Transportul Si Distributia Energiei Electrice

Consideraii generale privind transportul i distribuia energiei electrice

CUPRINS

1. Consideraii generale privind transportul i distribuia energiei electrice (TDEE)........................................................................................................2

1.1. Obiectul cursului.....................................................................................2 1.2. Cerinele impuse instalaiilor de transport i distribuie.....................................................................................4 1.3. Clasificarea reelelor electrice.................................................................7 1.3.1. Clasificarea RE din punct de vedere al tensiunii nominale ............8 1.3.2. Clasificarea reelelor electrice din punct de vedere al destinaiei. 12 1.3.3. Clasificarea reelelor electrice din punct de vedere al teritoriului pe care l ocup..................................................................13 1.3.4. Clasificarea reelelor electrice din punct de vedere al structurii (configuraiei).......................................................................13 1.3.5. Clasificarea reelelor electrice din punct de vedere al situaiei neutrului fa de pmnt.........................................................14 1.3.5.1 Reea cu neutrul izolat.............................................................15 1.3.5.2 Reea cu neutrul legat direct la pmnt...................................16 1.3.5.3 Reele cu neutrul legat la pmnt prin impedane...................17 1.3.5.4 Situaia neutrului pentru reele de diverse tensiuni ale SEE...22 1.3.6. Clasificarea reelelor electrice dup frecvena de lucru................23 1.4. Regimurile de funcionare ale reelelor electrice..........................................................................................24 1.5. Alegerea tensiunii nominale a reelelor electrice.......................................................................................25 1.6. Arhitectura sistemelor electroenergetice..............................................27 1.7. dezvoltarea instalaiilor de transport i distribuie n romnia........29

1

Transportul i distribuia energiei electrice

1. CONSIDERAII GENERALE PRIVIND TRANSPORTUL I DISTRIBUIA ENERGIEI ELECTRICE (TDEE)1.1. OBIECTUL CURSULUI Dintre formele sub care se consum energia, un loc deosebit l ocup energia electric, fapt dovedit i de creterea continu a ponderii energiei primare transformat n energie electric (peste 40%, n prezent). Avantajele deosebite pe care le prezint energia electric n raport cu alte forme de energie - poate fi obinut, cu randamente bune, din oricare alt form de energie, poate fi transmis rapid i economic la distane mari, se poate distribui la un numr mare de consumatori de puteri diverse, se poate transforma n alte forme de energie, n condiii avantajoase, este "curat", adic odat produs nu este poluant, se preteaz bine la automatizri, se poate msura cu precizie etc. - au determinat extinderea continu a domeniilor de utilizare a acesteia i implicit a crescut numrul i puterea instalaiilor destinate acestui scop. Deoarece energia electric solicitat de consumatori nu poate fi stocat, ea trebuie utilizat chiar n momentul producerii sale. Aceast condiie este ndeplinit ntruct producerea, transportul, distribuia i utilizarea energiei electrice sunt legate una de alta i decurg n cadrul unui ansamblu de instalaii ce alctuiesc sistemul energetic (SE), prezentat schematic n figura 1.1. Prin sistem electroenergetic (SEE) sau sistem electric se nelege partea electric a sistemului energetic, ncepnd cu generatoarele electrice pn la receptoarele electrice inclusiv. n cadrul SEE, instalaiile de producere, transport distribuie i utilizare a energiei electrice sunt interconectate ntr-un anumit mod i au un regim comun i continuu de producere i consum a energiei electrice. Energia electric necesar alimentrii consumatorilor din sistemele electroenergetice este produs de generatoarele din centralele electrice, la nivel de medie tensiune (6-24) kV. Generatoarele sincrone transform energia mecanic a motoarelor primare care le antreneaz (turbine cu abur, turbine hidraulice etc.) n energie electric. Pentru a obine energia mecanic necesar antrenrii generatoarelor electrice se consum o alt form de energie (termic, hidraulic, nuclear, eolian etc.). n concluzie, n centralele electrice, diverse forme de energie din resursele primare se transform succesiv, cu ajutorul unor maini i agregate, n energie mecanic i ulterior n energie electric.

2


RE EP IP ITr MP CE SEE LD

~GS SEV

LT SD PT

CMT CJT

Fig. 1.1 EP-energie primar; IP-instalaie primar; ITr-instalaie de transport; MPmain primar; GS-generator sincron; CE-central electric; SEV-staie de evacuare; LT-linie de transport; SD-staie de distribuie; LD-linie de distribuie; PT-post de transformare; CMT-consumator de medie tensiune; CMJ- consumator de joas tensiune. Legtura dintre sursele de energie electric (generatoare) i consumatori este asigurat de instalaiile de transport i distribuie a energiei electrice, adic de reeaua electric (RE). Reeaua electric este alctuit din urmtoarele elemente principale: linii electrice aeriene (LEA) i n cabluri (LEC), staii i posturi de transformare, la care se adaug: baterii de compensare a puterii reactive, bobine de reactan, rezistoare de limitare, elemente secundare etc. Obiectul cursului l reprezint instalaiile de transport i distribuie a energiei electrice, adic reeaua electric, cu toate elementele sale constructive i funcionale, innd seama c aceste instalaii sunt parte component a SEE. Prezena n SEE a instalaiilor de transport i distribuie a energiei electrice este necesar din urmtoarele considerente: - asigur transportul energiei la distane mari, din zonele de producere spre centrele de consum, transportul sub form de energie electric fiind soluia economic; - diferena dintre tensiunea nominal a generatoarelor i cea a consumatorilor; - diferena dintre tensiunea nominal a liniilor de transport i cea a consumatorilor; - diferena dintre puterea transportat i cea solicitat individual de ctre receptoare; - funcionarea interconectat a centralelor din SEE sau funcionarea interconectat a SEE aparinnd unor zone teritoriale diferite impun existena unei reele de legtur etc.3


