Cursuri PTDEE

8/11/2019 Cursuri PTDEE.

1/76

1

CUPRINS

CURS 1

CURBE DE SARCINA........... ....2Producerea energiei electrice dupa curba de sarcina.....4Principiile termodinamicii care stau la baza functionarii masinilor termice...6

CURS 2ENTROPIA SI RANDAMENTUL UNEI MASINI TERMICE. ..7Procesul de fierbere al apei..8Ciclul termic al unei CTE cu aburHirn-Rankine 9Cresterea randamentului CTE..11-12Suprancalzirea intermediara...13Turbina cu gaz n circuit DESCHIS..14Turbina cu gaz n circuit nchis..15Structura si caracteristicile unui reactor nucl...16CURS 3

Scheme de amenajare a CHE..19Legea lui Betz. Captatoare eoliane cu ax orizontal.. .21Parametri caracteristici de functionare a captoarelor eoliene..23CURS 4

TIPURI DE FOTOCELULE..............................26-27CARACTERISTICILE CELULEI FOTOVOLTAICE.28PV CONECTATE N SERIE, PARALEL SAU SERIEPARALEL SERIE31DIMENSIONAREA PANOURILOR FOTOVOLTAICE...32-33Clasificarea pilelor cu combustibil.....34CURS 5

CLASIFICAREA SSE.....36

CURS 7PARAMETRII GENERATORULUI SINCRON...42CURS 8.

Avantajele metodei unitatilor relative....49CURS 9

Determinarea duratei de utilizare a sarcinii maxime TSM 51Dimensionarea electrica a liniilor electrice..52-53CURS 11

Metoda componentelor simetrice.SCURTCIRCUIT...62-63-64-65CURS 12

PRINCIPIUL PROTECTIEI DE CURENT.67-68CURS 13PROTECTIA HOMOPOLARA71


2/76

2

CURS 1

Forme de energie

energie primara: energia combustibililor fosili, energia hidraulica a apei, energia

eoliana, energia geotermica, energia solara, energia nucleara etc; energie utila sau finala, ca: energia termica (caldura), energia luminoasa(lumina), energia mecanica (lucru mecanic) etc. energie intermediara care se poate transforma n toate formele de energiefinala sau utila, ca: energie electrica etc.

Structura sistemului energetic

-Energetica este ramura stiintei care se ocupa cu: studiul surselor si resurselor deenergie; studiul metodelor de conversie a energiei primare n alte forme de

energie; studiul cererii de energie n ansamblu si pe diferite forme de energie;studiul proceselor de utilizare a energiei, mai ales n legatura cu utilizarearationala a acesteia; studiul formarii, dezvoltarii, functionarii si exploatariisistemelor energetice.-Sistemul energetic (SE) poate fi considerat ca un subsistem al mediului natural,de unde si extrage el toata energia primara.-Sistemul electroenergetic (SEE) reprezinta acea parte a sistemului energetic carecuprinde activitatile din domeniul producerii, transportului si distributiei energieielectrice si are doua parti principale: centralele electrice, acolo unde se produce

energia electrica si retelele de transport si distributie care se ocupa cu distributiaei la consumatori

statii de transformare de evacuare (STEV ) linii de transport de foarte nalta tensiune (LTFIT) statii de transformare si interconexiuni (STIC) linii de transport de nalta tensiune (LTIT) statii de transformare (ST) linii de distributie de medie tensiune (LDMT) posturi de transformare (PT) racordate tot la LDMT centralele locale (CL) microcentralele (MC)


3/76

3

Circuite monofazate

Componentele circuitelor monofazate-Sursede tensiune sau de current;-Impedante - resistente, inductante si capacitati conectate n serie sau n

parallel

CURBE DE SARCINA

Sarcina electrica reprezinta puterea activa, reactiva sau aparenta (intensitateacurentului electric) debitata sau absorbita de un echipament electric generator,transmitator sau receptor (consumator) de energie electrica.Curbele de sarcina sunt definite ca fiind variatiile n timp, pe o perioadadeterminata, a sarcinii electrice a unui receptor sau a unui grup de receptoare,reprezentate grafic.

Clasificarea curbelor de sarcina

Curbele de sarcina se pot clasifica dupa mai multe criterii:1. felul sarcinii:_curbe de sarcina activa;_curbe de sarcina reactiva;2. durata perioadei de observatie a variatiei sarcinii si provenienta:_zilnice, la care durata perioadei de observatie este de 24 de ore, dintre care douacurbe de sarcina sunt mai importante, cea caracteristica pentru o zi de vara (nintervalul 18-25 iunie) si cea pentru o zi de iarna (18-25 decembrie);_anuale la care perioada de observatie este de 8760 ore (12 luni sau 365 zile);3. provenienta:


4/76

4

_trasate direct de catre aparatele nregistratoare (wattmetre, varmetre, sauamper-metre nregistratoare);_experimentale, obtinute n urma citirii aparatelor indicatoare la intervale de timpegale (10, 15, 30 sau 60 minute);

4. tip, obtinute prin generalizarea curbelor de sarcina experimentale, specificeunor anumiti consumatori (casnici, comerciali, industriali etc).Curba de sarcina anuala clasata reprezinta ordonarea descrescatoare a puterilorproduse ntr-un an si se obtine prin clasarea curbelor de sarcina zilnice.


5/76

5

Producerea energiei electrice dupa curba desarcina

Cu ajutorul curbei de sarcina se definesc indicatorii care caracterizeaza variatiazilnica a sarcinii electrice:


6/76

6

factorul de aplatizarea curbei de sarcina:

-puterea golul de zi

-puterea la varful de seara

O valoare ridicata a lui _ nseamna o buna folosire a puterii instalate n sistem;energia produsa zilnic:

si se obtine prin planimetrarea ariei nscrise sub curba de sarcina;puterea medie zilnica:

coeficientul de utilizare zilnica a puterii:


7/76

7

CURS 2

CLASIFICAREA INSTALATIILOR PENTRU PRODUCEREA ENERGIEIELECTRICE

Centralele electricesunt compuse din instalatii tehnologice, care realizeazaconversia diferitelor forme de energie primara n energie electrica.CENTRALE TERMOELECTRICECiclul de functionareAceste centrale convertesc energia chimica a combustililor primari (lemn,carbune, petrol gaze etc.) n energie electrica:

_prin arderea combustibililor se obtine energie termica ;_ energia termica este transforma n energie mecanica n instalatiile cu abur(turbine cu abur) sau cu gaz (turbine cu gaz sau cu combustibil) ;

_ energia mecanica rezultata este transformata n energie electrica cu ajutorul

generatoarelor electrice.Elemente de termodinamicaPrincipiile termodinamicii care stau la baza functionarii masinilor termice sunt :A. Primul principiu, cunoscut ca si pr incipiul conservari i energiei

-lucrul mecanic se poate transforma n caldura si invers.

W energia schimbata de sistem cu mediul exterior, iar Qcantitatea de calduraschimbata cu exteriorul.

-Entalpia i se de fineste ca fiind suma dintre energia interna U si lucrulmechanic W=pV necesar pentru ocuparea volumului propriu la presiunea p:

B. Cel de al doi lea pri ncipiu care se refera la sistemele n evolutie, respectiv lacreearea entropiei

- conditiile n care are loc transformarea energiei termice n energie mecanica

Formularea lui CarnotTeorema I. Randamentul unei masini termice reversibile depinde numai detemperatura sursei calde si a sursei reci si nu depinde de natura substantei de lucru.Teorema II. Randamentul unei masini termice ireversibile este ntotdeauna maimic dect randamentul unei masini termice care functioneaza reversibil ntreaceleasi limite de temperatura.


8/76

8

ENTROPIAStarea termodinamica a unui gaz este complet determinata prin cunoasterea a

patru marimi de stare: presiune p, temperatura T, volumul specific v si energiainterna U.

C. Randamentul unei masin i termiceSe considera evolutia unui sistem termodinamic ntre starile 1 si 2. Suprafatacuprinsa ntre curba 1-2 si abscisa este proportionala cu cantitatea de caldura

primita de sistem si se considerapozitiva.

Pentru a ajunge n starea initiala sistemul poate evolua pe urmatoarele cai:_pe ramura 2-a-1, caz n care cedeaza caldura (considerata negativa si maimare n modul dect caldura primita) si deci asupra sistemului se efectueazaun lucru mecanic exterior;

_pe ramura 2-b-1, caz n care per total caldura schimbata are o valoare pozitiva sisistemul poate efectua un lucru mecanic conform .Se poate concluziona cafunctionarea unei masini termice se bazeazape schimbul de caldura cu exteriorul.

Q1 cantitatea de caldura primita desistem (pozitiva), cuQ2 cantitatea decaldura cedata de sistem (negativa)


9/76

9

S-a demonstrat ca cel mai mare randament l poate obtine un ciclu termic ideal,numit ciclul Carnot, format din doua izoterme si doua izoentrope (adiabate):

INSTALATII CU ABURA. Procesul de fi erbere al apei

Pentru transformarile care au loc n circuitul termic al unei centrale prezintainteres procesul de fierbere a apei.


