ale compresoarelor. Particularităţile lor provin de la condiţiile specifice de funcţionare:

- reglajul debitului se face cu ajutorul obturatorului conductei de aspiraţie la puteri mici şi modificarea turaţiei motorului de acţionare la cele de puteri mari.

- diferenţă de presiune manometrică are componentă de frecări şi componentă dinamică;

- presiunea produsă fiind mică, efectele variaţiei greutăţii specifice şi ale variaţiei temperaturii aerului neglijabile.

Acţionarea ventilatoarelor se face cu motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit, pornite cu comutatoare Y/D iar pentru soluţia reglării debitului prin modificarea turaţiei se utilizează motoare asincrone cu inele.

Elementele de referinţă a bilanţului la ventilatoare sunt următoarele:- randamentul ventilatorului ηv care trebuie să corespundă unei funcţionării în

apropierea punctului optim de pe caracteristică- randamentul instalaţiei de acţionare şi randamentul global.

Transformările energetice la un transformator sunt reprezentate în figura 6.

-12-


2.4. Bilanţul puterilor pentru motoare de acţionare în funcţie de parametrii nominali ai motorului

Plecând de la datele de pe plăcuţa cu date nominale ( Pn[kW], Un[V], nn, sn, X1, r’2, X’2, Xμ, RW) se determină:

- alunecarea de regim prin măsurarea curentului absorbit de motor în regim staţionar, cu relaţia:

unde B şi C sunt coeficienţi determinaţi de parametrii motorului:

- se calculează rezistenţa Rab şi reactanţa Xab, astfel:

- se calculează curentul de mers în gol din stator I10, astfel:

-13-

WeWf

Wrt

Wmc

Wa

Wt

Wl

Fig. 6

ME

Waq


- se calculează pierderile Joules la mers în gol pj10, astfel:

Din datele regimului nominal se poate calcula pierderile Joules cu o relaţie de forma:

Pentru separarea pierderilor mecanice din motor se calculează cuplul electromagnetic cu relaţia:

unde:

Pierderile mecanice şi de ventilaţie se obţin cu relaţia:

Puterea mecanică nominală se calculează cu relaţia:

unde:

Pierderile în compresor reprezintă, în cazul mersului în sarcină, diferenţa dintre puterea cerută de compresor şi toate celelalte pierderi.

-14-


2.5. Metodologia de calcul a eficienţei puterii reactive la consumatorii industriali

In prezent tarifarea energiei reactive livrate di S.E.N. se face în raport cu un factor de putere mediu pe sistem (cosφmed = 0,92), numit factor de putere neutral. Consumatorii industriali cu puteri absorbite sub 20MW au obligaţia să realizeze acest factor de putere în punctele în care se face măsurarea energiei livrate în S.E.N. Pentru consumatori cu puteri mai mari de 20MW se admite diferenţieri faţă de acest factor de putere. Energia reactivă consumată la un factor de putere inferior valorii de 0,92 se facturează diferenţiat pentru reţelele de joasă tensiune, medie tensiune şi înaltă tensiune, în lei/Mvarh.

Puterea reactivă ce trebuie compensată se determină la vârful curbei de sarcină caracteristică (zi de lucru, iarnă şi vară). Puterea instalată a sursei de compensare este:

unde tgφ este valoarea corespunzătoare factorului de putere neutral al consumatorului la vârful de sarcină şi P este puterea activă consumată la vârful de sarcină.

Eficienţa economică maximă a compensării factorului de putere se obţine studiind următoarele variante:

- cheltuieli totale actualizate (CTA) pe o perioadă determinată, calculate pentru fiecare variantă de compensare;

- durata de recuperare a investiţiilor din economie realizată la costurile anuale;

- costul de revenire al energiei electrice produse în instalaţiile proprii.Criteriul de bază se consideră CTA, adoptându-se varianta cu CTA minime. Durata de recuperare al energiei reactive produse local Cq se determină din

relaţia:

în care Can este suma costurilor anuale aferente instalaţiei de compensare (amortizare, investiţii, pierderi de energie şi cheltuieli de exploatare) iar Wr,an este energia reactivă produsă anual.

