of 1084/1084
REŢELE $1 SISTEME ELECTRICE EDITURA DIDACTICA Şl PEDAGOGICA BUCUREŞTI» 1979 GH. IACOBESCU I. IORDĂNESCU M. TUDOSE

Retele Si Sisteme Electrice

  • View
    66

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

eweww

Text of Retele Si Sisteme Electrice

Retele si sisteme electrice

REELE $1 SISTEME ELECTRICE

EDITURA

DIDACTICA l PEDAGOGICA BUCURETI 1979

MINISTERUL EDUCAIEI I XVMNTULUI

Prof. dr. ing. GHEORGHE IACOBESCU Prof. dr. ing. ION IORDNESCU ef lucrri dr. ing. MARIA TUDOSE

EDITURA DIDACTIC I PEDAGOGIC - BUCURETI

REELE $1 SISTEME ELECTRICE

Contribuia autorilor a fost urmtoarea:

Prof. dr. ing. Gh, Iacobescu 65%; Prof. dr. ing. I. Iordnescu 20%; ef lucrri dr. ing. M. Tudose 15%.

Referent tiinific: prof. dr. ing. ALEXANDRU POEAT

Redactor: Gabriela Dedu Tehnoredactor: Petre Nazru Coperta: Nicolae Sirbu

CUPRINS

Introducere

'

Cap. 1. Structuri de reele electrice

11

1.1.Principii de clasificare a reelelor electrice

11

1.1.1. Tensiunile nominale de funcionare ale reelelor electrice

111.1.2. Clasificarea reelelor electrice n funcie de destinaia lor

141.1.3. Clasificarea reelelor electrice n funcie de extinderea lor

141.1.4. Structura topologic a reelelor electrice

141.2.Schemele de conexiuni ale reelelor electrice

15

1.2.1. Schemele de conexiuni ale reelelor electrice de joas tensiune

161.2.2. Schemele de conexiuni ale reelelor electrice de medie tensiune

221.2.3. Schemele de conexiuni ale reelelor electrice urbane de nalt i foarte nalt tensiune

351.3.Evoluia alimentrii cu energie, electric a oraului Bucureti

35

Cap. 2. Parametrii elementelor reelelor electrice

41

2.1.Parametrii liniilor electrice

41

2.1.1. Rezistena conductoarelor liniilor electrice

422.1.2. Inductivitatea liniilor electrice

442.1.3. Capacitatea liniilor electrice

532.1.4. Conductana lateral a liniilor electrice

652.2.Parametrii transformatoarelor electrice

70

2.2.1. Transformatorul cu dou nfurri

712.2.2. Transformatorul cu trei nfurri

762.2.3. Transformatoare cu nfurri scindate

792.2.4. Parametrii autotransformatoarelor

802.2.5. Particulariti constructive ale transformatoarelor trifazate folosite n reelele electrice

812.2.6. Elemente tehnice i de exploatare a transformatoarelor electrice

842.2.7. Domeniile de utilizare n reelele electrice ale diferitelor conexiuni ale transformatoarelor

93Cap. 3. Calculul liniilor de transport de energie electric

95

3.1. Ecuaiile de funcionare ale liniilor electrice lungi

953.2. Metode de calcul a liniilor electrice lungi

1063.2.1. Metode analitice de rezolvare a ecuaiilor liniilor electrice lungi

1063.2.2. Metode grafice de calcul a liniilor electrice lungi

1173.3.Regimuri de funcionare a liniilor electrice lungi

122

3.3.1. Funcionarea liniilor lungi n diferite regimuri de ncrcare

1233.3.2. Funcionarea liniilor cu diferite lungimi

129*3.3.3. Funcionarea liniilor electrice lungi nchise pe o sarcin oarecare

133Cap. 4. nclzirea conductoarelor liniilor electrice

147

4.1. Temperaturi maxime admisibile n conductoarele liniilor electrice

1474.2. nclzirea conductoarelor n regim permanent

1494.3. nclzirea conductoarelor n regim intermitent

1574.4. nclzirea conductoarelor n regim tranzitoriu

1584.4.1. Conductoare alimentate cu curent practic constant

1644.4.2. Conductoare alimentate n condiii de pierderi aproximativ constante. .1654.4.3. Conductoare alimentate cu tensiune aproximativ constant

166Cap. 5. Calculul electric al reelelor n regim permanent de funcionare

175

5.1.Determinarea cderilor i pierderilor de tensiune n reelele electrice alimentate

la un capt

175

5.1.1. Reprezentarea liniilor i consumatorilor n schemele echivalente de calcul1775.1.2. Linie electric reprezentat printr-o impedan

1775.1.3. Determinarea cderilor de tensiune n reelele arborescente de joas tensiune1845.1.4. Determinarea cderilor de tensiune n situaii particulare de funcionarea liniilor electrice de joas tensiune

184

5.1.5.Determinarea cderilor de tensiune n liniile electrice reprezentate prinschemele echivalente ale cuadripolilor n tc sau T

189

5.2.Alegerea seciunii conductoarelor liniilor electrice radiale pe baza criteriuluipierderii de tensiune admisibile

190

5.2.1. Ipoteza seciunii constante

1915.2.2. Ipoteza densitii de curent constante

1975.2.3. Ipoteza minimului de material

1985.3.Calculul circulaiei de cureni i al cderilor de tensiune n reelele buclate ....204

5.3.1. Linie alimentat la dou capete

2055.3.2. Reele buclate

211Cap. 6. Calculul pierderilor de putere i de energie n reelele electrice

242

6.1.Elemente fundamentale de calcul a pierderilor de energie n reelele electrice242

6.1.1. Parametrii specifici ai curbelor de sarcin

2426.1.2. Calculul pierderilor de putere i de energie n liniile electrice

2466.1.3. Calculul'pierderilor de putere i de energie n transformatoare

2486.1.4. Calculul pierderilor de putere ntr-o reea complex

2506.2.Reducerea pierderilor de energie n reele i sisteme electrice

256

"""" 6.2.1. Msuri tehnologice de reducere a pierderilor de energie n reelele i sis-temele electrice

257

6.2.2. Msuri de exploatare pentru reducerea pierderilor de energie n reelele

electrice263

Cap. 7. Reglarea tensiunii in reelele electrice

269

7.1. Mijloace de reglare a tensiunii n reelele electrice

2707.2. Reglarea tensiunii n reelele electrice prin injecie sau consum de putere reactiv 2707.2.1. Interpretarea fizic 2707.2.2. Influena circulaiei puterilor reactive asupra nivelului de tensiune n reelele electrice 2717.2.3. Variaia coeficientului ^- cu configuraia reelei. Semnificaie fizic 274dU

7.2.4. Aparate i maini electrice pentru producerea sau consumul de putere reactiv 277

7.2.5. Determinarea puterii compensatoarelor sincrone

2807.2.6. Legarea aparatelor de compensare la reeaua de transport

2827.3.Reglarea tensiunii prin introducerea unei tensiuni adiionale

282

7.3.1. Influena tensiunii adiionale asupra circulaiei de putere reactiv ....2827.3.2. Producerea tensiunilor adiionale longitudinale. Schimbtoarele de prizesub sarcin

284

7.3.3.Calculul prizei necesare unei reglri de tensiune

286

7.4.Reglarea puterilor active i reactive ntr-o reea buclat cu ajutorul tensiuniloradiionale

288

7.4.1. Regulatoare de inducie

2897.4.2. Transformatoare speciale

2907.5. Reglarea tensiunii prin modificarea parametrilor reelei

2917.6. Controlul tensiunilor i puterilor reactive ntr-o reea

296Cap. 8. Scurtcircuite n reele electrice

299

8.1.Scurtcircuitul trifazat

301

8.1.1. Scurtcircuitul trifazat alimentat de o surs de putere infinit

3018.1.2. Scurtcircuitul trifazat alimentat de la o surs de putere finit

3098.1.3. Influena reglajului automat asupra curenilor de scurtcircuit

3238.2.Scurtcircuite nesimetrice

327

8.2.1. Aplicarea metodei componentelor simetrice la studiul scurtcircuitelor nesimetrice

3278.2.2. Scurtcircuitul monofazat

3308.2.3. Scurtcircuitul bifazat

3328.2.4. Scurtcircuitul bifazat cu punere la pmnt

3338.2.5. Punerea simpl la pmnt

3388.3.Calculul curenilor de scurtcircuit

341

8.3.1. Sistemul unitilor relative

3428.3.2. Valorile reactanelor elementelor reelei corespunztoare curenilor de scurtcircuit

3458.3.3. Metode practice de calcul a curenilor de scurtcircuit

3588.4.Tratarea neutrului n reelele electrice

373

8.4.1. Moduri de tratare a neutrului n reelele electrice

375

Cap. 9. Stabilitatea sistemelor electrice

386

9.1.Stabilitatea static a sistemelor electrice

387

dP

9.1.1.Analiza stabilitii statice cu criteriul

389

d0

. dP

9.1.2.Influena regulatoarelor automate de tensiune n cazul criteriului....392

d0

9.1.3.Analiza stabilitii statice cu criteriul-^-

396

dU

dQ

.1.4. Influena regulatorului de tensiune asupra stabilitii dup criteriul

401

dt/

9.2.Stabilitatea dinamic a sistemelor electrice

402

9.2.1. Cauzele care produc pierderea stabilitii dinamice

4039.2.2. Elemente generale de calcul al stabilitii dinamic

4049.3.Metode de calcul al stabilitii dinamice

417

9.3.1. Metoda ariilor

4179.3.2. Metoda intervalelor succesive

425INTRODUCERE

Energia electric constituie n secolul nostru forma intermediar de energie, prin utilizarea creia, un mare numr de state au realizat dezvoltri ale economiilor lor n ritmuri din ce n ce mai accelerate, influennd favorabil, n acelai timp, i nivelul i modul de via al oamenilor. n prezent nu exist practic nici un domeniu de activitate n societatea modern cate s se poat desfura fr energie electric, iar indicatorii determinai de consumul acesteia permit ncadrarea fiecrei ri n anumite categorii privind dezvoltarea lor economico-social.

