PECS - Note de Curs

CUPRINS 1.

SISTEME ELECTROENERGETICE. ASPECTE GENERALE 1.1. DEFINIRE 13

1.2. PARTI COMPONENTE

14

1.2.1. Surse de energie electrica 14

1.2.2. Retele electrice

16

1.2.3. Consumatori de energie electrica

18

1.3. ELEMENTE CARACTERISTICE 21

1.3.1. Felul curentului si frecventa nominala

21

1.3.2. Tensiuni normate 22

1.4. CARACTERIZAREA TRANZITULUI DE SARCINA PRIN INSTALATIILE ELECTRICE

24

1.4.1. Notiunea de sarcina

24

1.4.2. Caracterizarea tranzitului prin curbe de sarcina 24

1.4.3. Caracterizarea tranzitului prin indicatori 25

2.

CONSIDERATII PRIVIND GENERATOARELE SINCRONE

2.1. ASPECTE GENERALE 29

2.2. AGENTI SI SISTEME DE RACIRE

30

2.2.1. Racirea generatoarelor cu aer

30

2.2.2. Racirea generatoarelor cu hidrogen 34

2.2.3. Racirea directa cu lichide

36

2.2.4. Racirea prin evaporare

37

2.2.5. Generatoare superconductoare 38

2.3. SCHEME PRINCIPIALE FOLOSITE PENTRU EXCITATIA GS

39

2.3.1. Sisteme cu excitatoare rotativa de curent continuu

39

2.3.2. Sisteme cu excitatoare rotativa de curent alternativ

40

2.3.3. Excitatia excitatoarei

42

2.3.4. Sisteme de excitatie fara excitatoare rotativa

43

2.3.5. Procese limita de modificare a excitatiei GS 45

8 Comanescu,Gh., Costinas,S. - PECS. NOTE DE CURS

2.4. CONECTAREA LA SISTEM A GS DIN CENTRALE 47

2.4.1. Definitii si conditii de sincronizare

47

2.4.2. Sincronizarea fina sau precisa

48

2.4.3. Reglarea ncarcarii GS 51

2.4.4. Pornirea si oprirea grupurilor 52

3.

SCHEME DE CONEXIUNI PENTRU STATII ELECTRICE

3.1. NOTIUNI GENERALE 53

3.2. FUNCTIILE APARATELOR ELECTRICE

54

3.3. ECHIPAREA CIRCUITELOR PRIMARE RACORDATE LA UN SISTEM DE BARE COLECTOARE

55

3.3.1. Linii electrice 56

3.3.2. Generator si bloc generator-transformator 60

3.3.3. (Auto)transformator 61

3.3.4. Circuite de alimentare a receptoarelor electrice 64

3.3.5. Masurarea tensiunii si protectia la supratensiuni

65

3.3.6. Racordarea transformatoarelor de curent 66

3.4. CONDITII DE CALITATE A ALIMENTARII

67

3.5. SCHEME CU UN SISTEM DE BARE COLECTOARE SI UN NTRERUPTOR PE CIRCUIT

67

3.5.1. Varianta de baza

68

3.5.2. Sectionare longitudinala a sistemului de bare

69

3.5.3. Scheme cu un sistem de bare colectoare si cu ocolire

71

3.5.4. Scheme cu un sistem de bare colectoare sectionate

longitudinal si cu ocolire 73

3.6. SCHEME CU DOUA SISTEME DE BARE COLECTOARE SI UN NTRERUPTOR PE CIRCUIT

73

3.6.1. Varianta de baza

74

3.6.2. Schema cu doua bare colectoare si cu sectionare longitudinala

75

3.6.3. Schema cu doua bare colectoare si cu ocolire 76

3.7. SCHEME CU 2 BC LA CARE REVIN NTRE UNUL SI DOUA NTRERUPTOARE PE CIRCUIT

78

3.8. SCHEME POLIGONALE 80

3.9. SCHEME BLOC SI VARIANTE DE MARIRE A FLEXIBILITATII ACESTORA

82

3.9.1. Scheme pentru centrale 82

3.9.2. Scheme de racord adnc 84

3.9.3. Scheme pentru statii de tip H 86

4. CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT SI MASURI DE LIMITARE A ACESTORA

4.1. DEFINIRE 87

4.2. CAUZE PRINCIPALE 87

4.3. FACTORI DE INFLUENTA 88

CUPRINS 9

4.4. SCURTCIRCUIT TRIFAZAT DEPARTAT DE GENERATOR

89

4.5. SCURTCIRCUIT TRIFAZAT APROPIAT DE GENERATOR 92

4.6. CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT

92

4.7. ALGORITM DE CALCUL AL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT TRIFAZAT PRIN METODA UNITATILOR RELATIVE

93

4.8. CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT NESIMETRIC

98

4.9 CERINTE TEHNICO-ECONOMICE PRIVIND LIMITAREA CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT

99

4.10 CAI DE REDUCERE A CURENTULUI DE SCURTCIRCUIT

101

4.11 LIMITAREA CURENTULUI DE SCURTCIRCUIT PRIN MARIREA REZISTENTEI ECHIVALENTE

102

4.11.1 Sectionarea barelor colectoare

104

4.11.2. Sectionarea barelor colectoare si utilizarea unor transformatoare cu nfasurare divizata

105

4.11.3. Sectionarea barelor colectoare si fractionarea puterii instalate

107

4.11.4. Utilizarea transformatoarelor cu tensiune de scurtcircuit marita

108

4.11.5. Utilizarea unor bobine limitatoare 108

4.11.6. Utilizarea unor dispozitive limitatoare cu crestere rapida a inductantei dupa aparitia scurtcircuitului

112

5.

CRITERII DE ALEGERE A APARATELOR ELECTRICE 5.1. CONDITII MINIMALE 115

5.1.1. Tipul constructiv al instalatiei

115

5.1.2. Altitudinea 116

5.1.3. Conditiile climatice

116

5.1.4. Gradul de poluare 116

5.2. CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE 117

5.2.1. Tipul constructiv al aparatului 117

5.2.2. Numarul de poli sau unitati constructive

117

5.2.3. Destinatia (clasa) aparatului 117

5.3. CARACTERISTICI ALE IZOLATIEI

118

5.3.1. Tensiunea nominala

118

5.3.2. Tensiunea cea mai ridicata pentru echipament

118

5.3.3. Nivelul de izolatie 119

5.4. COMPORTAREA N REGIM DE LUNGA DURATA (CURENTUL NOMINAL)

120

5.5. COMPORTAREA N REGIM DE SCURTCIRCUIT 121

5.5.1. Stabilitatea electrodinamica

121

5.5.2. Stabilitatea termica

121

5.6. FRECVENTA NOMINALA

122


5.7. CRITERII SPECIFICE FIECARUI TIP DE APARAT

122

5.7.1. Criterii specifice pentru ntreruptoare 122

5.7.2. Criterii specifice pentru separatoare 123

5.7.3. Criterii specifice pentru transformatoare de curent 123

5.7.4. Criterii specifice transformatoarelor de tensiune 124

6. NOTIUNI PRIVIND ALEGEREA SOLUTIILOR OPTIME PENTRU INSTALATIILE ELECTRICE

6.1 ALGORITM PENTRU LUAREA UNEI DECIZII 6.2. VENITURI SI CHELTUIELI CARE CARACTERIZEAZA

PROIECTELE TEHNICE 129

6.2.1. Venitul brut si venitul net 129

6.2.2. Categoriile de cheltuieli prin care se caracterizeaza performantele economice ale solutiilor tehnice

129

6.3. CHELTUIELILE TOTALE ACTUALIZATE CU PIERDERILE DE PUTERE SI ENERGIE ELECTRICA

132

6.3.1. Estimarea pierderilor de putere si energie n instalatiile de distributie a energiei electrice

132

6.3.2. Cheltuielile totale actualizate cu pierderile de putere si energie electrica

138

6.4. CRITERII ECONOMICE PENTRU ANALIZA SOLUTIILOR TEHNICE

141

6.4.1. Criteriul cheltuielilor totale actualizate 141

6.4.2. Criteriul venitului net actualizat 142

6.4.3. Criteriul ratei interne de rentabilitate 143

6.4.4. Criteriul duratei de recuperare actualizata

143

6.4.5. Criteriul duratei de recuperare simple 144

7.

SCHEME DE PRINCIPIU PENTRU CENTRALE ELECTRICE 7.1. ASPECTE GENERALE 145

7.2. SCHEME PENTRU CENTRALE CU STATII ELECTRICE DE EVACUARE A ENERGIEI ELECTRICE LA TENSIUNEA GENERATORULUI

146

7.2.1. Centrale cu o statie la tensiunea generatorului si cu o statie la tensiune mai mare, pentru legatura cu sistemul energetic

147

7.2.2. Centrale cu mai mult de doua statii

147

7.3. SCHEME PENTRU CENTRALE CU STATII ELECTRICE DE EVACUARE A ENERGIEI ELECTRICE LA TENSIUNI MAI MARI DECT TENSIUNEA GENERATORULUI

148

7.4. PARTICULARITATI ALE CENTRALELOR TERMOELECTRICE

153

7.5. SCHEME PENTRU CENTRALE CU CICLURI MIXTE ABUR-GAZE

154

CUPRINS 11

8 SERVICII PROPRII DE CURENT ALTERNATIV

8.1. DEFINIRE, CONSUM SI CLASIFICARE 155

8.2. FORME DE ENERGIE SI TREPTE DE TENSIUNE FOLOSITE LA ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII

157

8.3. SURSE DE CURENT ALTERNATIV PENTRU ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII

158

8.3.1. Alimentarea normala a serviciilor proprii

158

8.3.2. Alimentarea de rezerva a serviciilor proprii

160

8.4. ACTIONARI ELECTRICE PENTRU SERVICII PROPRII 160

8.4.1. Caracteristica mecanica a actionarilor electrice

162

8.4.2. Motoare pentru antrenarea mecanismelor din instalatiile de servicii proprii

167

8.4.3. Comportarea motoarelor asincrone n conditii nenominale de functionare

172

8.5. SCHEME DE PRINCIPIU PENTRU ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII ALE CENTRALELOR ELECTRICE

181

8.5.1. Consideratii generale 181

8.5.2. Scheme de principiu ale serviciilor proprii pentru centrale cu generatoare de putere relativ mica

182

8.5.3. Scheme de principiu pentru servicii proprii ale centralelor cu blocuri generator-transformator

185

8.5.4. Particularitati ale schemelor de serviciilor proprii la blocurile cu ntreruptor ntre generator si transformator

189

8.5.5. Particularitati ale schemelor de alimentare ale serviciilor proprii ale CNE

190

8.6. ALEGEREA PUTERII TRANSFORMATOARELOR CARE ALIMENTEAZA SERVICIILE PROPRII

193

8.7. EXEMPLE DE ALIMENTARE A SERVICIILOR PROPRII IN ANSAMBLUL SCHEMELOR CENTRALELOR ELECTRICE

195

9 SERVICII PROPRII DE CURENT CONTINUU

9.1. SCHEME DE PRINCIPIU PENTRU ALIMENTAREA CONSUMATORILOR DE CURENT CONTINUU

197

9.2. SURSE DE ALIMENTARE CU CURENT CONTINUU 198

9.2.1. Principiul de functionare si conceptii lede realizare a acumulatoarelor

198

9.2.2. Baterii de acumulatoare stationare

200

9.3. CARACTERISTICI ELECTRICE 202

9.4. NUMARUL BATERIILOR INSTALATE

203

9.5. INSTALAREA SI EXPLOATAREA BATERIILOR

204


10 NOTIUNI DE ELECTROSECURITATE

10.1. ELEMENTE DE ELECTROFIZIOLOGIE MUSCULARA

205

10.2. FACTORI CARE DETERMINA GRAVITATEA EFECTELOR ELECTROCUTARII

206

10.1.1.Intensitatea curentului stabilit prin corp. Calea de nchidere a curentului electric. Felul curentului.