Pentru o variantă i studiată, cheltuielile anuale sunt:

unde Cex sunt cheltuielile anuale de exploatare, ε este coeficientul de amortizare normat, luat 0,1 pentru instalaţiile de compensare iar Ii reprezintă cheltuielile totale de investiţie.

Pentru întreprinderile în care lucrările de montare a condensatoarelor nu depăşeşte un an, se poate utiliza metoda cheltuielilor de calcul, sub forma:

unde: Zc reprezintă cheltuielile de calcul; I sunt investiţiile totale pentru instalaţiile de compensare şi alte lucrări auxiliare; C sunt cheltuielile anuale, cuprinzând amortizări, pierderi de putere şi energie; p este coeficientul de eficienţă economică, ţinând cont de termenul normat de recuperare, 10 ani (p=1/10).

Aceste cheltuieli de calcul se determină pentru fiecare variantă întocmită şi se alege cea cu cheltuielile cele mai mici.

Utilizând una din cele două metode menţionate, funcţie de situaţia reală, rezultă o variantă cu cheltuieli actualizate minime, respectiv cu cheltuieli de calcul minime, care se consideră că poate fi realizată.

-15-


Conform reglementărilor în vigoare, se verifică recuperarea investiţiilor făcute pentru compensare în maximum 5 ani din economiile rezultate, cu expresia:

unde: Itotal reprezintă investiţiile totale; β este costul specific al puterii instalate; γ este cota de amortizare pentru centralele electrice; ΔP=ΔPmaxrec-ΔPmaxc+ΔPb este economia de pierderi de putere respectiv diferenţa dintre pierderile de putere maximă fără compensare şi cele cu compensare, adăugând pierderile de putere activă în bateriile de condensatoare; α este costul specific al energiei electrice active; ΔWp=ΔWrec-ΔWpc+ΔWpb este economia de pierderi de energie, reprezentând diferenţa dintre pierderile de energie fără compensare şi cele cu compensare, plus pierderile de energie în bateriile de condensatoare.

Se verifică dacă costul specific al energiei electrice produse de mijloacele de compensare care trebuie să fie mai mic decât costul specific al energiei plătit întreprinderii furnizoare de energie în ipoteza că nu se face compensarea.

Se consideră cheltuielile anuale CI reprezintă amortizarea investiţiilor pentru compensare:

Cheltuielile anuale corespunzătoare pierderilor de putere Cp Si de energie Cw

în instalaţiile de compensare, respectiv:

unde: γ este preţul specific pentru putere; α este preţul specific pentru energia activă; pb sunt pierderile specifice de putere în mijloacele de compensare; Qb este puterea instalaţiei de compensare care funcţionează timpul Ti.

In cheltuielile anuale intră: - costul pierderilor de energie;

- costul de exploatare,unde: β este costul energiei în lei/kWh; Ik este investiţia în instalaţia de compensare iar IR este investiţia în reţea.

Investiţiile în instalaţia de echivalare cuprind Ik şi IR şi se determină cu o relaţie de forma:

unde: γ este costul unitar al puterii instalate în centrala de echivalare în lei/kWIn varianta necompensată, CTA pot fi aproximate cu relaţia:

unde a este costul specific al instalaţiei de compensare; ΔPm este reducerea maximă de pierderi obţinute prin compensare iar Vr este valoarea remanentă a instalaţiei.

In varianta compensată CTAk este aproximată cu relaţia:

unde: Ck reprezintă cheltuielile anuale în varianta compensată iar Vrk este valoarea remanentă a instalaţiei compensate.