Creterea treptat a utilizrii energiei electrice care ajunge n prezent la peste 30% din consumul total de energie, pe plan mondial i cu mari perspective de cretere n viitor, sedatorete calitilor ei specifice, i anume:

- poate fi produs pe orice amplasament care corespunde din punct de vedere tehnico-economic;

poate fi transportat i distribuit de la surse pn la cei mai deprtai consumatori; poate fi transformat n condiii avantajoase n formele de energie finit necesare diferitelor activiti, respectiv: cldur, lumin, procese chimice, lucru mecanic pentru acionri.innd seama de faptul c centralele electrice care produc energia electric snt n numr redus fa de cel al centrelor de consum i mai ales fa de cel al consumatorilor, care snt repartizai pe un teritoriu foarte mare, n principiu, corespunztor unei ri, a aprut necesitatea realizrii unor instalaii electrice care s transmit puterea i energia electric produs n centrale tuturor consumatorilor indiferent de mrimea i amplasamentul lor. Aceste instalaii care constau ntr-un ansamblu de linii electrice aeriene i subterane i din staii i posturi de transformare constituie reelele electrice.

Funcie de poziia reciproc a centralelor electrice i a centrelor de consum, de mrimea puterilor produse i de distanele dintre surse i consumatori, rezult necesitatea realizrii unor linii electrice de diferite tensiuni nominale, care, din punct de vedere al funciunii pe care o au pot fi mprite n dou categorii. Astfel, snt linii electrice de transport, avnd tensiuni nominale de 400 kV, 220 kV i din ce n ce mai puine de 110 kV, i linii de distribuie cu tensiuni nominale de 0,4 kV; 6 kV, 10 kV, 20 kV i n parte de 110 kV. Liniile de transport transmit puteri mari de ordinul zecilor sau sutelor de MW de la centrale sau din zonele excedentare spre zone sau centre de consum situate la distane mari (zeci sau sute de km), iar cele de distribuie preiau puterile de pe partea secundar a staiilor sau posturilor de transformare i le distribuie, ajungnd pn la ultimul receptor de energie electric.

Reeaua electrica cuprinznd liniile i staiile care asigur legtura ntre bornele generatoarelor pn la bornele receptoarelor se ncadreaz ntr-un ansamblu mai mare denumit sistem electroenergetic n care intr, n plus, generatoarele electrice din centrale (fr turbine de antrenare) i toi receptorii de energie electric. Dac la sistemul electroenergetic se adaug, n partea centralelor, i celelalte instalaii, respectiv, turbinele, cazanele, depozitele de combustibil, pentru centralele termoelectrice i turbinele, barajele i lacurile de acumulare la centralele hidroelectrice, iar pe partea consumatorilor se consider mpreun cu receptoarele de energie electric i mainile sau mecanismele antrenate de acestea, ansamblul de instalaii rezultat constituie un sistem energetic.

1. Scurt istoric al dezvoltrii sistemului electroenergetic din ara noastr Dezvoltarea sistemului electroenergetic din ara noastr a parcurs dou etape importante.

Prima se ncheie n anul 1945, cnd dup aproape 60 de ani de electrificare n regimul burghezo-moieresc, puterea total instalat n centralele electrice a fost de numai 710 MW, iar producia de energie electric de 1,25 miliarde kWh.

Exista o singur linie de 110 kV cu lungimea de 127 km, ntre centralele Dobreti i Grozveti, iar celelalte reele, destul de eterogene, i foarte restrnse, n general realizate n jurul unor orae, funcionau la tensiuni de 60, 30, 15 i 6 kV. n principalele orae existau reele de distribuie la diferite tensiuni (2, 3, 6 i uneori 10 kV), unele dintre ele functioned n curent continuu sau la alte frecvene dect cea de 50 Hz.

Dup instaurarea puterii populare s-a pus problema construirii bazei tehnico-materiale a socialismului, n cadrul creia electrificarea ocup locul principal. Dezvoltarea sistemului electroenergetic s-a realizat n mod planificat cu ritmuri nalte de cretere.

n primul plan de electrificare pe 10 ani (19501960), odat cu realizarea primelor centrale electrice s-au dezvoltat i reele electrice pe zone mai ntinse, ceea ce a condus la formarea primelor sisteme energetice regionale, ntre anii 19501954 au aprut ca uniti distincte sistemele regionale, corespunztoare zonrii geografice, Muntenia, Transilvania central, de nord-vest i de sud-vest, Oltenia, Moldova i Dobrogea. Odat cu dezvoltarea industrializrii rii aceste sisteme s-au dezvoltat i s-au interconectat treptat *, astfel c la sfritul decenalului a fost creat sistemul energetic naional, care a permis utilizarea raional a tuturor instalaiilor electrice i producerea unor cantiti de energie care au depit cifrele planificate, atingnd 7,7 miliarde de kWh.

* n anul 1959 s-a racordat, la sistemul energetic naional, ultimul sistem regional izolat pn atunci, Dobrogea.

n perioada 1961 1965 s-a impus rezolvarea unei probleme legate de funcionarea n bune condiii, cu o siguran crescut, a unui sistem electroenergetic a crui configuraie fusese deja ncheiat mai nainte. n acest scop, a fost ridicat nivelul tehnic prin montarea unor grupuri unitare de puteri mari, pn la 100 MW i s-a introdus treapta de tensiune de 220 kV. n aceast perioad apare i prima linie electric de 400 kV, Ludu MukacevoLemeani, prin care sistemul electroenergetic din ara noastr este interconectat cu sistemele rilor socialiste vecine: URSS, Ungaria, Cehoslovacia.

Producia de energie electric n anul 1965 a fost de 17,2 miliarde kWh. n perioada 19661976 producia de energie electric a crescut n acelai ritm, punndu-se un accent deosebit pe mbuntirea structurii i funcionrii sistemului energetic. Pentru ridicarea, nivelului tehnic i utilizarea ct mai raional a energiei electrice, s-au realizat instalaii cu randamente ridicate, s-a trecut de la palierele de puteri ale grupurilor generatoare de 100 i 200 MW, importate, la palierul de 330 MW, fabricat n ar, care s poat arde combustibili inferiori, lignit i isturi bituminoase. n acest fel se realizeaz una din cele mai importante probleme de valorificare n scopuri energetice a combustibililor inferiori, crendu-se mari centrale n apropierea sau n centrul bazinelor carbonifere.

Astfel, n aceast perioad s-a construit centrala termoelectric de la Rovinari, care arde lignit extras local sau din bazinul carbonifer Motru. Puterea acesteia de 1 720 MW reprezint de dou ori i jumtate ntreaga putere a Romniei anului 1945. De asemenea, s-au deschis lucrrile pentru construirea celei mai mari centrale termoelectrice de la Turceni, a crei putere instalat de 2 640 MW este de aproape patru ori mai mare dect puterea existent n ar, n anul 1945.

n domeniul centralelor hidroelectrice s-au construit cele mai mari uzine cu o mare parte din utilaje fabricate n ar, dintre care se amintesc cele de la Porile de Fier de 1 050 MW (partea romneasc;, de la Lotru de 510 MW, de pe Some cu peste 200 MW .a.

n scopul reducerii pierderilor de energie n sistemul electroenergetic, s-a extins construcia liniilor de 220 i 400 kV i s-au efectuat studii privind oportunitatea introducerii treptei tensiunii de transport de 750 kV. La sfritul anului 1975, lungimea reelei de transport de 400 kV era de 2 336 km, a celei de 220 kV de 3140 km, a celei de 110 kV de 13 040 km, a celei de 1 4- 60 kV de peste 83 000 km i a celei sub 1 kV de circa 114 000 km. Prin aceste reele s-a livrat ctre consumatori o cantitate de energie de aproape 54 miliarde kWh. Documentele de partid elaborate de Congresul al XI-lea i al XII-lea prevd liniile directoare ale dezvoltrii economice i sociale a Romniei pe perioade mai mari de 15 sau chiar 20 ani. n prezent, puterea sistemului energetic din Romnia este de aproximativ 14 200 MW, concentrat n centrale puternice, care au produs n anul 1978 o cantitate de energie de 64,2 miliarde kWh (adic de 32 ori mai mult dect n anul 1950), vehiculat spre consumatori printr-o reea de linii de 110400 kV, cu o lungime de peste 20 000 km. Sistemul energetic al rii noastre este interconectat prin linii de foarte nalt tensiune de 220 i 400 kV cu toate rile vecine. n anul 1990 producia de energie electric este prezumat s ating cifra de 130140 miliarde kWh, asigurnd necesitile economiei n condiii optime n toate ramurile industriale.

Se va pune un accent deosebit pe dezvoltarea sistemului energetic, corespunztor transformrilor sociale i economice actuale i de perspectiv, reducerea consumurilor de combustibili, reducerea costurilor specifice ale investiiilor i ridicarea gradului de siguran n alimentarea consumatorilor, n acelai timp, se va reorienta structura energiei primare consumate, innd seama de eliberarea unor cantiti nsemnate de hidrocarburi, prin construirea de noi centrale termoelectrice numai pe crbuni inferiori i pe isturi bitu-

minoase. In acest sens, este n curs de realizare centrala termoelectric Anina pe isturi bituminoase i se fac studii pentru construirea celei de a doua centrale similare, precum i a centralelor cu termoficare, pe lignit, Giurgiu, Craiova II, Timioara, Borzeti II i altele.

Pentru transportul energiei electrice, se vor extinde tensiunile de 220 i 400. kV, construindu-se noi linii i realizndu-se un sistem solid, capabil s alimenteze consumatorii de energie electric n condiii de siguran sporite. De asemenea, pentru distribuia energiei electrice n industrie i eentrele urbane, se va ridica nivelul de tensiune, n acest fel crescnd gradul de tehnicitate i reducndu-se pierderile tehnologice de energie din reelele electrice.