206

10.1.2. Frecventa curentului electric

213

10.1.3. Rezistenta electrica a corpului n momentul atingerii

214

10.1.4. Tensiunea la care este supus omul 219

10.1.5. Starea fizica a omului

222

10.1.6. Durata actiunii curentului asupra corpului omenesc 222

10.1.7. Atentia omului n momentul atingerii

223

10.3. ANALIZA STATISTICILOR PRIVIND ELECTROCUTARILE

224

10.4. CONSIDERATII GENERALE PRIVIND INSTALATIILE DE LEGARE LA PAMNT

224

10.4.1. Tipuri de retele 225

10.4.2. Tipuri de instalatii electrice

226

10.4.3. Parti componente ale unei retele de legare la pamnt

226

10.4.4. Potentialul solului n zona unei prize de pamnt

227

10.5. MODURI PRIN CARE SE POT PRODUCE ACCIDENTELE PRIN ELECTROCUTARE

227

10.6. VALORI MAXIME ADMISE NORMATE PENTRU TENSIUNEA DE ATINGERE SI TENSIUNEA DE PAS

229

PROFESORII NOSTRI... 232 Ioan STEFANESCU RADU

233 Dimitrie LEONIDA 234 Constantin DINCULESCU 236 Martin BERCOVICI 238 Pavel BUHUS 240 Alexandru SELISCHI 242 Mihaela IORDACHE 244

BIBLIOGRAFIE 246

This document was created with Win2PDF available at http://www.win2pdf.com.The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.This page will not be added after purchasing Win2PDF.

SISTEME ELECTROENERGETICE ASPECTE GENERALE

1.1. DEFINIRE Totalitatea instalaiilor electroenergetice interconectate, situate pe

teritoriul unei ri, prin care se realizeaz producerea, transportul, distribuia i utilizarea energiei electrice constituie un sistem electroenergetic naional [10,11]. Ansamblul unitar de conductoare, aparate de transformare i conectare, maini, diferite instalaii auxiliare i construciile aferente, destinate producerii, transformrii, distribuirii sau utilizrii energiei electrice constituie instalaii electrice. Instalaiile electrice includ staiile electrice, precum i instalaiile electrice de evacuare a puterii produse de generatoare.

Un sistem electroenergetic poate funciona: - interconectat cu alte sisteme; - izolat (cu autoreglaj).

Sistemul electroenergetic naional (SEN) din Romnia a fost creat n 1958, prin interconectarea unor sisteme energetice locale. n prezent, SEN include instalaii aflate n gestiunea unor companii naionale, societi comerciale, organizaii etc. i constituie infrastructura de baz utilizat n comun de participanii la piaa de energie electric.

Conducerea prin dispecer a sistemelor electroenergetice este o activitate specific industriei energiei electrice, avnd drept scop exploatarea coordonat a instalaiilor i echipamentelor componente.

11

14 Comnescu,Gh., Costina,S. - PECS. NOTE DE CURS

Obiectivele conducerii prin dispecer a sistemelor energetice se refer la: alimentarea consumatorilor n condiii de siguran, calitate i eficien

economic;utilizarea raional a resurselor energetice; asigurarea unui echilibru permanent producie-consum; reglarea schimburilor comerciale cu rile vecine; coordonarea regimurilor de funcionare i a manevrelor n regim normal i

de avarie.

1.2. PRI COMPONENTE Un sistem electroenergetic este constituit din surse de energie electric,

reele electrice de transport i distribuie, precum i consumatori de energie electric.

1.2.1. SURSE DE ENERGIE ELECTRIC Ansamblul de instalaii, construcii i echipamente care are drept scop producerea energiei electrice constituie o central electric.

Prima central electric public din lume, construit de Edison, a fost pus n funciune la New York, pe 3 septembrie 1882. n acelai an, la data 22 octombrie, a fost inaugurat centrala electric din Bucureti, pentru iluminatul incintei Grii de Nord.

Ca surse de energie electric, n centrale se folosesc generatoare sincrone. Motorul primar de antrenare a arborelui (deci cel care furnizeaz energia mecanic la arbore) poate fi, de exemplu, o turbin cu abur, cu gaze sau hidraulic. 1.2.1.1. Tendine pe plan mondial

La nivelul anilor 70-80 a existat o tendin de concentrare a puterilor n centrale electrice mari. n anul 1983, cea mai mare central electric n funciune era hidrocentrala Grand-Coule (SUA) de 6200 MW, fiind urmat de centrala nuclear Fukushima (Japonia) de 4700 MW i centrala termoelectric Tashima (Japonia) de 4400 MW. n 1987, centrala hidroelectric Itaipu (Brazilia) avea o putere instalat de 12600 MW [19].

n prezent, tendina de cretere a puterii unitare a blocurilor energetice, precum i a puterilor instalate n centrale electrice s-a atenuat, concentrarea puterilor instalate conducnd la dificulti n controlul unor regimuri tranzitorii i postavarie. S-a trecut la reconsiderarea distribuiei generatoarelor de putere, cu repartiia lor mai uniform n uniti mai mici, mai apropiate de zonele de consum. n acest context, crearea unor linii de transport de foarte nalt tensiune, care s permit vehicularea unor puteri de schimb foarte mari a devenit mai puin preocupant.

SISTEME ELECTROENERGETICE. ASPECTE GENERALE 15

1.2.1.2. Stadiul actual al surselor de energie electric din Romnia Sistemul energetic naional al Romniei nsumeaza in prezent o putere

instalat de circa 19 GW, puterea disponibila, in 2003, fiind de circa 16 GW. La sfritul secolului XX, sectorul de producere a energiei electrice a fost

influenat n primul rnd de continuarea procesului de scdere a consumului de energie electric pe ansamblu i n special a celui industrial, manifestat cu ncepere din anul 1989 i pn n prezent.

Diminuarea consumului de energie electric s-a manifestat mai ales n agricultur, n industria extractiv i n cea prelucrtoare. O uoar cretere s-a nregistrat n activitile comerciale, la cele financiar bancare i pentru iluminat public.

83,4

69,9

56,91 54,2 55,48 55,1459,27 61,35 57,25 53,97

49,89 51,9553,86 55,19 56,91

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003Anul

Produ

ctia

de

ener

gie

elec

tric

a [T

Wh]

Fig.1.1. Evoluia produciei de energie electric n perioada 1989-2003, conforn Raportului anul al ANRE pe 2003

n Romnia, cel mai mare grup energetic care funcioneaz n prezent pe combustibili fosili este de 330 MW.

La CNE Cernavod functioneaza un grup de 700 MW iar in anul 2006 se va pune in functiune inca un grup de 700MW.

La nivelul anului 2003, producia total de energie electric la nivelul ntregii ri a fost de 56906 GWh

Participarea procentual a combustibililor i a productorilor la producia de energie electric, n 2003, este prezentat n figurile 1.2 i 1.3.

Prognozele pe diferite scenarii de dezvoltare economico-social a Romniei arat o cretere a produciei brute de energie electric n centrale conform valorilor din tabelul 1.1.


Combustibil nuclear

9%Resurse hidro24%

Carbuni41%

Hidrocarburi26%

Alti producatori12%

SC Electrocentrale Bucuresti SA

19%

SC Electrocentrale Deva SA8%

SC Electrocentrale Rovinari SA11%

SC Electrocentrale Turceni SA12%

SC Termoelectrica SA7%

SC Hidroelectrica SA22%

SC Nuclearelectrica SA

9%

Tabel 1.1. Evoluia produciei brute de energie electric

AN 2003 2004 2005 2010 2015 Energie electric

[TWh/an] 56,91 59,3 60,1 64,9 72,9 Sursa: Foaie de parcurs pentru sectorul energiei din Romnia, Ministerul Economiei i Comerului, iulie 2003.

1.2.2. REELE ELECTRICE Ansamblul de linii i staii electrice, racordate ntre ele, care funcioneaz

interconectat, constituie o reea electric.

Fig.1.3. Participarea la producia de energie electric n anul 2003

Fig.1.2. Combustibili utilizai pentru producerea de energie electric n anul 2003


n cadrul SEN, reele electrice ndeplinesc funcii de transport i distribuie a energiei electrice. Prin intermediul acestor reele, n Romnia sunt alimentai aproximativ 8,5 milioane de abonai. Circa 12% din puterea produs n centralele electrice se pierde n reelele de transport i distribuie.

1.2.2.1. Reelele electrice de transport Reelele electrice de transport (RET) sunt reele de nalt tensiune

(de 220 kV i mai mult) prin care se transport la distan puteri electrice importante. De obicei, aceste reele servesc la evacuarea energiei electrice produse n centralele de mare putere i la transportul acesteia la distane mari, precum i la realizarea importului/exportului de energie electric.

Ca urmare a tendinei de reconsiderare a distribuiei generatoarelor de putere (cu repartiia lor mai uniform, n uniti mai mici, mai apropiate de zonele de consum) n prezent a sczut interesul pentru creterea nivelului tensiunilor de transport. Astfel, sisteme energetice extrem de puternice din Europa de Vest, cu puteri instalate de ordinul sutelor de gigawai funcioneaz interconectat la tensiunea de 400 kV, nentrezrindu-se necesitatea amplificrii acestui nivel de tensiune n viitor. Limitarea nivelului de tensiune mai este dictat i de dificultatea gsirii de noi culoare pentru liniile de foarte nalt tensiune, precum i de impactul sporit asupra mediului ambiant. O alt piedic n calea dezvoltrii liniilor lungi de foarte nalt tensiune, destinate transportului unor puteri foarte mari la distane de ordinul miilor de kilometri este costul foarte mare al acestora, n comparaie cu cel al altor purttori de energie electric.

Energia electric vehiculat pe distane mari (de 1500 - 2000 km) atinge costuri care o fac necompetitiv cu cea produs la faa locului, chiar cu randamente incomparabil mai slabe [19].

n Romnia, reelele de transport exploatate de Compania Naional TRANSELECTRICA sunt de (750) - 400 - 220 kV i totalizeaz o lungime de 8794 km. Prin dezvoltarea reelelor de transport de 220 - 400 kV, reelele de 110 kV i-au schimbat rolul iniial, ndeplinind n prezent funcii de distribuie zonal a energiei electrice.