1.2. CERINELE IMPUSE INSTALAIILOR DE TRANSPORT I DISTRIBUIE Dintre aceste cerine, unele trebuie s fie satisfcute de SEE n totalitatea lui, deci i de reelele electrice ca parte component a sistemului, iar altele se refer numai la reelele electrice, n msura n care acestea constituie elemente mai mult sau mai puin independente de restul elementelor componente ale sistemului. Principalele cerine impuse reelelor electrice sunt: - continuitatea alimentrii cu energie electric a consumatorilor; - sigurana n funcionare; - calitatea energiei electrice furnizate consumatorilor; - dezvoltarea ulterioar a reelei; - eficiena economic a investiiilor; - cerine suplimentare impuse de impactul cu mediul nconjurtor. Continuitatea alimentrii cu energie electric a consumatorilor este o cerin esenial pe care trebuie s o ndeplineasc o reea electric. Alimentarea consumatorilor trebuie asigurat practic fr ntrerupere (sau la un nivel de ntrerupere admis, de valoare mic), indiferent de regimul i starea sistemului. Acest deziderat se realizeaz n primul rnd prin alegerea unei configuraii adecvate a reelei dar depinde direct de sigurana n funcionare a reelei. ntreruperea alimentrii cu energie electric afecteaz consumatorii n mod diferit. n funcie de natura efectelor produse de ntreruperea alimentrii cu energie electric, receptoarele se ncadreaz n urmtoarele categorii: - categoria zero, la care ntreruperea n alimentarea cu energie electric poate duce la explozii, incendii, distrugeri de utilaje sau pierderi de viei omeneti. n aceast categorie intr, spre exemplu: calculatoarele de proces, instalaiile de ventilaie i evacuare a gazelor nocive sau a amestecurilor explozive, instalaiile de rcire la cuptoarele de inducie etc.; - categoria I, la care ntreruperea alimentrii conduce la dereglarea proceselor tehnologice n flux continuu, necesitnd perioade lungi pentru reluarea activitii la parametrii cantitativi i calitativi existeni n momentul ntreruperii, sau la rebuturi importante de materii prime, materiale auxiliare etc., fr a exista posibilitatea recuperrii produciei nerealizate. Se pot ncadra n aceast categorie: podurile rulante de turnare n oelrii, cuptoarele de topit sticl, incubatoarele, staiile de pompe pentru evacuarea apelor din mine etc.; - categoria a II-a cuprinde receptoarele la care ntreruperea alimentrii conduce la nerealizri de producie, practic numai pe durata ntreruperii, iar producia nerealizat poate fi, de regul, recuperat. n aceast categorie se4


pot ncadra: cuptoarele pentru tratamente chimice, compresoarele de aer, instalaiile de extracie, mainile prelucrtoare pentru producia de serie etc.; - categoria a III-a cuprinde receptoarele de mic importan care nu se ncadreaz n categoriile precedente, cum ar fi: receptoarele din ateliere, depozite, secii auxiliare, cum i cele aparinnd consumatorilor casnici i rurali. n funcie de categoria din care fac parte, receptoarelor trebuie s li se asigure rezerva necesar n alimentarea cu energie electric, prin scheme de alimentare adecvate. Astfel, exist consumatori, respectiv receptoare, cum sunt cele din categoria zero, care necesit rezerv de 100%, cile de alimentare fiind independente i racordate n puncte de alimentare distincte. Pentru aceti consumatori, dac n ntreprindere nu exist o central electric de termoficare, se prevede o surs separat de energie (grup electrogen). Pentru receptoarele din categoria I sunt necesare dou ci de alimentare cu rezerv de 100% care pot s nu fie independente i s fie racordate n puncte nedistincte de alimentare. Durata de ntrerupere a alimentrii este de maximum 3 s i corespunde timpului de acionare a automaticii din staii. Pentru alimentarea receptoarelor din categoria a II-a se asigur de asemenea rezerv de 100%, dar durata ntreruperii, adic de trecere de la alimentarea de baz la cea de rezerv, poate varia de la 30 min. la 16 ore Aceste intervale de timp sunt necesare pentru efectuarea manevrelor de izolare a defectului i de stabilire a unei noi scheme pentru alimentarea pe calea de rezerv. Pentru receptoarele din categoria a III-a nu este obligatorie asigurarea unei alimentri de rezerv. n privina noiunii de puncte distincte de alimentare se precizeaz c acestea pot fi dou staii de transformare sau dou centrale diferite, racordarea fcndu-se prin linii diferite. Se consider, de asemenea, puncte diferite dou secii de bare dintr-o staie, dac fiecare secie este alimentat prin ci distincte (generatoare, linii, transformatoare) i dac nu sunt unite ntre ele, sau sunt unite printr-un ntreruptor cu declanare rapid, n cazul perturbrii regimului normal de funcionare pe una din secii. Dou ci de alimentare se consider independente dac un defect unic sau lucrrile de reparaii i ntreinere la elementele unei ci nu conduc la scoaterea din funciune a celeilalte ci. Se consider ci de alimentare independente dou linii pe stlpi separai sau cele dou circuite ale unei linii cu dublu circuit, n ipoteza c nu se ia n considerare, pentru a doua variant, avarierea grav a unui stlp, acesta fiind, de obicei, un element sigur al liniei. Prin sigurana n funcionare a unei reele electrice se nelege capacitatea acesteia de a suporta solicitrile care apar n funcionarea ei fr consecine inacceptabile pentru instalaiile i aparatele ce o compun, fr5