Din acest scurt istoric rezult importana deosebit pe care o reprezint n electrificarea rii noastre reelele electrice i sistemul electroenergetic, care constituie obiectul acestui curs.

inndu-se seama de necesitatea pregtirii studenilor ingineri de la facultatea de Energetic, la nivelul cerinelor actuale, s-a cutat, ca n coninutul manualului, s fie cuprinse problemele mai importante, inndu-se seama de programa analitic fixat. n acest sens, au fost tratate structura reelelor electrice i parametrii elementelor componente ale acestora (linii, transformatoare), calculul electric al liniilor electrice, calculul nclzirii conductoarelor, calculul pierderilor de tensiune i alegerea seciunii conductoarelor, calculul pierderilor de putere i de energie electric i msurile de reducere a acestora. De asemenea, s-a acordat o atenie deosebit examinrii reglajului de tensiune n reelele electrice, calculului curenilor de scurtcircuit i tratrii neutrului reelelor electrice i stabilitii funcionrii n paralel a sistemelor electrice.

nsuirea acestor probleme de ctre studenii facultii de Energetic care vor lucra n cadrul sistemului energetic, n centralele termo- i hidroelectrice, precum i n viitoarele centrale nuclearoelectrice, constituie o condiie necesar pentru desfurarea unei activiti multilaterale n domeniul energetic.

Capitolul 1

STRUCTURI DE REELE ELECTRICE

Transferul energiei electrice de la surs spre consumatori se face prin intermediul reelelor electrice. Organizarea i coordonarea acestor reele determin structura lor. Deoarece structura reelelor electrice influeneaz puternic economicitatea i sigurana n funcionare a sistemului electro-energetic, n cadrul acestui capitol se urmrete o prezentare sintetic a tipurilor reprezentative de structuri de reele electrice.

1,1. PRINCIPII DE CLASIFICARE A REELELOR ELECTRICE

Clasificarea riguroas a reelelor electrice este dificil de fcut, deoarece nu exist puncte de vedere unanime n acest sens. n cele ce urmeaz, aceast clasificare se va prezenta innd seama de urmtoarele patru criterii: tensiunea nominal de funcionare, funcia sau destinaia reelelor, teri-toriul pe care se extind i topologia lor.

1.1.1. TENSIUNILE NOMINALE DE FUNCIONARE ALE REELELOR ELECTRICE

Din punctul de vedere al tensiunilor nominale de funcionare, n practic se indic urmtoarele categorii de reele: de joas tensiune (JT), de medie tensiune (MT), de nalt tensiune i foarte nalt tensiune (IT i FIT).

Domeniul tensiunilor joase utilizate n construcia reelelor electrice are valori pn la 1 kV, a celor medii pn la 35 kV, a celor nalte pn la 220 kV, iar a celor foarte nalte peste 220 kV. Aceast cretere a tensiunilor de serviciu a reelelor electrice determinat de dezvoltarea rapid a consumatorilor i de necesitatea alimentrii lor cu energie de la surse ndeprtate, a condus la implicaii economice, care se refer att la investiii, ct i la reducerea pierderilor tehnologice de energie.

In trecut, gama tensiunilor era foarte larg. Un exemplu din acest punct de vedere l constituie evoluia tensiunilor n Romnia ncepnd cu anul 1882 pn n prezent, indicat n tabela 1.1. Se constat c nainte de 1940 au fost construite att reele de curent continuu, ct i de curent alternativ la frecvene de 42, 45 i 50 Hz.

Pe msura creterii consumului de energie electric s-a impus tot mai mult reducerea numrului de trepte de tensiune, aceast operaie prezentnd, mari avantaje economice i tehnice. Astfel, s-au redus investiiile ca urmare

Tabela 1.1

Situaia tensiunilor din Romnia n perioada 18821978

Anul

deapariieLocalitateaTensiuneaDenumirea lucrrii

1882BucuretiPrima expoziie de iluminat cu arc din Romnia

1883BucuretiIluminatul cu arc al Teatrului Naional

1884Timioara2 kV G.C i becuri de 55 VPrima instalaie de iluminat electric a strzilor din Romnia i Europa

1888Timioara2 kV, ca. mono-

fazat; 110 V, ca.

1889Bucureti600 V, c.c.CTE Grozveti LEA

1895--96Sadu- Sibiu4,5 kV, 45 Hz, monofazat

1898Sinaia3 kV, trifazat

1898Sinaia-Doftana10 kV trifazatLEA

1900Sinaia-Cmpina25 kV trifazatLEA;

1902Craiova2 X 140 V, c.c.Primul grup Diesel din Romnia

1903Oradea3 kV, 42 Hz

1907Sadu II (Sibiu)12 kV

1908Constana2 X 220 V, cc.

1908Bucureti5 kV, 208/120 VFilaret

1912Vaslui500 Vprof. Vasilescu-Karpen

1915Someul Rece (Cluj)15 kV, 42 HzCHE

1924Floreti-Piteti-Bucureti60 kVLEA

1926Timioara10 kV

1930Dobreti (Ialomia) -110 kVprima LEA (127 km)

Bucureti

1930Cluj66 kVorecani-Cluj

1933Bucureti30 kV

1938Bucureti6 kVBucureti

1952Doiceti-Bucureti110 kVa doua LEA

1950--196015 kV i 35 kVLEA

1952Bucureti110 kVLEC (2 km)

1961Bicaz220 kVLEA

1965Ludu-Lemeani400 kVLEA

a tipizrii unei game largi i de mare serie de materiale i de soluii i s-a simplificat exploatarea prin reducerea numrului de materiale utilizate i prin ridicarea competenei profesionale a personalului de exploatare. n acelai timp, s-a creat posibilitatea interconectrii reelelor care alimentau zone vecine, permind reducerea puterii instalate n centralele electrice.

Reducerea numrului de tensiuni a avut loc n toate rile. Astfel, n Frana, existau n anul 1946 un numr de 25 de tensiuni medii, pentru ca n prezent s se ajung la numai 5 tensiuni; trebuie menionat, de exemplu, c n 1960, n aceeai ar, dei tensiunea de 15 kV reprezenta cea mai important treapt de tensiune medie n construcia reelelor de distribuie a energiei, celelalte trepte de 10, 20 i 30 kV fiind puin rspndite, cnd s-a pus problema alegerii i standardizrii, opiunea nu s-a fcut pentru tensiunea de 15 kV, ci pentru cea de 20 kV, care prezint avantajul c permite creterea capacitii de transport n raport cu prima i ofer posibilitatea alimentrii cu energie electric a consumatorilor ntr-o perspectiv mai ndeprtat. n acelai timp, instalaiile existente de 15 kV puteau fi trecute la tensiunea de 20 kV, cu modificri foarte reduse, deoarece ele aveau rezerve suficiente de izolaie.

n R.F.G. la aceleai categorii de reele de medie tensiune exist tendina generalizrii treptei de 10 i 20 kV, alegerea fiind dictat de unele condiii locale. La treapta de 10 kV se trec vechile reele de 6 kV. Aceeai tendin de restrngere a treptelor de tensiune exist i n Anglia, unde pentru reele de medie tensiune se utilizeaz treptele de 11 i 33 kV, n localiti urbane i de 20 kV, n anumite zone rurale.

n ara noastr n anul 1965, n domeniul reelelor de joas tensiune, n afara tensiunii de 220/380 V, mai existau i instalaii la 127/220 i 120/208 V. n prezent, ultimele dou trepte au disprut, tensiunea de 220/380 V fiind singura tensiune normalizat pentru treapta de joas tensiune. n, unele cazuri, chiar tensiunea de 220/380 V se dovedete a fi prea mic, fiind avantajoas din punct de vedere economic nlocuirea ei cu o tensiune mai ridicat, care se profileaz a fi cea de 660 V.

n grupa reelelor de MT, ponderea important au avut-o reelele de 5; 6 i 15 kV, ultima fiind utilizat mai ales n construcia reelelor aeriene din zonele rurale. Instalaiile de 10 i 20 kV erau puin dezvoltate. n prezent ns, snt aproape generalizate tensiunile de 10 kV i 20 kV n zonele urbane i tensiunea de 20 kV n zonele rurale. Operaia nceput n anul 1965, de trecere de la 5 i 6 kV la treptele de 10 i 20 kV i de la 15 kV la treapta de 20 kV, se ncheie, n anul 1980. Deoarece s-a preconizat ca n zonele urbane tensiunea de 20 kV s capete o mai larg dezvoltare, n anul 1977 a fost asimilat n ara noastr fabricaia cablului de 20 kV la un cost apropiat de cel de 10 kV, ceea ce va face posibil extinderea rapid a acestei trepte de tensiune.

Pentru trecerea unei reele la tensiuni superioare de distribuie s-au avut n vedere dou procedee, i anume procedeul suprapunerii i procedeul substituiei.

n primul procedeu se creeaz progresiv o nou reea peste cea existent, care coexist pn la nlocuirea total a instalaiilor vechi. n cadrul oraelor mari sau al zonelor cu expansiune rapid, acest procedeu este singurul utilizabil.

Cel de-al doilea procedeu presupune echiparea progresiv a reelei existente cu elemente la tensiunea superioar, dei funcionarea ei are loc la tensiunea inferioar care urmeaz a fi nlocuit. Trecerea propriu-zis la noua tensiune urmeaz s se efectueze odat cu nlocuirea transformatoarelor din reea.

innd seama de condiiile locale i de tradiia de dezvoltare energetic a fiecrei ri, Comisia Electrotehnic Internaional (C.E.I.) a recomandat o gam de tensiuni cu trepte foarte dese, prezentate n mod informativ n tabela 1.2, ncepnd cu 3kV. n aceeai tabel snt date i treptele de tensiuni standardizate n ara noastr (cifrele indicate ntre paranteze constituie tensiuni a cror extindere nu mai este indicat de standarde, urmnd ca ntr-un viitor apropiat s se renune la aceste trepte).

n funcie de destinaia lor, reelele electrice se pot mpri n reele de transport i reele de distribuie. Prima categorie asigur transportul unor cantiti nsemnate de energie electric la consumatori situai la distane mari, de ordinul sutelor de kilometri, realiznd legturi ntre principalele noduri ale sistemului electroenergetic. Tensiunile utilizate n acest domeniu snt tensiuni nalte i foarte nalte.