1.2.2.2. Reelele electrice de distribuie Reelele electrice de distribuie (RED) sunt reele prin care se transmite

energia electric n zonele de consum i se distribuie la consumatori. Ele servesc, n principal, la alimentarea consumatorilor i la evacuarea puterii din centrale mici. O reea electric este constituit din noduri (staii electrice) i laturi (linii electrice).

Reelele de distribuie pe care se bazeaz funcionarea Societii Comerciale ELECTRICA, funcionnd la tensiuni sub 110 kV inclusiv, au o lungime total de peste 18500 km.


1.2.2.3. Staii electrice Staiile electrice sunt noduri n SEN care cuprind mai ales extremitile

liniilor electrice, legturi conductoare, aparataj electric, cldiri i eventual, (auto)transformatoare de for. n principal, staiile electrice pot realiza funcii de:

transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificat tensiunea (staii ridictoare sau cobortoare), fiind deci posibil interconectarea mai multor reele de diferite tensiuni; staiile de transformare care realizeaz transformarea energiei la o treapt de joas tensiune ( 1 kV) constituie categoria posturilor de transformare;

conexiune: conin legturi conductoare i aparataj electric cu tensiunea nominal mai mare de 1 kV i sunt destinate primirii i distribuirii energii electrice, la aceeai tensiune i frecven; staiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentrii unor posturi de transformare constituie puncte de alimentare;

conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit n curent continuu sau invers.

Din totalul de peste 950 staii de tensiune nominal 35 ... 750 kV existente n SEN, una este de 750 kV, 26 sunt de 400 kV, 49 sunt de 220 kV, iar aproximativ 90% staii sunt de 110 kV.

O categorie foarte important a staiilor de transformare o reprezint posturile de transformare, n SEN fiind n funciune peste 65000 posturi de transformare, totaliznd o putere instalat de peste 23000 MVA.

1.2.3. CONSUMATORI DE ENERGIE ELECTRIC Consumatorul este o persoan fizic sau juridic ce cumpr energie

electric pentru uzul propriu sau pentru un subconsumator racordat la instalaiile sale.

Persoana fizic sau juridic ce consum energie electric pe baz de contract i ale crui instalaii electrice de utilizare sunt conectate la instalaia de alimentare a furnizorului, prin unul sau mai multe puncte de delimitare1, constituie un consumator final [10, 11, 17].

Consumatorii de energie electric pot fi clasificai dup mai multe criterii. n funcie de posibilitatea de a-i alege furnizorul, consumatorii de energie electric pot fi:

eligibili: cei acreditai de Autoritatea competent, care i pot alege furnizorul2 i pot contracta direct cu acesta energia consumat, avnd acces la reelele de transport i/sau de distribuie;

1 locul n care instalaiile consumatorului se racordeaz la instalaiile furnizorului i n care acestea se

delimiteaz ca proprietate. 2 persoan juridic, titular a unei licene de furnizare, care asigur alimentarea cu energie

electric a consumatorilor pe baz de contract


captivi: cei care din motive de configurare a reelei sunt obligai s contracteze furnizarea energiei cu un anumit distribuitor3.

Dup natura consumului, consumatorii se mpart n urmtoarele categorii: casnici: cei care folosesc energie electric pentru iluminat i receptoare

din propria gospodrie; n 2003 erau 7989395 consumatori casnici (repartizai 55% n mediul urban i 45% n mediul rural);

industriali i similari (construcii, staii de pompare, transporturi etc.): cei care folosesc energia electric, n principal n domeniul extragerii de materii prime, al fabricrii unor materiale ori al prelucrrii materiilor prime, a materialelor sau a produselor agricole, n scopul obinerii de mijloace de producie sau bunuri de consum; aceast categorie reprezint circa 1,5% din totalul consumatorilor;

teriari (restul ): circa 4,5% din total.

Din totalul consumatorilor captivi, consumatorii casnici reprezint 93,6%, n timp ce 6,4% reprezint consumatorii industriali. In 2003, ponderea energiei electrice furnizat consumatorilor casnici4 a fost de 22,7% fa de ponderea de 77,3% furnizat consumatorilor industriali.

Dup sarcina maxim de durat (cea mai mare dintre sarcinile medii pe 15... 20 minute) absorbit n punctele de primire a energiei electrice, consumatorii se pot grupa n 4 clase, prezentate n tabelul 1.3. [56].

Tabelul 1.2 Clasificarea consumatorilor n funcie de sarcina maxim absorbit

clasa A clasa B clasa C clasa D > 50 MVA 7,5... 50 MVA 2,5... 7,5 MVA < 2,5 MVA

Dup puterea contractat (cea mai mare putere medie cu nregistrare orar sau 15 minute consecutiv), consumatorii de energie electric se mpart n urmtoarele categorii:

mici consumatori (P < 100 kW, cu excepia celor casnici): circa 6,4% din numrul total al consumatorilor;

mari consumatori (P 100 kW): circa 0,1% din numrul total al consumatorilor.

3 persoan juridic, titular a unei licene de distribuie i deintoare a unei reele electrice

situat ntr-un anumit perimetru, cu niveluri de tensiune 110 kV, care asigur alimentarea cu energie electric a consumatorilor situai n acest perimetru 4 Pentru anul 2003 consumul mediu anual al unui consumator casnic a fost de 999 kWh, cu

5% mai mare dect cel realizat n 2002. Acest consum a variat ntre 803 kWh la filiala Oltenia i 1425 kWh la filiala Muntenia Sud .


Consumatorii de energie electric pot avea receptoare electrice sensibile la ntreruperi n alimentare, sub acest aspect fiind definite urmtoarele categorii:

categoria zero: ntreruperea n alimentare poate provoca explozii, incendii, pierderi de viei omeneti sau distrugeri grave de utilaje;

categoria I: ntreruperea n alimentare poate provoca dereglarea unui proces tehnologic n flux continuu, rebuturi i pierderi materiale importante prin nerealizarea produciei i imposibilitatea recuperrii acesteia;

categoria a II-a: ntreruperea n alimentare presupune nerealizri ale produciei pe perioada ntreruperii, dar acestea pot fi recuperate;

categoria a III-a: restul.

n funcie de tipul consumatorului i de puterea solicitat, alimentarea cu energie electric se poate face direct la 110 kV (mari consumatori) sau la tensiuni inferioare, prin staii i posturi de transformare. Consumatorii casnici i cei care solicit puteri mici se alimenteaz direct la joas tensiune.

n cursul anului 2003, cele opt filiale de distribuie i furnizare ale S.C. Electrica S.A. (Banat, Dobrogea, Moldova, Muntenia Nord, Muntenia Sud, Oltenia, Transilvania Nord, Transilvania Sud) au alimentat cu energie electric un numr de 8 491 388 consumatori racordai, pe niveluri de tensiune, astfel:

- 99,70% pe joas tensiune; - 0,30% pe medie tensiune; - 0.003% pe nalt tensiune.

Cantitatea de energie electric furnizat n anul 2003 a fost de 35 205,8 GWh repartizat pe cele trei niveluri de tensiune astfel:

- 42.0% pe joas tensiune; - 33,2% pe medie tensiune; - 24,8% pe nalt tensiune.

Sub aspectul compatibilitii electromagnetice n punctul comun de racord cu sistemul de alimentare cu energie electric, consumatorii pot avea receptoare electrice:

perturbatoare: provoac perturbaii electromagnetice conduse prin conductoarele reelelor electrice (regim deformant, nesimetrii, flicker etc.);

sensibile la perturbaii: la regim nesimetric i/sau nesinusoidal, la variaii lente sau rapide ale frecvenei sau tensiunii de alimentare etc.;

n acelai timp, perturbatoare i sensibile la perturbaii electromagnetice.


Legea energiei electrice nr. 318/2003 este un act normativ care, la opt decenii dup apariia primei legi a energiei n Romnia, redefinete principiile i coordonatele dezvoltrii sectorului energetic.

n anul 2004, Romnia a fost acceptat cu drepturi depline n UCTE i s-a nceput privatizarea n distribuie, fcndu-se astfel pai decisivi ctre integrarea n piaa regional de energie electric.

1.3. ELEMENTE CARACTERISTICE 1.3.1. FELUL CURENTULUI I FRECVENA NOMINAL

n general, sistemele electroenergetice funcioneaz n curent alternativ trifazat, la frecvena nominal de 50 Hz sau 60 Hz. Cu cteva excepii mai apropiate (Arabia Saudit) i a continentului nord-american, unde este generalizat utilizarea frecvenei de 60 Hz, frecvena curentului este de 50 Hz. Trebuie menionat cazul Japoniei, unde o jumtate din ar funcioneaz la 50 Hz, iar restul la 60 Hz.

Prima producie de energie electric trifazat din Romnia i pentru prima dat la frecvena de 50 Hz a avut loc spre sfritul anului 1898, cu ocazia punerii n funciune a CHE Sinaia, 4x250 kW, 3 kV, proiectat de inginerul romn Elie Radu.

Alegerea frecvenei de funcionare ntr-un sistem energetic este bazat pe un compromis ntre cerinele diferite ale celor trei sectoare de baz dintr-un sistem electroenergetic: producere, transport i utilizare a energiei electrice. Cele trei funcii principale ale sistemelor electroenergetice ridic probleme contradictorii n ceea ce privete alegerea frecvenei optime de funcionare a sistemului, a cror exemplificare este prezentat succint n cele ce urmeaz [56]:

a) n sectorul utilizrii energiei electrice: fluctuaiile fluxului luminos au devenit foarte suprtoare n reelele de

25 Hz, atunci cnd lmpile cu filament de carbon au fost nlocuite prin lmpi incandescente cu filament metalic de nalt temperatur i apoi, prin lmpi fluorescente;

unele maini unelete sunt mai bine realizate la frecvene mai mari dect 50 Hz, iar altele la frecvene sub 50 Hz; uneori se justific pentru alimentarea lor utilizarea unor convertizoare de frecven;

comutaia motoarelor cu colector ridic probleme mai greu de rezolvat la frecvene mai ridicate; de aceea, folosirea n traciuni electrice a motoarelor monofazate cu colector a condus la alegerea i meninerea n acest domeniu, pentru o lung perioad de timp, a frecvenei de 16,66 Hz; de abia dup 1950 s-au pus la punct motoare monofazate cu colector de 50 Hz;


b) n sectorul transportului i distribuiei energiei electrice: circuitele magnetice (transformatoarele) au dimensiuni, mas i deci, pre

de cost cu att mai mic cu ct frecvena este mai mare; impedanele, dimpotriv, cresc liniar cu frecvena pn la 50 Hz i, apoi,

mai rapid, deci este mai avantajoas funcionarea conductoarelor electrice la frecvene mai mici;

inducia n circuitele telefonice nvecinate liniilor electrice de transport i distribuie a energiei electrice crete odat cu mrirea frecvenei, ceea ce conduce la necesitatea limitrii acesteia.

c) n sectorul producerii energiei electrice ntre puterea produs de generatoare i frecvena lor de funcionare exist o corelaie, care influeneaz preul de cost i randamentul acestora; astfel, calculele arat c pentru puteri mici (de ordinul 10-20 MW), frecvena optim este de aproximativ 100 Hz, iar pentru puteri de ordinul 125 MW, ea se apropie de 50 Hz; corelaia este ns destul de slab din punct de vedere economic, deoarece costul total al unui generator de 125 MW (inclusiv costul pierderilor) este doar cu circa 10% mai mare, dac frecvena crete de la 50 Hz la 100 Hz.

