Tema 3.doc

Surse de alimentare cu energie electrica a consumatorilor Racordul la Sistemul Energetic Naţional Un racord constă in una sau mai multe linii în cablu sau aeriene (2), la capătul cărora se conecteaza una sau mai multe staţii de transformare (posturi de transformare) (3). Prin barele secundare ale staţiilor de transformare ale racordului întreprinderii la SEN (1) se injectează puterea preluată de la sistem în reţeaua de distribuţie (4) a consumatorilor (fig.3.1). 1 2 3 3

3 4 Fig. 3. 1 Racordul la SEN.

În principiu, consumatorii care necesită puteri până la 4-5 MW şi sunt amplasate la 5-6 km de instalaţiile SEN, pot fi alimentate la medie tensiune (6 KV, 10 KV, 20 KV). Consumatorii care necesită puteri între 5-60 MW şi sunt situati la 10-15 Km de instalaţiile SEN, pot fi alimentate la 110 KV. Consumatorii care necesită puteri mai mari de 60 MW şi sunt situate la peste 50 Km de instalaţiile SEN pot fi alimentate la foarte înaltă tensiune (220 KV, 400 KV). Problema de bază pentru stabilirea caracteristicilor racordului o constituie natura receptoarelor precum şi cerinţele acestora în privinţa continuităţii în alimentarea cu energie electrică (categoria “0” sau “consumatori vitali” care pot produce avarii foarte grave; categoria “I” care pot conduce la dereglarea proceselor tehnologice; categoria “II" care pot conduce la nerealizarea producţiei; categoria “III” o reprezintă restul consumatorilor). Consumatori din categoriile I, II şi III de putere între 5-40 MW necesită două căi de alimentare cu rezervă 100%, precum şi trecere automată (automat de anclanşare automată a rezervei, AAR) a consumului de pe o cale de alimentare pe cealaltă. În cazul consumatorilor cu puteri între 10-40 MW tensiunea nominală a racordului care rezultă este de 110 KV. Variantele pentru realizarea unui asemenea racord sunt: a. Fiecare circuit se poate racorda direct prin separator la linia L AB, cu întrerupătoare la capătul D, eventual şi C, al racordului LCD (în funcţie de lungimea racordului) (fig.3.2a); b. Secţionarea unui circuit al liniei L AB în punctul C şi prelungirea acestor două capete la consumatorul D, unde există un sistem de bare (fig.3.2b); c. Realizarea racordului de la un nod de 110 KV al sistemului C la cele două secţii de bare ale unei staţii sau centrale termoelectrice (fig.3.2c).

Fig.3.2 Racordul consumatorilor la SEN.

Staţiile de injecţie a energiei electrice Aceste instalaţii constituie partea a doua a racordului şi se realizează pentru coborârea tensiunii de la cea a liniilor corespunzătoare instalaţiilor SEN la care acestea se conectează, la valoarea tensiunii reţelelor de distribuţie. Tensiunea secundară a staţiilor de injecţie poate fi de joasă tensiune, în acest caz fiind vorba de posturi de transformare sau de medie tensiune, în acest caz fiind vorba de staţii de transformare. Problemele care se examinează în cazul staţiilor de injecţie sunt: a. amplasarea; b. schemele de conexiuni; c. stabilirea numărului caracteristicilor transformatoarelor; d. tipul constructiv. O condiţie de bază pe care trebuie să o satisfacă amplasamentul unei staţii de injecţie, constă în aducerea energiei electrice la tensiunea superioară a racordului cât mai aproape de centrul de greutate al zonei de consum alimentată din staţia sau postul respectiv. Funcţie de puterile receptoarelor, de repartizarea acestora, se pot determina centrele de greutate atât la nivelul global de consum, cât şi pentru diferite subunităţi. Schemele electrice ale staţiilor pentru injecţia puterii din sistem şi caracteristicile echipamentelor cu care se realizează, se stabilesc ţinând seama de puterea maximă solicitată, de siguranţa în funcţionarea privind continuitatea în alimentarea cu energie electrică, de numărul de staţii, etc. Puterea maximă care urmează să fie vehiculată prin staţie, inclusiv rezerva necesară în cazul avarierii unui transformator, cu posibilitatea supraîncărcării celor rămase în funcţiune, influenţează alegerea puterii nominale a transformatoarelor din staţii şi posturi de transformare. Puterea maximă care urmează a fi distribuită la tensiunea secundară a staţiei, constituie unul din elementele ce se iau în considerare la stabilirea schemei acestei părţi a staţiei. Condiţiile de siguranţă privind în mod deosebit gradul de asigurare a continuităţii în alimentarea întreprinderii cu energie electrică, cu analiza specificului diferitelor categorii de consumatori, constituie un element hotărâtor în alegerea schemei staţiei. Pentru consumatori de categoria II, necesitând rezervă de 100% şi care admit o întrerupere a alimentării foarte scurtă după avarierea căii principale de alimentare, este necesar ca staţia să poată asigura aceeaşi rezervă în alimentare de 100%. Transformatoarele se pot instala cât mai aproape de centrul de greutate al consumului de energie electrică al întreprinderii, reducându-se mult reţeaua de distribuţie de 6 KV în cazul staţiei de transformare. Acest tip de posturi şi staţii de transformare se numesc tip racord adânc şi datorită simplităţii, siguranţei mărite şi a economicităţii se recomandă să se realizeze oriunde condiţiile de spaţiu permit. Pe partea primară se poate prevede un separator S pentru a putea separa linia de transformator, în cazul reparării unuia dintre cele două elemente (fig.3.3a). În staţia de 110/6 KV se poate prevedea şi întrerupătorul I, funcţie de lungimea liniei L. Pentru consumatori de categoria I, staţia de transformare necesită două transformatoare racordate, fiecare bloc fiind racordat la câte o linie (fig.3.3b) cu puteri egale, fiecare asigurând întregul consum al întreprinderii. Întrerupătoarele se montează în aceleaşi condiţii ca în figura 3.3a. Puterile nominale ale transformatoarelor pot lua valori între 18-40 MVA. Pentru transformatoarele cu puteri nominale până la 16 MVA, la tensiunea secundară se prevăd bare simple secţionate, cu întrerupătorul de secţionare deschis, cu anclanşare automată la dispariţia tensiunii (AAR) (fig.3.3b). Pentru transformatoare cu