Cea de-a doua categorie asigur transportul unor cantiti de energie electric relativ reduse, pe distane scurte i la un ansamblu limitat de consumatori.

Se menioneaz c ntr-o reea de distribuie a energiei electrice se utilizeaz cel puin dou trepte de tensiune, i anume o tensiune joas i una medie. Acest lucru este impus de insuficienta capacitate de alimentare a consumatorilor numai prin reeaua de joas tensiune, la care snt racordai acetia, de cele mai multe ori, n mod direct. Din aceast cauz s-au creat posturi de transformare de MT/JT cu alimentarea pe partea de medie tensiune i cu multe plecri pe partea de joas tensiune. n cazul unor consumatori mari, posturile de transformare se transform n instalaii mai extinse, sub forma unor staii de transformare de IT/MT, n care pe partea primar se pot utiliza tensiuni de 20 sau chiar de 110 kV.

1.1.3.CLASIFICAREA REELELOR ELECTRICE N FUNCIE DE EXTINDEREA LOR

Dup extinderea lor, reelele electrice pot fi republicane, care constituie magistrale de nalt i foarte nalt tensiune ce strbat distane foarte mari, la nivelul rii, regionale, pe distane mai reduse, urbane i rurale.

Se consider reele electrice urbane, reelele electrice de pe teritoriul oraelor care asigur alimentarea cu energie electric a tuturor consumatorilor, cu excepia ntreprinderilor consumatoare de energie electric care au pe teritoriul ocupat de ele, reele electrice proprii. Reelele de distribuie din interiorul ntreprinderilor se numesc reele industriale. Reelele electrice rurale snt reele de distribuie a energiei electrice n mediul rural.

1.1.4.STRUCTURA TOPOLOGIC A REELELOR ELECTRICE

Reelele electrice trebuie s asigure transportul i distribuia energiei cu un nalt grad de siguran, cu toate c elementele lor componente snt supuse unor variate avarii. Gradul de siguran al alimentrii cu energie se mrete, fie prin construirea unor linii i aparate puternic dimensionate, fie prin creterea numrului de circuite.

Creterea gradului de siguran este ns o aciune costisitoare. Din aceast cauz snt necesare calcule comparative care privesc costul investiiilor suplimentare, pe de-o parte, i costul a ceea ce se economisete prin aceast mbuntire a siguranei, pe de alt parte. Evident c acest studiu comparativ este propriu fiecrui tip de reea i din aceast cauz topo-logiile sau configuraiile reelelor electrice se deosebesc, uneori fundamental. innd seama de acest lucru, se indic orientativ urmtoarele configuraii de reele: radiate, buclate i complex buclate.

Reeaua radiat, arborescent sau deschis, se caracterizeaz prin simplitatea structurii ei, fiind utilizat att la joas tensiune, ct i la nalt tensiune. Ea pleac de la o singur surs de energie, de exemplu barele de joas tensiune ale unui post de transformare, fiind constituit din una sau mai multe ramificaii, care urmeaz, n general, traseele pe care se afl consumatorii.

Reelele buclate snt alimentate de la mai multe capete, n general, de la dou sau trei surse de energie. n cazul a dou surse de energie, reeaua poate fi constituit dintr-o linie simpl alimentat de la ambele capete, n cazul n care tensiunile de la cele dou capete snt egale n modul i argument, reeaua alimentat de la dou capete poate fi reprezentat ca o reea inelar. Liniile de legtur, n cazul reelelor buclate, n-au discontinuiti ntre surse, astfel nct acestea debiteaz sau funcioneaz n paralel. Existena mai multor surse n paralel mrete gradul de siguran n alimentarea cu energie electric, deoarece cnd o ramur sau o surs este avariat i scoas din funciune, consumatorii pot fi alimentai pe alte ci de la sursa sau sursele rmase neavariate. Aceste reele ns snt mai scumpe dect cele radiale, necesitnd elemente constructive mai numeroase i o protecie mai complex.

Reelele complex buclate formeaz o structur analoag ochiurilor unei plase. Numrul surselor care debiteaz n paralel poate fi foarte mare, de ordinul sutelor. Aceast structur necesit ca toate liniile electrice s suporte suprasarcini i s fie echipate la cele dou extremiti cu aparate de deconectare, pentru caz de avarie. Alimentarea consumatorilor cu ajutorul acestor reele prezint o siguran foarte bun, ns la un pre ridicat. Din aceast cauz, aa cum se va descrie mai trziu, configuraia reelelor poate fi buclat, ns alimentarea consumatorilor s se fac radial, pe centre de consumatori, deconectnd anumite linii la un capt.

1.2. SCHEMELE DE CONEXIUNI ALE REELELOR ELECTRICE

Schema de conexiuni a unei reele electrice sau configuraia ei reprezint cu ajutorul unor semne convenionale, elementele componente principale linii, transformatoare, instalaii de compensare, bobine de reactan, aparate de comutaie respectnd legturile reale dintre aceste elemente. Orice schem de conexiuni a reelelor electrice trebuie s corespund necesitilor impuse de dezvoltarea consumatorilor i a surselor de energie i s ndeplineasc urmtoarele condiii principale:

s asigure continuitatea n alimentarea cu energie electric a consumatorilor, innd seama c orice ntrerupere provoac pagube economice, iar n cazul oraelor mai mari, are i aspecte importante de. ordin psihologic; s fie simple pentru exploatare i s ofere operativitate i elasticitate; elasticitatea n exploatare se impune mai ales reelelor electrice de distribuie, pentru, care, n caz de avarii, trebuie gsite cile suplimentare de alimentare a consumatorilor, ocolind sau izolnd poriunea defect;. s ofere posibilitatea de extindere n viitor, n funcie de amplasarea consumatorilor i a. surselor de energie, de puterea cerut de consumatori n timp (curba de sarcin), precum i de dezvoltarea reelelor de nalt i foarte nalt tensiune; s limiteze intensitatea curenilor de scurtcircuit pn la anumite valori maxime, determinate, n principal, de caracteristicile aparatelor de comutaie. Respectarea acestei condiii este deosebit de important din punct de vedere economic i al siguranei n funcionare; s aib un nivel tehnic ridicat care este determinat de utilizarea unor materiale i aparate cu performane ridicate, precum i a celor mai moderne sisteme de protecie i de automatizare.n cele ce urmeaz se prezint i se interpreteaz cele mai importante scheme de conexiuni de joas, medie i nalt tensiune, punndu-se un accent deosebit pe reelele electrice de distribuie urbane.

1.2.1. SCHEMELE DE CONEXIUNI ALE REELELOR ELECTRICE DE JOAS TENSIUNE

Reelele electrice de joas tensiune alimenteaz cu energie electric consumatorii, formai din iluminatul public i particular, motoare mici pentru hidrofoare, ascensoare, ventilatoare etc., precum i ateliere sau mici ntreprinderi industriale. Energia electric la astfel de consumatori se distribuie printr-o reea de joas tensiune de 380/220 V, conectat la una de medie tensiune de 20, 10 (6) sau de 20 (15) kV.

Schemele de conexiuni din reelele electrice de joas tensiune depind n principal de valoarea sarcinii specifice, exprimat n MVA/km2 i de necesitatea asigurrii unui grad de rezervare superior.

n cele ce urmeaz se vor discuta urmtoarele configuraii de reele de joas tensiune: radiate, buclate i complex buclate.

Schema radial prezentat n figura. 1.1 are aparate de protecie simple i sigure constituite din siguranele Sv S2 i S3 montate pe liniile principale (SJ, pe derivaiile dintre aceste linii (S2) i pe racordurile la consumatori (53). Pentru ca n cazul unei avarii s fie deconectai ct mai puini consumatori, protecia realizat prin sigurane trebuie s fie selectiv, adic siguranele s fie alese astfel nct curenii

, , 0 ^ jnominali ai acestora s descreasc pe m-

Fig. 1.1. Schema de conexiune ra-x

diai a unei reele.sura deprtrii de sursa de alimentare..

Schema fiind simpl, exploatarea ei este foarte uoar ns gradul de siguran n alimentarea consumatorilor este redus, deoarece n cazul unei avarii, rmn fr alimentare cu energie electric toi consumatorii situai n aval de sigurana care a lucrat. Datorit acestui fapt reelele radiale se utilizeaz numai pentru alimentarea consumatorilor a cror ntrerupere nu are consecine grave.

Schemele de conexiuni buclate ofer posibilitatea alimentrii consumatorilor pe mai multe ci de la aceeai surs sau de la surse diferite i n consecin elimin neajunsul principal al schemelor radiale. n acelai timp, se reduc mult pierderile de energie fa de reelele radiale, ca urmare a faptului c consumatorii snt alimentai de la posturile de transformare cele mai apropiate, mbuntindu-se totodat nivelul de tensiune, deoarece fiecare linie din reeaua buclat este alimentat de la ambele capete.

n figura 1.2 se prezint o reea de joas tensiune buclat longitudinal, la care posturile de transformare PT n numr de trei pn la ase snt alimentate de la aceeai linie de medie tensiune.

n aceast reea liniile de joas tensiune la care snt conectai consumatorii snt alimentate, fie de la dou posturi de transformare, fie de la un singur post de transformare cu funcionare n inel nchis. Aceste linii snt dimensionate pentru alimentarea de la dou capete. n cazul n care pe liniile de joas tensiune, n punctele de separaie a curenilor se monteaz sigurane de tipul siguranelor Sv 52, S3 reeaua se numete reea buclat longitudinal cu legturi slabe.

Curentul nominal al acestor sigurane este cu dou trepte mai mic dect curentul nominal al siguranelor prevzute la capetele liniei n posturile de transformare.

pa2

Fig. 1.2. Schema de principiu a reelei buclate longitudinal cu legturi slabe".