Prin urmare, alegerea unei frecvene optime de funcionare, unic pentru ntreg sistemul energetic, trebuia efectuat pe baza unui compromis. n majoritatea trilor, acesta s-a realizat ntre anii 1920-1930 (perioad n care a avut loc o expansiune rapid a electrificrii) i n majoritatea trilor s-a ales valoarea de 50 Hz. Astzi, innd cont de progresele tehnologice, se apreciaz c valoarea optim a frecvenei ar fi deja peste 50 Hz. Ca urmare, n cazul anumitor procese tehnologice, optimizarea procesului de producie presupune utilizarea unor convertizoare de frecven, care s permit reglajul acesteia pe domeniul de variaie necesar.

1.3.2. TENSIUNI NORMATE Conform reglementrilor n vigoare se utilizeaz noiuni, precum cele definite n continuare:

tensiunea nominal (Un) o mrime cu caracter reprezentativ, folosit pentru denumirea instalaiilor i ca mrime de referin, la care se raporteaz anumite caracteristici de funcionare;

tensiunea de serviciu (Us) valoarea efectiv a tensiunii ntre dou faze definit ntr-un punct ( de exemplu, de livrare a energiei) i la un moment dat;

tensiunea cea mai ridicat pentru reea (UMR): cea mai mare valoare a tensiunii de serviciu, n condiii normale de exploatare;


tensiunea de utilizare: tensiunea ntre faze sau ntre faze i neutru la priza de alimentare sau la bornele unui echipament;

tensiunea cea mai ridicat pentru echipament (UME): cea mai ridicat valoare a tensiunii maxime de serviciu pentru care poate fi utilizat echipamentul.

Valorile normate pentru reele cu trei conductoare sunt, de obicei, mrimile efective ntre faze i sunt indicate pentru punctul de livrare5. Respectndu-se recomandarea general a Comisiei Electrotehnice Internaionale (CEI) ca, n aceeai ar, raportul ntre dou tensiuni nominale succesive s nu fie mai mic de cifra doi, n Romnia sunt standardizate urmtoarele tensiuni [59]:

pentru reelele de curent alternativ (cu trei sau patru conductoare), a cror tensiune nominal este cuprins ntre 100 V i 1000 V (inclusiv) i echipamentul aferent au fost adoptate urmtoarele trepte, denumite de joas tensiune:

230/400 V, 400/690 V, 1000 V ; pentru reele trifazate de curent alternativ i echipamentul aferent (de

nalt tensiune) au fost adoptate treptele prezentate n tabelul 1.2. Tabelul 1.2

Trepte de nalt tensiune standardizate n Romnia

Un [kV] 6(*) 10 20 110 220 400 750 UME [kV] 7,2(*) 12 24 123 245 420 765 (*)

aceste valori nu trebuie utilizate pentru reele de distribuie public

n condiii normale de utilizare este recomandat ca variaiile de tensiune n punctul de livrare la joas i medie tensiune s nu difere fa de tensiunea nominal a reelei cu mai mult de 10% [65]. Pentru reelele de tensiuni nominale peste 35 kV, domeniul admisibil de variaie a tensiunii este precizat n Codul tehnic al Reelei Electrice de Transport [10], dup cum urmeaz:

n orice punct al reelei electrice de 750 kV, marja de variaie a tensiunii este cuprins ntre 735 kV i 765 kV;



5 nivelul de reea n care sunt conectate reeaua distribuitorului de energie electric i

reeaua clientului


n orice punct al reelei electrice de 110 kV, marja de variaie a tensiunii este cuprins ntre 99 kV i 123 kV.

1.3.3. IRURI DE NUMERE NORMALIZATE n scopul facilitrii schimburilor comerciale ntre diveri parteneri, fabricanii utilizeaz iruri de numere normalizate, pentru stabilirea seriilor de cureni i puteri nominale (de catalog) ale echipamentelor electrice. Organizaia internaional de standardizare (ISO) recomand ca mod de realizare a iruirlor normale de numere utilizarea unor multiplicatori, ca de exemplu:

multiplicatorul 25,1101010 ==m (formeaz irul de numere R10); multiplicatorul 6,11055 ==m (formeaz irul de numere R5);

Tabelul 1.3 iruri de numere normalizate utilizate pentru cureni i puteri nominale

R10 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8

R10 1 - 1,6 - 2 - 4 - 6,3 -

Observaei: valorile din tabelul 1.3 pot fi rotunjite; se admite multiplicarea valorilor cu 10n, n care n este un numr ntreg, pozitiv sau negativ.

Prin urmare, valorile curenilor i puterilor aparente nominale se obin prin nmulirea multiplicatorilor din tabelul 1.3 cu puteri ale lui 10, de exemplu: 1600 kVA, 2500 A, 63 MVA etc.

1.4. CARACTERIZAREA TRANZITULUI DE SARCIN PRIN INSTALAIILE ELECTRICE 1.4.1. NOIUNEA DE SARCIN Prin sarcin nelegem curentul sau puterile aparent, activ, reactiv care tranziteaz o instalaie electric. De remarcat, c spre deosebire de curent sau putere aparent, puterea activ sau reactiv reprezint numai o parte a sarcinii, respectiv sarcina activ sau reactiv

1.4. 2. CARACTERIZAREA TRANZITULUI PRIN CURBE DE SARCIN Reprezentarea analitic, grafic sau tabelar a variatiei n timp a sarcinii constituie curba de sarcin. In figura 1.4 este reprezentat o curb de sarcin activ corespunztoare unei durate T .


Fig. 1.4. Curb de sarcin pe o perioad de timp T

Curbele de sarcin I(t) sau S(t) caracterizeaz complet tranzitul de sarcin printr-o instalaie electric. Cu ajutorul lor instalaia poate fi dimensionat din punct de vedere tehnic sau pot fi calculate pierderile de putere i mai ales de energie electric n instalaia respectiv.

1.4.3. CARACTERIZAREA TRANZITULUI PRIN INDICATORI In cazurile n care, fie nu se dispune de curba de sarcin, fie nu se dorete folosirea ei, tranzitul poate fi caracterizat printr-o serie de indicatori.

1.4.3.1. Energia tranzitat Aria de sub curba de sarcin activ reprezint energia activ tranzitat n perioada T:

( )=T

P dttPW0

(1.1)

Analog, pentru toate celelalte tipuri de sarcin se pot defini:

( )W Q t dtQT

= 0

(1.2)

( )W S t dtST

= 0

(1.3)

( )W I t dtIT

= 0

(1.4)

De regul, n instalaiile electrice se msoar (cu ajutorul contoarelor) energiile activ i reactiv.

P

t t


Doar n ultimul timp, datorit contoarelor electronice a aprut posibilitatea msurrii i a celorlalte dou mrimi (WS si WI). In lipsa acestor determinri, se poate folosi urmtoarea relaie6 :

W UW W WS I P Q +3 1 03 2 2, (1.5)

Semnul aproximativ dintre WS si WI este rezultatul considerrii tensiunii ca fiind constant.

1.4.3.2. Sarcina medie Sarcina medie se determin cu urmtoarele relaii:

IWTmed

I= (1.6)

S WTmed

S= (1.7)

PWTmed

P= (1.8)

Q WTmed

Q= (1.9)

1.4.3.3. Sarcina maxim Sarcina maxim se definete ca fiind cea mai mare dintre sarcinile medii

dintr-o perioad de timp T, sarcini medii calculate fiecare pe perioade de timp t. n practic se utilizeaz dou tipuri de sarcini maxime : - Sarcina maxim de vrf se determin cu ajutorul sarcinilor medii determinate pe perioade de timp t de ordinul a cteva secunde. Aceast sarcin medie se folosete pentru alegerea siguranelor fuzibile, pentru reglarea proteciilor etc. - Sarcina maxim de durat IM, SM, PM sau QM reprezint cea mai mare dintre sarcinile medii calculate pe intervale de timp t de 1560 minute din perioada de analiz T. De regul, pentru instalaiile n funciune, sarcina maxim de durat se determin cu ajutorul contoarelor. Aceast sarcin va fi folosit la dimensionarea cilor de tranzit a energiei electrice (linii, transformatoare) precum i la calculul pierderilor de putere i energie. Observaie: nu putem spune ntotdeauna c: S P QM M M2 2 2= + deoarece PM si QM pot s nu fie simultane.

6 Aceast relaie a fost propus de profesorii Pavel Buhu i Gheorghe Comnescu.


1.4.3.4. Durata de utilizare a sarcinii maxime Prin definiie, durata de utilizare a sarcinii maxime TIM, TSM, TPM, T es:

TWIIM

I

M

= (1.10)

TWSSM

S

M

= (1.11)

TWPPM

P

M

= (1.12)

TWQQM

Q

M

= (1.13)

Cu aproximaia dat de considerarea tensiunii ca fiind constant pe perioada T putem scrie:

T TIM SM (1.14)

Este evident c, n practic, se estimeaz cu mai mult usurint TPM si TQM . Totui, pentru calculul pierderilor de energie sunt necesare duratele de utilizare a sarcinii maxime TIM sau TSM. Exist posibilitatea de a stabili relaii de calcul ntre aceste durate:

2

22

2

22

222222

03,1

03,103,1

M

MQM

M

MPM

M

QMMMM

M

QPSMIM

SQ

TSP

T

STQTP

SWW

TT

+=

=

+=

+

(1.14a)

Observaie. Unii autori consider

PS

M

MM= cos i

QS

M

MM= sin ,

ceea ce poate s nu fie corect deoarece PM , QM si SM pot s nu fie simultane.

Dac TPM=TQM atunci, cu unele aproximaii, putem scrie c:

TPM=TQM TSM TIM


1.4.3.5. Coeficientul de umplere al curbei de sarcin Prin definitie, coeficientul de umplere al curbei de sarcin kuI, kuS,, kuP,, kuQ este :

M

medIM

M

IuI I

IT

TTI

Wk === (1.15)

M

medSM

M

SuS S

ST

TTS

Wk === (1.16)

M

medPM

M

PuP P

PT

TTP

Wk === (1.17)

M

medQM

M

QuQ Q

QT

TTQ

Wk === (1.18)

Unii autori mai numesc acest coeficient i coeficientul de aplatizare a curbei de sarcin. Se observ c acest coeficient este de fapt valoarea relativ a duratei de utilizare a sarcinii maxime n raport cu durata T de analiz. n literatura de specialitate folosirea coeficientului de umplere sau a duratei de utilizare a sarcinii maxime ine de obinuina autorilor. Pentru instalaiile electrice aflate n faza de proiectare se impune caracterizarea tranzitului prin indicatori. Sarcina proiectantului este n acest caz s estimeze indicatorii. Pentru instalaiile electrice existente n exploatare este posibil obinerea prin msurtori a curbei de sarcin. Din cauza volumului mare de instalaii acest lucru nu este fezabil nc dect n destul de puine cazuri. Ca urmare, se impune i n aceste cazuri utilizarea indicatorilor pentru caracterizarea tranzitului. Spre deosebire de proiectare, o parte din indicatori pot fi determinati prin msurtori n instalatiile existente folosind mai ales contoarele.