puteri nominale între 25-40 MVA, cu număr mare de plecări spre consumatori, se poate prevedea un sistem dublu de bare nesecţionat, cu cuplă transversală normal deschisă, cu câte un transformator cuplat la câte un sistem de bare (fig.3.3c). De asemenea se poate considera un sistem dublu de bare, cu o bară secţionată, fiecare transformator fiind racordat la câte o secţie a sistemului II de bare, sistemul I fiind de rezervă, iar cupla longitudinală normal deschisă fiind prevăzută cu AAR (fig.3.3d).

Fig.3.3 Statiile de injectie a energiei electrice.

Instalaţiile de distribuţie a energiei electrice În această categorie de instalaţii sunt cuprinse reţelele, staţiile şi posturile de transformare care preiau energia electrică de la barele secundare ale staţiilor de injecţie din SEN şi o vehiculează până la fiecare din receptoarele întreprinderii. Un principiu de bază în organizarea instalaţiilor de distribuţie constă în folosirea unui număr minim de trepte de tensiune, respectiv de transformări, pentru a ajunge de la staţia principală de transformare, la tensiunile de utilizare. Configuraţia reţelelor de distribuţie aparţinând treptelor menţionate se poate încadra în două tipuri de bază:  radiale în una sau două trepte;  liniile principale (magistrale). Reţeaua de tip radial într-o treaptă, se adoptă, în principiu, pentru alimentarea consumatorilor individuali de puteri mai mari sau pentru grupe mari de consumatori situate în direcţii diferite, conţinând receptoare din toate categoriile. Reţeaua de tip radial în două trepte se adoptă atunci când, datorită numărului mare de consumatori, dintre care o parte amplasaţi la distanţe mari, ar fi necesar un număr prea mare de plecări de la barele unei singure staţii

(staţia ar fi prea dezvoltată). Pentru consumatorii situaţi la distanţă se mai prevede o staţie intermediară de distribuţie B (fig.3.4), la o anumită distanţă de staţia principală A, în direcţia consumatorilor de alimentat.

Fig.3.4 Reteaua radiala.

Aceasta este racordată la staţia principală A printr-un număr mai redus de cabluri, purtând numele de fideri, care pot avea o secţiune mai mare decât cablurile care pleacă spre consumatori şi pot fi încărcate la capacitatea de transport, datorită simultaneităţii în funcţionarea consumatorilor alimentaţi de la staţia intermediară B. Din staţia B, printr-o reţea locală de tip radial, treapta a II-a alimentează consumatorii din această zonă. Reţelele radiale au anumite avantaje:  siguranţă în alimentare, deoarece la defectarea unui cablu rămâne nealimentat un singur consumator (grup de consumatori), ceilalţi continuând să funcţioneze;  elasticitate, deoarece pentru noi grupe de consumatori se fac reţele independente. Dezavantajele acestui tip de reţele sunt:  investiţii mai mari deoarece atât cablurile de alimentare cât şi cele de rezervă folosesc un singur grup de consumatori;  volum mare al staţiilor de alimentare deoarece numărul de plecări este mare. Reţeaua de distribuţie de tip linie principală constă în realizarea unei plecări într-o anumită direcţie, care este alimentată prin derivaţii (fig.3.5). Alimentarea liniei se poate face de la un capăt sau de la ambele capete (1 şi 2).

