Proiectarea reelelor electrice de distribuie rural1)Locul i rolul reelelor de distribuie rural in cadrul sistemului electroenergetic

Noiuni introductive

Evoluia societi este strns legat de consumul de energie n general i energie n particular. Acest fapt a condus la apariia i dezvoltarea sistemelor energetice care urmresc prospectarea i exploatarea surselor de energie primar, conversia i transformarea n energie secundar, transportul, distribuia i utilizarea sub form de energie util.

Sistemele energetice sunt grupate n general n jurul resurselor primare de energie.

Existena sistemelor energetice este strns legat de o serie de transformri plecnd de la energia primar i ajungnd la energia util. Pe parcursul acestor transformri este valabil principiul conservrii energiei. Se pot defini mai multe tipuri sau forme de energie:

-energia primar: energia care se gsete n natur sub diferite forme (energia solar, crbune din mine, gaz natural din zcmnt, petrol din zcmnt, uraniu).-energia secundar sau intermediar: obinut prin transformarea energiei primare ntr-o noua form de energie util instalaiilor, echipamentelor (produse de rafinare). Energia electric este o energie secundar, de fapt un vector energetic.

Partea din energia secundar pus la dispoziia consumatorilor se numete energie final sau distribuit (energia electric la bornele consumatorului).-energia util: este obinut din transformarea energiei finale sau distribuite ntr-o alt form de energie n scopul satisfacerii nevoilor energetice (energia termic, luminoas, mecanic).

Energia electric este o form de energie secundar folosit ca agent energetic; este considerat n prezent ca fiind elementul esenial al dezvoltrii ecologice i sociale. Ponderea energiei primare utilizat pentru producerea de energie electric este de aproximativ 35%.

Caracteristicile energiei electrice:

Energia electric are marele avantaj c poate fi transportat cu randamente ridicate n cantiti mari dar nu poate fi stocat n cantiti mari nici mcar pe perioade scurte de timp.

Principalele motive ale utilizrii energiei electrice ca agent energetic sunt urmtoarele:

-creterea costului hidrocarburilor i luarea n considerare a problemelor de mediu;-energia nuclear nu poate fi folosit n prezent dect pentru prelucrarea de energie electric (aplicaii civile);-energia hidraulic se convertete relativ uor i cu randamente ridicate n energie electric;-progresul tehnic permite obinerea din ce n ce mai eficient a energiei electrice din surse regenerabile.

Avantajele folosirii energie electrice:

-se poate obine relativ uor i cu randamente bune din orice form de energie primar;-se poate transporta instantaneu la distane mari, att la tensiune alternativ, ct i la tensiune continu;-este o energie curat att pentru transportul i distribuia ei ct i pentru utilizare

-este forma de energie care se preteaz cel mai bine pentru marile aglomeraii urbane putnd fi distribuit n orice cantitate i pe orice suprafa;-se poate produce din combustibili inferiori i din energie nuclear care nu pot fi folosite n alte scopuri;-se preteaz pentru introducerea unor sisteme de msur, comand, control i automatizare.

Reeaua electric reprezint ansamblul liniilor electrice aeriene i subterane precum i staii de transformare i posturi de transformare.

Centrala electric reprezint ansamblul instalaiilor electrice care asigur procesul de producere, transport, distribuie i utlizare a energiei electrice.

Sistemul electroenergetic reprezint ansamblul instalatiilor electrice pentru producerea, transportul i distribuia energiei electrice. ntr-o alt definiie sistemele electroenergetice pot fi considerate ca o suprapunere de reele electrice de tensiuni diferite cu legturi radiale sau buclate, unite ntre ele prin staii i posturi de transformare n nodurile crora se conecteaz generatoare i consumatorii de energie electric.

Structura unei reele electrice reprezint modul de dispunere a echipamentelor componente (linii, transformatoare, genratoare) precum i legturile dintre acestea. Alegerea arhitecturii se face n urma unei analize multii criteriale n care se iau n considerare aspecte tehnice i economice.

n alegerea soluiei privind arhitectura unei reele electrice se iau n considerare mai multe condiii:

-funcionale;-auxiliare;-speciale.Clasificarea reelelor electrice:

Criterii de clasificare:

1) dup nivelul de tensiune;2) dup functia sau destinaia lor;3) dup teritoriul pe care l ocup (pe care se rspndesc);4) dup topologie;5) dup modul de tratare al neutrului.Clasificarea reelelor electrice dup nivelul de tensiune