CONSIDERAII PRIVIND GENERATOARELE SINCRONE

2.1. ASPECTE GENERALE Pentru producerea energiei electrice n curent alternativ trifazat, n

centralele electrice se folosesc n majoritatea cazurilor generatoarele sincrone (GS). Cele care debiteaz pe o reea proprie sunt ntlnite destul de des n instalaiile mobile sau n reelele izolate, adesea fiind utilizate ca surse de rezerv pentru alimentarea cu energie electric a unor obiective mai importante n caz de avarii ale sistemului energetic. GS este o main electric rotativ cu nfurarea statoric conectat la o reea de curent alternativ, iar cea rotoric (care face parte din inductor) este alimentat n curent continuu. Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine cu abur, gaze sau motoare Diesel i funcioneaz la viteze mari, n0=(1500-3000) rot/min. Au numr mic de poli, cei rotorici fiind poli necai (rotorul este monobloc cilindric, prevzut cu crestturi rotorice), adic se asigur un ntrefier constant, iar arborele este orizontal. Hidrogeneratoarele au ca main primar o turbin hidraulic; turaia n acest caz este de ordinul sutelor de rotaii pe minut, iar numrul polilor este mai mare. Au polii rotorici proemineni, iar ntrefierul nu mai este constant de-a lungul circumferinei interioare a statorului. Arborele este de obicei vertical. Puterea debitat de un generator sincron poate fi scris ca fiind:

BAnLDkP = 02

,

n care k reprezint un coeficient de proporionalitate; D diametrul rotorului, n m; L- lungimea, n m; n0 - turaia de sincronism, n rot/ min; A densitatea de curent din nfurare, n A/mm2; B - inducia cmpului magnetic, n Wb /m2.

2


Creterea puterii unitare presupune mrirea fie a dimensiunilor mainilor, fie a solicitrilor electrice i magnetice din main.

Din analiza funcionrii mainii sincrone rezult c prin mrirea tuturor dimensiunilor mainii de un numr de p ori, la aceleai solicitri electrice i magnetice, puterea mainii crete de p4 ori, pierderile n fier i nfurri cresc de p3 ori, iar suprafeele de rcire cresc de p2 ori [5].

Ca urmare a aciunii forelor centrifuge, care tind s smulg nfurrile, diametrul rotorului D este limitat la aproximativ un metru. De asemenea, mrirea lungimii L peste 10-15 m este limitat din cauza masei mari, care ar solicita lagrele, ar scdea frecvena proprie de oscilaie i ar conduce la pericolul de rezonan i de distrugere a rotorului. Creterea induciei magnetice B este limitat de saturaia miezului magnetic.

Singura posibilitate real de mrire a puterii GS este mrirea densitii de curent A i rezolvarea problemelor legate de evacuarea cantitii de cldur corespunztoare tuturor pierderilor dependente de curent.

2.2. AGENI I SISTEME DE RCIRE n principal, nclzirea trebuie limitat i controlat deoarece:

limita pn la care se poate ajunge cu temperatura nfurrii este dictat de clasa de izolaie din care face parte materialul izolant;

exist pericolul apariiei unor solicitri mecanice periculoase din cauza dilatrilor diferite ntre materialele folosite n main (fier, cupru etc.). Cldura transmis de o parte a generatorului agentului de rcire depinde

de mrimea suprafeei prii respective, de coeficientul de transfer de cldur i de diferena de temperatur ntre partea respectiv a GS i agentul de rcire.

Dup modul de cedare a cldurii de la prile active ale mainii spre mediul de rcire se deosebesc:

rcirea indirect cldura se dezvolt n nfurri, ajunge la mediul de rcire trecnd prin izolaia conductoarelor i crestturilor i prin fierul miezului magnetic;

rcirea direct canalele de rcire parcurse de mediul de rcire sunt amplasate n crestturi sau chiar n interiorul barelor elementare ale nfurrilor i astfel cldura dezvoltat n conductoarele nfurrilor trece direct la mediul de rcire.

2.2.1. RCIREA GENERATOARELOR CU AER Utilizarea aerului ca mediu de rcire la puteri ale GS din ce n ce mai mari

impune mrirea suprafeelor de rcire (se prevd canale longitudinale i transversale) i a debitului de aer (deci i a gabaritului instalaiei). Rcirea cu aer (forat cu ventilatoare cu aer) se poate face n circuit deschis sau n circuit nchis.

CONSIDERAII PRIVIND GENERATOARELE SINCRONE 31

n cazul rcirii cu aer n circuit deschis, aerul se absoarbe din exterior, se trece printr-un filtru, se introduce n GS i se evacueaz dup ce a preluat cldura. Dintre dezavantajele rcirii cu aer n circuit deschis se pot meniona:

orict s-ar filtra aerul, acesta rmne impur i devine o surs important de defecte;

la apariia unui defect de natur electric, oxigenul din aer alimenteaz incendiul i l amplific;

conductele de aer (rece i cald) ocup mult spaiu i mresc considerabil zgomotul din sala mainilor.

n cazul rcirii cu aer n circuit nchis este necesar un schimbtor de cldur. Aerul cald se trece prin schimbtorul de cldur, se rcete i se rentoarce n main. Turbogeneratoarele rcite cu aer se caracterizeaz prin robustee, spatiu redus, fundaii simple, interfee puine cu alte sisteme, nu necesit butelii de hidrogen i/sau CO2, au puine piese complexe, mentenana i supravegherea se efectueaz uor, au o bun fiabilitate, sunt sigure i simple.

Puterea nominal a generatoarelor rcite cu aer a fost ntotdeauna adaptat evoluiei turbinelor. Seria generatoarelor de 300 MVA rcite cu aer a fost introdus n anul 1995 i sunt n funciune 30 de astfel de grupuri la 50 Hz i 60 Hz, n centrale cu turbine pe gaze. Statorul este cu bobinajul din cupru, iar rcirea acestuia se face indirect. Eforturile intensive pentru dezvoltarea acestei tehnologii au fcut posibil creterea progresiv a puterii grupurilor, ajungndu-se n anul 1998 la testarea grupurilor de 480 MVA, iar n anul 2000 - a celor de 500 MVA (fig.a 2.1).

Principalele contribuii la creterea puterii nominale constau n: mrirea dimensiunilor active ale generatorului prin:

creterea diametrului rotorului D cu 9%; creterea lungimii active L cu 17%;

mrirea densitii de curent A cu 20% prin: curarea sistemului de rcire, utilizarea unui curent invers (rcirea

axial a rotorului i segmentarea axial a statorului rcit radial, ca n figura 2.2 );

schimbarea clasei de izolaie F (utilizate pn acum), cu clasa de izolaie H (izolaia barelor statorului se realizeaz din Micadur, izolaia crestturilor pentru bobinajul rotorului este fcut din Nomex, etc.).

Rcirea cu aer conduce la micorarea randamentului ca urmare a pierderilor prin ventilaie (care n cazul puterilor de peste 50 MW sunt aproximativ 50% din pierderile totale din generator).


Fig. 2.1. Evoluia puterilor unitare ale grupurilor rcite cu aer

Fig.2.2. Circuitul de rcire cu aer al turbogeneratorului de 480 MVA

0100200300400500600

1965

1975

1985

1995

2000

Anul

Pute

ri n

om

inal

e al

e

gru

puril

or

[MV

A]


Tabel 2.1.

Date tehnice comparative a unor generatoare rcite cu aer din noua generaie [29] Puterea nominal debitat (la 40C, conform recomandrilor CEI 34)

MVA 300 480 500

Rcire - aer aer hidrogen Tensiune la borne kV 19 23 21 Frecven Hz 50 Factor de putere - 0,8 0,85 0,8 Comportare termic clasa B F B Materiale izolante clasa F H F Excitaie - static Eficien (valori msurate) - ncrcare 100% - ncrcare 75%

% %

98,75 98,57

98,72 98,54

98,90 98,92

Comportare la scurtcircuit - 0,51 0,45 0,50 Reactan tranzitorie (valori msurate, nesaturate)

- 0,21 0,30 0,34

Reactan subtranzitorie (valori msurate, nesaturate)

- 0,17 0,24 0,27

Mas total tone 334 429 425 Lungime ansamblu m 11,9 14,1 14,6

Fig.2.3. Defalcarea pierderilor la tipurile de generatoare menionate n tabelul 2.1

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

210 300 480 500

Putere nominala [MVA]

Pierderi prinventilatie, frictiune

Pierderi in miezulmagnetic

Pierderi dependentede curentul prinstator [%]Pierderi dependentede curentul prin rotor


2.2.2. RCIREA GENERATOARELOR CU HIDROGEN n cazul utilizrii hidrogenului ca mediu de rcire, gradul de puritate are

efect considerabil asupra densitii, cldurii specifice i a conductivitii termice. n tabelul 2.2 se prezint caracteristicile fizice ale hidrogenului, aerului uscat i apei. n continuare se menioneaz cteva dintre avantajele utilizrii hidrogenului ca agent de rcire.

- Hidrogenul pur, n aceleai condiii de temperatur i presiune, are greutatea specific de 14,3 ori mai mic dect aerul, ceea ce nseamn pierderi de ventilaie de 14,3 ori mai mici i un gabarit mai redus al mainii. n condiii reale de exploatare, n generator se gsete un amestec gazos cu 97-98% hidrogen i n rest aer, vapori de ap i alte gaze. Acest amestec este de 9-10 ori mai uor dect aerul i n aceleai condiii de presiune i temperatur duce la pierderi prin ventilaie de 9-10 ori mai mici. Rcirea se poate intensifica prin mrirea presiunii hidrogenului.

- Hidrogenul pur are cldura specific de 14,3 ori mai mare dect aerul. Astfel n aceleai condiii de presiune, la aceleai debite volumetrice i la temperaturi identice pentru cele dou medii de rcire, att la intrarea lor n main, ct i la ieire, cantitile de cldur evacuate de aer i hidrogen sunt aceleai. n condiiile n care pierderile prin ventilaie la rcirea cu hidrogen sunt de 14,3 ori mai mici, capacitatea de evacuare a cldurii hidrogenului este egal cu cea a aerului.

- Coeficientul de transmitere a cldurii de la suprafeele materialelor active din main la hidrogenul n micare este de aproximativ 1,5 ori mai mare dect n mediul de rcire aer, n aceleai condiii de presiune.

- Rcirea cu hidrogen mrete securitatea n funcionare a materialelor electroizolante din main i durata de via a acestora, deoarece elimin aciunea distructiv a oxigenului i o diminueaz pe cea a umiditii.