Durata de recuperare a investiţiilor se determină prin raportarea investiţiilor suplimentare în varianta compensată la economia anuală, conform relaţiei:

-16-


unde: Drec este durata de recuperare în ani iar C0 şi I0 sunt cheltuielile anuale şi investiţiile totale în lei în varianta necompensată

3. Calculul puterii motorului de acţionare şi alegerea schemei de alimentare

Puterea utilă necesară pentru comprimare, considerând procesul politropic, se calculează cu relaţia:

unde:- Fv=1700m3/h este debitul volumetric (asigurat prin tema de proiectare); - λ - greutatea specifică a gazului la presiunea p1 şi la temperatura T1 de intrare

în compresor [atm], [°K]:

unde T1=293K şi p1=1atm este presiunea de aspiraţie;- Lp01 este lucru mecanic de compresiune pentru un kgf de gaz :

unde i=2 este numărul treptelor de comprimare; n=1,23 este indicele de comprimare politropică (la compresorul cu aer e cuprins între 1,2…1.25); R=29,24 este constanta universală a gazelor iar p2=3,7atm este presiunea de refulare la ultima treaptă.

Pentru asigurarea necesarului de debit volumic, Fv=1700m3/h, se alege din tabelul 1 (anexa 1) tipul compresorului ca fiind XOB, ce asigură un debit de 480m3/h.

Numărul de compresoare se determină raportând necesarul de debit la debitul furnizat de un compresor:

şi se adopta un număr N=4 compresoarePuterea motoarelor de acţionare

pentru compresoare se determină în funcţie de puterea necesară de acţionare a compresoarelor, astfel:

80CP=80 · 736=58880W=58,88kWşi astfel se alege din tabelul 2 (anexa 1), motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit având puterea nominală Pn=75kW, randamentul η=90,4% şi factorul de putere cosφ=0,863.

-17-

MA3~

MA3~

MA3~

MA3~

MS3~

0,4kV

10kV

STI

STI

IO

USOL

TTU-Al 10 / 0,4kV1000kVA

Fig 7.


De asemenea, din tabelul 3 (anexa 1), se alege ca motor de rezervă, un motor sincron de tipul MSI-D, având puterea nominală Pn=100kW.

Schema de alimentare pentru cele patru motoare asincrone, precum şi pentru motorul sincron de rezervă este prezentată în figura 7.

4. Ridicarea curbei de sarcină şi calculul mărimilor caracteristice

Curba de sarcină se construieşte pe un interval de 24 ore iar numărul de citiri a contoarelor este nd=25 intervale. Construcţia efectivă se realizează plecând de la ora 7 unde indicele contoarelor active şi reactive se consideră că pleacă de la indicativul 0 iar apoi se contorizează. din oră în oră, cu un anumit pas.

Energiile activă şi reactivă, conform fiecărui interval, sunt:

unde Ai, Ri ca, cr sunt indexurile şi constantele de măsurare ale contoarelor de energie activă şi reactivă iar Wai, Wri sunt energiile absorbite în intervalele dintre citiri.

Energia totală absorbită în intervalul contorizat se calculează cu relaţia:

unde nd este numărul de citiri a contorului pe durata Δt a bilanţului.Energia activă absorbită de un motor este:

unde P1 este puterea absorbită de motor, dată de relaţia:

Energia activă absorbită de cele 4 motoare va fi:

Energia reactivă absorbită de un motor este:

unde Q1 este puterea absorbită de motor, dată de relaţia:

Energia reactivă absorbită de cele 4 motoare va fi:

Factorul de putere mediu global se determină cu relaţia:

Pe baza mărimilor calculate anterior se trasează curbele de sarcină activă (anexa 2), reactivă (anexa 3), precum şi curbele P/Pn (anexa 4) şi Q/Qn (anexa 5)

Se calculează mărimile caracteristice curbelor de sarcină:- puterea activă medie:

- puterea reactivă medie:

-18-


- timpii de încărcare cu putere activă, reactivă, respectiv aparentă:

unde Pmax şi Qmax au fost determinaţi din curbele de sarcină.

5. Alegerea transformatoarelor şi regimul optim de funcţionare

Conform cu puterile maxime activă şi reactivă din diagramele de sarcină, se calculează puterea aparenta a transformatorului, cu relaţia:

şi se alege astfel un transformator având puterea de 1000kVA, cu caracteristicile trecute în tabelul 1.