2 Reele i sisteme electrice Cd. 385

n cazul unui scurtcircuit klt pe linia de medie tensiune care alimenteaz cele trei posturi de transformare, are loc, n urma deconectrii ntrerup torului din punctul de alimentare PA, ntreruperea ntregii reele alimentate de cele trei posturi de transformare. Localizarea defectului prin ncercri repetate de deconectare i repunere sub tensiune a reelei, se face numai dup scoaterea siguranelor care reprezint aa-zisele legturi slabe (S2 i S3). Aceast operaie este necesar pentru a se evita topirea lor datorit suprasarcinii. n cazul unui scurtcircuit k2 n transformatorul din postul de transformare PT2, se topete sigurana montat pe partea de medie tensiune a acestuia ca i siguranele S2 i 53. n acest fel, rmn frali-

17

mentare consumatorii care n mod obinuit snt conectai la acest post de transformare. Repunerea sub tensiune ncepe prin deconectarea transformatorului din postul de transformare PT2 pe partea de medie i joas tensiune i prin trecerea sarcinii alimentate de la acest post, prin liniile de legtur, la posturile de transformare PTX i PT3, situaie care se menine pn la nlocuirea transformatorului.

n aceast schem transformatoarele trebuie prevzute cu o rezerv suficient de putere, pentru ca n cazul avarierii unuia din transformatoare, cele rmase n funciune s poat prelua i sarcina transformatorului avariat.

n cazul defectului din punctul i3 de pe o linie de joas tensiune se topesc siguranele din postul de transformare PT2 i legtura slab" S3. n acest fel se selecteaz numai poriunea defect.

Pentru creterea siguranei n alimentarea consumatorilor s-a trecut la buclarea reelei de joas tensiune, a crei alimentare s se realizeze de la linii diferite de medie tensiune. n acest fel s-a obinut schema de conexiuni buclat longitudinal i transversal cu puncte de legturi slabe", prezentat n figura 1.3.

Funcionarea proteciei n caz de defect este analoag cu aceea a schemei buclat, longitudinal. Astfel, n cazul unui scurtcircuit n punctul klt pe cablul (distribuitorul) de 10 kV, acesta este deconectat din punctul de alimentare i totodat separat de cellalt distribuitor prin topirea siguranelor 53, S4, S7 i 58. Dup izolarea defectului, prin intermediul legturilor transversale, consumatorii din reeaua de joas tensiune snt alimentai de la linia de medie tensiune neavariat. n aceste condiii, rezult c n cazul existenei unei rezerve suficiente, se asigur o alimentare continu a consumatorilor cu energie electric, att la producerea defectului pe linia de medie tensiune, ct i ntr-unui din transformatoare.

Repunerea sub tensiune dup o asemenea avarie ncepe cu desfacerea siguranelor S2, S3 i S7, determinarea prin ncercri a tronsonului defect etc.

Experiena de exploatare a acestei reele a artat c ea este puin sensibil la ocurile de sarcin ce pot aprea, c nivelul de tensiune este corespunztor i pierderile de energie snt considerabil reduse fa de cazul alimentrii radiale. Dezavantajul unor asemenea scheme este determinat de timpul mare necesitat de lichidarea avariilor prin desfacerea aa-ziselor legturi slabe". Deoarece schimbarea siguranelor ntr-o astfel de reea se face sub tensiune i sub sarcin, se recomand nlocuirea siguranelor de pe partea de joas tensiune a transform matoarelor cu ntreruptoare de joas tensiune.

-jt

b)

n cazul n care n aceste scheme nu se mai introduc siguranele legturilor slabe, care realizeaz desfacerea reelei n timpul unei avarii, este necesar echiparea posturilor de transformare cu ntreruptoare automate prevzute cu relee direcionale sau cu sigurane riguros calibrate pentru a asigura protecia n cazul defectelor pe partea de medie tensiune. Reeaua de joas tensiune este protejat prin sigurane.

Reeaua complex buclat poate fi conceput sub forma ei cea mai simpl ca n figura 1.4, a, unde alimentarea din reeaua de medie tensiune, se face prin trei cabluri (C) 7, 2 i 3. O astfel de schem are avantajul fa de schemele prezentate anterior c permite reducerea ntr-o oarecare msur a rezervei din transformatoare, i din conductoare pe partea de medie tensiune i joas tensiune, fr a micora gradul de siguran n alimentarea cu energie electric a consumatorilor.

n figura 1.4, b se prezint o reea de joas tensiune complex buclat n form de plas. Nodurile reelei, create la fiecare cutie de distribuie, cuprind cel puin trei cabluri de joas tensiune alimentate de la posturi de transformare diferite.

n aceast configuraie de reea este practic evitat ntreruperea alimentrii cu energie electric a consumatorilor n cazul unei avarii ntr-un cablu de medie tensiune sau ntr-un post de transformare, iar un defect n reeaua de joas tensiune conduce la izolarea tronsonului avariat prin aciunea siguranelor fuzibile i afecteaz doar consumatorii racordai la tronsonul respectiv.

n afara acestui avantaj, care este legat de sigurana n alimentare a consumatorilor, configuraia complex buclat permite acoperirea unor sarcini crescute numai prin introducerea unor noi posturi de transformare n nodurile corespunztoare ale reelei, fr alte lucrri n reeaua de joas tensiune. n acelai timp, capacitatea de ncrcare a reelei de joas tensiune poate crete, pn la limita admisibil din punct de vedere termic, nemaifiind limitat de cderile de tensiune.

Reelele buclate prezint dezavantajul unor cheltuieli de investiii mai mari cu cel puin 20% fa de cele radiale, ca urmare a montrii unor aparate perfecionate suplimentare de protecie.

Astfel, posturile de transformare snt dotate cu ntreruptoare automate echipate cu relee direcionale. n cazul unui defect pe un cablu de alimentare la tensiunea medie, va declana ntreruptorul din punctul de alimentare prevzut cu protecie maximal; deoarece cablul rmne alimentat prin reeaua de joas tensiune declaneaz ntreruptoarele automate echipate cu relee direcionale montate n posturile de transformare care snt racordate la cablul respectiv. n acest mod cablul este deconectat de la toate sursele de tensiune. n cazul unui defect n transformator, acesta este izolat pe partea de medie tensiune cu ajutorul ntreruptorului respectiv, cnd acesta exist, iar cnd nu exist, prin deconectarea cablului de alimentare cu toate posturile racordate la el, iar pe partea de joas tensiune cu ajutorul ntreruptorului automat echipat cu relee direcionale. Sarcina posturilor de transformare deconectate este preluat de celelalte posturi i cabluri, prin intermediul reelei de joas tensiune. Separarea selectiv a posturilor defecte dintr-o reea se poate realiza cu sigurane de mare putere de rupere montate n toate nodurile reelei. Se folosesc sigurane cu caracteristic lent n domeniul de scurtcircuit, care asigur selectivitatea i nu deconecteaz la diferite ocuri de curent de scurt durat.

Datorit avantajelor artate, schemele complex buclate s-au extins mult n concepia reelelor de distribuie de joas tensiune n zonele urbane. n oraul Bucureti, aceast schem este folosit din anul 1963, cnd a nceput s funcioneze experimental numai n zona unui punct de alimentare. Pn n anul 1975, o astfel de concepie s-a extins la 11 puncte de alimentare cu 275 posturi de transformare, fapt care a permis reducerea pierderilor de energie. Trecerea la configuraii complex buclate, cu cele 34 distribuitoare care se ntreptrund este foarte costisitoare. Din aceast cauz, uneori avantajele oferite de aceste configuraii snt insuficiente pentru compensarea costurilor ridicate. Dezvoltarea ei este prevzut n continuare n zonele dimensionate corespunztor, n alte zone efectundu-se numai buclri longitudinale i transversale.

k Siguran Fuzibilo cu

I caracteristica lento Fig. 1.5. Schema unei reele complex buclate de joas tensiune cu limitatoare.

n anumite cazuri, pentru reducerea investiiilor s-au dezvoltat scheme complex buclate, fr sigurane fuzibile. n aceste condiii izolarea defectelor se realizeaz pe principiul autoizolrii, prin arderea local a cablurilor afectate, existnd posibilitatea de a nu mai fi ntrerupt alimentarea nici unui consumator.

n figura 1.5 se prezint o astfel de reea, n care posturile de transformare nu au protecie pe partea primar, singurul element de deconectare fiind elementul de pe cablul distribuitor. n aceste condiii, n cazul unui defect pe cablul de medie tensiune sau ntr-un transformator, se deconecteaz distribuitorul cu toate posturile de transformare conectate la el. Din aceast, cauz este necesar o ntreptrundere foarte strns a posturilor de transformare.

Dac defectul are loc n reeaua de joas tensiune, ntre dou noduri ale acesteia, eliminarea lui se va face prin arderea local a cablului, care are loc ntr-un timp foarte scurt, ce nu depete 1 s. Stingerea arcului electric care ia natere la ardere, se produce datorit scderii tensiunii n. locul de defect i a degajrii din izolaia cablului a unor gaze deionizante cu care se realizeaz un suflaj local. n reelele de joas tensiune de 380 Y sau mai mici stingerea arcului i autoizolarea defectului este sigur, dac intensitatea curenilor de scurtcircuit este cuprins ntre anumite limite. De exemplu, pentru cabluri cu seciunea de 95 mm2 Cu, curenii de scurtcircuit trebuie s fie cuprini ntre limitele de 1,5 i 20 kA *. Dac intensitatea acestora este prea mare, arderea arcului este favorizat, iar dac este prea mic, degajarea de gaze deionizante poate fi insuficient pentru stingerea acestuia. La seciuni mai mici, la cabluri de aluminiu sau la tensiuni mai joase, apariia fenomenului de autoizolare este mai sigur.