10/76

10

-zona I se afla lichid si se numeste zona lichidului-zona II a vaporilor umezi-zona III a vaporilor suprancalziti-zona IVzona vaporilor care nu pot fi lichefiatiPunctul K, n care se unesc cele doua curbe de fierbere se numeste punct critic siel corespunde transformarii directe din stare lichida n stare de vapori uscati.Pentru a deosebi diversele stari de umiditate ale aburului saturat umed la o

aceiasipresiune, s-a ales o marime noua reprezentand participatia masica avaporilor demasa mv, in amestecul de vapori si lichid (mv + m) si care se numestetitlul vaporilor:

B. Ciclul termi c al unei CTE cu abur Hi rn -Rankine

Functionarea unei centrale termoelectrice are la baza Principiul al doilea altermodinamicii, conform caruia o masina termica ciclica poate produce lucrumecanic numai daca este n contact cu doua surse de caldura: una calda si unarece.Amestecul apa-abur folosit ca fluid de lucru n centralele termoelectrice aretrasaturile legate de forma curbei de fierbere (figura 6) iar forma ciclului semodifica, devenind cea din figura 3.

Fenomenul de cavitatieapare datorita

continutului mare de apadin turbina (lichid +vapori), iar la viteza derotatie a turbinei de 3000rot/min producedistrugerea paleteloracesteea. ntreagatransformare 1-2-3-4 sepetrece pe o izobarasuprapusa peste o

izoterma n zona 1a-1b.Circuitul termic al unei

CTE

Un ciclu termic real detipul Hirn-Rankine, prezentat n figura 6, va firealizat ntr-o centralatermoelectrica care are circuitul termicprezentat n figura.


11/76

11

Elementele principale ale circuitului termic al centralei termoelectrice sunt:1. generatorul de vapori (GV) sau cazanul C - este elementul component ncircuitul caruia fluidul se mentine la o presiune ridicata si primeste o cantitatede caldura Q1 rezultata prin arderea n focar a combustibililor solizi, lichizi sau

gazosi. Apa, n cazan se vaporizeaza, trecnd n stadiul de vapori saturati, careapoi sunt suprancalziti n suprancalzitorul SI. Aburul suprancalzit ajunge princonducta D la turbina;2. turbina T - aburul se destinde de la o presiune ridicata la o presiunescazuta.Condensatul este preluat de pompa de alimentare a cazanului PalC si reintrodusn cazan. Exista trei modalitati de antrenare a acesteia si anume: cu motorelectric, cu turbina cu abur si de la axul turbinei principale

Randamentul circuitu lu i termicConform diagramei Hirn Rankine randamentul ciclului termic al uneicentrale termoelectrice cu condensatie se poate exprima n mai multe moduri:

_n functie de cantitatile de caldura schimbate cu cele doua surse

_ca raport de arii din diagrama T-S, arii corespunzatoare cantitatilor decalduraprimite de la sursa calda respectiv cedate sursei reci

_n functie de entalpiile diverselor stari,


12/76

12

Randamentul general al circuitului termic se exprima n functie derandamentele instalatiilor componente prin relatia:

_c randamentul cazanului (75 90%);_cd randamentul conductelor (98 99%);_t randamentul ciclului termic (sub 50% - teoretic);

_td randamentul termodinamic al turbinei (70 90%);_m randamentul mecanic al turbinei (98 99%);_g randamentul generatorului (94 98%);_tr randamentul transformatorului (98 99%);_Csi consumul serviciilor interne (12 15%). si rezulta pentru randamentulgeneral al centralei termoelectrice valori cuprinse ntre 25 si 30 %.

Cresterea randamentului CTEA. Ridicarea parametrilor initiali ai aburului

A1. Cresterea presiunii initiale a ciclului (Fig.8)


13/76

13

A.2. Cresterea temperaturii initiale (Fig.9)

A.3. Cresterea simultana a presiunii si temperaturii initiale (Fig.10). Si la noi ntara s-au realizat n ultimul timp termocentrale cu presiuni de 196 bar sitemperaturi de 540C.


14/76

14

B. Suprancalzirea intermediara (Fig.11). Efectul suprancalzirii intermediareasupra randamentului este diminuat de pierderile suplimentare de caldura si

presiune pe conductele de legatura dintre suprancalzitorul intermediar care seafla n cazan si cele doua corpuri ale turbinei cu abur.

C. Utilizarea ciclurilor suprapuse - Se are n vedere nlocuirea cazanului cuunul de naltapresiune, cel vechi putnd fi pastrat n functiune pentru altescopuri: ca unitati de rezerva n cazul unor avarii sau revizii la cazanul nou;

pentru a produce abur de joasapresiune pentru pornirea cazanului de naltapresiune; prepararea apei de adaos prin vaporizare.D. Utilizarea ciclurilor binare - ciclurile binare folosesc doua fluide de lucru,dintre care unul functioneaza n domeniul temperaturilor nalte, iar al doilea ndomeniul temperaturilor coborte, vaporizndu-se prin condensarea primului.E. Prencalzirea apei de alimentare - Cresterea maxima de randament obtinuta

prin utilizarea prencalzirii regenerative a apei de alimentare este de 10-12%.F. mbunatatirea randamentului termic prin utilizarea termoficariiCentrale termoelectrice cu cogenerare -principiul cogenerar i i

consta n producerea, plecnd de la un combustibil ca si sursa de energieprimara, a doua forme de energie secundara si anume energie mecanica sauelectrica si energie termica.

Se disting doua tipuri de turbine:_cu condensatie la care presiunea aburului la iesirea din turbinaeste mai mica dect presiunea atmosferica;


15/76

15

_cu contrapresiune la care destinderea aburului se opreste la valoarea de 1,2-5bar, sau chiar mai mult. Aburul evacuat astfel poate fi utilizat la un consumatortermic industrial.

CENTRALE TERMOELECTRICE CU TURBINE CU GAZETurbinele cu gaze sunt de trei tipuri:

_turbine cu gaze n circuit deschis masina cu ardere interna, cu ardereizobara si destinderea gazelor de ardere n turbina;

_turbine cu gaze n circuit nchis masina termica cu ardere externa, la carefluidul de lucru n circuit nchis (aer sau gaze inerte) este ncalzit si racit prinschimbatoare de caldura de suprafata;

_turbina cu gaze n circuit mixt, combinatie a primelor doua tipuri.

Randamentul termic teoretic este:

Functionarea unei turbine cu circuit deschis

Pornirea se realizeaza cu ajutorul motorului de pornire M, care are o putere decirca 5% din puterea grupului, care poate fi:

_motor de c.a. cu colector - are dezavantajul ca nu permite pornirea la cadereasistemului;

_motor de c.c., alimentat prin redresor - la caderea sistemului poate fi alimentat dela baterii de acumulatoare;

_motor cu ardere interna;


16/76

16

_injectie de aer comprimat din butelii, aer introdus la sfrsitul camerei de arderepentru a antrena si turbina.

Avantaje n raport cu centralele echipate cu turbine cu abur:_pornire rapida (5 20 minute), deci acest tip de centrala electrica poate fiutilizata la acoperirea vrfurilor de sarcina;

_prin evacuarea caldurii reziduale n atmosfera, rezulta un consum redus de apade racire;

_instalatii compacte si usoare, datorita arderii sub presiune, ceea ce le recomandapentru unitati mobile sau de pe mijloace de transport;_ntretinere usoara.

Dezavantaje:_functionare zgomotoasa, ceea ce impune utilizarea unui atenuator de zgomot;

_necesitatea unor debite mari de aer avnd n vedere capacitatea de nmagazinaremica a caldurii a acestuia. Acest fapt implica conducte de diametre mari, paletelungi la turbina, ceea ce duce la limitarea puterii maxime;

_gazele fiind compresibile, reclama un lucru mecanic de compresie important,pna la 30% din lucrul mecanic util, ceea ce duce la scaderea randamentuluicentralei.

Turbina cu gaz n circuit nchis a fost construita pentru prima data n 1941.Turbina cu gaze n circuit nchis (figura 16) este o instalatie cu ardere externa,

la care transmisia caldurii de la gazele de ardere la mediul de lucru se faceprin suprafata metalica a unui cazan de aer cald.


17/76

17

CENTRALE NUCLEAROELECTRICE

Structura si caracter isticile unui reactor nuclPartea principala a unui reactor o constituie zona de reactie, sau zona activa,care contine un amestec omogen sau eterogen de combustibil si moderator.n cazul unei zone active eterogene, combustibilul este introdus sub forma deelemente combustibile, sistem care i asigura un plus de rezistenta mecanicasi

permite containerizarea produselor de fisiune radioactive. Combustibilul nuclear,n reactor, poate fi natural sau artificial. Exista doua tehnologii: a uraniuluinatural si a uraniului mbogatit care asigura un grad mai bun de ardere acombustibilului nuclear.Elementele combustibile ceramice folosesc pulbere de oxid de uraniu, presatasisinterizata. Dar se utilizeaza si elemente combustibile metalice, obtinute printurnare si deformare plastica.Moderatorul are rolul de a reduce energia neutronilor rapizi rezultatidin fisiune, transformndu-i prin ciocniri elastice n neutroni lenti sautermici.Un moderator este cu att mai bun cu ct numarul de ciocniri necesar pentruaducerea neutronilor la viteza termica este maimic si cu ct absorbtia neutroniloreste mai mica.Apa grea este cel mai bun moderator, avnd cea mai mica sectiune deabsorbtiesi un numar de ciocniri acceptabil. Poate fi folosita camoderator si la reactoare cuuraniu natural, dar trebuie specificat ca este foarte higroscopica, adica seimpurifica usor cu apa usoara.