- La rcirea direct cu hidrogen, nfurrile se gsesc la o temperatur foarte apropiat de cea a mediului de rcire din canalele de rcire.

Cteva dintre dezavantajele utilizrii hidrogenului ca agent de rcire sunt menionate n continuare.

- Hidrogenul este mai scump dect aerul. - Deoarece hidrogenul nu ntreine arderea, n cazul rcirii cu hidrogen,

deteriorrile care apar n urma unui scurtcircuit interior sunt localizate n jurul defectului. Amestecul dintre hidrogen i aer, dac hidrogenul este n proporie de 3,3 - 74%, este exploziv. Amestecul cel mai periculos este 30% hidrogen, 70% aer. La acest tip de generatoare este important s se evite formarea amestecului exploziv. Instalaia de rcire trebuie controlat permanent.


- Statoarele generatoarelor rcite cu hidrogen se dimensioneaz astfel nct s reziste la presiunea creat n cazul producerii unei explozii n interiorul lor. Ca urmare, rezult carcase cu 50 80% mai grele dect la generatoarele de aceeai putere rcite cu aer.

- Generatoarele rcite cu hidrogen trebuie etanate (cu garnituri de cauciuc la mbinrile fixe i cu ulei sub presiune la arbore).

- La rcirea indirect, din cderea de temperatur dintre nfurri i mediul de rcire, aproximativ 50-60% i revine izolaiei nfurrilor i a crestturilor.

- Rcirea cu hidrogen a GS presupune existena unor instalaii auxiliare care asigur alimentarea cu hidrogen a GS, respectiv cu un gaz inert (CO2 ), necesar umplerii sau evacurii hidrogenului din GS; de asemenea prin alte instalaii auxiliare se asigur circulaia uleiului de etanare i se menine calitatea uleiului.

Tabelul 2.2

Caracteristicile fizice ale principalilor ageni de rcire [63]

Agentul de rcire

Tempe-ratura

Densi- tatea

Cldura specific

Capaci-tatea

Conductivi- tatea termic

Vscozitatea cinematic

U.M. C kg /m3 kJ/kg K kJ/ m3K W/m K 10-6 x m 2/ s

Hidrogen 20 40 60

0,085 0,080 0,076

14,3 1,22 1,14 1,09

0,186 0,197 0,206

105 114 127

Aer uscat 20 40 60

1,20 1,13 1,06

1 1,20 1,13 1,06

0,026 0,027

0,0285

15,1 17,0 18,9

Ap 20 40

998 992

4,2 4190 4170

0,598 0,628

1,00 0,68

Hidrogenul, necesar umplerii GS i compensrii pierderilor prin neeteneiti, poate fi adus n butelii de oel la presiune ridicat sau n autocisterne sub presiune, dar poate fi produs i n cadrul centralei prin electroliza apei. Buteliile de oel care conin hidrogen se amplaseaz n afara slii mainilor, iar reducerea presiunii hidrogenului se realizeaz n dou trepte, mai nti prin reductoare amplasate n imediata apropiere a buteliilor i apoi n sala mainilor, prin ventile automate de reducere i reglare a presiunii. Hidrogenul obinut n electrolizoarele din central se strnge n rezervoare tampon, ntre acestea i GS existnd ventile automate de reducere i reglare a presiunii.


Buteliile de CO2 sunt prevzute cu reductoare de presiune i se pstreaz n sala mainilor. Instalaia de CO2 este echipat cu dispozitiv de decongelare a CO2. CO2 se folosete n centralele electrice i pentru stingerea unor eventuale incendii.

2.2.3. RCIREA DIRECT CU LICHIDE Capacitatea de evacuare a cldurii este mult mai mare la lichide dect la

hidrogen i de aceea utilizarea rcirii directe a nfurrilor generatoarelor cu lichide permite practic dublarea densitilor de curent n nfurri.

Drept mediu de rcire lichid se pot utiliza uleiul mineral i apa demineralizat. Se prefer apa, deoarece aceasta prezint urmtoarele avantaje:

- are o capacitate de evacuare a cldurii de 3 ori mai mare dect a uleiului; - prezint cost redus; - se micoreaz seciunea canalelor de rcire n nfurri de 2 ori, ceea ce

are ca efect diminuarea gabaritului mainii i micorarea pierderilor provocate de circulaia agentului de rcire;

- nu prezint pericol de incendiu; - nu murdrete maina etc.

Circulaia apei este asigurat de pompe. Apa de rcire, cu conductibilitate electric 5-20 s/cm, poate fi ap distilat de cazan.

Tabelul 2.3 Cele mai rspndite sisteme de rcire, n funcie de puterile GS

AGENT DE RCIRE SISTEM DE RCIRE Stator Rotor

PUTERE GS [MW]

Rcirea indirect aer aer < 25 Rcirea indirect hidrogen hidrogen 25 - 160 Rcirea indirect combinat cu rcire direct

hidrogen

hidrogen

Rcirea direct hidrogen hidrogen < 200 Rcirea direct combinat cu rcire direct

lichide hidrogen

165 - 1000

La grupurile de mare i foarte mare putere, rcirea direct a nfurrilor statorice i rotorice se asigur prin canale practicate n conductoarele (barele) nfurrilor. Aducerea apei la nfurarea statoric se face cu ajutorul unui colector inelar, care comunic cu capetele de bar prin conducte realizate din teflon. Aducerea apei la rotor prezint dificulti mai mari. Se poate realiza printr-un canal practicat n arborele mainii, de unde apa se aduce la bobinaj prin conducte flexibile.


Rcirea cu ap se poate aplica i n raport cu miezul magnetic al statorului. n acest scop ntre pachetele de tole statorice se amplaseaz serpentine de rcire.

Cel mai mare dezavantaj n cazul rcirii cu ap al GS este costul ridicat al tuturor acestor acestor instalaii, comparativ cu rcirea cu hidrogen.

2.2.4. RCIREA PRIN EVAPORARE Presiunile economice i reglementrile industriale, la scar global, din

ultima decad, au adus i n industria energetic multe transformri care au influenat tiparele dezvoltrii. Factorul comun care conduce la aceste schimbri este efortul depus pentru scderea continu a preului de producie a energiei electrice, manifestat n principal prin:

reducerea costului iniial al echipamentului, utilizarea unor materiale mai performante;

eficien ridicat i/sau costuri de mentenan sczute.

n decembrie 1999 a fost experimentat i acceptat de industria energetic, o nou tehnologie de rcire - rcirea prin evaporare - pentru nfurrile statorului unui hidrogenerator de 400 MW [21]. Tehnologia rcirii prin evaporare este bazat pe fenomenul conform cruia, atunci cnd lichidul se transform n gaz, este absorbit o mare cantitate de cldur. Volumul de agent de rcire evaporat este recirculat ntr-o bucl nchis i preia cldura de la componentele nclzite ca agent de rcire primar. Apoi se utilizeaz un condensator, apa natural fiind folosit ca agent de rcire secundar la schimbul de cldur de la agentul de rcire evaporat. Se obine o distribuie mai uniform a temperaturii, ca i n cazul rcirii directe cu ap a nfurrilor. Tehnologia rcirii prin evaporare poate fi clasificat n mai multe moduri, n funcie de:

temperatura de fierbere a agentului de rcire: joas (temperatura de fierbere a agentului de rcire este mai mic

dect a apei din natur, care este utilizat ca agent de rcire secundar); normal (temperatura de fierbere a agentului de rcire este mai mare

dect cea a apei din natur); metoda de circulaie a agentului de rcire:

forat (necesit o pomp); autocirculaie (nu necesit pompare);

structura sistemului de rcire: rcire interioar (agentul de rcire intr n interiorul conductorului

care este gol pe interior) la GS mari; rcire cu imersiune (componentele care trebuie rcite sunt cufundate

n agentul de rcire) la turbogeneratoare de 50 MW.


Temperatura de distribuie fiind uniform i rezonabil, sunt nlturate toate problemele ntlnite la GS n cazul altor tehnologii de rcire, provocate de neuniformitatea distribuiei de temperatur. Noua tehnologie de rcire, cu structur simpl, fiabil i stabil, la care mentenana este redus, poate conduce la creterea, n siguran, a puterii cerute i la dezvoltarea industriei energetice.

Tabelul 2.4

Caracteristici tehnice ale unui hidrogenerator de 400 MW rcit prin evaporare [21] Putere nominal [MVA] 444 Factor de putere 0,9 Randament [%] 98,69 Turaie [rot/ min] 125 Frecven [Hz] 50 Numr de poli 48 Tensiune nominal [kV] 18 Curent nominal [A] 14,256 Tensiune de excitaie [V] 441 Curent de excitaie [A] 1699 Numr de crestturi 396 ntrefier [mm] 26 Xd 1 Xd 0,336 Xd 0,23 Comportare la scurtcircuit 1,1 Temperatur nominal limit n rotor [K]

67 Temperatur nominal limit n stator [K]

60

2.2.5. GENERATOARE SUPERCONDUCTOARE Generatoarele superconductoare prezint, fa de cele convenionale,

multiple avantaje, dintre care se pot meniona: reducerea pierderilor de putere; micorarea dimensiunilor i a masei; mbuntirea stabilitii sistemului energetic; creterea capacitii generatorului de a consuma/produce putere reactiv.

n Japonia au fost construite trei modele de generatoare superconductoare (trei tipuri diferite de rotoare i un model de stator) pentru clasa 70 MW cu un sistem de refrigerare de mare fiabilitate, cu heliu [1]. Durata de funcionare fr defecte a sistemului de rcire a fost de 14637 ore, depind specificaia de proiectare, conform creia erau garantate 10000 ore.

Rezultatele testrilor, care au verificat performanele de baz i de exploatare ale generatoarelor superconductoare, arat c sistemul criogenic este suficient de fiabil pentru a fi utilizat n practic la sistemele de rcire ale generatoarelor superconductoare. n raportul prezentat de cercettorii japonezi la CIGRE 2000 se arat c aceste rezultate au fost integrate n stabilirea tehnologiei de baz pentru clasa pilot de 200 MW i c ele deschid calea ctre introducerea generatoarelor superconductoare pentru producerea energiei electrice.


2.3. SCHEME PRINCIPIALE FOLOSITE PENTRU EXCITAIA GS Un rol nsemnat n exploatarea n condiii de siguran maxim a

sistemelor energetice revine sistemului de excitaie al generatoarelor sincrone, care, n afara rolului de baz n crearea cmpului inductor n main, prezint un rol important n schemele de reglaj automat ale diferitelor mrimi.

Sistemul de excitaie al unui GS se adopt n funcie de mai muli factori care pot fi rezumai prin: economicitate, stabilitate i fiabilitate.

Prin economicitate se urmrete un efort investiional ct mai redus, costul sistemului de excitaie reprezentnd 5-12% din costul total al agregatului.