Totui, n reelele de joas tensiune cu autoizolare se pot utiliza ca mijloace suplimentare de protecie, limitatoarele, care snt realizate sub forma unor sigurane cu fir fuzibil mai gros i cu inerie termic mare. Ele permit desfurarea fenomenului de autoizolare n bune condiii, dar se topesc dac defectul dureaz i tinde s se permanentizeze. Ele snt montate, aa cum se vede n figura 1.5, la capetele fiecrui cablu i n posturile de transformare.

Apariia unor soluii noi de dezvoltare urbanistic, caracterizate prin construcii nalte i foarte nalte au determinat creterea sarcinilor specifice i perfecionarea echipamentelor electrice i a mijloacelor de ntreinere i intervenie n caz de avarie n reelele de distribuie.

n aceste condiii este posibil revenirea la schemele radiale, care necesit investiii mult mai mici i o exploatare mai uoar dect reelele complex buclate. n multe cazuri, rezervele asigurate din concepie pentru reelele complex buclate de joas tensiune, nu pot fi valorificate n exploatare dect dup un timp ndelungat, din cauza unor manevre complicate care trebuie efectuate. Din aceast cauz, pentru alimentarea unor cldiri foarte nalte, se utilizeaz racorduri adnci la medie tensiune, urmnd ca distribuia la diverse nivele s se realizeze prin scheme radiale de joas tensiune.

1.2.2. SCHEMELE DE CONEXIUNI ALE REELELOR DE MEDIE TENSIUNE

Reelele de medie tensiune alimenteaz cu energie electric reelele de joas tensiune prin intermediul posturilor de transformare (PT) de MT/JT, precum i unii consumatori industriali racordai direct la medie tensiune. La rndul lor, reelele de medie tensiune snt alimentate cu energie electric fie de la reelele de nalt sau foarte nalt tensiune prin intermediul staiilor de transformare, fie direct de la barele centralelor. Barele de medie tensiune ale staiilor de transformare sau barele centralelor constituie barele de alimentare ale reelelor de medie tensiune.

* n realitate, intensitatea curenilor este mai mic, deoarece rezistena arcului care apare limiteaz aceast intensitate sub 10 kA.

n cazul n care aceste reele pleac direct de la barele de alimentare la barele consumatoare se spune c sistemul de distribuie la medie tensiune este cu distribuie direct. n cazul n care ntre barele de alimentare ale reelelor de medie tensiune i barele consumatoare ale acestora se afl staii de conexiuni de medie tensiune denumite i puncte de alimentare (PA) se spune c sistemul de distribuie la medie tensiune este prin puncte de aii

inentare. Reelele de medie tensiune situate ntre barele de alimentare i punctele de alimentare se numesc reele de fideri, iar reelele de medie tensiune situate ntre punctele de alimentare i barele consumatoare sau ntre barele consumatoare i barele de alimentare n cazul distribuiei directe se numesc reele distribuitoare denumite i reele de distribuie. Rezult c schemele de conexiuni ale reelelor de medie tensiune cu distribuie direct snt constituite numai din reele distribuitoare, n timp ce schemele de conexiune ale reelelor de medie tensiune cu distribuia prin puncte de alimentare conin reele de fideri denumite i reele distribuitoare sau de distribuie.

mt

b)

1.2.2.1. Schemele de conexiuni ale reelelor de distribuie. Pentru mrirea siguranei n alimentarea de energie electric a posturilor de transformare de MT/JT se urmrete realizarea dublei alimentri a acestora. Astfel, racordarea posturilor de transformare poate fi fcut n derivaie sau n serie.

mt

'TfJWfv

ei

mt

d)

mt

mt

HHHHHHh

n soluia racordrii n deri- mt vaie pentru fiecare post de transformare se asigur posibilitatea de conectare la dou cabluri de medie tensiune. n figura 1.6, a este reprezentat schema cu un cablu de lucru i un cablu de ajutor, schema fiind denumit n dubl derivaie", iar n figura 1.6, b cablul de ajutor poate fi oricare din cele trei cabluri, n afara celui avariat. Comutarea postului de transformare de pe cablul avariat pe cablul de ajutor se face prin utilizarea unui sistem automat care intr n funciune exclusiv dup informaiile din post.

PfJJTTf'

Trrrrf

e)

Fig. 1.6. Schema de alimentare a posturilor de transformare prin reele de distribuie:

a n dubl derivaie cu un cablu de ajutor a trei cabluri de lucru; 6n dubl derivaie cu o arter de patru cabluri distribuind simultan; c n serie, n funcionare normal; dn serie n caz de avariere a unei poriuni; e n serie cu cablu ajuttor.

n cadrul racordrii n serie (fig. 1.6, c, d i e), fiecare distribuitor de medie tensiune are posibilitatea de a fi racordat la dou surse, fiind secionat ntr-un post de transformare oarecare; comutarea automat la cea de-a doua surs se poate face numai n baza informaiilor privind situaia ntregului distribuitor, ceea ce implic (pentru trans-

AAR

*1

:h3D-

-GD-

steaua de'fideri

-PA

11li AW7l/0

UJUJ i/e' ftferf

-qs>) zz:

7

PT2

:-GD-

-GD-

-

-0D-

-

H3D-

Fig. 1.7. Scheme de alimentare biradiale a posturilor de transformare: a de pe barele aceluiai punct de alimentare; b de pe barele a dou puncte de alimentare.

miterea indicaiilor necesare localizrii defectului i pentru stabilirea ordinei de realimentare) pozarea n paralel cu cablul de medie tensiune i a unui fir pilot.

Se constat c din punctul de vedere al posibilitilor de restabilire a alimentrii postului de transformare, dup o avarie pe circuitele de medie tensiune, schema cu racord n dubl derivaie este mai avantajoas dect schema cu racord n serie.

Cu toate acestea schemele cu racordarea postului de transformare n serie snt destul de rspndite, iar n cazul n care exploatarea lor este neautomatizat, izolarea unor eventuale defecte se realizeaz prin manevre n reea.

n figura 1.7 se arat o schem de conexiuni biradial, cu dou distribuitoare jDx i jD2 care poate alimenta simultan posturile de transformare cnd reeaua funcioneaz buclat. Cnd reeaua funcioneaz radial, se recomand ' ca fiecare' distribuitor s alimenteze radial jumtate din posturile de transformare (a se vedea separatorul deschis). n caz de scurtcircuit pe un distribuitor, posturile de transformare alimentate de acesta snt comutate pe cellalt distribuitor. Prin urmare, n funcionarea normal un distribuitor este ncrcat numai la 50% din capacitatea sa de transport, 50% fiind rezerv, el fiind supradimensionat cu 100%.

Schema este utilizat att pentru reelele de cabluri din mediul urban, ct i pentru unele reele aeriene din mediul rural.

O schem de conexiuni mai perfecionat este cea din figura 1.8 care n regim normal funcioneaz buclat. Pentru mai mult siguran cele dou distribuitoare D1 i D2 Pt fi conectate la puncte de alimentare sau staii de transformare diferite.

1.2.2.2. Schemele de conexiuni ale reelelor de fideri. Exist o gam foarte larg de scheme cu puncte de alimentare, fiecare avnd un domeniu optim de aplicaie, funcie de puterea cerut de consumatori, de gradul de siguran impus, de structura reelei de distribuitori, de posibilitile de racord la staiile de IT/MT etc/

mi

PA

Fig. 1.8. Schem de conexiune buclat cu funcionare radial.

n cazul existenei unui singur punct de alimentare, cea mai simpl schem este cea radial prezentat n figura 1.9, a. Aceast schem necesit investiii reduse i o exploatare uoar. n schimb, n cazul unui defect pe barele staiei de transformare (ST) sau pe fider, punctul de alimentare (PA), i deci reeaua de distribuie, rmne fr tensiune. Pentru nlturarea acestui neajuns i avnd n vedere c defectele snt mai frecvente la fideri dect pe barele staiei de transformare, se realizeaz o alimentare radial prin

doi fideri paraleli (fig. 1.9, b) care fiind prevzui cu o protecie corespunztoare, asigur alimentarea continu a consumatorilor, chiar i la apariia unui defect pe unul din fideri. n acest caz, dimensionarea fiderilor se face astfel nct fiecare s poat prelua ntreaga sarcin a punctului de alimentare, meninndu-se deci n fideri o rezerv de 100%. Dezavantajul schemei const n aceea c, datorit existenei fiderilor n paralel, eficacitatea bobinelor de reactan care snt necesare pentru limitarea curenilor de scurtcircuit este redusa.

Pentru micorarea curenilor de scurtcircuit, meninnd avantajul alimentrii prin mai muli fideri, se secioneaz barele punctului de alimentare i se introduce cupla longitudinal prevzut cu dispozitiv de anclanare a rezervei (AAR). n funcionare normal cupla este deschis, nchizndu-se automat cnd pe una din seciile de bare a disprut tensiunea. n astfel de scheme de conexiuni cu barele punctului de alimentare secionate, seciile de bare snt alimentate prin fideri care snt racordai la una sau mai multe staii de transformare.

n reelele de 15 sau 20 kV, punctele de alimentare pot avea dou chiar trei sisteme de bare, dintre care unele secionate. n figura 1.10 este prezentat un punct de alimentare cu dou sisteme de bare, unul secionat (bara de lucru), altul nesecionat (bar de rezerv). Bara de lucru are fiecare din cele dou secii alimentate de cte un fider. Cel de-al treilea fider este destinat alimentrii de rezerv, fiind conectat la bara nesecionat.

Cnd se defecteaz fiderul de alimentare, alimentarea de rezerv poate fi conectat cu ajutorul cuplelor transversale prevzute cu AAR. Pentru a putea schimba rolul fiderilor n reea se folosesc separatoarele 5j i S2. n situaia

prezentat n figur, fiderul B este de rezerv, dac se nchide separatorul S2, iar cnd se nchide separatorul S1 fiderul A este folosit ca rezerv. Sarcina normal a unui fider poate fi egal cu sarcina sa maxim, avnd o rezerv n capacitate de transport de 50 %.