prejudicii pentru personalul de deservire, pentru construciile sau obiectivele nvecinate. Datorit diversitii elementelor care alctuiesc reeaua electric i a numeroaselor incidente care apar n exploatarea acesteia, realizarea unei sigurane absolute n funcionarea unei reele electrice este deosebit de dificil i iraional. n exploatarea unei reele electrice pot apare solicitri foarte mari sau mai multe avarii simultane, independente unele de altele, frecvena de apariie n ambele situaii fiind foarte mic. A supradimensiona toate elementele componente ale reelei pentru a suporta astfel de solicitri ar nsemna un efort financiar deosebit de mare. De aceea este necesar corelarea judicioas a siguranei n funcionare cu economicitatea instalaiilor ce compun reeaua, ceea ce va conduce la o soluie optim din punct de vedere tehnico-economic. Calitatea energiei electrice furnizate consumatorilor reprezint o cerin esenial n exploatarea reelelor electrice i se apreciaz n funcie de urmtorii parametri: tensiunea de alimentare, frecvena, gradul de simetrie al sistemului trifazat de tensiuni i puritatea undei de tensiune, dorit de form sinusoidal. O bun calitate a energie furnizate impune ca tensiunea de alimentare i frecvena s fie ct mai apropiate de valorile nominale, iar fluctuaiile de tensiune i frecven n jurul acestor valori s fie ct mai reduse att ca valoare ct i ca frecven. Abaterile admise sunt de cca. 5% pentru tensiuni, respectiv 0,5% pentru frecven. Meninerea frecvenei n limitele admise depinde de circulaia puterilor active n sistem, fiind o problem de exploatare a centralelor electrice. Valoarea tensiunii n nodurile sistemului depinde n primul rnd de circulaia puterilor reactive. Meninerea ei ntre limitele admise reprezint o problem esenial n proiectare i exploatarea RE, fiind cunoscut sub denumirea de reglarea tensiunii. Gradul de simetrie al sistemului trifazat de tensiuni este o cerin de calitate, ce impune ca n toate nodurile sistemului s existe un sistem trifazat simetric de tensiuni. Pentru asigurarea acestui deziderat este necesar ca generatoarele sincrone din sistem s furnizeze un sistem trifazat simetric de tensiuni, iar elementele din sistem s fie echilibrate trifazat. n acest sens, la transformatoare se acioneaz asupra formei miezului magnetic, la linii se efectueaz transpunerea fazelor, receptoarele trifazate se construiesc echilibrate, cele monofazate se distribuie pe cele trei faze astfel nct s asigure o ncrcare echilibrat a reelei. n general, cerina de simetrie a tensiunilor este practic realizat n SEE. Cerina de puritate a undei de tensiune impune lipsa armonicilor de tensiune (i curent) sau limitarea acestora la un nivel redus. Pentru aceasta, prin construcie, generatoarele trebuie s furnizeze tensiuni electromotoare6


lipsite de armonici. Apoi, prin proiectare, construcie i exploatare trebuie s se evite domeniile neliniare de funcionare a elementelor din sistem (exemplu saturaia la transformatoare) i s se evite configuraiile ce pot forma circuite rezonante pentru armonicile cele mai probabil existente n sistem (de ex. linie aerian lung conectat cu o reea extins de cabluri). n fine, la consumatorii importani, care constituie surse de armonici (de exemplu staii de redresare) se vor utiliza scheme de compensare. Dezvoltarea ulterioar a reelei este o cerin potrivit creia reeaua electric existent trebuie s permit o extindere (dezvoltare) viitoare fr ca prin aceasta gradul ei de siguran i simplitatea manevrelor s sufere modificri eseniale. Eficiena economic a investiiilor este cerina care impune ca transportul i distribuia energiei electrice s se realizeze cu cheltuieli minime la o anumit putere transferat. Creterea eficienei economice a investiiilor se realizeaz prin: - reducerea la maxim a cheltuielilor de investiii prin adoptarea soluii-lor celor mai ieftine dintr-un numr de soluii posibile, care satisfac condiiile tehnice impuse; - reducerea pierderilor de putere pe elementele reelei, prin alegerea unor aparate i instalaii ce prezint randamente ridicate i prin exploatarea raional a acestora. Cerinele suplimentare impuse de impactul cu mediul nconjurtor acioneaz ca restricii, care trebuie respectate n mod obligatoriu. De exemplu, se impun restricii de poluare estetic, fonic, atmosferic sau de deviere a traseelor n cazul unor zone urbane (chiar dac soluia tehnicoeconomic recomand ca o linie de nalt tensiune s treac prin centrul unei zone urbane, aceast soluie nu poate fi acceptat i traseul se modific corespunztor). 1.3. CLASIFICAREA REELELOR ELECTRICE Exist diferite criterii de clasificare a reelelor electrice. O clasificare rezultat din practica de exploatare a reelelor electrice este prezentat schematic n figura 1.2.

7


tensiunea nominal

de joas tensiune (JT) de medie tensiune (MT) de nalt tensiune (IT) de foarte nalt tensiune (FIT) de transport de distribuie de utilizare republicane regionale urbane rurale radiale buclate complex buclate izolat legat direct prin impedan (tratat) bobin de stingere rezisten de limitare

destinaie

casnice industriale

Clasificarea RE dup

teritoriul pe care l ocup nominal

configuraie (structur) situaia neutrului fa de pmnt

frecvena de lucru

de curent continuu de curent alternativ Fig. 1.2

1.3.1. Clasificarea RE din punct de vedere al tensiunii nominale Tensiunile de lucru ale instalaiilor de transport i distribuie sunt standardizate la nivelul fiecrei ri i difer, n general, de la o ar la alta. Normalizarea tensiunilor a fost impus de necesitatea producerii i utilizrii ct mai raionale a echipamentelor componente ale reelelor electrice. Valorile standardizate ale tensiunilor sunt n concordan cu valorile recomandate de Comisia Electrotehnic Internaional (CEI). Valorile normalizate ale tensiunilor utilizate n ara noastr sunt: 400 V pentru JT, 6, 10, (15), 20, (35) kV pentru MT, 110, 220 kV pentru IT i 400,8


