|
|
Termoenergetica |
RETELE ELECTRICE
|
|
|
Sa se proiecteze o retea electrica de alimentare a unei stati electrice de 20 KV.Schema electrica de principiu a temei de proiectare este prezentata in figura urmatoare. 20/6 KV S=31,5 MVA 50 MW 10,5/20 KV S=60 MVA I0=1,5 % 20/6 KV
usc=12 % usc=10,5 % Pfe=42 kw i0=3 % Pfe=105 KW Pcu=233 KW Date initialeale temei de proiect : n = 22 Sectiune conductorului de aluminiu a liniei electrice aeriene SAL = 60 + n [mm2] Sectiune firului de otel SOL = 9 [mm2] -Lungimea linieielectrice aeriene L = 90 + 2n [km] Distanta intre conductoareleliniei electrice aeriene = ∆23 = ∆31 = 1070 + 2n 1 SAL = 60 + 22 = 82 [mm2] SOL = 9 [mm2] L = 90 + 2 x 22 = 134 [km] ∆12 = ∆23 = ∆31 = 1070 + 44 =1114 [mm] Determinarea parametrilor liniei electrice aeriene Cunoscand schemele de principiu si marimile caracteristice principalelor elemente ce compun retele electrice (generatoare , transformatoare , linii electrice , bobine de reactanta , motoare electrice) . Se pot calcula principali parametriai acestora , necesari pt. calculul caderilor de tensiune , calculul pierderilor de energie si putere electrica , calculul curentilor de scurtcircuit si de punere la pamant si calculul circulatiei sarcinilor . In toate cazurile se vor determin a parametrii de succesiune directa in regim normal de functionare considerand reteaua trifazata , simetrica si echilibrata , calculele facandu-se separate pt. fiecare faza in parte . Parametri calculate pot fi : -longitudinali (rezistenta , reactanta)kcare au valori reduse ale impedantei si se considera conectati in serie in cadrul schemelor echivalente care respecta configuratia reala a retelei electrice . -transversali (conducatanta , subscentanta )care au valori mari si se conecteaza in derivatie si radial in raport cu punctele commune . Cu ajutorul parametrilor calculate se pot inlocui schemele echivalente ale elementelor component ale retelei care permit calculu electric al acestora . Schemele electrice simplificate reprezinta schemele in care se neglijeaza parametric transversali . In cazul sistemelor nesimetrice se calculeaza parametric corespunzatori schemelor electrice de succesiune directa inversa si omopolara . Parametri electrici ai unei linii electrice pt.transportul energiei electrice de orice categorie (joasa tensiune , medie tensione si inalta tensiune ,aeriana sau in cablu ) Se refera la conductoarele liniei electrice si se caracterizeaza prin urmatoarele marimi specifice ( raportate la unitatea de lungime a liniei de un km ) . -rezistenta R0 [ Ω/km ] -reactanta inductive XL [ Ω/km ] -conductanta liniei electrice G0 [ S/km ] -subscentanta liniei electrice B0 [ S/km ] -impedanta complexa Z si valuarea sa absoluta Z0 -admitanta complexa Y si valuarea sa absoluta Y0 2 Rezistenta liniei electrice Rzistenta electrica specifica a liniilor aeriene electrice utilizate la transportul energiei electrice se determina cu ajutorul expresiei urmatoare R0 = ρ0 x 1000 [Ω/km] S R0 =29,41- rezistenta materialului din care este realizat conductorul [Ω x mm2/m] S - sectiunea conductorului [mm2] La calculul rezistentei liniilor electrice se vor vor avea in vedere urmatoarele caracteristici : Rezistenta unica in current alternativ are valoare mai mare decat in current continuu datorita efectului pelicular . Pentru sectiuni mai mici 400-500 [mm2] ,acest effect pelicular se poate neglija pt.conductoarele din Cu sau Al In cazul conductoarelor din otel-aluminiu rezistenta se calculeaza numai pt conductoarele din aluminiu care au si lungimea mai mare datorita torsadari , lungimea reala a conductoarelor otel-aluminiu este mai mare cu pana la 2-4% decat lungimea geometrica a conductoartelor . Sectiunile standardizate difera de cele reale . Clculul reactantei liniilor electrice Reactanta unui conductor de baza se determina utilizand urmatoarea expresie X = ωL = X0 x l ω - pulsatie ω =2πf L - inductivitatea liniei electrice aeriene a carei unitate de masura este [H ] Reactanta specifica de succesiune directa este egala cu reactanta specifica de succesiune inversa si se determina utilizand urmatoarea expresie X0 = 0,1447lg [Ω/km] re - raza echivalenta a conductorului Dm - distant medie geometrica intre fazele liniei electrice aceasta depinde de tipul constructiv al liniei electrice (cu simplu circuit , cu dublu circuit , cu mai multe circuite ) Pentru liniile electrice aeriene cu simplu circuit Dm intre fazele liniei se determina cu urmatoarea expresie Dm = 3 Reactanta specifica de succesiune omopolara se determina utilizand expresia Xoh = 0,4355 lg r e - raza echivalenta Dp - distant intre conductorul fazei si calea de intrare a curentului electric prin pamant . Pentru reactanta specifica de succesiune omopolara se pot admite urmatoarele valori aproximative pt liniile electrice aeriene cu simplu circuit si tensiunea nominal mai mica de 220 KV X0h =( 3 Xo SAL=75 [mm2] SOL = 9 [mm2] S = SAL + SOL = 75 + 9 = 84 [mm2]
d= 10,34 [mm2] R0 = ρ0 29,41 x [Ω/km] R0 =0,350 [Ω/km] R = R0 * l = 0,350 *120 = 42 Ω Dm = Dm = 1100 r e = r e = 5,17 X0 = 0,1447 lg + 0,0157 [Ω/km] = 0,1447 lg = 0,1447 lg 212,76 + 0,0157 = 0,1447 x 2,32 + 0,0157 =0,351 X0 = 0,35 [Ω/km] Xoh = 2 X = ωL = X0L = 0,35 x 120 = 42 [Ω/km] Conductanta liniilor electrice Conductanta liniilor electrice
aeriene este determinate de pierderile de putere activa in dielectricul
izolatiei si prin effect Efectul CORONA este specific liniilor electrice aeriene si reprezinta o descarcare autonoma incomplete in spatial din jurul conductoarelor sub forma unei coronae luminoase atunci cand intensitatea campului electric a deposit valuarea critica . Ecr=21,1 [kV/cm] Efectul CORONA apare cand tensiunea nominala a liniei electrice depaseste valuarea tensiunii la care apare acest effect : Un ≥ Ucorodare Ucorodare = 84 x m1 m2 δ re lg [kV] In care : m1 - coefficient ce tine seama de starea conductorului m1 = 0,72÷0,89 pt.conductoare multifilare m2 - coefficient ce tine seama de conditiile atmosferice m2 ≥1 pt . mediu uscat m2 = δ =1 -are in vedere densitatea relativa a aerului Dm - distant medie geometrica r e - raza echivalenta Pierderile specifice de
putere activa ∆P0
[km] pe baza prin effect ∆P0 = (f+25) [kw/km] Aceste pierderi pot avea valori cuprinse intre 38 ÷ 50[ W/Km] In functie de tensiunea liniei starea vremi si gradul de poluare a zonei f - frecventa [Hz] Corespunzator pierderilor
specifice de putere activa pe baza prin effect G0 = [S/km] 5 Conductanta liniei va fi data de relatia G = G0 x l [S] REZOLVARE : Ecr = 21,1 [KV/cm] Un≥ Ucor ;m1 = 0,80 ; m2 = 1 ; Un = 20 [KV] Ucar = 84 x 0,80 x 1 x 1 x 5,17 x lg = 347,42 x lg 212,08 = 347,42 x 2,324 = 808,75 [V] Ucar = 808,75 [V] ∆P0 = x (50 +25 ) x x x = 241 x 75 x x x = 241 x 5,162 x 368,02 x = 241 x 0,01899 = 4,52 [KW/km] = 4,52 [ KW/Km] G0 = = 0,0113 [ S/Km] G0 = 0,0113 [S/Km] G = G0 x l =0,0113 x 120 = 1,356 [ S ] G = 1,356 [S] 6 SUSCEPTANTA LINIEI ELECTRICE AERIENE Susceptanta liniilor electrice aeriene se datoreaza faptului liniei electrice cu capacitate proprie a fazelor capacitatea intre faze precumsi capacitatea intre faze si pamant . Pentru o retea electrica trifazata capacitatile specifice ale liniei electrice (C0 ) se calculeaza cu ajutorul relatiilor : -capacitatea fata de pamant a retelei : C0(P) = [MF/km] unde : hm - inaltimea medie a fortelor fata de pamant hm = unde : h1 = 14 ; h2 = 16 ; h3 = 14 ; -capacitatea intre faze : C0(1) = [MF/km] Valorile orientative ale capacitatiilor specifice pt liniile electrice aeriene sunt : C0(P) = 5x [MF/Km] C0(1) = 9x [MF/Km] Datorita capacitatii proprii liniile electrice aeriene sunt generatoare de putere reactiva : Q = * Un * Ic = ω x C x = B x [KVAR] ω = 2πf din care : C - C0 x l capacitatea liniei ; B - ω x C susceptanta capacitive a liniei ; B0 - ω x C0 susceptanta specifica ; Suprafetele specifice de succesiune directa si inversa se pot calcula cu relatia: B0 = [S/Km] 7 Susceptanta specifica de