-19-


5.1. Determinarea parametrilor transformatorului se face utilizând următoarele relaţii:

tabelul 1Caracteristicile electrice ale transformatorului

Putereanominală

[kVA]

Valoarea nominală a

Inaltei tensiuni între faze,

până la[kV]

Pierderi nominale max.

Randamentul nominal min.

[%]

Tensiunea de scurtcircuit faţă

de tensiunea nominală

[%]

Curentul de mers în gol

faţă de curentul

nominal max.[%]

La mers în gol [W]

La scurtcircuit

[W]

1000 10 4000 15000 98,13 5.5 5

relaţii în care termenii pscn, Uscn şi I0n au fost extraşi din tabelul 1.Fiderul utilizat pentru alimentare este un conductor de aluminiu 3X 70mm2,

cu următorii parametrii:- rezistenţa: r = 0,45Ω/Km;- reactanţa: x = 0,08Ω/Km;- lungimea: L = 420m;- susceptanţa: b = 144 ·10-6μs .5.2. Calculul pierderilor în transformator se face utilizând relaţiile:

(*)

(**)

unde termenii Δq0 şi Δqsc au fost calculaţi cu relaţiile:

unde ke este un coeficient al aportului energiei activă în reactivă cu valori cuprinse între 0,03…0,1.

5.3. Determinarea regimului optim de funcţionare se face utilizând relaţia:

unde n=1 reprezintă numărul de transformatoare.

6. Determinarea pierderilor elementelor reţelei

-20-


6.1. Determinarea pierderilor de putere şi a puterii absorbite din sistem la sarcină maximă, înainte de compensare

1. Pierderilor în transformator: cf. relaţiei (*)

cf. relaţiei (**)2. Calculul puterii active şi reactive la sfârşitul liniei:

3. Pierderile de putere pe linia de alimentare:

unde RL este rezistenţa liniei iar XL este reactanţa liniei, determinate cu relaţiile:

4, Puterea reactivă furnizată de linie:

unde BL este susceptanţa liniei, dată de relaţia:

5. Puterea absorbită din sistem:

6. Factorul de putere la bornele sistemului:

7. Scăderea factorului de putere în lungul reţelei:

6.2. Determinarea pierderilor de energie şi a energiilor totale anuale absorbite din sistem înainte de compensare

1. Pierderile de energie activă zilnică pe transformator:

2. Pierderile de energie activă zilnică pe linie:

unde:

-21-


3. Pierderile de energie reactivă zilnică pe transformator:

4. Pierderile de energie reactivă zilnică pe linie:

5. Aportul de energie reactivă a cablului:

6. Energia activă şi reactivă absorbită din sistem într-o zi, respectiv într-un an:

7. Calculul factorului de putere mediu zilnic la bornele sistemului:

8. Variaţia factorului de putere mediu în lungul reţelei:

6.3. Realizarea compensării factorului de putere

1. Determinarea puterii de compensare corespunzătoare unui factor de putere cosφ>0,92

Se calculează numărul necesar de baterii de condensatoare ştiind că valoarea nominală a unei baterii este de 20kVAr, astfel:

Se adoptă nc=7 baterii de condensator şi se recalculează Qk:

Din curbele de sarcină se observă că orele de vârf sunt:9-10; 14-21; 0-4

-22-


După compensare se mai consumă energie reactivă din reţea numai în intervalele orare în care consumul depăşeşte Qk.