18/76

18

Apa usoara are proprietati excelente pentru moderare (numar de ciocniri cel maimic), dar are o mare capacitate de absorbtie asupra neutronilor (de circa 600 de orimai mare ca apa grea).Un reflector care are rolul de a reduce scaparile de neutroni n afara

zonei active a reactorului.Evacuarea caldurii din zona activa a reactorului se face prin intermediul agentilorde racire. Conditiile pe care trebuie sa le ndeplineasca un bun agent de raciresunt:

_capacitate buna de nmagazinare si transfer a caldurii;_absorbtie scazuta a neutronilor;_sa ramna lichizi la temperaturi ridicate si presiuni scazute;_sa fie stabil la radiatii;_vscozitate mica;_sa fie neinflamabil, netoxic si pret de cost ct mai scazut.Controlul reactiei n lant se face prin intermediul barelor de control.Barele de control sunt realizate din materiale absorbante de neutroni.Acestea trebuie sa ndeplineasca urmatoarele conditii:

_capacitate mare de absorbtie pentru neutroni cu energii cuprinse ntr-un spectruct mai larg;

_rezistenta mecanica, stabilitate chimica si compatibilitate cu celelalte materialeale reactorului;

_produsele rezultate prin iradiere sa aiba timp de njumatatire mic.Schemele termice ale centr alelor nuclearo electr ice

A. Scheme cu un singur circuit termicSchemele termice cu abur cu un singur circuit presupun ca reactorul produce directabur saturat prin vaporizarea agentului de racire. n mod obisnuit reactorul

produce abur saturat uscat.B. Scheme cu doua circuite termiceIdeea de baza a acestei scheme este de a restrnge ct mai mult aria decontaminare radioactiva. La schemele termice cu doua circuite, reactorul poateavea agenti de racire diferiti: apa, apa grea, gaze sau lichide.C. Scheme cu trei cir cui te termice

Acest tip de schema (figura 22) se aplica n cazul utilizarii reactoarelor cuneutroni rapizi, reactoare care se caracterizeaza prin densitati termice n zonaactiva cu mult mai mari dect n cazul reactorului termic.


19/76

19

CURS 3CENTRALE HIDROELECTRICE

O amenajare hidroelectrica consta n principal din urmatoarele componente: baraj,priza de apa, lucrari pentru aductiunea apei la centrala (uzina) propriuzisa, lucrari

pentru evacuarea apei, statie si linii de evacuare a energiei produse.Energia hidraulicaCHE utilizeaza ca resurse energetice primare caderile de apa naturale sauartificiale sau mareele, valurile si presiunea osmotica, transformnd energiahidraulica a acestora n energie electrica prin forma intermediara de energiemecanica. Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pna n presentfolosesc energia hidraulica a cursurilor de apa.

Lucrul mecanic efectuat de un fluid. Ecuatia lui BernoulliSe considera o sectiune a unui curs de apa cuprinsa ntre punctele 1 si 2. Lucrulmecanic efectuat de o masa m de fluid care se deplaseaza din punctul 1 n

punctul 2, poate fi calculat cu ecuatia luiBernoulli:

v1 viteza fluidului la intrare (punctul 1) masurata n [m s-1];v2 viteza fluidului la iesire (punctul 2) n [m s-1];p1 presiunea fluidului la intrare [Pa];p2 presiunea fluidului la iesire [Pa];h1 naltimea (cota) fluidului la intrare [m];h2 naltimea (cota) fluidului la iesire [m];


20/76

20

L1-2 este distanta dintre punctele A si B.m masa fluidului [kg];

_ densitatea fluidului [kg m-3];g acceleratia gravitationala [m s-2].

Scopul unei amenajar i hidroelectr ice este:_de a asigura o cadere de apa ct mai mare;_de a asigura un debit de apa ct mai mare;_de a asigura conducerea apei spre turbine;_de a uniformiza debitul de apaprin compensarea variatiilor acestuia.Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi:

_cu cadere de apa mica, h


21/76

21

_partiala, cnd curgerea apei se realizeazaprintr-un singur punct sau mai multepuncte ale circumferintei rotorului;_totala, cnd curgerea apei se realizeaza n mod uniform pe ntreagacircumferinta a rotorului.

Turatia specif ica

n este turatia nominala a turbinei n rotatii pe minut,P puterea nominala aturbinei n CP,H caderea de apa n m.

CENTRALE ELECTRICE EOLIENEPuterea captatoarelor eolienePuterea vntului se poate determina plecnd de la energia cinetica a unui curent deaer cu viteza constanta:

m reprezinta masa de aer care trece prin suprafata unui captator eolian ntr-un

interval t

unde q=Sv este debitul masic de aer prin suprafata captatorului.Puterea curentului de aer se obtine diviznd cu t energia vntului


22/76

22

Legea lui Betz. Captatoare eoli ane cu ax orizontal

Legea lui Betz stabileste care este puterea maxima pe care o poateprelua un rotor aflat ntr-un curent de fluid care curge cu o vitezacunoscuta. Aceasta lege permite determinarea eficientei maxime a unui

captator de aer, considerat sub forma unui disc situat n tubul de current

Viteza medie a curentului de aer este , valoare carenlocuitan expresia debitului masic conduce la:

Puterea cedata de fluxul de fluid rotorului,Pm, se exprima prin variatia energieicinetice cedate rotorului n functie de timp:

Valoarea maxima a coeficientului de putere este:


23/76

23

Componenta unei centrale eoli enePrinicpalele elemente componente ale unei centrale eoliene sunt (figura 10):rotorul, compus din mai multe pale, este antrenat de catre energia vntului.Acesta poate fi cuplat direct sau indirect la o pompa sau la un generator electric;nacela, contine componentele mecanice, pneumatice ct si componenteelectrice si electronice necesare functionarii centralei. Rotorul este atasat lanacelaprin intermediul butucului;pilonul, care asigura amplasarea rotorului la o naltime corespunzatoare

miscarii rotorului (cazul captoarelor cu ax orizontal) sau la o naltime undevntul bate mai regulat si cu o intensitate mai mare dect n apropiereasolului. n rotor pot fi amplasate o parte din componentele electrice sielectronice (generator, sistemul de control, modulator etc.);statia de transformare, situat n apropierea captoarelor eoliene si care

permite conectarea si injectarea de energie electrica n retea.

1 pala2 nacela3- butucul rotorului

4 frna5 multiplicator6 generator7 regulator8 sistem deorientare9 pilon10 cofret electric11 fundatie

Clasif icarea captoarelor eoli ene

Clasificarea captoarelor eoliene poate fifacuta du pa o serie de criterii cum ar fi:forma captoarelor, rapiditatea lor, pozitiaaxului fata de directia vntului etc.


24/76

24

Parametri caracteristici de functionare a captoarelor eoliene:

_Primul parametru se numeste viteza specifica sau rapiditate, notat cu_, si se defineste ca fiind raportul dintre viteza periferica a rotorului, usi viteza vntului v:

omegaviteza unghiulara a rotorului si R raza perifericaa acestuia. Eolienele a

caror rapiditate este sub valoarea 3 se numesc lente, iarcele a caror rapiditatedepaseste valoarea 3 se numesc rapide

Cel de al doilea parametru este coeficientul de putere, Cp, si sedefineste ca fiind raportul dintre puterea Pm, primita de rotor, si puterea

P care traverseazadiscul rotorului n absenta acestuia;_Cel de al treilea parametru se numeste coeficientul de cuplu Cc si sedefineste ca fiind raportul dintre cuplul motor exercitat la arbore, Cm, laiesirea din rotor si cuplul aerodinamic Ca:

Tipur i constructive de captatoare eoliene

A. Captatoare eoliene cu ax orizontal

Aceasta categorie cuprinde captatoarele cele mai performante din punct de vedereal coeficientului de putere si a posibilitatilor de reglare a puterii.B. Captatoare eoliene cu ax vertical

De regula, nu au nevoie desistem de orientare dupa directia vntului. Se distingurmatoarele variante :

_Captatoarele eoliene cu rezistenta simpla - la aceste turbine eoliene cuplulmotor se obtine ca efect al actiunii vntului pe palele (verticale) care se

deplaseaza n directia acestuia. Miscarea rotorului este posibila numai daca ojumatate de circumferinta este ecranata (figura 14.a) sau dacapalele suntarticulate n asa fel nct pot prelua impuls mecanic numai cele care sedeplaseaza n directia vntului (figura 14.b). Aceste variante s-au realizat

practic numai pentru puteri mici;_Captatoare eoliene cu diferenta de rezistenta exista mai multe varianteconstructive, cele mai ntlnite solutii constructive sunt:


25/76

25

PRODUCEREA DISTRIBUITA A ENERGIEI ELECTRICE. SURSEREGENERABILECURS 4

Producerea sau generarea distribuita a energiei electrice poate fi definita pe bazamai multor criterii.Deobicei prin generare distribuita a energiei se ntelegegenerarea energiei electrice pe scara redusa, n instalatii cu puteri mai mici de 50MW, amplasate aproape de locul de consum.Astfel de instalatii debiteaza direct nreteaua de distributie sau functioneaza izolat.n marea lor majoritate aceste instalatii utlizeaza surse primare de energieregenerabile.Caracteristicile productiei distribuite