succesiune homopolara a unei faze s ecalculeaza cu relatia : Boh = [S/Km] Susceptanta capacitive a liniei electrice se calculeaza cu relatia : B = B0 x l [S] REZOLVARE : hm = = 14,63 hm = 14,63 C0(P) = x = 0,010 [MF/Km] C0(P) = 0,010 C0(1) = = 0,010 [MF/Km] C0(1) = 0,010 ω = 2x 3,14 x 50 = 314 ω=314 Q = ω x C x = 314 x 0,010 x 400 = 1276 Q = 1267[KVAR] B0 = x x = 3,257 x = 0,00000325 [S/Km] B0 = 0,00000325 B = 0,00000325 x 120 = 0,00039 [S] B = 0,00039 Boh = x x x = 10,1 x Boh = 0,000010 [S/Km] 8 CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT Scurtcircuitul reprezinta legatura galvanica sau prin intermediul arcului electric voita sau intamplatoare intre doua sau mai multe conductoare ale unei instalatii electrice aflate initial la o diferenta de potential constituind un regim de defect (avarie). Starea de scurtcircuit da nastere unor curenti de valori foarte mari ,care parcurg o parte a retelei electrice si solicita termic si dinamic instalatiile respective. Tensiunea in nodurile retelei scade dinspre sursa spre locul de defect ,la locul defectului tensiunea ajungand la zero (scurtcircuit metalic ) sau aproape de zero (scurtcircuit prin arc electric). Cauzele ce conduc la aparitia scurtcircuitelor sunt : -distrugerea izolatiei prin strapungeri datorate supratensiunilor atmosferice sau de comutatie ,imbatranirea termica sau in timp ,solicitari mecanice , sectiunea agentilor chimici asupra materialelor dielectrice conturnarea izolatiei datorita depunerii de materiale conductoare (cenuse , praf de carbune ). -manevrele gresite in timpul exploatarii (conectarea unor intrerupatoare pe circuite legate la pamant ) din motive de securitate a muncii (montarea unor scurtcircuitoare). -introducerea accidentala intre partile conductoare aflate sub tensiune a unor corpuri straine -pasari, animale. -ruperea conductelor LEA sub actiunea sarcinilor mecanice ( chiciuri ,crengi , utilaje ). Defectele pot fi temporare (trecatoare) cand dupa disparitia cauzei (supratensiunii , corpuri straine )izolatia se reface si la cele persistente (strapungerea izolatiei )cand instalatia va fi pusa sub tensiune dand remedierea defectului . Valoarea curentului de scurtcircuit intr-un mod al sistemului energetic este utilizata ca indicator de stare deoarece reflecta stabilitatea statica si dinamica in modul respectiv . Ipotezele aparitiei curentilor de scurtcircuit sunt configurate in schema de mai jos : 20/6 z1 = 30+j5 K1 50 MW 10,5/20,2 V K3 cos =0,85 G0 MPA usc = 20/6KV i0 = 1,5 % 31,5 MVA ∆Pcu = 180 KW usc = 10,5 % ∆Pfe = 42 KW i0 = 3% ∆Pcu = 105 KW ∆Pfe = 233 KW Pentru determinarea curentilor de
scurtcircuit in punctele K1, Aceasta metoda se
utilizeaza in special pt calculul
curentilor de scurtcircuit in retelele electrice de joasa tensiune .Deoarece
impedantele generatoarelor si ale retelelor de inalta tensiune sunt mai mici
in raport cu ale transformatoarelor.Din postul de transformatoare si ale retelelor de joasa tensiune
valoarea eficace a curentului permanent de scurtcircuit se poate considera In cadrul acestor retele apar doua tipuri de scurtcircuite , in functie de pozitia pamantului de scurtcircuit in raport cu sursa: -scurtcircuitul apropiat care apare la inceputul retelei (K1) Scurtcircuitul departat care apare la bornele receptoarelor ( Valorile obtinute ale curentilor de scurtcircuit se folosesc la verificarea stabilitati termice si dinamice a aparatelor de comutatie si protectie (curenti de scurtcircuit apropiat ) si a sensibilitatii protectiilor (curenti de scurtcircuit departat). Curentii de scurtcircuit se determina cu urmatoarele relatii: -scurtcircuit trifazat -scurtcircuit bifazat 10 -scurtcircuit monofazat unde : este impedanta unei faze a retelei de la sursa (generator ,transformator ) pana la punctual de scurtcircuit. Z0 - impedanta echivalenta de succesiune homopolara in unele cazuri se pot considera egala cu impedanta prizei de pamant si a conductorului de nul . Trebuie sa se verifice inegalitatea : > Deci valuarea eficace maxima a curentului apare in cazul scurtcircuitului trifazat apropiat si se utilizeaza pt. verificarea stabilitatii termice si dinamice a capacitatii de rupere . Pentru verificarea sensibilitatii protectiilor se vor utiliza sau dupa caz (in functie de valuarea minima ) calculate in regim minim pt scurtcircuitul departat . Cunoscand valuarea eficace a curentului de scurtcircuit se poate calcula si valuarea curentului de soc utilizand expresia : Iksoc = Ksoc Ip Unde : Ksoc - coefficient de soc Ksoc = 1,2 -