Deoarece n cadrul oraelor, schemele reelelor de medie tensiune cuprind mult mai multe puncte de alimentare, acestea pot fi cu funcionare radial sau cu funcionare buclat.

Scheme de conexiune a reelelor de fider cu dou puncte alimentare.

n figura 1.11 snt reprezentate dou tipuri de scheme de conexiuni pentru reeaua care are dou puncte de alimentare, fiecare putnd lucra att radial cu AAR, ct i buclat, fr AAR. Schema din figura 1.11, a, realizat i n reeaua

oraului Bucureti, este echivalent din punctul de vedere al funcionrii cu schema din figura 1.11, c, ns aceasta din urm are o lungime total a cablurilor mai mic. Ambele scheme necesit o rezerv de 100% n capacitatea de transport a fiderilor. Schemele din figurile 1.11, b i d snt, de asemenea, echivalente ntre ele i funcioneaz obinuit radial. n cazul cnd bara unuia din punctele de alimentare rmne fr tensiune, dispozitivul AAR restabilete situaia normal.

n figura 1.12 snt indicate unele scheme de conexiuni ale reelelor de fideri n cazul cnd sectorul are trei puncte de alimentare sau schema unei triplete de puncte de alimentare. Schema din figura 1.12, a poate avea fiderii de alimentare racordai la secii de bare diferite, dac acestea exist.

1

ST

ST, ST2 57?

O o o o o

FC

PA,

1 " I I

PA2

\\AAf?jjui^tt^ |1

PA, PA2 PA3

a)b)

Fig. 1.12. Scheme de conexiuni ale reelei de fideri cu trei puncte de alimentare.

Dac se consider c n funcionarea normal cei trei fideri snt egal ncrcai, iar legturile dintre barele punctelor de alimentare snt ntrerupte, n caz de avarie la ieirea din funciune a unui fider, legturile dintre barele punctelor de alimentare se nchid, iar cei doi fideri n funciune se suprancarc cu 50%. Dac legturile dintre punctele de alimentare snt prevzute cu AAR, reeaua funcioneaz n condiii normale radial i se bucleaz cnd dispare tensiunea de pe una din barele punctelor de alimentare.

Schema din figura 1.12, b a fost propus i n reeaua oraului Bucureti i va nlocui treptat schema din figura 1.12, a. Ea funcioneaz, n condiii normale, radial i are asigurat rezerva printr-un fider comun (FC) celor trei fideri activi, care intr n funciune prin dispozitivul AAR. Astfel rezerva n capacitatea de transport a fiderilor este 33%.

n oraul Bucureti marea majoritate a reelei de distribuie de medie tensiune este construit pentru funcionarea prin puncte de alimentare. Caracteristicile de reea i de consum care au dat prioritate sub aspect tehnic i economic acestui sistem de distribuie snt:

densitatea de suprafa a sarcinii relativ mic de 0,5 ~ 5 MVA/km2;

staii de transformare puine i amplasate la distane destul de mari una de alta;

staii de transformare amplasate excentric fa de zona deservit, n figura 1.13 este reprezentat schema de distribuie de baz pentru

reeaua de fideri i de distribuitoare din Bucureti, n care reeaua de fideri este asemntoare cu figura 1.12, b.

Fiderii punctelor de alimentare funcioneaz radial, deoarece acest mod de lucru prezint unele avantaje:

o siguran sporit de alimentare, deoarece fiderii de baz i de rezerv se conecteaz la bare diferite ale staiei de transformare, ceea ce practic echivaleaz cu dou surse de alimentare distincte: protecia este mai simpl i mai sigur; puterile de scurtcircuit snt mai mici dect n situaia c s-ar funciona n schem buclat.Schema de funcionare n triplet nu este unic n reeaua de MT din Bucureti. n acest sens se menioneaz punctele de alimentare de abonat prevzute s funcioneze singular i care au doi fideri activi n staie, fiecare dimensionat pentru ntreaga putere solicitat de consumator. Bara punctului de alimentare este secionat printr-o cupl cu ntreruptor prevzut cu instalaie de AAR.

Funcionarea cu doi fideri ncrcai la jumtate din sarcin este mai avantajoas din punct de vedere al pierderilor de putere i energie dect soluia cu un fider activ i unul de rezerv. Mai exist i puncte de alimentare care funcioneaz n dublet i care snt prevzute de fapt pentru triplet la apariia primului punct de alimentare din zon.

Din figura 1.13 se constat c reeaua de distribuie este construit n sistemul buclat deschis. n oraul Bucureti, de la schema de conexiune bu-clat-deschis a distribuitoarelor exist i excepii:

distribuia biradial (fig. 1.7) adoptat n special pentru alimentarea unor consumatori cu puteri concentrate i un grad de siguran sporit; distribuia de tip radial pentru consumatorii periferici; distribuia bloc, foarte rar ntlnit i adoptat pentru consumatori foarte importani.Soluia buclat-deschis pentru schemele de conexiuni ale reelelor de distribuitoare este larg rspndit i n schemele noilor orae din strintate.

Deoarece odat cu creterea consumului de energie electric, numrul staiilor de transformare s-a mrit sensibil, iar amplasarea acestora urmrete s se fac n centrul de greutate al consumului, avantajele distribuiei prin puncte de alimentare ncep s se estompeze, aprnd mai avantajoas distribuia direct.

Astfel ptrunderea tensiunilor nalte i foarte nalte de 110 -i- 400 kV pn n apropierea centrului de sarcin permite realizarea unor staii de transformare cu schem simplificat pe partea de nalt tensiune, numite

staii de racord adnc (SRA) care au avantajul micorrii pierderilor de putere i reducerii lungimii reelei de medie tensiune.

n figura 1.14 se prezint o staie de racord adnc menionndu-se totodat prile principale ale reelelor de distribuie industriale.

Astfel, reelele de distribuie industriale pot fi alctuite din:

reeaua propriu-zis, constituit din ci de distribuie i alimentare (fideri) de medie i joas tensiune, realizate n linii aeriene, cabluri sau bare conductoare; staii intermediare de distribuie, denumite uneori i puncte de distribuie (PD), care distribuie energia electric spre posturile de transformare de secii, la aceeai tensiune la care o primesc de la staia principal; posturi de transformare (PT), de secii (atelier) care transform la joas tensiune energia primit la medie tensiune de la staiile de distribuie, n cazul n care ntr-un post de transformare apare necesitatea unor plecri pe parte primar pentru diverse receptoare de medie tensiune, se realizeaz un post de transformare i distribuie (PTD).Referitor la reelele urbane trebuie menionat c n ara noastr n cazul staiilor de transformare noi se adopt soluii mixte: distribuia direct pentru consumatorii din imediata vecintate a staiei i distribuia prin puncte de alimentare pentru zonele situate la distane mai mari de 3 km de staie.

1.2.2.3. Schemele de dezvoltare ale reelelor electrice urbane. Se preconizeaz n general ca schemele de conexiuni ale reelelor urbane s admit posibilitatea dezvoltrii lor treptate n etape bine studiate energetic i coordonate cu planurile de sistematizare urban. Soluiile alese trebuie s fie suficient de elastice nct s permit adaptarea schemelor la modificri de prognoze privind creterea sarcinilor i distribuirea acestora pe suprafaa teritorial.

n cele ce urmeaz se prezint o serie din cele mai cunoscute scheme avute n vedere n studiile de planificare a reelelor electrice urbane de medie tensiune n cabluri, att n cazul existenei punctelor de alimentare, ct mai ales pentru cazul distribuiei directe.

A.Schema n fus. Reeaua de plecare a fusului este reeaua de medietensiune funcionnd n bucl deschis n regim normal (figura 1.15).

Cnd puterea distribuit prin bucl atinge valoarea ce poate fi transmis prin unul din cele dou cabluri este necesar consolidarea acestuia; se introduce atunci cablul de rezerv sau de ajutor. Alegerea extremitii cablului de ajutor fixeaz poziia aa-numitului punct de reflexie (fig. 1.15, etapa II).

Pe msura creterii consumului, reeaua se consolideaz pn cnd numrul cablurilor de lucru atinge cifra 6. Se obine atunci starea de saturaie a fusului, care nu se poate rupe dect prin crearea unui nou fus.

B.Schema n form de spic. Este un fus n care cablul de ajutor joacrolul punctului de reflexie. Ca i fusul, spicul cuprinde n form final 6cabluri de lucru pentru un cablu de rezerv. Reeaua de plecare a spicului

Fig. 1.15. Structur n form de fus:

etapa I reea tip ,fus minim" sau bucl sprijinit; etapa II montarea cablului de rezerv i alegerea punctului de reflexie; etapa i77 saturaie 6 cabluri de baz, un cablu de rezerv.

poate fi tot reeaua n bucl, deschis. Consolidarea acestei reele se realizeaz trgnd un cablu, de rezerv, de la surs pn la, un punct oarecare al buclei, cu. condiia ca puterea distribuit sarcinii prin cele dou semibucle s nu depeasc puterea limit a unui cablu de lucru.

\'Cnd semibucla i atinge va-

Fig. 1.16. Structura n form de. spic.loarea. limit se introduc succesiv

noi cabluri de lucru; spicul se dezvolt astfel pn ajunge n forma final prezentat n figura 1.16.

C. Schema n bucle sau reea cu ochiuri. Bucla iniial se transform pe msura creterii sarcinilor ntr-un numr mai mare de bucle racordate att la surs prin fideri, ct i ntre ele prin conexiuni reciproce (fig. 1.17).

etapa II

Fig. 1.17. Structura n bucle.

D. Schema n form de petale de margaret". Petala de margaret este o bucl alimentat fie direct din staie, fie dintr-un punct de alimentare cap de petale", racordat la staie prin fideri. Din punctul de alimentare pot fi alimentate mai multe petale, pn la maximum 4 (fig. 1.18).

etapa II

etapa I

Fig. 1.19. Structur in gril sau grtar.