Avantaje-marirea eficientei generarii de energie prin o utilizare mai economica si completaa unor resurse disperate;-reducerea pierderilor de energie n reea prin situarea generarii n apropierealocului de consum;-posibilitatea participarii micilor consumatori si a consumatorilor individuali lagenerarea de energie electrica;-generarea de energie din surse curate cu impact scazut asupra mediului;-marirea sigurantei n alimentare prin diversificarea surselor de energie;

-crearea unei piete de energie mai competitive;-reducerea ncarcarii retelelor n cazul marilor consumatori.Dezavantaje-retelele actuale nu sunt dimensionate pentru a prelua cantitatea crescuta deenergie generata la nivelul de distributie (joasa tensiune)-cerintele de fiabilitate de impuse sunt greu de realizat de unitati singulare degenerare;-compatibilizarea unei surselor distribuite, cu functionare intermitenta, cuconsumatorii si cu cerintele impuse de functionarea sistemului electroenergetic

este dificila.SURSE REGENERABILE PENTRU PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICEPrintre aceste resurse pot fi enumerate: energia hidraulica incluznd energiavalurilor si a mareelor, soarele, vntul, biomasa, energia geotermala. De remarcatatentia si importanta data utilizarii HIDROGENULUI drept combustibil.


26/76

26

Centrale electrice care utilizeaza energia valurilorAceste surse de energie electrica sunt interesante pentru alimentareaplatformelor petroliere, balizelor maritime, dar n acelasi timp si pentru a debitan retea.

Se clasifica n:1.Centrale cu baraje situate n zona costieraapa de mare umple un rezervor printalazuire dupa care este ghidata spre turbine;2.Centrale plutitoare sau semi-imerse;3.Centrale cu coloana oscilantasunt plasate pe coasta si au o cavitate deschisasub nivelul marii care contine aer ntre suprafata apei si un piston.Aerul este aspirat si mpins catre o turbina.4.Centrale imerseo parte a centralei este fixata de fundul marii iar parteamobila produce oscilatii de presiune hidraulica fiind supusa fortei lui Arhimede.

Utilizarea mareelor si a curentilor marinin anumite zone favorizate, este posibila explotarea mareelor de mareamplitudine (2 cicluri pe zi) cu grupuri generatoare care functioneaza n ambelesensuri. Aceasta presupune construirea unor baraje si modificarea configuratieilitoralului. Acesta este unul dintre motivele pentru care se evita utilizarea lor.

Energia geotermalaSe refera la energia apelor sau a vaporilor ncalziti si care pot fi preluati prin forarela adncimi mai mari sau mai reduse. Aceste ape fierbinti se ntlnesc n anumitezone de pe glob.

Utilizarea biomasei drept resursa pentru generare de energie electricasi cogenerareBiomasa reprezinta o sursa de combustibili care pot nlocui combustibilii fosili.Este vorba att de utilizarea deseurilor (animale, vegetale, menajere etc.) ct si aunor resurse cultivate (paioase, vegetatie lemnoasa cu perioade de dezvoltareredusa etc.) pentru a produce energie termica, abur si apoi energie electrica.Combustibili obtinuti din biomasa sunt n principal:-biogazul (n principal metan), cu proprietati asemanatoare gazului natural;

-deseurile uscate care pot fi incinerate direct;-paiele-reziduurile de trestie de zahar, care au o putere calorica asemanatoarelignitului;-lemnul unor vegetale cu crestere rapida si valoare redusa-biocarburanti lichizi, obtinuti din plante cultivate cum ar fi: rapita, floareasoarelui, sorg, gru, porumb etc.


27/76

27

-gunoiul menajer, care permite obtinerea a aproximativ 500 kWh prinarderea a 1 tona de deseuri.

INSTALATII FOTOVOLTAICEUtilizarea directa a energiei solare se face de mult timp folosind captatoare solare

cu sau fara concentratoare pentru ncalzirea apei, pentru ncalzirea aerului,pentru topirea metalelor, pentru uscarea diferitelor produse agricole sauindustriale si pentru producerea de energie electrica n centrale termice solare.Exista mai multe modalitati de utilizare directa a energiei solare: conversiafotovoltaica, conversia termoelectrica si conversia termoionicaConversia fotoelectrica a energieiConversia radiatiei solare n energie electrica prin efect fotovoltaic se realizeaza ncelule solare.Celula solara este un dispozitiv realizat cu materiale semiconductoare, n care prin

absorbtia luminii se genereaza perechi de electroni si goluri libere, iar acestia suntseparati spatial datorita unei discontinuitati interne ce formeaza o bariera depotential, electronii fiind antrenati n sens opus golurilor.Din punct de vedere structural, celulele fotovoltaice sunt formate din doua zone,realiznd o jonctiune, care poate fi de mai multe tipuri:-homojonctiune, n care cele doua zone sunt formate din acelasi materialsemiconductor, avnd tipuri de conductia diferite;-heterojonctiune, n care cele doua zone sunt formate din materialesemiconductoare diferite, avnd de asemenea tipuri de conductie diferita;

-jonctiune metal - semiconductor (celula Schotky);-jonctiune electrolitsemiconductor.

TIPURI DE FOTOCELULECelule fotovoltaice cu siliciu cristalinGermaniul nu se foloseste la realizarea fotocelulelor din cauza slabei salerezistente la temperaturi ridicate.


28/76

28

Fotocelule cu siliciu amorf hidrogenat (a-Si:H)Siliciul amorf pur (a-Si), din cauza dezordinii structurale, are multi atomi culegaturi rupte. Acestea fac ca sa existe un numar mare de stari energetice, iarpurtatorii de sarcina sa posede mobilitati scazute.

Celule solare pe baza de CdS

Aceste celule solare sunt de tipul heterojonctiune obtinute n tehnologie custraturi subtiri policristaline.

Celule solare din GaAsUtilizarea acestui tip de semiconductor la realizarea celulelor solare ar avea, nraport cu siliciul, urmatoarele avantaje:-este cel mai eficient material semiconductor n conversia energiei solare nenergie electrica prin fenomene fotovoltaice

-poate functiona la temperaturi superioare siliciului, permitnd realizarea decelule solare cu concentrarea 1000 fata de concentrarea 100 ct permit cele desiliciu;-coeficient de absorbtie mai ridicat, ceea ce permite folosirea structurilor foartesubtiri.Ele au si dezavantaje, din care cauza nca nu au cunoscut o mare raspndire.Astfel, acest material semiconductor este mai scump de vreo 10 ori dect siliciul.


29/76

29

CARACTERISTICILE CELULEI FOTOVOLTAICECaracteristica amper-volt I(U) sau volt-amper U(I)Curentul n circuitul exterior I se determina ca diferenta dintre curentulfotovoltaic Is si curentul diodei Id.

I0 este intensitatea curentului de saturatie; k - constanta lui Boltzmann; T -temperatura absoluta; e - sarcina electronului.

Caracteristica de putere P(U)

Puterea electrica cedata sarcinii R a unei celule PV este:

PARAMETRII CELULELOR SI MODULELOR PV

Curentul de scurt circuit. Se obtine la scurcircuitarea bornelor sarcinii R. Pecaracteristica I-U punctul cu coordonatele U=0, I=Isc; pentru U=0 rezulta Isc= Is,iar puterea furnizata este egala cu zero.Tensiunea de mers n gol. Corespunde punctului de pe caracteristica I-U cucoordonatele I=0, U=U0. Puterea debitata n acest punct este egala cu zero.Tensiunea de mers n gol:

3. Puterea critica sau maximala (peakpower). Este produsul curentului latensiunea n punctul M a caracteristicii I-V se noteaza PC.


30/76

30

4.Factorul de umplere (Fill Factor).

5.Randamentul celulei sau modulului PV.Se determina cu raportul puterii generate de celula sau modulul PV n punctuloptimal de functionare M la o temperatura specificata

6.Temperatura normala de functionare a celulei. Corespunde temperaturii celuleiPV la functionare n gol, la temperatura mediului de 20 C.

INFLUENTA RADIATIEI SOLARE SI TEMPERATURII ASUPRACARACTERISTICILOR CELULELOR PVRADIATIA SOLARACurentul fotovoltaic de scurtcircuit este direct proportional cu radiatia solara, iartensiunea de mers n gol variaza putin si adesea n calcule practice aceastavariatie se neglijeaza. Curentul de scurt circuit, pentru diferite valori ale radiatieisolare G, poate fi determinat cu o aproximatie satisfacatoare cu formula:


31/76

31

TEMPERATURA

Temperatura celulei PV influenteaza semnificativ asupra tensiunii de mers n gol sicu mult mai putin asupra curentului de scurtcircuit. Odata cu crestereatemperaturii tensiunea de mers n gol scade.Astfel parametrul U0 pentru temperaturi diferite de cea standard se va calcula cu

expresia:

MODULE FOTOVOLTAICEModulul fotovoltaic este cea mai mica instalatie electrica formata din cellule PVinterconectate n serie si/sau n paralel, ncapsulate pentru a obtine o rezistentamecanica mai mare si a proteja celulele mpotriva mediului.Panoul sau cmpul ("array" ) de module - un numar de module PV asamblatemecanic ca o unitate mai mare si conectate electric.