750 kV pentru FIT. Valorile tensiunilor standardizate se refer la tensiunile ntre faze, iar valorile puse n parantez nu sunt preferate, fiind n curs de lichidare. S-a constatat c raportul optim dintre dou tensiuni normalizate succesive este de 23, pentru tensiuni medii i 1,52, pentru tensiuni nalte i foarte nalte. Dei exist o mare diversitate de niveluri de tensiune standardizate n diferite ri, exist o preocupare continu pe plan mondial de a elimina aceste diferene, n special la nivelurile de nalt i foarte nalt tensiune, prin intermediul crora se realizeaz interconexiunea sistemelor din rile nvecinate. Tensiunea nominal a unei instalaii, echipament sau aparat este valoarea tensiunii pentru care acestea funcioneaz normal i cu randament maxim. Tensiunea nominal este o mrime caracteristic echipamentului i se stabilete n corelaie cu tensiunea normalizat a treptei respective de tensiune, de care poate diferi puin, n funcie de locul pe care l ocup elementul respectiv n sistem. La stabilirea tensiunii nominale a echipamentelor se ine seama de faptul c pe reelele electrice apar pierderi de tensiune de pn la 10% i pentru a le putea acoperi este necesar ca tensiunea la nceputul liniei s fie mai mare dect cea de la bornele consumatorilor. Astfel, elementele dispuse la nceputul reelei, deci care funcioneaz n regim de surse (generatoare, nfurrile secundare ale transformatoarelor i autotransformatoarelor) vor avea tensiunea nominal cu (510)% mai mare dect valoarea standardizat a treptei respective, n timp ce elementele dispuse la sfritul reelei i care funcioneaz n regim de consumator fa de elementele din amonte (primarul transformatoarelor de distribuie, consumatorii), vor avea tensiunea nominal egal cu valoarea standardizat a treptei respective. Pentru o utilizarea eficient a izolaiei liniilor electrice este de dorit ca pierderile de tensiune pe linii s fie repartizate simetric fa de mijlocul lor. Astfel, tensiunea nominal a liniilor electrice este egal cu tensiunea standardizat respectiv i se atinge la mijlocul acestora. Tensiune nominal a receptoarelor este egal cu tensiunea normalizat a treptei la care funcioneaz. Tensiunea nominal a generatoarelor este cu 5% mai mare dect tensiunea standardizat a treptei la care sunt conectate. n legtur cu transformatoarele i autotransformatoarele din reea se evideniaz urmtoarele situaii: - primarul transformatoarelor de distribuie, care funcioneaz n regim de consumator va avea tensiunea nominal egal cu tensiunea standardizat a treptei respective;9


- primarul autotransformatoarelor bloc sau a autotransformatoarelor (AT) din imediata apropiere a generatoarelor va avea aceeai tensiune nominal cu a generatoarelor, adic cu 5% mai mare dect tensiunea standardizat a treptei respective; - secundarele transformatoarelor i autotransformatoarelor funcioneaz n regim de surs. Tensiunea nominal a acestora este definit pentru regimul de mers n gol i se alege cu 10% mai mare dect valoarea standardizat a treptei la care sunt conectate, din care 5% acoper pierderile de tensiune n transformatoare la funcionarea n sarcin, astfel c la nceputul liniilor alimentate de acestea tensiunea va fi cu 5% mai ridicat dect tensiunea normalizat a treptei respective. n cazul autotransforma-toarelor care alimenteaz reele scurte, cu pierderi de tensiune neglijabile, tensiunea nominal a secundarelor se va stabili doar cu 5% mai mare dect valoarea standardizat a treptei respective. n concluzie, tensiunile nominale cu care se calculeaz parametrii electrici ai elementelor de sistem se determin cu relaia: U n = k U STAS , unde: k=1 (1.1) pentru consumatori, linii, primarul transformatoarelor de distribuie; k=1,05 pentru generatoare, primarul transformatoarelor bloc, primarul autotransformatoarelor; k=1,1 pentru secundarul transformatoarelor i AT. Pentru valorile lui k, n exploatarea reelelor electrice pot apare abateri cantitative, dar principiile calitative prezentate mai sus rmn valabile. Stabilirea tensiunilor nominale pentru elementele unei RE este prezentat n figura 1.3. O alt problem 110 kV 20 kV legat de tensiunea ~ reelelor electrice se 10,5 kV 10/121 kV 110/22 kV refer la stabilirea benzilor de tensiune 0,4 kV 10 kV ale acestora, avnd n vedere faptul c n exploatarea RE apar 10/0,42 kV abateri ale tensiunii Fig. 1.3 fa de nivelul stabilit. La stabilirea benzilor de tensiune este hotrtor modul de comportare a echipamentului. Astfel, tensiunea maxim admis este impus de nivelul de izolaie a echipamentului. La aceast tensiune se asigur nc funcionarea de lung durat a reelei n condiii normale de siguran i de continuitate n10


alimentarea consumatorilor cu energie electric la parametrii de calitate impui. n timpul exploatrii, ca urmare a unor incidente, nivelul de tensiune poate scdea, tensiunea minim admis fiind impus de funcionarea normal, din punct de vedere tehnic, a echipamentelor. n legtur cu benzile de tensiune se fixeaz trei zone: - zona favorabil este aceea n care echipamentele funcioneaz n cele mai bune condiii sub aspectul solicitrilor electrice i mecanice. Majoritatea valorilor tensiunilor trebuie s se gseasc n aceast zon; - zona admisibil, conine valori care se situeaz n afara zonei favorabile, fiind mrginite de valorile minime i maxime admisibile ale tensiunii. Valorile din zona admisibil, care pot fi atinse n exploatarea reelei n situaii mai deosebite, nu sunt de dorit cu toate c pot fi considerate ca valori normale ale tensiunilor. Echipamentul trebuie s se comporte corect n aceast zon, chiar dac performanele realizate sunt inferioare celor din zona favorabil; - zona extrem mrginete n exterior zona admisibil i cuprinde situaii foarte grele care apar ca urmare a unor incidente grave, dar rare. Astfel de situaii urmeaz s se normalizeze n timp foarte scurt. Este de dorit ca echipamentele s funcioneze pe ct posibil corect i n asemenea condiii. Pentru delimitarea corect i realist a acestor zone, n cadrul SEE se efectueaz permanent studii, se elaboreaz normative care in cont de specificul SEE, de performanele echipamentelor din componena sa, de cerinele consumatorilor privind calitatea energiei electrice i de aspectul economic. n tabelul 1.1 se indic orientativ zonele favorabile i admisibile pe niveluri de tensiune pentru SEE naional. Tabelul 1.1 Nivelul de tensiune [kV] 110 220 400 Zona favorabil [kV] 118123 235242 410420 Zona admisibil [kV] 115123 220242 400420 Dup tensiunea nominal reelele electrice sunt de joas, medie, nalt i foarte nalt tensiune. ncadrarea tensiunilor n aceste categorii se face n concordan cu practica i experiena internaional, CEI nedefinind nc o asemenea clasificare. Reelele de joas tensiune au tensiunea nominal mai mic de 1 kV (0,4 kV n SEN). Se folosesc pentru alimentarea receptoarelor de mic putere din instalaiile interioare ale construciilor civile i industriale, cum i n distribuia comunal i industrial. Reelele de medie tensiune, avnd tensiunea nominal 1 kV Un 35 kV11