Tensiunea nomin: o mrime de referin (convenional) folosit n proiectarea i exploatarea reelelor electrice.Tensiunea nominal a echipamentelor poate fi diferit de cea a reelelor electrice.n funcie de tensiunea nominal reelele electrice se mpart n:

a) reele electrice de joas tensiune (JT) Un230 kV-220 kV, 400 kV i 750 kV. Au rolul de repartiie zonal sau distribuie urban a energiei electrice. Reelele de FT sunt reele de transport i realizeaz legtura ntre nodurile importante ale sistemelor electroenergetice.Tendine privind evolutia reelelor din punct de vedere al nivelului de tensiune:

- utilizarea unor tensiuni ct mai ridicate pentru reducerea pierderilor de putere i energie: P=3RI2 =RS;- reducerea numrului de trepte de tensiune (din considerente de reducere a pierderilor prin transformri succesive i cele din normalizare, standardizare a produciei de serie);- trecerea unor reele electrice la tensiuni superioare (pentru transport 220-400 kV Sibiu-Mintia-Arad era la 220 i a trecut la 400 kV).Clasificarea reelelor electrice dup funcia, destinaia i extinderea lorClasificarea dup aceste criterii este strns legat de clasificarea dup niveluri de tensiune.

Din punct de vedere al destinaiei reelele electrice pot fi:

- de interconexiune;- de transport;- de repartiie;- de distribuie.Din punct de vedere al extinderii reelele electrice pot fi:

- la nivel internaional;- la nivel naional;- la nivel zonal sau regional;- la nivel urban sau rural.Reelele de interconexiune funcioneaz la 400 kV, 220 kV i realizeaz interconexiunea cu rile vecine.

Reelele electrice de transport funcioneaz la 400 kV, 220 kV i asigur transportul unor puteri de ordinul sutelor, miilor de MW la distane mari zeci sau sute de km, asigurnd legtura dintre zonele de producie i de consum. Extinderea lor este la nivel naional.

Reelele electrice de repartiie 110 kV, ndeplinesc un rol mixt asigurnd o rezerv pentru reeaua de transport sau asigur distribuia i repartiia local a energiei electrice pentru marile orae i zone industriale. Rspndirea este la nivel local sau zonal.

Reelele electrice de distribuie constituite n general din dou niveluri de tensiune: - medie tensiune: 20 kV, 10 kV, 6 kV; - joas tensiune: 0,4 kV.Asigur distribuia unor cantiti relativ reduse de energie electric i la un ansamblu limitat de consumatori pe teritoriu oraelor (distribuie urban), satelor (distribuie rural) sau a unor zone industriale (distribuie industrial).

Clasificarea reelelor electrice dup topologie:Topologia (configuratia) unei reele electrice este strns legat de gradul de sigurant n alimentarea consumatorilor. Creterea gradului de siguran n alimentarea consumatorilor se poate realiza prin dimensionarea puternic a circuitelor sau prin creterea numrului de circuite.

Alegerea soluiei de alimentarea a unui consumator se face n urma unui calcul tehnico-economic.

Pentru creterea gradului de siguran n alimentarea consumatorilor exist uramtoarele modaliti: rezervarea (parial sau total), interconectarea, dubla alimentarea sau buclarea.

Metode de separare a sistemului electroenergetic n scopul limitarii extinderii avariilor: izolare, insularizare, microzonare, zonare.

Avnd n vedere cele prezentate anterior reelele electrice pot avea urmtoarele configuraii:

- reele radiale sau arborescente:

sunt alimentate dintr-o singura surs; au o structur simpl putnd fi constituite din una sau mai multe ramificaii; sunt ieftine, uor de exploatat, necesit aparate de comutaie simple, motiv pentru care se pot utiliza la joas tensiune si nalt tensiune; prezint dezavantajul unui grad sczut de siguran n alimentarea consumatorilor. Orice defect la surs sau oricare din tronsoane conduce la intreruperea tuturor consumatorilor.

- reele electrice simplu buclate:

sunt alimentate din dou sau trei surse ceea ce conduce la creterea siguranei n funcionare; sunt mai scumpe dect reelele radiale necesitnd elemente constructive mai numeroase dar i sisteme de protecie mai complexe.

- reele complex buclate:

formeaz o structur asemntoare ochiurilor unor plase; prezint un grad foarte bun de sigurant n alimentarea consumatorilor dar la un pre ridicat.