32/76

32

PV CONECTATE N SERIE, PARALEL SAU SERIEPARALELSERIE

Paralel

SERIE PARALEL


33/76

33

STRUCTURA UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC

DIMENSIONAREA PANOURILOR FOTOVOLTAICEDimensionarea unui sistem PV presupune parcurgerea urmatoarelor etapeprincipale:1. Calculul radiatiei solare disponibile pe suprafata modulului PV;2. Calculul consumului diurn de energie electricaEc;

3. Calculul cantitatii de energie electrica necesara de produs de modulul PV - Ep;

4.Calculul puterii critice a modulului PV - Pc si alegerea acestuia;

5.Calculul capacitatii acumulatoarelorC si alegerea acestora;


34/76

34

Ucceste tensiunea nominala a consumatorilor6. Verificarea echilibrului consumului si producerii de energia electrica.

PILE CU COMBUSTIBILConversia electrochimica a energiei se refera la transformarea directa aenergieichimice n energie electrica, evitnd faza intermediara a energieicalorice.Pilele cu combustibil functioneaza atta timp ct sunt alimentate cu

combustibil si oxidant. Ele, spre deosedire de acumulatori, nu necesitaorencarcare electrica.Principiul de functionare al pilelor cu combustibilPilele de combustie sunt generatoare electrochimice de energie electrica ce secaracterizeaza prin alimentare continua cu reactanti la cei doi electrozi. Ele senumesc pile, deoarece asemenea celorlalte pile electrice au doi electrozi sielectrolit. Calificativul cu combustibil provine de la faptul ca acestea utilizeazadrept surse de energie chimica, substante combustibile,naturale sau sintetice,care sunt supuse unor reactii de oxidare si reducere asemanatoare celor de laarderea combustibililor, rezultnd si produsi secundari asemanatori celor de laardere.Anodul, sau electrodul de combustibil, este locul unde are loc oxidareacombustibilului (H2, CH3OH, N2H4, hidrocarburi etc.) cu care se alimenteaza pila.Catodul, sau electrodul de oxigen (aer), este locul unde are loc reducereaoxigenului molecular.Principiul de functionare este foarte simplu si se bazeaza pe oxidarea controlata acombustibilului (rezulta energie electrica, energie calorica si apa) comform

relatiei:


35/76

35

Clasificarea pilelor cu combustibilCelule cu combustibil pot fi clasificate dupa mai multe criterii care n general au labaza tipul electrolitului utilizat:A.Celule alcaline AFC (Alkalin Fuel Cell).La anod se utilizeaza nichel iar la catod argint.

B. Celule cu acid fosforic PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cells);Electrolitul utilizat este acidul fosforic cu concentratie de 100 %, absorbit ntromatrice de carbura de siliciu.

C. Celule cu oxizi solizi SOFC (Solid Oxide Fuel Cells);Aceste pile sunt construite n principal din materiale ceramice de diferite naturi,sau de materiale ceramice asociate cu metale (cazul anozilor de nichel).Conductia ionica este realizata prin ioni de oxizi (O2-) ntrun electrolit de tip ytriatde zirconiu.

D.Celule cu carbonat topit MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells);Carbonatii alcalini sunt formati din elemente care exista din abundenta n naturasi nu sunt toxici. Ei formeaza amestecuri eutectice cu puncte topire relativ joase.

E.Celule cu membrana schimbatoare de protoni PEMFCAceste pile utilizeaza un electrolit solid, constituit dintr-o membrane polimericacu conductie protonica asigurata de o functie sulfonica.


36/76

36

F.Celule cu alimentare directa cu metanol DMFCA. CogenerareCalitatile pilelor cu combustibil fac ca ele sa fie adaptate la producerea de energieelectrica n apropierea utilizatorului.

Caldura produsa de catre pila poate fi valorificata pentru ncalzire sau pentruproductia de vapori n functie de temperatura de functionare. Cantitatea decaldura utilizabila depinde de temperatura de functionare, sarcina electrica,cantitatea de caldura ce trebuie evacuata de catre agentul de racire.Nivelele de putere pentru acest tip de aplicatie sunt de la ctiva kilowati, pentrualimentare casnica, pna la cativa megawati pentru retelele urbane sauindustrieale.B. Cicluri combinate


37/76

37

Calculul debitului de aer si de hydrogen

STOCAREA ENERGIEI ELECTRICECurs 5

2. CLASIFICAREA SSE1. Dupa durata de realizare a stocariia. stocare de scurta durataSSD - mentine rezerve de energie suficiente pentru aasigura puterea nominala pe o durata de la cteva secunde pna la un minut.b. stocare de medie durataSMD - mentine rezerve de energie suficiente pentrua asigura puterea nominala de la cteva minute pna la cteva ore.c. stocare de lunga durataSLDasigura alimentarea cu energie pe termen lungde la cteva ore pna la cteva saptamni sau luni.

2. Dupa tehonologia utilizata:

a. chimicasub forma de hidrogen, azot lichid etc.;b. electrochimicaacumulatori, acunulatori cu curgere, celulele de combustibil;c. electricacondensatoare, supercapacitati, stocarea magnetica a energiei cusupraconductoare;d. mecanica - aer comprimat, volanti, hidroacumulatoare, hidroelectric, resorturie. termica - aer lichid criogenic sau azot, abur, topituri etc.

3. METODE DE STOCARE A ENERGIEI ELECTRICE3.1. Stocarea chimica a energieiAvantaje:-hidrogenul n sine nu este poluant;-hidrogenul este cel mai abundent element din univers;-are o mare densitate de energie de masa. Pentru stocare densitatea volumetricade energie este un parametru mult mai relevant.Dezavantaje:-conversia energiei pe baza de hidrogen nu este ieftina - echipamente costisitoare


38/76

38

-densitatea de energie volumetrica este foarte scazuta, ceea ce nseamna unvolum mare pentru stocare.3.2. Stocarea electrochimica a energiei electrice3.2.1. Sisteme de stocare a energiei cu pile cu combustibil (SSEPC

3.2.2. Stocarea energiei cu acumulatori (SEA)A. DefinitiiAcumulatorii sunt echipamente care stocheaza energia n urma unei reactiielectrochimice. Exista o multitudine de tipuri diferite care au fost dezvoltate, darprincipiul de baza este acelasi.Elementul, Celula (Cell) - este cea mai mica unitate electrochimica individuala,care furnizeaza o tensiune dependenta de componenta chimica a ei.Tensiunea elementului sau a celulei (Cell Voltage)- depinde de combinatiaelementelor chimice active utilizate.

Curentul acumulatorului (Battery current) -curentul maxim admisibil de ncarcaresau de descarcare depinde de tipul bateriei si de capacitatea ei.Capacitatea acumulatorului , C (Battery Capacity ,C Rate) - capacitatea bateriei dea furniza curent este n mod normal exprimata n Ah sau mAh si reprezintacurentul exprimat n Amperi care poate fi sustinut de baterie timp de o ora.Puterea acumulatorului (Battery Power)- puterea pe care bateria poate sa o ofereeste n mod normal specificata ca putere asociata unui curent echivalent cu 1 C(A) absorbit de sarcina.Continutul de energie al bateriei (Battery Energy Content) - capacitatea exprimata

n Amperi-Ora sau n Coulombi nu este o masura a continutului de energie albateriei.Adncimea de descarcare (DOD, Depth of Discharge) - cantitatea de sarcina saude energie descarcata, exprimata n % din capacitatea nominala a bateriei.Descarcare profunda (Deep discharge) -descarcarea bateriei pna cnd tensiuneaei ajunge la o valoare minima specificata.Rata de autodescarcare (Self Discharge rate) - este o masura a ritmului n carebacteria si pierde energia n timp ce este depozitata (fara a fi utilizata), datoritareactiilor chimice nedorite care au loc n interiorul ei.

Pretul bateriilor - pentru a putea face o camparatie corecta a costurilor stocariiunor cantitati echivalente de energie, trebuie utilizat pretul pe Wh.Durata de viata a bateriei, exprimata n numarul de cicluri (Cycle Life)estedefinita ca numarul de cicluri de ncarcare-descarcare pe care o baterie le poateefectua nainte ca capacitatea sa sa scada la 80% din capacitatea initialaspecificata.


39/76

39

B. Caracteristicile acumulatorilorB.1. Curentul de descarcareCapacitatea bateriei depinde de curentul de descarcare, astfel nct performantala descarcare a bateriei depinde de sarcina.