(6,10,(15), 20 (35) kV n SEN) sunt specifice distribuiei urbane, rurale i industriale. Ele asigur alimentarea unuia sau mai multor transformatoare, avnd puterea de ordinul a ctorva zeci de kVA pn la cteva sute de kVA; pot alimenta direct motoare de mare putere (sute de kVA). Reelele de nalt tensiune, cu 35 kVIC). Experiena arat c arcul nu devine intermitent la funcionarea cu bobina dezacordat, chiar dac curentul rezultant prin locul de defect ajunge pn la valori de (3050) A. Explicaia const n faptul c bobina dezacordat favorizeaz stingerea arcului electric nu numai datorit limitrii curentului, ci i datorit limitrii tensiunii de revenire la bornele canalului de arc. Necesitatea unui dezacord al bobinei se impune pentru prevenirea creterii potenialului punctului neutru al reelei, la funcionarea n regim19


normal cu bobina acordat, datorit faptului c niciodat capacitile fazelor fa de pmnt nu sunt perfect egale. Tensiunea punctului neutru al reelei fa de pmnt se determin cu relaia cunoscut din electrotehnic: U0 = Y 1 U 1N + Y 2 U 2 N + Y 3 U 3 N , Y1 + Y 2 + Y 3 + Y N (1.5)

n care: U1N, U2N, U3N sunt tensiunile pe faze ale reelei (formeaz un sistem simetric); Y1, Y2, Y3, admitanele neegale ale fazelor fa de pmnt, iar YN este admitana bobinei de stingere. Dac n (1.5) considerm c admitanele Y1, Y2, Y3 sunt pur capacitive, iar admitana bobinei YN este pur inductiv, cnd bobina este acordat, numitorul acestei relaii este foarte mic. Deoarece numrtorul este nenul (Y1 Y2 Y3), tensiunea U0 poate cpta valori ridicate, la funcionarea n regim normal. Dintre avantajele tratrii neutrului prin bobin de stingere se menioneaz: - asigur continuitatea alimentrii consumatorilor n cazul punerilor la pmnt monofazate (cca. 70 % din defectele pasagere nu sunt sesizate dect de aparatele nregistratoare); - curentul la locul de defect este redus la cteva procente din valoarea curentului capacitiv al reelei; - se exclude posibilitatea apariiei scurtcircuitelor cu arc persistent; - influene mai reduse asupra liniilor de telecomunicaii dect n cazul reelelor cu neutrul izolat. Principalele dezavantaje ale acestui sistem de tratare a neutrului sunt: - necesit nivel de izolaie mai ridicat n instalaii, deoarece supratensiunile sunt similare cu cele din reelele cu neutrul izolat; - complicarea instalaiilor de protecie; - nu compenseaz componenta activ a curentului rezidual al cablurilor (care poate avea o valoare important la cablurile din PVC) i, ca urmare, stingerea arcului la locul de defect nu mai poate fi asigurat n reelele extinse; - dificultatea identificrii locului avariei; - exploatare mai dificil n absena reglajului automat; - nu este eficient n prezena unor consumatori deformani, cnd curen-tul capacitiv are un coninut ridicat de armonici. Modul de tratare a reelelor prin bobina de stingere se ntlnete curent n multe ri din Europa i n ara noastr, fiind considerat ca o soluie optim pentru reelele aeriene de MT n care curenii capacitivi depesc valorile admise (cca. 10 A). Reele cu neutrul legat la pmnt prin rezisten. Valoarea relativ20


sczut a rezistenei de legare la pmnt face ca, n cazul unei puneri la pmnt, reelele tratate cu rezistor de limitare s aib o comportare asemntoare cu reelele cu neutrul legat direct la pmnt. Legarea la pmnt a neutrului reelei printr-un rezistor are rolul de a limita valoarea curentului de scurtcircuit monofazat I (k1) la o fraciune din valoarea curentului de scurtcircuit trifazat I (k3) . Gradul de limitare prin rezisten a curentului de scurtcircuit monofazat depinde de mai muli factori de care trebuie s se in seama n calcule i anume: - stabilitatea termic a rezistorului de limitare (asigurarea disiprii pierderilor de energie n rezisten pe durata scurtcircuitului monofazat); - cderea de tensiune pe rezisten, n caz de defect; - funcionarea selectiv a instalaiilor de protecie (valoarea curentului de scurtcircuit monofazat I (k1) trebuie s fie suficient de mare n raport cu valoarea curentului maxim de sarcin). Alegerea unui raport I (k1) I (k3) ct mai mic duce la micorarea pierderilor de energie n rezistor, fapt ce simplific problemele de dimensionare a acesteia, dar conduce la o deplasare important a punctului neutru, la supratensionarea fazelor sntoase i dificulti n reglarea proteciilor, n cazul unor cureni importani de sarcin. Adoptarea unui grad mai redus de limitare, de exemplu I (k1) I (k3) = 1 , conduce la supratensiuni mai mici pe fazele sntoase, dar pune probleme deosebite pentru dimensionarea rezistorului. Pe de alt parte, tratarea prin rezistor implic unele cheltuieli suplimentare pentru rezolvarea proteciei de curent pe trei faze i asigurarea unor valori reduse pentru prizele de pmnt din reea. Valorile optime ale curenilor de defect se determin astfel nct s se respecte factorii restrictivi menionai mai sus i, n acelai timp, s conduc la cheltuieli minime n reele. Pentru reelele de MT din ara noastr, valorile recomandate ale curentului de defect ( I (k1) ), calculate pe baza variaiei tensiunii neutrului reelei i analizei statistice a rezistivitii prizelor de pmnt, sunt de (200250) A, pentru reelele aeriene i de (8001000) A, pentru reelele n cablu. Mrimea rezistenei de tratare se poate determina aproximativ, utiliznd relaia: 1 1 R N = Uf (1) , I k dorit I k (1.6)