Clasificarea reelelor electrice dup situaia neutrului:

Punctul neutru al unei reele electrice este constituit de punctul comun al infurrilor avnd conexiunea n stea ale transormatoarelor electrice.

n unele situaii neutrul nu este accesibil el neputnd fi creeat artificial.

Necesitatea studierii situaiei neutrului fa de pmant este impus de consecinele care apar n urma punerii accidentale la pmnt a unei faze. Pe de-o parte se urmrete nentreruperea imediat a alimentrii consumatorului, iar pe de-alt parte stingerea arcului electric la locul de defect.

Din punct de vedere al situaiei neutrului fat de pmnt reelele electrice pot funciona n urmtoarele moduri:

- reele electrice cu neutrul izolat fa de pmnt:

aceast situaie este specific pentru reelele electrice de medie tensiune.

-reele electrice cu neutrul legat la pmnt:

cu legtur direct; cu neutrul legat prin impedan.

Configuraia reelelor electrice de medie tensiune

Orice schem de conexiuni sau configuraie a unei reele electrice trebuie s satisfac o serie de cerine impuse de dezvoltarea surselor i consumatorilor de energie electric:

- s asigure continuitatea n alimentare;- s fie simple pentru exploatare i s asigure operativitate i elasticitate;- s prezinte posibilitatea extinderii n viitor n funcie de amplasarea surselor i consumatorilor de energie electric;- s limiteze valorile curenilor de scurtcircuit;- s fie echipate cu materiale i aparate fiabile, cu performane ridicate i sisteme moderne de protecie i automatizri.

Din punct de vedere al schemei de conexiuni exist dou categorii de reele electrice de medie tensiune:

reele electrice cu distribuie direct n care punctele de transformare sunt alimentate din staii de transformare prin intermediul distribuitoarelor; reele electrice cu alimentare indirect sunt cele n care posturile de transformare sunt alimentate prin intermediul distribuitoarelor din punctele de alimentare, care la rndul lor sunt alimentate prin intermediul fiderilor din staii de transformare.

Configuraia reelelor de distribuie ruraln general, aceste reele sunt realizate cu linii electrice aeriene (LEA) i alimenteaz zone de consum de densitate de sarcin redus sau consumatori izolai.

Detectarea i remedierea defectelor necesit o duarat de timp relativ sczut, motiv pentru care nu este necesar dublu alimentarea.

n cazuri justificate economic aceste reele pot fi alimentate din staii de transformare diferite.

n punctele cheie ale reelelor rurale se pot prevedea aparate de comutaie automate sau telecomandate.

De obicei n schema normal de funcionare reelele electrice de distribuie cu structur buclat se exploateaz debuclat adic n configuraii radiale sau arborescente.Exploatarea secionat permite limitarea zonei afectate de un scurtcircuit, limitarea valorilor curenilor de scutcircuit. Stabilirea punctelor de secionare ale unei reele buclate se poate face n funcie de mai multe criterii, cel mai utilizat fiind cel de minimizare a pierderilor de putere si energie.

Criterii de alegere a structurii reelelor electrice de distribuie

Alegerea tensiunii nominale. n reelele electrice de distribuie, tensiunile de alimentare a consumatorilor depind de o serie de factori tehnici i economici i anume:

mrimea puterii active solicitate de un consumator sau de un grup de consumatori, la un moment dat;

amplasamentul consumatorilor fa de reele electrice existente;

tipul receptoarelor de energie electric instalate la consumatori. Comisia Electrotehnic Internaional n publicaia sa nr.38-1983, recomand pentru reelele electrice de distribuie public urmtoarele niveluri de tensiune:

joas tensiune: 400/230 V;

medie tensiune: trei familii de niveluri de tensiune i anume:

- 10 la 13 kV;

- 20 la 25 kV;

- 33 la 35 kV;

Tensiunea de 6 kV i 10 kV se utilizeaz, n special, pentru alimentarea motoarelor electrice, respectiv n reelele industriale;

nalt tensiune: 110 kV.n tara noastr s-au adoptat urmtoarele tensiuni nominale pentru reelele de distribuie:

0,4/0.23 kV pentru JT;

20 kV (n unele cazuri 10 kV care ulterior va trece la 20 kV), pentru MT;

110 kV pentru T.