Ksoc = 1 - pt. retele de inalta tensiune unde valuarea reactantei depaseste valuarea rezistentei . Ip - reluarea efectiva a circuitului de scurtcircuit stabilizat . 3.1 Calculul curentilor de scurtcircuit in punctual K(1) ZT = S = *Ui P = Ui cos I = I
= S = Ui = 1,73 x 10,5 x 3238,34 =58824 x = 58,82 x KVA = 58,82 MVA Z = ZG = 3,24 ZT = x x 0,12 x 6,66 = 0,79 ZT = 0,79 = ZT + ZG = 0,79 + 3,24 = 4,02 x K soc x = 1,41 x 1,8 x 2876,04 = 7299,38 3.2 Calcululcurentilor de scurtcircuit in punctual K(2) Z = R x jx Zl = Zl = 59.39 Zl - impedanta unei faze aferente liniei electrice aeriene de 20 KV ZK = = x K soc x = 1,41 x 1,8 x 584,28 = 1482,9 3.3 Calculul curentilor de scurtcircuit in punctual K3 ZT = Sn = 31,5 ; Un = 6 ; usc = 10,5 ZT = * ZT = 0,12 ZK = ZK = 0,06 ZKtot = ZKtot = 24,27 = = x K soc x DETERMINAREA PIERDERILOR DE ENERGIE ELECTRICA IN RETELE ELECTRICE In vederea inlocuirii bilanturilor energetic este necesar sa se cunoasca valoarea pierderilor de energie electrica in elementele ce compun reteaua electrica : Generatoare Transformatoare L.E.A L.E.C Bobine de reactanta Condensatoare Motoare Valuarea pierderilor se poate determina prin masuratori si calcule in functie de echipamentele de masura de care se dispune si de importanta consumatorului . Pentru determinarea pierderilor de curgere electrica in elementele retelelor electrice se fac urmatoarele ipoteze simplificatoare : Se considera reteaua trifazata simetrica si echilibrata ; Se neglijeaza pierderile di elementele transversal ; Se negljeaza pierderile datorate regimului deformant ; Valoarea medie a factorului de putere Pa bornele consumatorului va fi 0,92 . In sistemul energetic pierderile de energie activa si numite consum propriu tehnologic si reprezinta 10 -15 % din energia electrica vehiculata . Pierderile tehnice sunt cele prin effect Joule si cele cu dielectricul izolatorului . Pierderile comerciale (de evident ) reprezinta diferenta dintre energia electrica injectata (livrata) sistemului de centrale electrice sau importata si energia electrica facturata . Aceasta depinde de precizia de masurare a sistemelor de contorizare.Daca diferenta intre pierderile comerciale si cele tehnice este mare se impune efectuarea unei analize pt. determinarea cauzelor . CALCULUL PIERDERILOR DE DURATA SI ENERGIE IN L .E. A Pierderile de putere activa cu conductoarele liniilor electrice aeriene si cu cablu trifazate cu current alternative se determina cu relatia: ∆P = 3 * R * I2 = R [W] Pierderile de putere activa cu dielectricul liniilor cu cablu se determina cu relatia : ∆PA = ω * C *U2 *tg δ [W] Unde : Tgδ - tangent unghiului de pierderi corespunzatoare materialului electroizolant (hartie , pvc , polietilena) Pierderile de putere reactiva se determina cu relatia : ∆Q = 3 *X * I2 = X [VAR] Calculul pierderilor de energie se face in functie de modul de variatie a sarcini pe intervalul de timp dat (t) .Pierderile de energie activa se poate calcula cu relatiile : Daca
sarcina este ∆Wa = ∆Pt = 3* R*I2 = R * t Daca sarcina variaza permanent ∆Wa = 3* R = 3 * R = ∆Pmax * τ Unde : ∆Pmax - pierderile corespunzatoare sarcini τ- timpul de pierderi
corespunzatoare puterii aeriene care se in figura I = ∆P = 3 * R * i2 =3 * 42 * 37892,51 = 4,77 [MW] ∆PA = ω *C *U2 tgδ = 2 * 3,14 *50 *0,01 *400 *0,28 =351,68 [W] Tgδ = 0,28 ∆Q = 3* X *i2 = 3 * 42 *194,662 = 4,77 ∆WA = ∆Pt =3 * R *i2 *t =3 *42 *37892,51 *24 = 114,58 [MW] |
||