Condiia de stabilitate presupune ca generatorul s poat prelua creteri importante ale cuplului i s tolereze cderi mari de tensiune pe reea, fr pericolul de a iei din sincronism.

n proiectarea schemelor de excitaie se impune, ca una din condiiile eseniale pentru buna funcionare a GS, realizarea unei viteze de rspuns ct mai mare, adic asigurarea unei viteze de cretere a curentului n nfurarea de excitaie a generatorului ct mai mare, pentru ca, n cazul unor avarii, tensiunea la bornele GS s poat fi meninut constant. La o scdere a tensiunii de alimentare pn la valoarea (0,7 0,8)Un, curentul de excitaie trebuie s creasc fa de curentul nominal n limitele (1,4 2)Ien, iar schema de excitaie trebuie s suporte n bune condiii aceast suprasarcin un timp determinat. Puterea sursei necesar excitaiei reprezint n general 1 5% din puterea mainii sincrone, iar tensiunea 50 300V.

Prin fiabilitate se urmrete sigurana n funcionare un timp ndelungat, n condiii de exploatare determinate.

Dup modul de antrenare, se disting dou scheme de excitaie: schema direct i schema indirect. Fiecare schem poate fi realizat pe dou ci, adic cu ajutorul mainilor electrice rotative sau cu ajutorul schemelor de redresare.

Dac pentru furnizarea energiei de excitaie se folosesc mainile electrice rotative, maina de curent continuu care alimenteaz nfurarea de excitaie a GS se numete excitatoare. n cazul schemei directe, excitatoarea se cupleaz direct cu generatorul excitat (schema nu este influenat de variaiile de tensiune n timpul proceselor tranzitorii n reeaua de alimentare). n cazul schemei indirecte, excitatoarea este antrenat de un motor auxiliar.

2.3.1. SISTEME CU EXCITATOARE ROTATIV DE CURENT CONTINUU Excitatoarea rotativ de curent continuu este soluia clasic, care se

menine i astzi la puteri mici i mijlocii, pn la 150 - 200 MW. n scopul mbuntirii performanelor dinamice, drept excitatoare se poate utiliza n locul generatorului obinuit de curent continuu, o amplidin.

Excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS (figura 2.4) este - la turbogeneratoare - de 3000 rot/min.


Construcia colectorului, problemele legate de comutaie, captarea curentului cu perii pe colector etc., limiteaz puterea generatoarelor de curent continuu cu turaie ridicat la cel mult 100 MW. Costul acestei excitatoare este relativ redus, proprietile de funcionare sunt bune, dar din cauza necesitilor de ngrijire a colectorului i periilor, sunt rspndite doar la grupurile puse n funciune n trecut, iar utilizarea lor n instalaiile noi este limitat.

Pentru a menine excitatoarea rotativ de curent continuu i la puteri ale generatoarelor de peste 100 MW, se renun la cuplarea direct a excitatoarei cu GS i se utilizeaz excitatoarea (la turaie mai mic) antrenat prin motor Diesel, turbin sau motor asincron, alimentat fie la reeaua ce se racordeaz la GS, fie de la o reea independent.

Fig.2.4. Sistem de excitaie cu excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS

Fig.2.5. Sistem de excitaie cu grup de excitaie independent

M motor asincron; V volant care asigur meninerea turaiei la scderea sau dispariia pe timp scurt a tensiunii la

barele de servicii proprii; TSP transformator de servicii proprii; BSP bara de servicii proprii; AR alimentarea de

rezerv, utilizat la scderea tensiunii sub 0,7 Un .

Grupul de excitaie independent (figura 2.5) prezint fa de excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS, cteva avantaje, dintre care:

poate fi realizat la puteri mai mari; permite amplasarea oriunde n sala mainilor, ceea ce contribuie la

reducerea cheltuielilor de investiii n central; ngduie aplicarea tensiunii de excitaie la bornele nfurrii de excitaie

a GS nc nainte de pornirea agregatului generator i astfel permite nclzirea barelor rotorice cnd rotorul nc st pe loc;

un grup de excitaie de rezerv poate nlocui oricare grup de excitaie de serviciu.

2.3.2. SISTEME CU EXCITATOARE ROTATIV DE CURENT ALTERNATIV Excitatoarele rotative de curent alternativ reprezint n prezent principala

direcie de dezvoltare a sistemelor de excitaie care se aplic la GS cu puteri de peste 100 150 MW, avnd n vedere c nu apar limitri n mrirea puterii lor.


n scopul de a reduce gabaritul excitatoarei, de a-i mbunti performanele n regim tranzitoriu i de a reduce armonicele n tensiunea de excitaie a GS, excitatoarea de curent alternativ se execut la frecven mai mare, (100 500 Hz).

Principial, excitatoarele rotative de curent alternativ se realizeaz n urmtoarele dou variante.

- Excitatoarea are nfurarea de excitaie n rotor, iar nfurrile de curent alternativ n stator (figura 2.6); puntea redresoare este fix n spaiu.

- Excitatoarea are nfurarea de excitaie n stator, iar nfurrile de curent alternativ n rotor (figura 2.7); puntea redresoare se fixeaz de partea rotitoare a agregatului, iar alimentarea nfurrii de excitaie a GS se realizeaz fr inele i perii. Aceast soluie prezint avantaje eseniale, mai ales pentru mainile de mare putere, cci inelele de contact i periile sunt costisitoare i prezint n exploatare inconvenientul c sunt o surs permanent de murdrire a mainii, necesitnd o ntreinere corespunztoare.

Sistemele de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ se asociaz cu elemente semiconductoare comandate (tiristoare) i necomandate (diode). Reglajul excitaiei generatorului principal se poate realiza:

prin reglarea excitaiei excitatoarei de c.a., dac puntea de redresare se realizeaz cu diode (excitatoarea se execut la 200 400 Hz);

prin modificarea deschiderii tiristoarelor, dac puntea de redresare se realizeaz cu tiristoare (excitatoarea se realizeaz la 150 - 200 Hz). n acest caz exist i un regulator automat de excitaie (RAE) care acioneaz n circuitul de excitaie al excitatoarei de curent alternativ. Excitatatoarea este ntotdeauna puternic excitat (lucreaz la un factor de putere de aproximativ 0,3 i cu coninut de armonice foarte ridicat). Comanda tiristoarelor se face prin intermediul unor sisteme de inducie.

Fig.2.6. Sistem de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ,

care are nfurarea de excitaie n rotor, iar nfurrile de curent alternativ n stator

Fig.2.7. Sistem de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ,

care are nfurarea de excitaie n stator iar nfurrile de curent alternativ n rotor


Sistemele de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ se pot realiza i sub form de grupuri independente de excitaie.

2.3.3. EXCITAIA EXCITATOAREI Excitatoarei, fie c este de curent continuu, fie c este de curent alternativ,

trebuie s i se asigure excitaia n curent continuu. Soluiile de asigurare a excitaiei excitatoarei, prezentate schematic n

figurile 2.8 2.13, influeneaz comportarea sistemului de excitaie n regim tranzitoriu.

Fig.2.8. Excitatoare de curent continuu cu autoexcitaie

Fig.2.9. Excitatoare de curent alternativ cu autoexcitaie asigurat printr-o punte redresoare

Fig.2.10. Excitatoarea este un generator de curent continuu cu excitatie separata, asigurata de la o excitatoare pilot(EP) de curent continuu

Fig.2.11. Excitatoarea este un generator de curent continuu cu excitatie separata, asigurata

de la o excitatoare pilot(EP), care este o amplidina

Fig.2.12. Excitatoarea este un generator de curent continuu cu excitaie separat, asigurat de la o excitatoare pilot de

curent alternativ


Fig.2.13. Excitatoarea este un generator de curent continuu cu excitaie separat, asigurat de la o excitatoare pilot de curent alternativ cu autoexcitaie

n trecut, RAE erau regulatoare electromecanice, cu sectoare rulante i cu vibraii, dar n prezent se utilizeaz cele electronice. RAE echivaleaz cu o rezisten variabil n circuitul de excitaie al excitatoarei. n toate schemele prezentate, sgeata indic calea prin care RAE sesizeaz tensiunea la bornele GS (prin intermediul transformatoarelor de msurare montate la bornele GS).

Excitatoarea pilot de curent alternativ poate fi un generator cu magnei permaneniLa puteri ale grupurilor de peste 100 150 MW, dimensiunile excitatoarei pilot cu magnei permaneni ar fi prea mari i e mai avantajoas utilizarea unei excitatoarei pilot cu autoexcitaie (figura 2.13). RAE acioneaz asupra circuitelor de comand ale amplificatoarelor magnetice sau ale tiristoarelor.

Excitatoarea pilot, mpreun cu excitatoarea, pot fi cuplate direct la arborele GS, dar chiar dac excitatoarea este cuplat direct cu GS, excitatoarea pilot poate fi antrenat independent. Pe lng soluiile de excitare a excitatoarei prezentate, exist un numr mare de alte rezolvri, unele dintre acestea utiliznd excitatoare cu mai multe nfurri de excitaie.

2.3.4. SISTEME DE EXCITAIE FR EXCITATOARE ROTATIVE Prin utilizarea elementelor semiconductoare comandate se poate face ca

indusul mainii sincrone s fie folosit ca surs de tensiune pentru nfurarea de excitaie, realizndu-se astfel un GS autoexcitat. n continuare se prezint cteva scheme de baz pentru sistemele statice de excitaie. Exist un numr foarte mare de variante i combinaii pentru aceste scheme. Sistemul de excitaie prezentat n figura 2.14 este simplu, ieftin, cu comportare dinamic foarte bun. Are ns dezavantajul c la tensiune sczut la bornele GS nu poate asigura forarea excitaiei. Pentru a se asigura buna lui funcionare ntr-un domeniu mai larg al tensiunilor sczute la bornele GS, acest sistem de excitaie se supradimensioneaz (astfel funcioneaz la un factor de putere sczut i cu coninut ridicat de armonice). Pentru a evita acest inconvenient, se utilizeaz schemele cu GS autoexcitat compoundat.


Fig. 2.14. Sistem de excitaie fr excitatoare rotative, la care puterea de excitaie este dat de

un transformator T

La compoundarea serie (figura 2.15, a), ramura principal asigur n ntregime cerinele excitaiei, iar ramura alimentat de la transformatorul suplimentar (TS) furnizeaz putere numai la micorarea pronunat a tensiunii la bornele GS i suprancrcarea n curent a acestuia. Tensiunea furnizat de ramura alimentat de la TS este limitat de bobinele (BR).