Puterile care se pot transporta la diferite niveluri de tensiune n reelele de distribuie sunt, n genral, urmtoarele:

joas tensiune: sub 50 kW - pentru alimentarea consumatorilor casnici i teriali;

medie tensiune: pan la 2000 kW - pentru alimentarea consumatorilor din sectorul teriar i a celor comerciali cu puteri maxime simultan absorbite;

nalt tensiune: consumatori cu puteri maxim simultan absorbite care depesc 5000 kW (n general, mici consumatori industriali).

Avnd n vedere necesitatea economisiri energiei electrice, pe care furnizorul o poate realiza prin reducerea pierderilor n reelele electrice, se impune scurtarea lungimii reelelor electrice, n special, a celor de JT i MT prin aducerea tensiunilor nalte ct mai aproape de consumator (racorduri adnci).

Indiferent dac este vorba de reelele electrice noi, pentru alimentarea unor consumatori, sau de restructurarea celor existente, criteriile care stau la baz sunt unice i trebuie s urmreasc:

un nivel de fiabilitate ridicat, att pentru ansamblu de reele luat n considerare ct i pentru fiecare element de reea n parte; reducerea la maximum posibil a punctelor slabe care pot genera ntreruperi n alimentarea cu energie electric a consumatorilor prin simplificarea schemelor primare i secundare ale instalaiilor;

adoptarea de soluii de reele electrice elastice (autostructurante), n special la MT, prin posibilitatea adugrii, la o reea existent, de noi linii si conectarea de noi puncte de injecie justificate de creterea sarcini, meninndu-se structura, toate modificarile neconstituind dect o dezvoltare de configuraie i nu o remaniere sau o adaptare, mai mult sau mai puin laborioas, la noiile condiii de funcionare;

introducerea automatizrilor pentru reducerea la minimum a timpului de inactivitate datorit avariilor unor poriuni de reea;

utilizarea unor tipodimensiuni (proiecte tip, elemente tipizate) de lung viabilitate;

urmrirea economiei de energie prin adoptarea de configuraii corespunzatoare de reele precum i printr-o dimensionare optim economic a elementelor acestora;

ncadrarea n normele de protecie a mediului nconjurtor; pentru reelele electrice se pune acut problema de protejare estetic a peisajului i de eliminare a pericolelor de accidente datorate influenei curentului electric (asupra oamenilor, animalelor i al altor instalaii).

Sisteme de distribuie de medie tensiune

n acest domeniu este de mare importan alegerea tensiuni optime din gama tensiunilor medii care are domeniul destul de larg ntre 3 i 60 kV. Alegerea nivelului optim de tensiune se face pe criterii economice care sunt determinate de pierderile de putere i energie electric i sunt condiionate, la rndul lor, de o densitate de sarcin care variaz ntre 2 i 6 MVA/km2 . Tensiunea sa optim pentru ara noastr a rezultatat 20 kV. Ca urmare sistemul de distribuie de medie tensiune, aerian sau subteran se va realiza la 20 kV chiar dac n prima etap, dictat de condiii de valabilitate momentan, va funciona la alte tensiuni, de exemplu, la 10 kV.

Din punct de vedere al modului de racordare la staiile de alimentare de 110/20kV, reelele de medie tensiune pot fi clasificate n doua categorii:

reele cu racordare direct;

reele cu racordare indirect, prin staii de conexiuni.

Structura reelelor de medie tensiune

Reelele de racordare direct sunt acelea n care posturile de transformare 20/0,4kV sunt racordate direct la barele de 20 kV ale staiilor de transformare T/MT prin intermediul liniilor de medie tensiune.

Reelele de racordare indirect prin staii de conexiuni sunt acelea n care posturile de transformare 20/0,4 kV sunt racordate prin linii de 20 kV la barele staiilor de conexiuni de MT, care la rndul lor sunt alimentate din staii de transformare 110/20 kV prin linii care nu au alte sarcini pe ele.

Sistemul de racordare indirect se utilizeaz n siuati speciale, cnd staia de 110/20 kV este situat departe i cnd prin consumul zonei nu se justific, pe moment, apariia unei noi staii de 110/20 kV. n aceast situaie, staia de conexiuni va fi conceput, amplasat i construit n aa mod nct s formeze corpul de conexiuni de 20 kV a unei viitoare staii de 110/20 kV.