21


n care: Ikdorit este curentul de scurtcircuit dorit (recomandat), iar I (k1) curentul de defect monofazat n reea, dac neutrul ar fi legat direct la pmnt. n aceast relaie, I (k1) este suficient de mare pentru ca ultimul termen s poat fi neglijat. Pentru rezistenele de tratare din reelele de (6-20) kV rezult valori de ordinul ohmilor sau a zecilor de ohmi. Avantajele sistemului de tratare a neutrului prin rezisten sunt: - exploatarea simpl a reelei, care poate fi extins fr modificarea modului de tratare (valoarea curenilor capacitivi este mic n comparaie cu Ik(1) i acetia pot fi neglijai n calcul); - detectarea i localizarea rapid a defectelor; - amortizarea rapid a oscilaiilor libere care apar n timpul proceselor tranzitorii, care nsoesc scurcircuitele cu arc; - diminuarea solicitrilor izolaiei la supratensiuni tranzitorii; - costuri mai reduse dect n cazul tratrii prin bobine de stingere. Dintre dezavantaje se menioneaz: - majorarea investiiilor n reea (rezistoare, transformatoare de curent individuale, prize de pmnt, instalaii RAR); - creterea numrului de deconectri fa de reeaua cu neutrul izolat. Tratarea neutrului prin rezistor se aplic cu rezultate bune n cazul reelelor extinse de cabluri i n prezena consumatorilor deformani, dar prezint unele dificulti n cazul liniilor aeriene la care se impune realizarea unor valori stabile ale rezistenei prizelor de pmnt ale stlpilor sau instalarea unui conductor suplimentar care s preia rolul mantalei cablurilor. 1.3.5.4 Situaia neutrului pentru reele de diverse tensiuni ale SEE Modul de funcionare a neutrului reelelor electrice de diverse tensiuni se stabilete n funcie de avantajele i dezavantajele prezentate n paragrafele anterioare. Astfel, n cazul reelelor de nalt i foarte nalt tensiune (110, 220, 400 kV) soluia general adoptat n ara noastr este legarea direct la pmnt a neutrului transformatoarelor i autotransformatoarelor. n acest caz se evit supratensionarea izolaiei, ceea ce ar impune ntrirea acesteia i creterea costului izolaiei, care i n mod normal are o pondere nsemnat n costul reelei. Necesitatea utilizrii n aceste reele a unui aparataj complex de protecie i comutaie, deci o majorare a cheltuielilor, este justificat de puterile mari transportate, construcia acestor reele reclamnd investiii mari. Dac prin legarea la pmnt a neutrului transformatoarelor i autotransformatoarelor, care funcioneaz n paralel, curentul de scurtcircuit monofazat devine mai mare dect cel trifazat, pentru care sunt dimensionate22


aparatele electrice de comutaie din reea, se vor lega la pmnt numai neutrele unor transformatoare (AT), celelalte rmnnd izolate; se recomand ca n fiecare reea cel puin un transformator (AT) s aib neutrul legat la pmnt. n reelele de medie tensiune, datorit costului redus al izolaiei, se funcioneaz, n principiu, cu neutrul izolat dac curentul de punere la pmnt este mai mic dect cel admisibil (10 A). Cnd nu se poate realiza aceast condiie (n cazul liniilor extinse, n special n cablu), neutrul reelei se trateaz prin bobin de stingere sau rezisten de limitare. Pentru reelele de joas tensiune, soluia adoptat este legarea direct la pmnt a neutrului reelei. n cazul acestor reele nu se ridic probleme de izolaie (din acest punct de vedere reeaua ar putea funciona cu neutrul izolat) dar ele sunt accesibile personalului de deservire i pentru a evita apariia unor tensiuni periculoase s-a ales soluia menionat. Deoarece aceste reele alimenteaz i consumatori monofazai ele sunt prevzute cu un conductor suplimentar de nul, legat la neutrul nfurrii de JT a transformatoarelor, deci la pmnt. 1.3.6. Clasificarea reelelor electrice dup frecvena de lucru Sub acest aspect, reelele electrice pot fi de curent continuu sau de curent alternativ, cele din urm fiind mono- sau polifazate. Cele mai rspndite reele de transport i distribuie sunt cele trifazate, care s-au impus datorit posibilitilor uoare de a lega diferite trepte de tensiune prin intermediul transformatoarelor. Dei iniial frecvena acestora era redus (16 2/3 Hz i 25 Hz) pentru a obine valori reduse ale reactanelor, ulterior s-au ales frecvene mai mari pentru a micora dimensiunile mainilor i a altor aparate cu miez de fier. n prezent se utilizeaz frecvena de 50 Hz n majoritatea rilor, mai puin n America, unde se folosete frecvena de 60 Hz. Exist preocupri, n prezent, pentru sisteme de transport prin microunde, prin cureni turbionari etc., fr perspective certe de aplicare practic.

23


1.4. REGIMURILE DE FUNCIONARE ALE REELELOR ELECTRICE Prin regimul de funcionare al unei reele electrice se nelege starea ei la un moment dat, caracterizat prin valorile unor mrimi fizice (parametrii regimului), n diferite puncte, precum i prin condiiile de funcionare. Parametrii regimului se pot clasifica n: cantitativi (valorile puterilor active i reactive, valorile curenilor, a factorului de putere etc.) i calitativi (valoarea tensiunii i a frecvenei, simetria sistemului de tensiuni i cureni, valoarea armonicilor etc.). Referitor la condiiile de funcionare, este posibil ca reeaua s funcioneze cu toate elementele sau, n urma unui incident care a avut loc n reea, o parte din elementele reelei s fie scoase din funciune dar reeaua s continue s funcioneze. Calculul regimurilor de funcionare reprezint o problem esenial n studiul reelelor electrice i presupune, n principiu, determinarea puterilor i a tensiunii n punctele caracteristice ale reelei, cunoscnd sarcina pe care o transfer i caracteristicile de material ale conductoarelor i transformatoarelor. Calculele de regim se efectueaz pentru diferite condiii de funcionare (regim de sarcin maxim, regim de sarcin minim, regim normal, de avarie etc.). Dificultatea acestor calcule crete odat cu complexitatea reelei. Clasificare regimurilor de funcionare ale reelelor electrice este prezentat n tabelul 1.2. Tabelul 1.2Criteriul de clasificare Regimurile RE Modul de variaie a mrimilor n timp - staionare (permanente) - nestaionare lente - nestaionare rapide Gradul n care este afectat simetria celor trei faze - simetrice - nesimetrice Natura regimului n raport cu intenia operatorului - normale - de avarie