Se calculează energia reactivă absorbită după compensare:

2. Factorul de putere mediu compensat:

3. Calculul timpilor de încărcare după compensare se face utilizând digrama Qc/Qmax, prezentată în anexa 6:

unde:

6.4. Determinarea pierderilor de putere şi a puterilor absorbite din sistem la sarcina maximă, după compensare:

1. Calculul pierderilor în transformator se face utilizând relaţiile:

unde:

2. Pierderile de putere pe linia de alimentare:

-23-


unde:

3. Puterea absorbită din sistem:

4. Calculul factorului de putere la bornele sistemului:

6.5. Determinarea pierderilor de energie activă şi reactivă şi a energiilor anuale absorbite din sistem după compensarea factorului de putere:





5. Aportul de energie reactivă al bateriei de condensatoare pe perioada supracompensării:

6. Energia activă şi reactivă absorbită din sistem într-o zi, respectiv într-un an:

7. Calculul factorului de putere mediu la bornele sistemului după compensare:

-24-


6.6. Realizarea compensării energiei reactive prin reglarea treptelorbateriilor de condensatoare

Pentru realizarea compensării energiei reactive se vor utiliza 7 trepte de reglare a energiei reactive de compensare (fig. 8), alegerea acestor trepte fiind conform curbelor de sarcină în aşa fel încât să acopere cât mai optim necesarul de energie reactivă.

1.

2.

3.

4. Puterea activă şi reactivă la începutul liniei:

5. Pierderile de putere pe linia:

6, Puterea absorbită din sistem:

-25-

k Timpk1=1 t1=1hk2=0,84 t2=2hk3=0,7 t3=2hk4=0,56 t4=2hk5=0,42 t5=2hk6=0,28 t6=2hk7=0,14 t7=3h

10 13 16 19 22 1 4

0.14

0,28

0,42

0,56

0,7

0,84

1

k

ore

Fig. 8


7. Factorul de putere la bornele sistemului:

6.7. Calculul pierderilor de energie şi a energiei absorbite din sistem după reglarea în trepte a puterii reactive de compensare

1. Pierderile de putere activă în baterile de condensatoare:





6. Energia activă şi reactivă absorbită din sistem zilnic şi anual:

7. Factorul de putere mediu la bornele sistemului:

7. Calculul indicatorilor de fiabilitate

-26-


Stabilirea indicatorilor de fiabilitate se poate face prin mai multe metode, printre care şi metoda grupului de defectare.

Metoda grupului de defectare Sistemul energetic şi instalaţiile care îl compun constituie un complex

tehnic la exploatarea căruia se pune în evidenţă un volum imens de date sau informaţii, prelucrarea, exploatarea şi stocarea acestora necesitând un volum foarte mare de muncă ce poate fi realizat doar prin prelucrarea automată a datelor, cu calculatoare electronice.

Sistemul energetic, ca de altfel orice sistem tehnologic constituie în evoluţie o stare de funcţionare (de succes) sau o stare de defectare (de refuz).

Analiza histogramei de funcţionare pune în evidenţă pericolele caracteristice care apar în timpul funcţionării unui element sau sistem tehnic, succesiunea stărilor sistemului fiind o medie statistică a timpilor de funcţionare şi de defectare a tuturor elementelor schemei respective.

Dacă schema de analizat este mai complicată se realizează o împărţire a ei în grupuri de elemente, numite grupuri de defectare, respectând următoarele principii:

1. Un element care constituie singur un grup de defectare, respectiv avarierea sa duce la starea de defect sau de insucces a întregului sistem, nu se va mai combina cu alte elemente.

2. Se admit maxim două elemente defecte la un moment dat.Grupurile de defecte se clasifică astfel:- elemente individuale, prin a căror defectare schema trece în stare de

insucces, ce poate fi eliminată prin reparaţii şi ele nu se mai combină cu alte elemente; se modifică configuraţia întregului sistem;

- grupuri de elemente, grupate astfel încât orice defecţiune la unul dintre elemente produce defectarea întregului grup, simultan.

Termenul „simultan” nu se referă la momentul producerii defecţiunii ci la suprapunerea în timp a acestor defecte. In cazul utilizării metodei grupului de defectare posibilitatea de omitere a unor elemente din schemă nu se poate realiza deoarece se va întocmii o tabelă de adevăr care este o matrice ce conţine un acelaşi număr de linii şi coloane corespunzătoare grupurilor de defecte. La intersecţia liniei şi coloanei de acelaşi rang este prezentat aportul elementului respectiv la starea sistemului. La intersecţia ultimei linie şi coloană a matricei se notează întotdeauna starea elementului individual a cărui defectare produce starea insucces a întregii scheme. Pe diagonala principală se trece întotdeauna starea de succes a sistemului. Pe diagonala paralelă cu acestea alternează starea de refuz, respectiv manevră cu stările de succes.