Capacitatea disponibila a unei baterii este influentata de rata de descarcare:

B.2. Durata de viataPerformana bateriei se deterioreaza n timp indiferent daca bateria este folosita

sau nu. Exista doi factori-cheie care influenteaza durata de viata, si anumetemperatura si timpul.Cele mai importante diferente ntre proprietatile acumulatoarelor NiCd si Pbacid sunt:1. Celula acumulatorului Ni-Cd genereaza o tensiune nominala de 1,25 V, iar Pb-acidde 2,0 V. Tensiunea acumulatorului Ni-Cd variaza putin n dependenta degradul de ncarcare;2. Caracteristicile electrolitului acumulatorului Ni-Cd nu variaza pe parcursulncarcarii si descarcarii. Aceasta nseamna ca:Densitatea electrolitului sau

greutatea specifica nu variaza si acest parametru nu poate servi pentruidentificarea gradului de ncarcare; Nu exista problema stratificarii electrolitului;3. Punctul de congelare nu depinde de gradul de ncarcare;4. Capacitatea acumulatorului Ni-Cd variaza relativ putin n dependenta de vitezade descarcare;5. Acumulatorul Ni-Cd permite un grad de descarcare mai mare dectacumulatorul Pb-acid. Factorul de descarcare poate fi egal cu 1 pentru Ni-Cd simaximum 0,5 pentru Pb-acid;6. Acumulatoarele Ni-Cd ofera diverse avantaje: durata de viata de 20 ani,

ntretinere minimala, rezistenta la suprancarcare, randament bun la temperaturiridicate, proprietatea de a fi pastrat ncarcat sau descarcat fara stricaciuni. Duratade exploatare a acumulatoarelor Pb-acid nu depaseste 7 ani;7. Costul acumulatoarelor Ni-Cd este de 2 - 3 ori mai mare dect aacumulatoarelor Pbacid.


40/76

40

3.3. Stocarea electrica a energiei3.3.1. Stocarea magnetica a energiei cu supraconductoare (SMES)Energia este stocata n cmpul magnetic generat de un curent continuu careparcurge printr-o bobina supraconductoare. SMES consta dintr-o bobina mare

supraconductoare la temperatura criogenica. Aceasta temperatura estementinuta prin utilizarea de heliu sau azot lichid.Energie stocata inductiv si puterea nominala sunt parametrii specificati pentrudispozitivele SMES, iar acestea pot fi exprimate dupa cum urmeaza:

Stocarea energiei cu supercondensatori (SESC)Supercondensatorii sunt condensatori dublu strat, care cresc capacitatea de

stocare anenergiei prin cresterea suprafetei datorate utilizarii unui electrolit.Energia este stocata n cmpul electric a condensatorului prin aplicarea uneitensiuni continue ntre electrozi. Necesita utilizarea unor convertoare de putereadecvata si a unui dispozitiv de ncarcare/descarcare.Energia stocata pe condensator depinde de capacitate si de tensiune:


41/76

41

Stocarea mecanica3.4.1. Stocarea energiei sub forma de aer comprimat (SEAC)Stocarea energiei sub forma de aer comprimat constituie o alternativa atractivapentru stocarea unor cantitati apreciabile de energie electrica. Energia stocataprovine din surplusul de energie livrat de centralele de baza pe perioada golurilorsau din instalatiile care utilizeaza surse alternative de energie, si care este utilizatpentru comprimarea aerului n subteran (Fig.8) sau n rezervoare supraterane.Componentele de baza necesare ntr-o instalaie CAES sunt:- Un motor/generator prevazut cu sistem tip ambreiaj pentru a asigurafunctionarea alternativ a compresorului sau a turbinei.- Compresorul de aer, cu doua sau mai multe etaje, racire intermediara a realizaeconomii n ceea ce priveste energia de compresie, si de a reduce continutul deumiditate.- Recuperatorul, turbina, turbine de nalta si joasa presiune.- Echipament de control pentru operarea turbinei si a compresorului.-Auxiliare pentru de a reglementa si controla trecerea de la modul de generare lamodul de stocare.Stocarea energiei n volanti (SEV)Un volant este un dispozitiv electromecanic care cupleaza un generator/motor cuo masa de rotatie pentru a stoca energie pentru durate scurte. Energia stocatadepinde de momentul de inertie al rotorului si patratul vitezei de rotatie avolantului.Momentul de inerie (J) depinde de raza, masa, si nalimea (lungimea) a rotorului.Energia cinetica stocata este data de:

unde J este momentul de inertie polar n jurul axei de rotatie si esteviteza unghiulara.


42/76

42

3.5Stocarea termica (SET) - aer lichid criogenic sau azot, abur, topituri etc.


43/76

43

MODELAREA ELEMENTELOR DE SISTEMCurs 77.1. PARAMETRII GENERATORULUI SINCRON-generatorul sincron este un element activ al sistemului electric care posed

tensiuni electromotoare proprii;-t.e.m. proprii sunt trifazate si simetrice, considerate de secventa directa;-n calculul retelelor electrice generatorul se ia n considerare prin schemaechivalenta a statorului (indusului), care este conectat la retea si alimentata detensiunea sa electromotoare;-rezistenta generatorului este cu mult mai mica dect reactanta sa (mai ales lageneratoarele de putere mare) ea se poate practice neglija.Schema echivalenta a generatorului sincron

A.Parametrii de secventa directaA1. Reactanta sincronaCorespunde functionarii sincrone a generatorului si reprezinta suma reactantei dedispersie si de reactie a statorului:

A2. Reactante tranzitoriiLa variatii bruste ale curentului, n statorul masinii apare un flux de reactie, caruiai se opune curentul de amortizare, care apare n nfasurarea de excitatie. Datoritafluxului de reactie, fluxul rezultant este mai mic dect n regim stationar si ca


44/76

44

urmare reactanta generatorului devine mai mica. Aceasta reactanta se numestereactanta tranzitorie si se noteaza cu x'.A3. Reactante supratranzitoriiLa generatoarele sincrone cu nfasurare de amortizare, fluxul creat de curentul de

soc nu poate patrunde n rotor din cauza reactiei puternice a acestei nfasurari.Din aceasta cauza reactanta generatorului devine mai mica dect n cazulregimului tranzitoriu si se numeste reactanta supratranzitorie x".

Transformator de putere7.2.1. Schemele echivalente ale transformatoarelor

7.2.2. Parametrii/constantele transformatoarelor cu doua nfasurariA. Parametrii de secventa directa si inversaParametrii de secventa directa sunt egali cu cei de secventa inversa si suntcalculati in raport fie fata de tensiunea din primar, fie in raport cu tensiunea

nominala din secundarul trafo.A1. Rezistenta RT pe faza ale transformatorului se determina din pierderile inregim de scurtcircuit:


45/76

45

A2. Reactanta XT pe faza a transformatorului:

A3. Conductanta GT pe faza se determina din relatia care exprima puterea activaabsorbita de transformator la mersul n gol:

A4. Susceptanta inductiva, BT, se determina din relatia care exprima putereareactiva absorbita de transformator n regim de mers n gol:

B. Parametrii de secventa homopolara:-este functie de tipul constructiv al transformatorului si de schema de conexiune a

nfasurarilor transformatorului;-vazuta dinspre nfasurarea conectata n triunghi sau stea cu neutrul izolat esteminfinit de mare;-pentru ca sa poata circula curenti de secventa homopolara este necesar ca celputin una din nfasurari sa fie conectata n stea cu neutrul legat la pamnt sau zig-zag cu neutrul legat la pamnt.

7.3.1. Linii electrice aerieneLEA-destinate transportului energiei electrice de la centralele electrice la consumatori

si/sau de la statiile de conexiune la utilizatori;-schema electrica echivalenta este cea a unui cuadripol;--parametrii longitudinali - rezistenta si reactanta inductiva a liniei;-parametrii transversali - conductanta si susceptanta capacitiva a liniei. cel mairaspndit material este aluminiul;-conductoarele otel-aluminiu (Aluminium Conductor Steel Reinforced - ASCR),


46/76

46

-conductoarele de aluminiu (all-aluminium conductor - AAC)), conductoarele dinotel;-LEA de nalta tensiune, peste 110 kV, se construiesc cu mai mult de un conductorpe faza si se numesc linii cu conductoare fasciculare/jumelate (bundle conductor)

A. RezistentaA1. Rezistenta de secventa directa (egala cu cea de secventa inversa)

A2. Rezistenta de secventa zeroCazul LEA fara conductor de protectie (rezistenta pamantului Rp=0,05 ohm/kmpentru soluri normale):

LEA prevazuta cu conductor de protectie (Rcp):

B. Reactanta inductiva pe unitatea de lungime a linieiB1. Linie electrica aeriana simplu circuit, cu un conductor pe faza Distanta mediegeometrica (GMD - Geometric Mean Distance) dintre conductoare pentrusistemul echivalent este data de urmatoarea relatie:


47/76

47

GMR sau re reprezinta raza unui conductor fictiv care nu are nici un fel deinductanta interna, dar a carui inductanta totala are aceeasi valoare ca si aconductorului real !!!