Reelele electrice de MT care alimenteaz consumatori industriali ale cror receptoare funcioneaz la 6 sau 10 kV vor avea o configuraie dictat att de volumul consumului ct i de tensiunea secundar a staiei de 110 kV/MT de alimentare. n cazul n care aceti consumatori justific o staie de 10/6 kV sau 110/10 kV prin puterea solicitat, ei vor fi alimentai din aceast staie printr-o reea de 6 respectiv 10kV, separat de reeaua de distribuie public.

n cazul n care o staie de transformare nu se justific, aceti consumatori vor fi alimentai din reeaua de distribuie public la 20 kV, transformarea 20/6 kV sau 20/10 kV fcndu-se la consumator.

Reelele de medie tensiune sunt formate din linii electrice i posturi de transformare.

Liniile electrice de medie tensiune vor fi subterane n zonele urbane cu densitate mare de construcii i aeriene n zonele exterioare localitilor urbane, n mediul rural i la periferia localitilor urbane unde sistemul de construcii este asemntor celui rural. Posturile de transformare vor fi amplasate n construcie zidit, n mediul urban, aerian pe stlpi sau la sol n mediul extraurban, iar pentru consumatorii temporari care ii vor schimba amplasamentul se vor utiliza posturi de transformare prefabricate n cabin metalic.

Schemele reelelor electrice de medie tensiune se vor alege n funcie de:

natura consumatorilor ce urmeaz a fi alimentai (consum casnic, teriar, industrial sau similar) i condiiile de siguran ale acestora;

densitatea de sarcin teritorial;

mediul urban sau rural unde sunt amplasai consumatorii;

distana ntre centrele de exploatare cu personal de servire si consumatori.

n sistemul de distribuie rural, liniile electrice vor fi realizate aerian (LEA), n schem radial.

Fig.1. Schema de distribuie direct prin LEA-MT cu rezervare pe staii diferite.

a) reea de distribuie rural cu rezervare pe dou staii

b) schema tip a unei plecri rurale MT

c) schema tip a unui post de transformare MT/JT rural si reeaua sa de joas tensiune

n figura 1.a se prezint o schem de distribuie direct prin LEA cu rezerv pe staii de transformare diferite, cu posibiliti de separaie la mijlocul reelei, realizat ntr-un post de transformare alimentat printr-o intrare-ieire, sau cu posibilitatea de separaie la captul reelei. Ea reprezint o ax rural cu alimentarea posturilor de transformare n derivaie sau prin intrare-ieire.

n figura 1.b se prezint o schem tip de reea de distribuie rural de MT n soluie radial-arborescent care are alimentarea asigurat dintr-o surs T/MT, fiecare plecare fiind echipat cu ntreruptor pe partea de MT.

Pentru ca un defect s poat fi mai usor remediat, de-a lungul liniei i pe derivaiile mai importante se monteaz, fie ntreruptoare sau separatoare de sarcin telecomandate, fie simple separatoare pentru a se putea, n caz de incident, s se limiteze numrul consumatorilor ntrerupi prin separarea poriunii de reea defect. n figura 1.c se prezint i schema tip a unui post de transformare MT/JT rural i reeaua sa de joas tensiune, specifice acestei configuraii de reea de distribuie rural.

n cazul unor consumatori care sunt de mic importan, i care admit un timp de ntrerupere ndelungat, reeaua de MT poate fi realizat printr-o singura LEA, fr rezervare, ca n figura 2.

Fig.2. Schema de distribuie direct prin LEA-MT far rezervare. Ca i la 110 kV, reelele de MT se vor construi etapizat utilizndu-se pentru aceasta soluii autostructurante care s fie dezvoltate n funcie de creterea consumului.

n figura 3.a, se prezint schema de principiu, iar n figura 3.b, schema de dezvoltare a unei reele electrice de distribuie de MT pentru alimentarea consumatorilor rurali i din teritoriu.

Fig.3. Reea de distribuie de MT pentru alimentarea consumatorilor rurali si din teritoriu. a) schema de principiu;

b) schema de dezvoltare.

Scheme de posturi de transformare de MT/JT

Posturile de transformare dup destinaia ce o au pot fi:

de reea, care alimenteaz consumatori casnici sau teriari prin reeaua de joas tensiune public;

de abonat, care alimenteaz un singur consumator, de regul, un consumator comercial sau industrial;

mixte, care alimenteaz att reeaua public ct i un consumator concentrat de putere mai mare.

Posturile de transformare pentru distribuia public (abonai casnici sau teriari) se vor echipa, de regul, cu o singur unitate de transformare 20/0,4 kV;

pan la 630 kVA inclusiv, pentru posturile n cabin zidit (figura 6.1);

pan la 250 kVA inclusiv, pentru posturile de transformare aeriene pe stlpi de beton armat (figura 6.2).