Fig.3.5 Retea de tip linie principala (magistrala).

Linia principală se foloseşte pentru receptoare sau grupuri de receptoare care necesită puteri mici (ce nu justifică economic reţeaua radială) şi sunt situate în aceeaşi direcţie, la distanţe relativ mici. Avantajele liniilor principale sunt:  investiţii mai mici datorită numărului mai mic de plecări;  staţii de alimentare mai restrânse.

Dezavantajele sunt:  siguranţă mai mică în alimentare deoarece defectarea unui cablu conduce la întreruperea alimentării a mai multor receptoare;  dificultăţi în folosirea automatizărilor O reţea mai dezvoltată de distribuţie de medie tensiune, se realizează, în general, în întreprinderile în care există staţii de 110/6 KV. Reţeaua radială într-o singură treaptă se poate împărţi în două categorii, după importanţa consumatorilor care urmează să fie alimentaţi, categorile I, II şi III. Pentru consumatorii din categoriile 0 şi I, asigurarea rezervei de 100% se face prin prevederea a două căi de alimentare, fiecare putând prelua întregul consum, racordate la secţii sau sistem de bare diferite, atât la plecare cât şi la sosire, cuplele dintre acestea fiind prevăzute cu AAR (fig.3.6).

Fig.3.6 Alimentarea consumatorilor.

La valori ale consumului cuprinse între 2-3 MVA, se poate folosi câte un cablu pe o cale de alimentare (fig.3.6a), iar pentru valori cuprinse între 4-6 MVA se pot folosi câte două cabluri pe o cale de alimentare, ambele având montate câte un întrerupător (fig.3.6b). În cazul în care sunt astfel de consumatori şi la distanţe mai mari, aceştia pot fi alimentaţi prin reţele radiale în două trepte. În acest scop, se realizează o staţie intermediară de distribuţie, undeva înspre zona de consum.

Staţiile şi posturile de transformare Pentru amplasarea staţiilor electrice se delimitează în primul rând zonele de consum care urmează să fie alimentate şi apoi se determină poziţia centrului de greutate pentru fiecare zonă, staţia urmând apoi să fie realizată cât mai aproape de acesta. În general staţia electrica este de tip exterior. Din cauza eventualei poluări este indicat ca această staţie să fie cât mai simplă, de preferat de tip racord adânc (SRA). Staţiile de 110 KV de tip interior nu sunt indicate, datorită costului ridicat, decât numai în cazurile excepţionale. Numărul de transformatoare, stabilit în funcţie de importanţa consumatorului, este de unul sau de două pentru staţii cu puteri nominale între 10-40 MVA. Puteri mai mari sau număr mai mare de transformatoare nu sunt indicate, din cauza:  influenţei pe care o au asupra instalaţiilor;  influenţei pe care o au asupra reţelei pe partea secundară;  puterilor mari ce trebuie distribuite;  distanţelor mari - zonele alimentate sunt mai mari, ceea ce duce la investiţii mari;  căderilor mai mari de tensiune;