B2. LEA cu dublu circuit simetric cu un singur conductor pe fazaValoarea medie a reactantei inductive pe faza si unitatea de lungime este data derelatia:

B3. LEA cu conductoare jumelate


48/76

48

B4. Reactanta specifica de secventa homopolara (secventa zero)Valoarea medie a reactantei de secventa homopolara pe faza si unitatea delungime este data de relatia:

C. Susceptanta capacitiva a liniilor electrice

Capacitatea de serviciu:Capacitatea de serviciu de secventa pozitiva pe unitatea de lungime:

Capacitatea de serviciu de secventa zero pe unitatea de lungime:


49/76

49

UNITATI RELATIVE. COMPONENTE SIMETRICE. PIERDERI SI CADERI DETENSIUNE

IN RETELELE ELECTRICECURS 8

Marimi n unitati relativeAcestea se obtin prin mpartirea valorilor actuale cu marimi de referinta, sau debaza, de acelasi tip. Se numeste metoda unitatilor relative (per unit system).Marimile sistemului nu se modifica cnd se schimba nivelul de tensiune. Omarime n unitati relative (p.u.) este definita prin relatia:

- valoarea_actuala este un fazor sau un numar complex n sistemul fizic demasura;- marimea_de_baza este un numar real n aceleasi unitati de masuraMarimile electrice prin care se poate caracteriza un sistem electric sunt: curentulI, tensiunea U, puterea aparenta S, impedantele retelei Z si defazajele din retea.Legea lui Ohm n unitati relative este identica cu cea scrisa n unitati fizice:

Ca marimi de baza se aleg puterea aparenta Sb si tensiunea Ub.n acest fel curentii de baza si impedantele de baza rezulta din marimile de baza

alese:

Regulile care se aplica n utilizarea metodei unitatilor relative sunt:1. Valoarea numerica a puterii de baza este aceeasi pentru ntregul system nstudiu; se recomanda a se adopta un multiplu de 10;2. Tensiunile de baza se aleg n asa fel nct sa respecte rapoartele detransformare a transformatoarelor de putere:


50/76

50

Avantajele metodei unitatilor relative:

-simplificarea analizei sistemului electric, deoarece toate impedantele sistemuluisunt n unitati relative si ca urmare se pot aduna indiferent de nivelul de tensiunede care apartin;-n unitati relative se elimina multiplicarea si mpartirea cu radical din 3 ;-metoda unitatilor relative este foarte avantajoasa cnd se utilizeazacalculatoarele numerice;-ntreprinderile producatoare de echipamente electrice dau impedantaechipamentelor n procente, prin raportare la sarcina nominala, ceea cereprezinta p.u.100.

Impedante de secventaImpedanta de secventa pozitiva/directa Z+ ( R+, X+)Impedanta de secventa directa/pozitiva Z+ a unui element component de sistemse defineste ca fiind raportul dintre tensiunea de faza si curentul de linie, atuncicnd elementul respectiv este alimentat de la un sistem simetric de secventapozitiva.Impedanta de secventa directa reprezinta:- impedanta liniilor;- impedanta de scurtcircuit a transformatorului sau a reactorului;

- impedanta generatoruluiB. Impedanta de secventa inversa/negativa Z- (R-, X-).Impedanta de secventa inversa/negativa Z- a unui element component desistemse defineste ca fiind raportul dintre tensiunea de faza si curentul delinie, atuncicnd elementul respectiv este alimentat de la un systemsimetric de secventanegativa .C.Impedanta de secventa homopolara/zero Z0 (r0, X0)Impedanta de secventa homopolara/zero Z0 a unui element component de sistemse defineste ca fiind raportul dintre tensiunea de faza si curentul de linie, atuncicnd elementul respectiv este alimentat de la un sistem simetric de secventahomopolara.


51/76

51


52/76

52

Dimensionarea liniilor electriceCurs 9Determinarea duratei de utilizare a sarcinii maxime TSM si a duratei pierderilormaxime

de unde

de unde


53/76


54/76

54

- criteriul stabilitatii termice n regim de scurtcircuit;- criterii mecanice (rezistenta mecanica, rezistenta la coroziune etc.).b.criteriul economic, avnd la baza regula lui Kelvin, care consta n echilibrul ntrecostul pierderilor de energie electrica si costul liniei provenit din majorarea

sectiunii conductoare.Cheltuielile pentru construirea liniei se pot determina cu relatia:

areprezinta cheltuielile care nu depind de sectiunea conductoarelor,n lei/km; b cheltuielile care depind de sectiunea conductoarelor, nlei/(mm2.km); s sectiunea conductoarelor, n mm2; L lungimea liniei, n km.


55/76

55

REGIMUL PERMANENT AL SEECURS 10

Regimul permanent normal, este regimul normal, simetric de exploatare ainstalatiilor retelei electrice si se caracterizeaza prin aceea ca parametrii retelei au

valori egale sau foarte apropiate de valorile lor nominale. Acesta fiind regimulprincipal de functionare a retele, pe baza lui se vor efectua calculele de proiectarea elementelor de retea.n acest regim se admite si modificarea lenta a marimilordatorita variatiei curbelor de sarcina ale consumatorilor.Starea normala se caracterizeaza prin concordanta dintre cerinte (consum) siproductie (generare), frecventa si tensiunile fiind n limitele operationale.

DEFINITIIPunctul de pornire n calculul regimului permanent l constituie schemamonofilara a sistemului, careia i se ataseaza un graf ale carui noduri si laturidescriu topologia sistemului analizat.n general o retea electrica este constituita din:-Laturi - linii electrice, transformatoare;-Noduri - n care sunt conectate generatoare si/sau consumatori;-Laturile sunt reprezentate prin impedante/admitante;-Generatoarele prin curenti/puteri injectati la noduri;-Sarcinile prin impedante sau prin curenti/puteri ce ies din noduri.Laturamodeleaza un element din structura sistemului (de exemplu, o linie, untransformator, un generator etc) si corespunde unei scheme echivalentereprezentate printr-un dipol sau cuadripol liniar.Nodulreprezinta extremitatea unei laturi sau punctul de ntlnire a doua sau maimulte laturi si este asociat barelor colectoare din statiile si posturile detransformare sau punctului neutru.Tipuri de noduriNoduri de tip generator (noduri cu tensiune controlata) pentru care se dau P si|U| precum si limitele n care trebuie sa se ncadreze puterea reactiva (Qmin,Qmax).Noduri de tip consumator, caracterizate de marimile P si Q sau numai una dinputeri si un parametru de tip conductanta (Gc) sau susceptanta (Bc).Nod de echilibrare a puterilor active si reactive din sistem (notat O), la care seimpun |U| si .Circulatia puterilor active si reactiveTranzitul de putere pe o linie i-k


56/76

56

Tranzitul de putere pe o latura cu transformator

TOPOLOGIA RETELELOR ELECTRICEMatricele de incidenta

Graful este ansamblul format din doua multimi disjuncte N si L, ntre care samstabilit o corespondenta, astfel nct fiecarui element din L i corespunde opereche unica de elemente din N.Graful se numeste conexatunci cnd exista o cale oarecare care parcurge numailaturi si include toate nodurile.Calea este un sir de arce cu capetele fixate n doua noduri distincte.Lantuleste un sir care parcurge numai laturi si are capetele fixate n doua noduridistincte.Ciclul este o cale finita a carei extremitate initiala coincide cu extremitatea finala.

Arborele unui graf este un subgraf fara cicluri. Daca arborele contine toatenodurile grafului, atunci el se numeste arbore complet. Numarul de laturi alarborelui (numite ramuri) complet este:


57/76

57

Coarborele unui graf este un subgraf complementar unui arbore complet. Laturilecoarborelui se numesc laturi coarde, sau coarde; numarul de laturi coarde C este:C = lr = ln + 1, (3) unde l este numarul de noduri al grafului.Incidenta este o notiune care nlocuieste si precizeaza notiunea de asociere dintre

elementele de baza ale grafului, noduri si laturi:-o latura este incidenta la un nod atunci cnd nodul este o extremitate a laturiieste pozitiva sau negativa, dupa cum nodul este extremitatea initiala sau finala alaturii;-o latura este incidenta la un ciclu atunci cnd latura face parte din cicluestepozitiva sau negativa, dupa cum orientarea laturii corespunde sau nu cuorientarea ciclului.


58/76

58

DEFECTE N RETELELE ELECTRICECURENTUL DE SCURTCIRCUIT

Curs 11Defectelepot fi clasificate dupa cauza si dupa natura lor, nsa de cele mai multe

ori ele apar ca si defecte combinate. Astfel dupa natura lor defectele n instalatiileelectrice pot fi grupate n:- defecte datorate deteriorarii izolatiei (strapungere sau conturnare). Mareamajoritate a defectelor reprezinta o forma sau alta a deteriorarii izolatiei. Formelesub care se manifesta aceste defecte sunt scurtcircuitele si punerile la pamntsimple sau duble;-distrugerea integritatii circuitelor electrice, care conduce la ntrerupereaacestora.TIPURI DE DEFECTE N RETELELE ELECTRICE

Principalele tipuri de defecte din instalatiile electrice


59/76

59

ScurtcircuitulPrin scurtcircuit se ntelege contactul accidental fara rezistenta sau printr-orezistenta de valoare relativ mica a doua sau mai multe conductoare aflate subtensiune.

2. Punerea la pamnt ntr-un punct

Este un defect care apare n retelele cu neutrul izolat sau n retelele compensatesi consta n crearea unei legaturi accidentale, cu rezistenta nula sau finita, ntrepamnt si o faza.

3. Dubla punere la pamntSe ntlneste numai n retelele cu curent mic de punere la pamnt si consta npunerea la pamnt, prin arc electric sau neta, a doua faze diferite n doua punctediferite ale retelei.

4. ntreruperea fazelorntreruperea unei faze poate sa apara n principal n urmatoarele cazuri:

- prin ruperea unui conductor, fara aparitia unei puneri la pamnt sau a unuiscurtcircuit;- ruperea unui conductor nsotita de un scurtcircuit monofazat;- ntrerupere programata pentru repararea conductorului defect;- dupa deconectarea, prin dispozitivul de reanclansare automata rapida, a uneisingure faze.