Posturile de transformare de abonat sau mixe, n cabin de zid subteran i suprateran se vor realiza cu maxim dou unitai de transformare fiecare din acestea fiind pan la 1600 kVA (figura 6.3).

Realizarea profilului final - din punct de vedere al puterii instalate-se va face etapizat, n funcie de evoluia consumului i configuraia reelelor de MT i JT, respectndu-se pentru fiecare etap criteriul ncrcrii optime a transformatoarelor.

Din punct de vedere al echiprii posturilor de transformare, se folosesc urmtoarele soluii:

123

LINIE ILINIE IILINIE III

CIPSi-M-20CIPS-M-20 CIPSiFA ldr-M-20

Fig. 6.1.Schema unui post de transformare n cabin zidit. Cele aeriene (figura 6.2) se vor echipa pe partea de medie tensiune cu sigurane fuzibile, iar pe partea de joas tensiune cu cutii de distribuie cu ntreruptor automat pe circuitul transformatorului i cu 2-3 plecari de joas tensiune protejate prin sigurane fuzibile pentru consumatorii casnici i teriari i respectiv 2-3 plecri pentru iluminatul public, prevzute cu ceas de contact pentru comanda iluminat public.

Posturile de transformare n cabin de zid pentru alimentarea distribuiei publice (figura 6.1) se vor echipa cu o singur unitate de transformare i cu celule de MT:

pentru transformator cu separator de cuplare-decuplare sub sarcin; pentru linii cu 2 sau 3 celule de separator (n funcie de schema aleas) din care cel puin cea de alimentare principal cu separator de cuplare-decuplare sub sarcin.

Fig. 6.2.Schema unui post de transformare aerian.

Pentru partea de joas tensiune,aceste posturi vor fi echipate cu ntreruptor pe alimentarea barelor dinspre transformator, avnd posibilitatea a 8 plecri de joas tensiunea protejate prin sigurane fuzibile pentru consumatori, plus 4 pentru iluminat public.

Posturile de transformare pentru abonat sau/i mixte (figura 6.3) se vor echipa n funce de nivelul de siguran solicitat de consumator care dicteaz gradul de automatizare i viteza de reconectare a rezervei.

Postul de transformare din figura 6.3a se echipeaz cu o unitate de transformare, barele de MT nu sunt secionate, rezervarea fcndu-se prin reeaua de 0,4 kV prin automatic (AAR-anclaarea automat a rezervei). Postul de transformare din figura 6.3b este echipat cu dou transformatoare racordate la barele de MT prin celule cu ntreruptor, unul fiind n rezerv cald, conectarea lui fcndu-se prin ntreruptorul de JT prin AAR.

n cazul n care consumatorii alimentai la 0,4 kV trebuie grupai pe niveluri de sigurant pentru asigurarea descrcrii automate a sarcinii, se aplic schema prezentat n figura 6.3c.

n cazul unor consumatori care solicit un nivel de sigurant foarte ridicat pentru o parte din receptorii de energie electric, se va aplica schema din figura 6.3d. Schema are un transformator n rezerv i dou n funciune, rezerva putnd nlocui prin AAR oricare din celelalte dou transformatoare.

Fig. 6.3.Schema unui post de transformare de abonat sau mixt:

a) cu o singur unitate de transformare;

b) cu dou unitai de transformare cu bare continue la JT;

c) cu dou unitai de transformare i cu bare secionate la JT;

d) cu trei unitai de transformare.

4.2Dimensionarea elementelor reelei electrice de distribuie ruralI. Alegerea seciuni conductoarelor reelelor electrice de distribuie

Consideraii generale

La proiectarea reelelor electrice de distribuie o prim problem care se pune este aceea a alegerii seciunii conductoarelor, innd seama de ncrcarea lor n regim normal de funcionare i n diferite regimuri de avarie. La alegerea seciunii conductoarelor, indiferent dac este vorba de o linie aerian sau de una subteran, trebuie s se in seama de urmtoarele criterii economice i tehnice:

densitatea economic de curent;

nclzirea admisibil n regim de durat;

stabilitatea termic la scurtcircuit;

cderea de tensiune maxim;

rezistena mecanic.

n general, alegerea seciuni conductoarelor liniilor electrice aeriene, se face pe baza criteriul economic, n regim normal de funcionare, care este criteriul de baz la dimensionare, iar seciunea rezultat trebuie apoi verificat pe baza criteriilor: criterii de tensiune maxim, a nclzirii admisibile n regim de durat, stabilitatea termic la scurtcircuit, a rezistenei mecanice.