n funcie de solicitarea i comportarea elementelor componente, n exploatarea reelelor electrice se evideniaz urmtoarele regimuri de funcionare: - regimul permanent normal; - regimul nestaionar (tranzitoriu) normal; - regimul nestaionar (tranzitoriu) de avarie; - regimul permanent de avarie. Regimul permanent normal este regimul normal i simetric de exploatare a reelelor electrice. Este un regim de lung durat, n care parametrii reelei au valori egale sau foarte apropiate de cele nominale. Pe baza acestui regim se efectueaz calculul i proiectarea elementelor reelei. El impune condiiile24


cele mai severe privind: solicitrile maxime admisibile, calitate energiei furnizate, economicitatea funcionrii etc. n aceast categorie de regim se includ i regimurile cu o modificare foarte lent a mrimilor, determinat de modificrile lente ale graficelor de sarcin ale consumatorilor. Regimul nestaionar (tranzitoriu) normal cuprinde strile de trecere ntre dou regimuri normale. Aceste stri tranzitorii pot fi lente sau rapide, dependent de propagarea n sistem a undelor electromagnetice i pot fi simultane sau consecutive unor modificri normale n structura reelelor i sistemelor electrice: conectarea i deconectare voit (de serviciu) a unor elemente componente (linii, transformatoare, baterii de compensare etc.), trecerea de la funcionarea n sarcin la funcionarea n gol i invers etc. Acest regim se caracterizeaz prin supratensiuni, numite supratensiuni interne sau de comutaie i supracureni. Supratensiunile solicit suplimentar izolaia, iar supracurenii, cile de curent. Regimul nestaionar (tranzitoriu) de avarie cuprinde strile nestaionare (lente sau rapide), care apar n urma unei avarii de natur electric sau mecanic la unul din elementele componente ale reelei. Aceste regimuri sunt provocate de: scurtcircuite, puneri la pmnt, ruperea conductoarelor cu ntreruperea fazelor etc. Toate aceste avarii, cu excepia punerilor simple la pmnt, determin n elementele componente ale reelei cureni de scurtcircuit, care depesc de cteva ori valorile nominale, scderea tensiunii n nodurile reelei sau apariia unor supratensiuni. Regimul permanent de avarie este regimul care se stabilete dup eliminarea avariei de ctre protecii; de aceea unii autori l numesc regim staionar de dup avarie. n timp ce regimul tranzitoriu de avarie dureaz cel mult cteva secunde, pn la acionarea proteciilor, regimul permanent de avarie poate dura cteva minute, pn la cteva ore. n acest regim, cu durat limitat, se admit abateri mai mari ale tensiunii, frecvenei etc. fa de valorile nominale, n comparaie cu regimul permanent normal. Se menioneaz c regimul staionar simetric normal st la baza proiectrii i exploatrii elementelor reelei electrice, iar celelalte regimuri stau la baza verificrii lor. 1.5. ALEGEREA TENSIUNII NOMINALE A REELELOR ELECTRICE Alegerea tensiunii optime de funcionare a unei reele electrice se face prin compararea mai multor variante de tensiune dup criterii tehnico25


economice. Aceast problem este deosebit de complex deoarece odat cu modificarea tensiunii nominale trebuie s se in seama de variaia altor parametri cum ar fi seciunea conductoarelor, numrul de circuite, numrul i felul staiilor de transformare i conexiuni etc. n cazul unor variante cu indici tehnico-economici apropiai se prefer soluia corespunztoare tensiunii nominale mai ridicate deoarece aceasta ofer rezerve mai mari n ce privete capacitatea de transport i posibiliti de extindere a reelei n viitor. Orientativ, tensiunea optim U [kV], pentru o anumit putere transmis P [MW] la o anumit distan L [km], poate fi determinat cu ajutorul unor relaii mai mult sau mai puin empirice. Dintre acestea se pot meniona: - relaia lui Still: U = 4,34 L + 0, 016 P , valabil pentru L250 km i P6o MW; - relaia lui Zaleski: U = P(0,1 + 0, 015 L) , valabil pentru puteri mari i L1000 km; - relaia lui Nikogosov: U = 1, 6 4 P L . (1.9) La stabilirea tensiunii nominale a liniilor de transport i distribuie a energiei electrice este util cunoaterea, la diferite niveluri de tensiune, a puterii maxime i a distanei de transport a acestora (tabelul 1.3). Tabelul 1.3 Tensiunea Puterea maxim Lungimea maxim Tipul liniei nominal [kV] transportabil [MW] a liniei [km] 6 LEA 2 103 6 LEC 3 8 10 LEA 3 155 10 LEC 5 10 20 LEA, LEC 210 358 110 LEA s.c. 1040 8060 110 LEA d.c. 5060 8060 220 LEA s.c. 100150 200100 220 LEA d.c. 180240 200100 400 LEA 500700 800400 750 LEA 18002000 20001200 (1.8) (1.7)

26


1.6. ARHITECTURA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE Arhitectura unui sistem electroenergetic este redat n figura 1.8. n cadrul unui sistem electroenergetic exist mai multe trepte de tensiune. Toate elementele sistemului care funcioneaz la aceeai tensiune sunt dispuse ntrun plan. Planurile corespunztoare nivelurilor diferite de tensiune sunt paralele ntre ele i aezate la distane determinate de diferena ntre nivelurile de tensiune nvecinate. n interiorul unui plan sunt cuprinse elementele longitudinale ale reelelor, iar ntre aceste planuri i punctul neutre sunt conectate elementele transversale. Legtura dintre planuri este realizat prin intermediul cuplajelor electromagnetice ale transformatoarelor i autotransformatoarelor. Reelele din planurile superioare servesc transportului energiei electrice, iar cele din planurile inferioare distribuiei acesteia. Injecia de putere n sistem se face n reeaua de transport de la sursele, care genereaz la medie tensiune, prin intermediul transformatoarelor sau autotransformatoarelor. Consumul de energie n sistem are loc la nivelul de nalt, medie i joas tensiune, prin intermediul transformatoarelor de cuplaj cu reeaua. Nodurile i reeaua de treapt inferioar racordate la aceste noduri constituie un consumator pentru reeaua de treapt superioar, cu excepia generatoarelor. Reelele de la nivelurile inferioare sunt mai dese, n timp ce, pe msura deplasrii spre nivelurile superioare de tensiune, reelele racordate la un nod acoper teritorii tot mai ntinse. Stabilirea configuraiei reelei la un anumit nivel se face pe baza unui studiu tehnico-economic, n care cerina asigurrii continuitii n alimentarea cu energie electric a consumatorilor deine rolul central.