5. Regimuri anormale de functionareSuprasarcina reprezinta cresterea curentului ntr-o instalatie peste valoareanominala si poate fi cauzata de:

-aparitia unui defect n instalatie;-subdimensionarea unei instalatii fata de sarcina ceruta;-cresterea consumului ntr-o instalatie peste valoarea nominala.Pendularile masinilor sincronecare apar cu ocazia ncarcarii bruste a acestora, aschimbarilor rapide a configuratiei sistemului sau a eliminarii cu ntrziere ascurtcircuitelor, pot conduce la iesirea generatoarelor din sincronism.


60/76

60

Domeniu de aplicarea) Dimensionarea instalatiilor noi (evaluarea solicitarilor dinamice si termice);b) Verificarea instalatiilor existente la solicitari de scurtcircuit, n conditii dedezvoltare a instalatiilor sistemului energetic national;

c) Stabilirea protectiei prin relee din instalatiile electrice, a automatizarilor desistem - ca tipuri si reglaje;d) Determinarea influentei liniilor electrice de nalta tensiune asupra liniilor detelecomunicatii, n vederea stabilirii masurilor de protectie a acestora din urma;e) Determinarea nivelului supratensiunilor de comutatie;f)Evaluarea tensiunilor post defect.Modelarea procesului de scurtcircuitAre o impedanta relativ mica si un pronuntat caracter inductiv (X >> R).Scurtcircuit departat

curentul de soc se obtine in situatia in care:


61/76

61

Scurtcircuit apropiatn prima etapa se anuleaza curentii din nfasurarea de amortizare, care are au oconstanta de timp mai mica. Dupa aceea se anuleaza curentii din nfasurarearotorica, care are o constanta de timp mai mare. Aceasta face ca componenta decurent alternativ a curentului de scurtcircuit sa se amortizeze n doua etape, cudoua constante de timp T1 si T2, corespunzatoare regimului supratranzitoriu sitranzitoriu. Componenta aperiodica se amortizeaza cu constanta de timp T0.

-curentul de scurtcircuit:

factor de asimetrie, sau coeficient de asimetrietemporal.

Regimuri de scurtcircuitREGIMUL MAXIM este caracterizat prin:-Numarul maxim previzibil de generatoare, linii si transformatoare n functiune,

n zona analizata;- Numarul maxim posibil de transformatoare cu neutrul legat la pamnt n zonaanalizata;


62/76

62

- Considerarea aportului motoarelor electrice;-Considerarea cuplelor de bare inchise.REGIMUL MINIM este caracterizat prin:-Numarul minim previzibil de generatoare, linii si transformatoare n functiune,

n zona analizata;-Numarul minim posibil de transformatoare cu neutrul legat la pamnt n zonaanalizata;-Neglijarea aportului motoarelor asincrone

Metoda componentelor simetriceImpedanta de secventa homopolara a unei legaturi la pamnt este egala cu detrei ori valoarea impedantei de legare la pamnt.

Componentele simetrice ale caderilor de tensiune vor fi:


63/76

63

A.Scurtcircuit trifazat


64/76

64

B.Scurtcircuit bifazat fara pamnt. Conditiile la locul de defect F:


65/76

65

Scurtcircuit monofazat


66/76

66

Scurtcircuit bifazat la pamnt. Conditiile la locul de defect F:


67/76

67


68/76

68

PROTECTII IN SEEPRINCIPII DE PROTECTIE

Curs 12

CERINTE IMPUSE SISTEMELOR DE PROTECTIE-rapiditatea - adica necesitatea unei actionari rapide, rezultata din pericolul pecare l prezinta ntrzierea lichidarii scurtcircuitelor aparute n sistemele electrice;-selectivitatea - protectiile trebuie sa aiba proprietatea de a deconecta numaielementul n care a aparut defectul, toate celelalte parti componente alesistemului electric ramnnd n functiune;-siguranta - adica protectiile trebuie sa aiba proprietatea de a actiona correct ntoate cazurile cnd este necesar (de a nu avea refuzuri n functionare) si a nu

actiona atunci cnd nu este necesar (de a nu avea actionari false).-sensibilitatea - respectiv protectiile trebuie sa actioneze n cazul unor abateri ctmai mici de la valoarea normala a marimii fizice controlate.Sensibilitatea uneiprotectii se apreciaza printr-un coeficient de sensibilitate;-independenta fata de conditiile exploatarii - protectia prin relee a unei instalatiitrebuie sa actioneze corect, independent de schema de conexiuni a sistemuluielectric n momentul respectiv, de numarul centralelor si al generatoarelor nfunctiune;-simplitateareprezinta rezultatul unei proiectari optime ceea ce presupune un

numar minim de echipamente si circuite;-eficacitatea economica - conditie care se refera nu numai la cheltuielile cereprezinta costul echipamentelor de protectie si al montarii acestora, ci si lacheltuielile de ntretinere si de revizie care n unele cazuri pot avea valoriimportante.

PRINCIPIUL PROTECTIEI DE CURENTDatele necesare pentru reglajul (coordonarea, setarea) releelor sunt:-diagrama monofilara a sistemului de protejat, n care apar releele de protectie si

transformatoarele de masura de curent asociate;-impedantele elementelor de sistem- valorile minime si maxime ale curentilor de scurtcircuit, pentru fiecare loc de

amplasare a protectiilor,-curentii de pornire a motoarelor electrice;

-curentul maxim de sarcina, pentru fiecare punct de amplasare a protectiilor;-curbele de scadere a curentului de defect alimentat de generatoare;


69/76

69

-caracteristicile transformatoarelor de current

DISCRIMINAREA N TIMPDiscriminarea in timp are aplicatii n cazul protectiei liniilor radiale de medie sijoasa tensiune. Este o metoda de discriminare simpla, ieftina, cel mai des ntlnitan cazul retelelor de medie si joasa tensiune.

-valoarea curentului reglat (setat) al releelor de maximale de curentreprezintavaloarea minima a curentului supravegheat la care porneste protectia, aceeasi

pentru toate releele indiferent de pozitia lor n schema.-timpul de actionare a protectiilor - descreste dinspre sursa spre consumatori.Timpul minim corespunde celui mai ndepartat tronson al liniei:


70/76

70


71/76

71

PROTECTII IN SEEPRINCIPII DE PROTECTIE

Curs 13

Principiul protectiei maximale de current directionaleProtectia directionala este utilizata acolo unde este necesara protejareasistemului mpotriva curentilor de defect, care pot circula n ambele directii, iarutilizarea numai a protectiei maximale de curent ar produce deconectari nedorite.Conectarea a releelor directionaleExista scheme care utilizeaza:-un singur element directional monofazat, conectat la curentii sau tensiunile defaza, sau dintre faze;-cu un element conectat la componentele de secventa inversa sau homopolara;

-doua sau trei elemente conectate la tensiunile si curentii de faza, sau lacomponentele de secventa ale acestora.


72/76

72

PROTECTIA HOMOPOLARAUtilizarea unei protectii mai sensibile fata de punerile la pamnt este impusa de:-curentul de punere la pamnt n multe cazuri este limitat valoric;-sensibilitatea si viteza de raspuns impuse protectiilor nu pot fi obtinute prin

utilizarea protectiilor clasice maximale de curent.


73/76

73

PRINCIPIUL PROTECTIEI DIFERENTIALEProtectiile bazate pe acest principiu, au drept scop supravegherea elementuluiprotejat mpotriva defectelor care pot sa apara ntre doua puncte diferite demasura, nainte si dupa elementul protejat (n zona protejata).

PRINCIPIUL PROTECTIEI DE DISTANTAntr-un sistem electroenergetic este esential ca avariile care apar sa fie eliminaterapid, altfel pot apare ntreruperi ale alimentarii consumatorilor cu energieelectrica, pierderea stabilitatii sistemului si aparitii unor avarii grave aleechipamentelor.

ZONE DE PROTECTIERealizarea unei coordonarii ntre protectiile de distanta ntr-un systemelectroenergetic, presupune setarea corespunzatoare a releelor de distanta nfunctie de locul de amplasare. O mpartire n zone (trepte de protectie) desupravegheat, individualizate prin impedante de pornire diferite si timpi deactionare diferiti serveste aceluiasi scop. Acest lucru presupune realizarea


74/76


75/76

75

NOTIUNI DE STABILITATECurs 14

NOTIUNI DE STABILITATE STATICA

Stabilitatea statica a unui sistem electric se defineste ca fiind capaci-tateasistemului electric ca n cadrul unor perturbatii mici ale parametrilor functionariinormale sa poata reveni la valorile initiale, atunci cnd perturbatia a disparut, sausa stabileasca o noua situatie stabila de functionare daca perturbatia persista.Analiza stabilitatii statice a legaturii sistem-consumator

NOTIUNI DE STABILITATE DINAMICAEcuatia de miscare a generatorului sincronMiscarea de rotatie a unui corp cilindric este descrisa de ecuatia:J =CJ este momentul de inertie polar;C - cuplul motor; - acceleratia unghiulara absoluta

n cazul generatorului sincron, cuplul motor se exprima prin relatia:


76/76

Legea ariilor

Documents

Cursuri PTDEE