Verificarea conductoarelor unei linii electrice la nclzirea admisibil sau la stabilitatea termic la scurtcircuit se face n caz de avarie spre a se vedea comportarea instalaiei la n-1 incidente sau scurtcircuit, adic la eventualitatea apariiei unei suprasarcini la care este supus linia electric datorit faptului c o instalaie vecin, ce se afl mai mult sau mai puin n paralel, este scoas brusc din funciune datorit unui incident, iar prin linia respectiv va trece un curent mult mai mare dect cel din regimul normal de funcionare.

n acest caz este necesar ca limita termic a conductoarelor s nu fie depsit. La verificarea conductoarelor la nclzirea admisibil nu se ine seama de costul pierderilor de energie, deoarece, acest caz de avarie, trebuie s dureze un interval relativ scurt de timp.

n cadrul criteriului economic trebuie amintit compromisul care trebuie fcut ntre costul liniei i costul pierderilor de putere i de energie din linie care conduce la regula bine cunoscut a lui Kelvin i la noiunea de densitatea economic de curent, n regim normal de funcionare. Densitatea economic de curent este, n general, mai mic dect densitaile maxime admisibile pe care le pot suporta instalaliile electrice.

n afara celor amintite, problema alegerii seciunii conductoarelor liniilor electrice trebuie privit i ntr-un contex dinamic (evoluia sarcinilor de-a lungul anilor). Cci, n general, este vorba de a transporta energia electric dintr-un punct A ntr-un punct B, iar nevoile de transport cresc, n fapt, n fiecare an. Cteva excepii pot fi menionate ca acela al liniilor de evacuare a puterii grupurilor generatoare din centralele electrice.

Soluia celui mai mic cost actualizat, mai bine zis, care conduce la minim de investiii, const n construirea de linii electrice suplimentate adesea la un interval relativ scurt de timp. Se va ajunge astfel, ca n timp, s se acopere o regiune dat cu o multitudine de linii cu o capacitate sczut de transport. Din contr, necesitatea de a dezvolta mereu consumul de energie n interiorul unei zone date, conduce la soluia, de preferat n prezent, de construire de linii electrice cu seciuni mai mari, cu toate c solicit investiii suplimentare. Rezult de aici c problema compromisului ntre cheltuielile imediate i densitatea redus de linii dintr-o regiune influeneaz alegerea seciuni conductoarelor i trebuie s reflecte un fel de politic global.Trecerea la seciuni mari comport anumite limite tehnice din cauza cderilor de tensiune n linie care cresc cu puterea tranzitat i care depind puin de sectiuni. De asemenea, liniile cu seciuni mari tranziteaz puteri importante, antrennd consumuri ridicate de putere reactiv, necesitnd msuri de compensare a acestor linii.

n fine, reamintim necesitatea c ntr-o retea electric buclat s se utilizeze aceeai seciune unitar pe diverse tronsoane ale reelei. Acest lucru este necesar deoarece ntr-o astfel de reea repartiia puterilor pe diferitele tronsoane se face proporional cu reactanele, respectiv cu lungimile lor, neconducnd astfel la valori excesive de circulaii de puteri n anumite legturi.

Prin seciune economic (sec) se nelege seciunea conductorului liniei pentru care se realizeaz un regim de funcionare optim economic, corespunztor unor cheltuieli totale actualizate minime pentru linia respectiv, ntr-o perioad de funcionare dat, n general 30 ani.

Prin seciune tehnic (steh) se nelege seciunea conductorului liniei obtinut prin calculul pe baza criterilor tehnice de dimensionare cum ar fi: cderea de tensiune, ncalzirea admisibil n regim de durat, stabilitatea termic la scurtcircuit, rezisenta mecanic, prevazute de prescripiile tehnice n vigoare.