La compoundarea paralel (figura 2.15, b), punile redresoare sunt mult mai ieftine, cci acestea se dimensioneaz numai pentru valoarea curenilor corespunztori laturilor, nu pentru ntregul curent de excitaie.

a b Fig.2.15. Sistem de excitaie fr excitatoare rotative,

la care compoundarea are loc pe partea de curent continuu, iar punile redresoare ale celor dou ramuri se leag n serie (a) sau n paralel (b)

La schema prezentat n figura 2.16, a solenaia nfurrii transformatorului T, care alimenteaz nfurarea de excitaie a GS, este determinat de solenaiile celor dou nfurri (una dependent de tensiunea de la bornele GS, cealalt dependent de curentul GS).


a b Fig.2.16. Sistem de excitaie fr excitatoare rotative, la care compoundarea are loc

pe partea de curent alternativ cu nsumare de tensiuni (a) sau cu nsumare de cureni(b)

n figura 2.16, b se nsumeaz tensiunile secundare ale celor dou transformatoare din schem (una proporional cu tensiunea de la bornele GS, cealalt cu curentul GS) n ipoteza c solenaia nfurrii secundare n transformatorul serie este mic fa de solenaia nfurrii primare i deci fluxul acestui transformator este determinat de curentul din nfurarea primar. Comparnd cele dou sisteme de excitaie prezentate n figura 2.16, rezult c acestea sunt practic identice din punct de vedere al performanelor. La generatoarele de puteri mici, fr pretenii privind reglajul tensiunii, se pot aplica sistemele de excitaie fr excitatoare rotative, la care compoundarea are loc pe partea de curent alternativ, cu redresare simpl necomandat i fr RAT.

2.3.5. PROCESE LIMIT DE MODIFICARE A EXCITAIEI GS Sistemul de excitaie asigur creterea n timp a tensiunii de excitaie.

Desfurarea proceselor tranzitorii de modificare a excitaiei unui GS depinde de parametrii generatorului, de caracteristicile sistemului de excitaie, a RAE i a celorlalte elemente auxiliare care intervin n procesul de modificare a excitaiei. Procesele limit de modificare a excitaiei sunt forarea excitaiei i dezexcitarea rapid. 2.3.5.1. Forarea excitaiei GS

n timpul proceselor tranzitorii care sunt nsoite de variaii ale tensiunii, n scopul asigurrii unui surplus de energie reactiv sistemului alimentat de generatoarele sincrone, acestea sunt prevzute cu dispozitive pentru forarea excitaiei. Procedeul de forare a excitaiei depinde de structura sistemului de excitaie i de RAE aplicat. n general, forarea excitaiei se realizeaz cu elemente independente de RAE sau prin RAE.


Forarea excitaiei GS nseamn modificarea tensiunii de excitaie de la o valoare iniial la valoarea ei plafon. n acest scop, n circuitul excitaiei la funcionarea normal se nseriaz o rezisten auxiliar R care printr-o schem simpl cu relee poate fi scurtcircuitat, atunci cnd tensiunea la bornele generatorului scade sub o anumit valoare.

Fig.2.17. Schem pentru forarea excitaiei GS

untarea rezistenei este echivalent cu aplicarea unei tensiuni sporite la bornele circuitului de excitaie, ceea ce va determina o cretere a curentului de excitaie i a puterii reactive debitate n reea.

n figura 2.17, elementul 2 reprezint releul minimal de tensiune, iar elementul 1 este un releu intermediar.

Schema funcioneaz astfel: la o scdere a tensiunii la borne sub o anumit valoare, releul minimal de tensiune acioneaz releul intermediar care prin nchiderea contactului su (normal deschis) unteaz rezistena R. Comportarea sistemelor de excitaie n regim tranzitoriu se apreciaz prin plafonul tensiunii de excitaie i viteza de rspuns. Tensiunea maxim ce se obine la borne dup scurcircuitarea rezistenei R se numete plafonul tensiunii de excitaie (la mersul n gol). Viteza de rspuns a unei excitatoare se definete ca raportul dintre creterea tensiunii la borne (care se nregistreaz n decurs de o jumtate de secund cnd se scurtcircuiteaz rezistena R ) i tensiunea nominal a excitatoarei respective. untarea rezistenei R poate fi efectuat la mersul n gol al GS sau la mersul n sarcin. Deosebit de important pentru funcionarea GS este viteza de rspuns n sarcin. n cazul unui scurtcircuit n reeaua din apropierea GS, meninerea n sincronism a GS nu se poate realiza decat prin forarea excitaiei.

Raportul dintre plafonul tensiunii de excitaie i tensiunea normal de funcionare la excitatoarele GS variaz ntre 2 - 5, iar viteza relativ nominal de rspuns la excitatoarele mainilor moderne are valori cuprinse n intervalul 0,5 3.

2.3.5.2. Dezexcitarea rapid a GS Dezexcitarea rapid a GS este procedeul de stingere (anulare) a cmpului

magnetic din interiorul GS i de deconectare a acestuia de la reea ca urmare a unui scurtcircuit n interiorul sau la bornele GS.


De exemplu, n cazul unui scurtcircuit intern, dezexcitarea rapid a GS este singura soluie ca GS s nu debiteze pe defect.

Dezexcitarea nu se poate realiza prin simpla ntrerupere a circuitului de excitaie, deoarece aceasta ar duce la apariia unor supratensiuni periculoase pentru izolaia nfurrilor.

Sunt numeroase procedee de dezexcitare rapid a GS, toate avnd la baz intercalarea unei rezistene n circuitul de excitaie al GS i/sau aplicarea unei tensiuni inverse la bornele acestei nfurri.

Dezexcitarea trebuie conceput astfel nct s decurg ct mai rapid, dar tensiunea ce apare n timpul dezexcitrii la bornele nfurrii de excitaie s nu pericliteze izolaia nfurrilor.

Fig.2.18. Dezexcitarea rapid a GS

2.4. CONECTAREA LA SISTEM A GS DIN CENTRALE 2.4.1. DEFINIII I CONDIII DE SINCRONIZARE Sincronizarea este o manevr complex i vital pentru exploatarea sistemelor energetice; se realizeaz cu ocazia fiecrei cuplri a unui GS n paralel cu celelalte GS care funcioneaz n sistem. Acest proces se continu i dup cuplare, n tot timpul funcionrii unui sistem energetic desfurndu-se un proces permanent de sincronizare reciproc a mainilor sale sincrone care funcioneaz n paralel. n principiu, printr-o sincronizare se realizeaz:

punerea n concordan a dou sisteme de tensiune; cuplarea n paralel a celor dou sisteme de tensiuni prin conectarea unui

ntreruptor.

n cazul GS, sincronizarea presupune n primul rnd realizarea i meninerea aceluiai sens i a aceleiai viteze de rotaie a cmpurilor nvrtitoare, respectiv a sistemelor de fazori ale tensiunilor induse. la cuplarea fiecrui GS n paralel cu sistemul prin manevra de sincronizare, trebuie luate toate msurile astfel nct conectarea s se realizeze cu un oc de curent i cu solicitri mecanice la arbore nepericuloase sau pe ct posibil mai mici. n acest scop, pe lng egalitatea vitezelor celor dou sisteme de fazori, se mai urmrete i realizarea prealabil a concordanei altor parametri, ca de exemplu, egalitatea valorilor tensiunilor i concordana fazelor.


Concordana sensurilor de rotaie se verific o singur dat (dup terminarea lucrrilor de montaj), la punerea n funciune. Dac se constat un sens de rotaie contrar, n instalaiile trifazate trebuie inversate legturile a dou faze.

Aceeai vitez de rotaie trebuie realizat cu ocazia fiecrei cuplri n paralel i apoi meninut n tot timpul funcionrii. Ea se realizeaz prin intermediul cuplului mecanic aplicat la arborele mainii sincrone. De exemplu, n cazul pornirii GS, n acest sens se acioneaz asupra admisiei la motorul primar.

Concordana modulelor tensiunilor se obine prin reglarea curentului de excitaie al generatorului.

Concordana fazelor se realizeaz prin modificarea fin a vitezei de rotaie.

Dup cum main sincron se cupleaz dup sau nainte de a fi excitat, n practic se folosesc dou moduri de sincronizare diferite: sincronizare fin sau precis, dac maina se cupleaz dup ce a fost excitat i sincronizare grosier (dac excitarea mainii se face abia dup cuplare), care dup cuplare se desvrete printr-o autosincronizare.

2.4.2. SINCRONIZAREA FIN SAU PRECIS

2.4.2.1. Principiul metodei i condiiile ce trebuie ndeplinite Maina fiind excitat, exist pericolul ca n momentul cuplrii, diferena

U dintre tensiunea ei electromotoare i cea a sistemului, aplicat circuitului format din reactana subtranzitorie Xd a mainii n serie cu reactana sistemului Xs (figura 2.19), s dea natere unui oc important de curent i deci unei solicitri mecanice periculoase la arbore.

Fig.2.19. Schema monofilar principial i diagrama tensiunilor naintea sincronizrii fine

G UGR

USR

UR

S

G Xd IC XS S

UG US


2.4.2.2. Tolerane admisibile n cazul sincronizrii fine Nu se respect condiia egalitii tensiunilor, dar SG ff = i =0

(figura 2.20). Aadar, la arbore se va aplica doar cuplul corespunztor pierderilor n stator, care este neglijabil. De asemenea, din punct de vedere termic, valori mici i de scurt durat ale acestui curent nu vor prezenta un pericol. Prin urmare, n momentul cuplrii se pot admite anumite diferene ntre valorile celor dou sisteme de tensiuni de ordinul 5-10% i uneori chiar mai mari.

Nu se respect condiia concordanei de faz, dar SG UU = i SG ff =

Curentul de egalizare, inductiv fa de U, n raport cu tensiunea generatorului poate prezenta o important component activ Ia. Cuplul corespunztor, aplicat brusc la arbore, va tinde s aduc tensiunile generatorului n faz cu cele ale sistemului. De exemplu, n cazul din figura 2.21, tensiunile generatorului fiind decalate nainte, acesta va debita o component activ, care i va frna rotorul. Pentru a evita ocuri periculoase, experiena arat c este de dorit ca decalajul de faz s nu depeasc valori de ordinul a 10 grade electrice, respectiv 2,5-3% dintr-o

perioad.

Nu se respect condiia egalitii frecvenelor, respectiv SGSG UUdar = , . n acest caz valoarea defazajului variaz n timp

proporional cu viteza relativ SG = , iar diferena de potenial U variaz continuu ntre 0 i 2U, cu o frecven SG fff = .

Fig.2.20. Diagrama tensiunilor pentru cazul: .0, == siffUU SGSG

Fig.2.21. Diagrama tensiunilor pentru cazul: .0, == siffUU SGSG


Pe figura 2.21 se poate imagina c unul din sistemele de tensiuni ar rmne fix, iar cellalt s-ar roti cu viteza unghiular . n figura 2.22 sunt prezentate curbele tensiunilor a dou faze omoloage, curba tensiunii de bti U i nfurtoarea acesteia.

Fig.2.22. Oscilograma tensiunilor a dou faze omoloage i a tensiunii de bti U

n mrimi instantanee: ( ) ttUtUtUuuu SGMSmGmSG 2cossinsin

+=== ,

n care:

( )2

sin22

sin2 mSGmM UtUtU =

= .

Cea mai periculoas este ipoteza cuplrii n momentul n care cele dou sisteme de tensiuni ar fi n opoziie ( =180o ).

Dac sistemul este de putere mare i reactana sa echivalent se poate considera Xs 0, atunci:

I UX

Iegd

sc= =2 2 0" .

Valoarea efectiv a curentului de egalizare rezult de dou ori mai

Documents

PECS - Note de Curs