In categoria refuzului intră şi starea de manevră pentru a aduce sistemul din starea de refuz în starea de manevră (M).

Elementele tabelei de adevăr vor constituii în final elemente individuale şi grupuri de elemente înseriate, pentru care este necesar să se calculeze indicatorii de

fiabilitate.Algoritmul de calcul pentru determinarea indicatorilor de fiabilitate a

schemei este următorul:1. Transformarea schemei tehnologice într-o schemă echivalentă în care se

înlocuiesc simbolurile tehnologice cu alte simboluri pentru elementele î funcţiune şi în rezervă, prezentând capacităţile funcţionale;

-27-

I II III IVI S R -II S M -III S -IV - - - R


2. Se stabilesc nivelurile funcţionale posibile ale schemei pornind de la capacităţile funcţionale ale elementelor componente;

3. Se determină grupurile de defectare şi pentru grupele de pe acelaşi nivel se calculează indicatorii de fiabilitate;

4. Se întocmeşte tabela de adevăr;5. Se determină di tabelă stările de refuz a schemei;6. Se calculează indicatorii de fiabilitate pentru fiecare grup de defectare

paralel;7. Se calculează indicatorii de fiabilitate pentru grupurile de defectare

înseriate;Probabilitatea de succes a schemei se calculează cu relaţia:

şi

unde n reprezintă numărul grupelor de defectare înseriate.

Calculul indicatorilor de fiabilitate pentru schema de alimentare aleasă

Etapa I: Stabilirea schemei de calcul (fig. 9)

-28-

MA3~

MA3~

MA3~

MA3~

MS3~

0,4kV

10kV

STI

STI

IO

USOL

TTU-Al 1000kVAIII

I

II

IV

Iλ=0,03·10-4

µ=0,05

II

III

IV

λ=0,003·10-4

µ=0,07

λ=0,015·10-4

µ=0,05

λ=0,1·10-4

µ=0,12

λ=0,03·10-4

µ=0,01

λ=0,01·10-4

µ=0,2

λ=0,03·10-4

µ=0,3

λ=0,1·10-4

µ=0,12

λ=0,018·10-4

µ=0,2

Fig. 9

λI=0,03·10-4

µI=0,05

λII=0,118·10-4

µII=0,039

λIII=0,17·10-4

µIII=0,42

λIV=0,018·10-4

µIV=0,2

Fig. 10

λI, µI

Fig. 12

λIII, µIII

λIV, µIV

λII, µII

λIII, µIII


Etapa II: Transformarea şi simplificarea schemei Se calculează indicatorii de fiabilitate pentru fiecare grup de defectare,

considerând elementele înseriate şi se realizează schema simplificată de calcul::

Etapa III: Se întocmeşte tabela de adevăr (figura 11), în care se trec stările de refuz şi succes, iar apoi se întocmeşte schema echivalentă (figura 12) pe baza căreia se calculează indicatorii de fiabilitate finali.

II III IV III S R S -III S R -IV S -I R

Din tabela de adevăr se observă că elementele care duc la starea R constituie grupuri de defecte, ele fiind: I; III - IV; II - III.

-29-

Fig. 11


Indicatorii de fiabilitate echivalenţi se calculează cu relaţiile:

Etapa IV: Se calculează probabilitatea de succes şi de refuz a schemei, cu relaţiile:

Bibliografie:

-30-


1. Prof. Daniela Lică, Curs electroenergetică;

2. Emil Pietrăreanu, „Agenda electricianului”, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1979.

-31-

Date post:	15-Jun-2015
Category:	Documents
Upload:	costin31
View:	802 times
Download:	2 times

Electroenergetica - proiect

Documents