Seciunea conductoarelor active ale liniilor electrice aeriene (LEA) ,cu tensiuni pan la 110 kV inclusiv, din instalaiile electrice de distribuie de curent alternativ trifazat, att la proiectarea noilor instalaii, ct i la modernizarea celor existente se determin pe baza criteriului economic conform normativelor n vigoare. Pe baza criteriilor economice rezult sectiunea economic (sec).Aceast seciune rezultat trebuie apoi verificat pe baza criteriilor tehnice cum ar fi acela al cderilor de tensiune, nclzirii admisibile, al rezistenei mecanice rezultnd seciunea tehnic (steh).Seciunea care se va adopt, n final pentru construcia liniei, trebuie s fie cea mai mare dintre valorile rezultate pentru seciunea economic i seciunea tehnic:

Fac excepii de la calcularea seciunilor pe baza criteriilor economice urmtoarele instalaii:

legturile scurte pentru alimentarea direct a unor receptoare din tablourile de joas tensiune sau din celulele de medie tensiune (n general, sub 20 m la joas tensiune i sub 100 m la medie tensiune);

barele i derivaiile scurte din cadrul staiilor i posturilor de transformare;

circuitele trifazate prin care se alimenteaz rezistentele, reostate de pornire etc.;

reelele provizorii i cu durat mic de serviciu (maximum 3 ani).

I.A DETERMINAREA SECIUNII ECONOMICESoluia economic pentru numrul conductoarelor unei faze sau al circuitelor unei linii de distribuie, precum i pentru seciunea acestora corespunde minimului cheltuielilor totale actualizate, exprimate prin relaia (6.1). n aceast relaie sunt nsumate valorile actualizate (la anul punerii n funciune a liniei) ale cheltuielilor de investiii Ci , ale cheltuielilor de exploatare Cex, care nu depind de consumurile proprii tehnologice de putere i energie i cheltuielile CPW generate de consumurile proprii tehnologice de putere i energie. Raportnd toate aceste cheltuieli la lungimea L a liniei, se obine urmtoarea expresie a totalului cheltuielilor actualizate specifice (pe unitatea de

lungime):

Expresia de calcul al densitatii economice de curent se obine prin determinarea

minimului funciei CTA = f (N,s) din relaia (6.1), i anume:

n care:

cpw reprezint costul actualizat al pierderilor de putere i de energie, corespunztoare unui consum propriu tehnologic de 1 kW timp de un an, i se determina cu relaia:

Duratele care intervin n expresia cheltuielilor actualizate specifice (6.1) i la

determinarea numrului i seciunii economice a conductoarelor sunt :

a) Durata normal de utilizare a centralei etalon care va compensa pierderile de energie pe linia proiectat, se consider tSCE=20 ani.

b) Durata normal de utilizare a liniei proiectate, se consider tSL =40 ani (LEA).

c) Durata tstL de studiu al structurii reelei i a circulaiei de cureni va putea cuprinde cel mult primii zece ani de exploatare a liniei (cu condiia de a nu fi depit curentul frontier termic Ift admisibil n regim de durat).

Seciunea economic de calcul a liniilor electrice se va determina cu relaia:

n care:

IM sarcina maxim de calcul n regim normal de funcionare;

jec valoarea normat a densitaii economice de curent pentru linia respectiv, determinate conform tabelului 1.

Densitatea economic de curent jecN , normat pentru determinarea numarului economic de conductoare sau circuite, este ntotdeauna mai mare dect jec, i anume:

Valoarea coeficientului Kjnc de cretere a lui jec se determina utiliznd urmtoarele relaii:

a) la mrirea numarului de conductoare pe faz (far a prevedea aparate de conectare suplimentare):

b) la mrirea numrului de circuite ale unei linii:

n care:

n reprezint numrul de celule cu cost Ccel, cu care se intenioneaz a fi echipat fiecare circuit al liniei proiectate.

n tabelul 2 sunt prezentate valorile coeficienilor de cretere Kj i Kjnc pentru cazurile mai frecvent ntlnite n practic, precum i seciunile maxime sM, utilizate n prezent la diferitele tipuri de linii. Valorile parametrilor A i K sunt prezentate n Anexa 2, tabelul A2.

Numrul economic N de conductoare al unei faze sau de circuite al unei linii i apoi seciunea economic normalizat a fiecruia dintre aceste conductoare se determin n dou etape succesive prezentate n continuare.

a) Numrul optim de calcul Nc al conductoarelor unei faze sau al circuitelor unei linii se determin cu relaia:

Soluia constructiv privind numrul economic N de conductoare al fiecrei faze sau de circuite al liniei se determin prin rotunjirea la cel mai apropiat numr ntreg, a numrului de calcul Nc, cu excepia urmtoarelor cazuri:

a. se alege N=1, dac N1,41;

b. se alege N=2, dac 1,41