27


Fig. 1.828


1.7. DEZVOLTAREA INSTALAIILOR DE TRANSPORT I DISTRIBUIE N ROMNIA Dezvoltarea instalaiilor de transport i distribuie a energiei electrice n ara noastr a urmat ndeaproape dezvoltarea acelorai domenii pe plan mondial. Astfel, n anul 1882, n acelai an cu construirea primei centrale electrice publice din lume de ctre Edison, la New York, se realizeaz n Bucureti primele instalaii demonstrative de iluminat electric, alimentate de la o uzin electric special construit n acest scop. n 1884 Timioara devine primul ora din Europa cu iluminat electric stradal extins (60 km de strzi cu 731 corpuri de iluminat). Reeaua de iluminat era alimentat de la o uzin electric cu patru grupuri de cte 30 kW. Prima central i reea de distribuie n curent alternativ monofazat din ara noastr s-a construit la Caransebe n 1888-1889, avnd frecvena de 42 Hz i tensiunea de 2kV. n 1897 s-a pus n funciune la Doftana prima instalaie pentru alimentarea cu energie electric a schelelor petroliere cu curent alternativ trifazat de 500 V, de la uzina hidroelectric din Sinaia, printr-o linie de 10 kV i un post de transformare de 10/0,5 kV. Prima linie de 25 kV s-a pus n funciune n anul 1900, pe traseul Cmpina-Sinaia. Ea avea o lungime de 31,5 km, fiind realizat din conductoare de cupru de 35 mm2, pe stlpi metalici. Pn n anul 1900 s-au construit centrale electrice cu reelele de distribuie respective i n oraele Galai (1892), Craiova i Sibiu (1896), Brila, Iai i Arad (1897), Sinaia i Alba Iulia (1890), Piatra Neam (1895), Bacu (1900). n perioada 1906-1908 s-a realizat reeaua de 5 kV n cablu a oraului Bucureti. n 1915 a fost pus n funciune linia trifazat de 55 kV Reia-Anina, cu o lungime de 25 km, iar n 1924 s-a construit prima linie trifazat la tensiunea de 60 kV, ntre Ploieti i Bucureti. Prima linie de 110 kV ntre hidrocentrala Dobreti i staia Grozveti (Bucureti) a intrat n exploatare n 1930. Prima linie n cablu subteran de 60 kV, utilizat la traversarea Dunrii, ntre Giurgiu i Russe, s-a realizat n 1950. n anul 1963, prin trecerea de la 110 kV la 220 kV, LEA Stejaru (Bicaz)Fntnele (Sngiorgiu de Pdure)-Iernut (Ludu) devine prima linie de 220 kV din ara noastr. Doi ani mai trziu s-a realizat trecerea la 400 kV a liniei electrice Iernut-Mukacevo (Ucraina), care fusese dat n exploatare n anul 1963 la tensiunea de 220 kV. Aceasta devine prima linie de 400 kV din ara noastr i prin intermediul ei s-a realizat prima interconexiune european la tensiunea de 400 kV ntre sisteme electroenergetice naionale.29


n aceeai perioad s-au realizat linii n cablu de 110, 220 i 400 kV pentru traversarea Dunrii, ntre Gura Ialomiei i Hrova, la hidrocentralele Arge i Porile de Fier. n 1985 a intrat n funciune linia de 750 kV ce unete CNE Ucraina de Sud, staia Isaccea (Romnia) i CNE Kozlodui (Bulgaria). ara noastr a construit un tronson de linie de 154 km, staia de 750/400 kV Isaccea i a realizat traversarea Dunrii. Sistemul energetic naional dispune astfel de cea mai ridicat tensiune de transport utilizat industrial, pn n prezent. Puterea electric instalat n centralele din sistem, este de cca. 20000 MW. n anul 1998, producia de energie electric a Romniei a fost de 52485 GWh, din care cca. 54 % s-a produs n termocentrale, cca. 36 % n hidrocentrale i cca. 10 % n centrala nuclearoelectric. Se remarc n ultimii zece ani o cretere a ponderii consumului de energie electric de ctre populaie, ajungnd n 1998 la cca. 17 %. n ce privete sistemul de transport i distribuie, la sfritul anului 1993 acesta era constituit din: 937 staii de transformare (868 de 110 kV, 44 de 220 kV, 24 de 400 kV i 1 de 750 kV), cca. 26500 km de LEA (18000 km de 110 kV, 3600 km de 220 kV i 4900 km de 400 kV) i 270 km LEC de 110 kV, cca. 90000 km de LEA de MT i 28000 km de LEC de MT, cca. 64800 posturi de transformare de MT/0,4 kV, cca. 120000 km LEA de JT i 45000 km de LEC de JT. Se apreciaz c volumul actual de reele electrice acoper necesitile de transport i distribuie, n urmtorii ani fiind necesare doar lucrri de modernizare i ntreinere. n contextul evoluiei structurii SEN, se vor meniona n continuare principalele puncte de reper pentru zona Baia Mare. Astfel, n anul 1959 prin punerea n funciune a LEA 110 kV Cluj-Baia Mare s-a realizat racordarea la SEN a zonei Baia Mare. Zece ani mai trziu se pun n funciune LEA 220 kV Iernut-Baia Mare 3 i staia de 220/110 kV Baia Mare 3. n anul 1977 se pune n funciune staia de 400/220 kV Roiori, unica din zona Baia Mare, intercalat n LEA 400 kV Iernut-Mukacevo.

30

Date post:	20-Jul-2015
Category:	Documents
Upload:	roxx-roxx
View:	307 times
Download:	1 times

Transportul Si Distributia Energiei Electrice

Documents