 pierderilor mari de putere activă şi energie. Pentru cazul a două transformatoare în staţie, care se rezervă integral (100%), la alegerea puterii nominale se are în vedere ca în funcţionarea normală gradul de încărcare să fie de 60-70 %, astfel ca avarierea unuia, cel care rămâne în funcţiune să preia vârful de sarcină cu supraîncărcarea admisă. De exemplu: pentru o putere maximă de 50 MVA se pot alege două transformatoare a 40 MVA fiecare. În funcţionarea normală încărcarea la vârf este 25 MVA, respectiv 62,5 %, iar la avarierea unuia, cel rămas în funcţiune preia la vârf întreaga putere, rezultând o supraîncărcare cu 25 % pe perioada respectivă, ceea ce în general este admisibil. La alegerea tensiunii de scurtcircuit a transformatoarelor, trebuie să se aibă în vedere, reducerea puterilor de scurtcircuit la barele secundare, dar în acelaşi timp să se verifice şi asigurarea condiţiilor de pornire a motoarelor asincrone de putere mare. Staţia de medie tensiune, de 6 KV, reprezentând puterea secundară a staţiei de transformare de 110/6 KV, este punctul principal de injecţie a energiei electrice în reţeaua de distribuţie de 6 KV din zona de consum aferentă acestei staţii. Schema care se adoptă pentru această staţie şi dezvoltarea care i se dă, depind de mărimea puterii de distribuit şi de siguranţa necesară în alimentarea consumatorilor. O dezvoltare mai mare o are staţia de medie tensiune la staţiile de transformare echipate cu două transformatoare care distribuie puteri între 20-50 MVA (fig.3.7). O astfel de staţie este prevăzută cu dublu sistem de bare din care unul secţionat şi celălalt de rezervă. Fiecare transformator este cuplat la câte o secţie de bare, întrerupătorul cuplei longitudinale fiind în funcţionare normală deschisă (pentru reducerea puterilor de scurtcircuit) şi prevăzut cu AAR. Deoarece consumatorii alimentaţi de astfel de staţii sunt în mare măsură de categoria I, liniile care pleacă de la staţii şi care trebuie să asigure rezervă de 100% sunt racordate la ambele secţii de bare, de preferat simetric pentru a uşura exploatarea. Posturile de transformare PT11, PT12 şi PT13, prevăzute cu câte două transformatoare, sunt racordate la ambele secţii de bare, funcţionând cu barele de joasă tensiune secţionate. De asemenea, liniile radiale, cu câte două cabluri pe celulă, care alimentează într-o singură treaptă staţiile de distribuţie SD1 şi SD2, ca şi liniile radiale pentru alimentarea în două trepte şi care sunt conectate la staţia intermediară de distribuţie SID1, sunt alimentate de la secţii separate şi alimentează secţii separate. Staţiile de distribuţie şi staţiile intermediare de distribuţie au barele secţionate, prevăzute cu AAR pe cupla longitudinală. Liniile principale, fie simple de tipul LPS, fie duble de tipul LPD, sunt racordate la fiecare din secţiile de bare. La aceste staţii mai pot fi racordate şi alte instalaţii ca:  baterii de condensatoare BC, pentru compensarea factorului de putere;  filtre F pentru reţinerea diferitelor armonici de ordin superior în cazul consumatorilor deformanţi. La secţiile IIA şi IIB ale sistemului II de bare, ca şi la sistemul I normal de bare, sunt cuplate celulele de măsură a tensiunii şi curentului M IIA, MIIB, respectiv MI. Cuplele transversale CT A şi CTB pot realiza transferul consumatorilor de pe un sistem de bare pe celălalt. Staţia de distribuţie (SD) este ultima instalaţie de medie tensiune spre consumatori, având în general un sistem de bare secţionat, dar poate fi şi nesecţionat, pentru consumatori mai puţin importanţi. La acest sistem de bare se racordează:  motoare; linii radiale spre alte grupuri de motoare sau posturi de transformare;  linii principale;  baterii de condensatoare. Ca tip constructiv, toate staţiile de medie tensiune sunt realizate în interior, în clădiri separate, la etaje separate, sau în halele tehnologice, mai aproape de consumatori, în spaţii separate. Modul de dispunere al aparatajului şi a barelor depinde de:  tipul echipamentului;  mărimea spaţiului disponibil  volumul necesar staţiei funcţie de numărul de plecări necesar.

Este indicat pentru a nu crea dificultăţi personalului de exploatare, ca aceste instalaţii să fie pe cât posibil tipizate, folosind cât mai puţine tipuri de aparate, distribuire simetrică a celulelor în staţie, precum şi dispoziţii similare în celulă. O problemă importantă o constituie gruparea receptoarelor şi a liniilor tehnologice în vederea alimentării cu energie electrică. Astfel, este necesar ca toate receptoarele aparţinând unei linii tehnologice să fie alimentate de o staţie sau de aceeaşi secţie a unei staţii de distribuţie. Se va evita alimentarea unei părţi a receptoarelor unei linii tehnologice de la o sursă (secţie sau SD) şi altă parte de la o altă sursă, deoarece la defectarea unei surse, o parte a liniei de producţie este scoasă din funcţiune, iar cealaltă, deşi are energie electrică, nu poate funcţiona. Staţia intermediară de distribuţie (SID) este următoarea instalaţie după staţia principală de injecţie pentru transmiterea energiei electrice spre consumator. SID-ul nu reprezintă numai un nod avansat de conexiune cu intrări de la staţia principală şi plecări spre staţiile de distribuţie SD, ci pentru consumatorii din zona apropiată îndeplineşte şi funcţia unei SD. Schema unei SID poate să conţină bară simplă secţionată sau bare duble cu cuplă deschisă prevăzută cu AAR. În afară de celulele liniilor (fiderilor) de alimentare şi ale plecărilor spre cele 2-3 staţii de distribuţie, mai există celule de racordare a motoarelor din zona de distribuţie aferentă liniei radiale spre alte grupe de motoare şi posturi de transformare, linii principale şi baterii de condensatoare.

Fig.3.7 Statie electrica 110/6kV.