E. Schema n form de gril sau reeaua de tip grtar cuprinde raze plecnd de la staia de alimentare i cabluri transversale care fac legtura ntre raze

(fig. 1.19).

F. Schema sau reeaua n derivaie este format din perechi de cabluri (fig. 1.20). Posturile de transformare MT/JT trebuie repartizate ct mai uniform posibil pe cele dou cabluri din pereche, n scopul reducerii pierderilor. Cnd puterea transportat de o pereche de cabluri principale depete puterea ce poate fi suportat de un cablu, se realizeaz divizarea cablului n tronsoane i se pozeaz noi cabluri n aval de surs.

Schema final cuprinde 6 cabluri de baz i un cablu de rezerv.

1.2.2.4. Schemele de conexiuni ale reelelor electrice rurale. n mediul rural consumul de energie electric se caracterizeaz prin densitatea mic a sarcinii, deoarece zonele de consum rurale preiau puteri relativ mici i snt situate la distane relativ mari. Reelele electrice rurale snt lungi, iar puterile posturilor de transformare ajung n general la valori de ordinul sutelor de kVA.

Cheltuielile de investiie, consumurile de materiale conductoare i de alte materiale raportate la puterea transportat au valori ridicate.

3 Reele i sisteme electrice Cd. 305

Msurile pentru reducerea cheltuielilor iniiale de investiie i a consumurilor de materiale conductoare constau n folosirea unor tensiuni ridicate, n adoptarea unor sisteme economice de distribuie, reglarea tensiunii i folosirea elementelor constructive tipizate pentru executarea reelelor.

Folosirea tensiunii de 20 kV n locul tensiunii de 15 kV mrete capacitatea de transport de aproximativ 1,8 ori n timp ce costul liniilor i aparatelor de 20 kV este numai cu 3. . . 6% mai mare dect al liniilor de 15 kV.

Configuraia reelelor electrice rurale trebuie s in seama de mai muli factori printre care se menioneaz: categoria consumatorilor, necesitatea amplasrii posturilor de transformare n centrul de greutate al consumato-torilor, evitarea apropierii pe lungimi mari de liniile de telecomunicaii, evitarea terenurilor fugitive, apropierea traseului liniei de cile de circulaie existente etc.

n majoritatea cazurilor reelele electrice rurale de medie tensiune au o configuraie radial-arborescent (fig. 1.21).

Reelele de joas tensiune se execut de asemenea dup o configuraie radial, iar dac este necesar o siguran mrit n alimentarea cu energie electric este recomandabil aplicarea de legturi de siguran (fig. 1.22).

>CJ8*' fel, n unele ri ca: S.U.A., Frana, Suedia, s-au realizat linii aeriene cu conductoare izolate rsucite. La noi s-au experimentat n judeul Braov.

Conductoarele de faz din aluminiu i cel de nul din oel-aluminiu acesta fiind i pur-

Considerente de ordin tehnic i economic au condus la necesitatea studierii i gsirii unor soluii mai eficiente pentru construirea liniilor electrice aeriene de joas tensiune. Ast-

Legend:

formeaz un fascicul (fig. 1.23). Izolaia este din material plastic.

Derivaiile i branamentele se fac prin desfacerea izolaiei n punctele respective, folosirea clemelor de derivaie i reizolarea poriunii afectate.

Un fascicul este format din 2-^7 conductoare rsucite. Fasciculele se monteaz pe stlpi sau pe faadele cldirilor.

312

Fig. 1.23. Fascicul de conductoare torsodate:

7 nulul purttor, din oel-aluminiu; 2 conductoare de faz, din aluminiu; 3 conductor de faz pentru iluminat public.

1.2.3. SCHEMELE DE CONEXIUNE ALE REELELOR ELECTRICE URBANE DE NALT I FOARTE NALT TENSIUNE

n cazul marilor orae reeaua de nalt tensiune i foarte nalt tensiune se transform dintr-o reea de conexiune cu sistemul energetic, ntr-o reea de distribuie a energiei electrice pe suprafaa oraului. Reeaua de nalt i foarte nalt tensiune capt n acest caz o configuraie specific oraelor, lund forma unui inel cu una sau mai multe legturi diametrale. De aceea soluia adoptat pentru alimentarea cu energie electric a marilor orae const n construirea unor inele de linii electrice de nalt i foarte nalt tensiune care nconjoar tot oraul i formeaz un fel de sistem extins de bare colectoare. La aceste inele, pentru mrirea siguranei de alimentare snt racordate sursele locale, precum i sistemul electroenergetic. Injecia puterii n ora se face prin linii i staii racordate la aceste inele.

Mrirea capacitii de transport se realizeaz prin nmulirea numai ului de linii care formeaz inelul, ajungndu-se astfel la un sistem cu mai multe inele concentrice, la aceeai tensiune sau la tensiuni din ce n ce mai mari.

Problemele fundamentale legate de configuraia acestor reele vor fi analizate din exemplul concret al evoluiei alimentrii cu energie electric a oraului Bucureti.

1.3. EVOLUIA ALIMENTRII CU ENERGIE ELECTRIC A

ORAULUI BUCURETI

Reeaua electric a fost conceput i executat ncepnd din anul 1908 ca o reea de distribuie la tensiunea de 5 kV, alimentat direct din staiile centralelor electrice Filaret i Grozveti. Aceast reea a satisfcut necesitile de consum ale oraului pn n perioada anilor 1928 1930 cnd, ca urmare a dificultilor care au nceput s apar n alimentarea consumatorilor numai din dou staii i la tensiunea de 5 kV, s-a impus adoptarea unei noi concepii privind dezvoltarea reelei electrice a oraului.

Pe baza acestei concepii, s-a executat n perioada anilor 1931 1933 prima reea electric de transport a capitalei realizat n cablu la tensiunea le 30 kV care alimenta staiile de transformare de 30/5 kV: Grozveti,.

Filaret, Obor i Grivia. Aceast reea a avut i rol de interconexiune ntre cele dou centrale electrice ale oraului.

Odat cu realizarea primei linii de 110 kV CHE Dobreti Bucureti apare la Grozveti staia de transformare de 110/30 kV. Prin linia de 110 kV se realizeaz interconexiunea ntre centralele electrice din Bucureti i centralele Dobreti i Schitu-Goleti.

Aceste instalaii au reprezentat primul nucleu al viitorului sistem energetic unic al Romniei.

Dup anul 1938 pentru creterea gradului de siguran n alimentarea consumatorilor s-a cutat s se realizeze principiul alimentrii fiecrei staii de 30/5 kV din dou surse diferite.

Creterea consumului de energie electric, n special a celui industrial, a determinat dezvoltarea n continuare a reelei de transport de 30 kV, prin apariia de noi staii de transformare, cum ar fi staia de 30/6/5 kV Titan i prin realizarea de noi legturi prin cablu de 30 kV ntre staiile existente.

Planul de electrificare de 10 ani aprobat n anul 1950 a stabilit dezvoltarea rapid a noii reele de transport de 110 kV. n capital a aprut n 1952 a doua staie de 110 kV, amplasat n zona de est a oraului, alimentat prin linia de 110 kV, din CTE Doiceti, care modific substanial configuraia reelei de transport de 30 kV. O parte din staiile electrice de 30/5 kV au fost racordate la staia Bucureti-Est. S-au creat astfel n Bucureti dou .zone de alimentare a reelei de 30 kV: zona Grozveti cuprinznd i centrala Eilaret i zona Bucureti-Est, interconexiunea ntre acestea realizndu-se prin staia Obor.

n etapa 19501960, noile staii de transformare care s-au construit pentru acoperirea consumului de energie al oraului Bucureti-Est, Casa Scnteii, Jilava i Bucureti-Centru au pus accentul att pe dezvoltarea reelei de transport de 30 kV, ct i pe cea de 110 kV ca reea de transport i de injecie n reeaua local de 30 i 5 kV. n aceast etap se dezvolt reeaua de 30 kV conceput ca reea de transport, la care se racordeaz i staia Bucureti-Centru.

Dup anul 1961 s-a mai pozat un singur cablu de 30 kV, pentru alimentarea staiei Grivia, dup care rolul reelei de 30 kV ncepe s fie preluat de reeaua de 110 kV (fig. 1.24). n prezent, reeaua de 30 kV este n continu descretere i se prevede ca n anul 1980 s fie complet desfiinat.

Se constat astfel c n etapa de dup 1960 s-a dezvoltat reeaua de 110 kV ca o reea de transport, alimentnd staii electrice de transformare de 110/10 (5) kV, care constituie surse de injecie de putere n reeaua electric de distribuie de 5 -f- 10 kV a oraului. Meninerea reelei de 30 kV ca reea de transport i utilizarea ei pn n anul 1980, paralel cu reeaua de 110 kV se justific prin eficiena tehnico-economic a unor cabluri de 30 kV existente pentru transportarea unor puteri de 10 ~ 20 MVA, ct i prin faptul c reeaua de 110 kV nu s-a putut dezvolta de la nceput astfel nct s poat prelua toate cererile de consum de energie. Urmeaz apoi construirea de noi staii de 110 kV ca: Jilava, Pipera, UMGB, Solex, Dudeti, FCME, Nord, Crngai i trecerea unor staii de 30 kV la tensiunea de 110 kV cu amplificarea substanial a puterilor instalate. Astfel, staiile: Obor, Filaret, Titan, Scn-teia au fost trecute la tensiunea de 110 kV, tensiunea de 30 kV rmnnd ca o surs de rezerv. ncepe n aceast perioad trecerea reelei de distri-

Linie electrica subteran Linie electrica aeriana. Fig. 1.24. Configuraia reelei de 110 kV din Bucureti n 1973.

buie de 5 kV la tensiunea de 10 kV, folosindu-se n special metoda suprapunerii. Reeaua de fideri i distribuitori de medie tensiune ajunge n prezent, la o lungime de aproximativ 3 000 km, din care doar 10 km snt sub forma de linie electric aerian.

Creterea consumului n zonele centrale ale oraului a necesitat apariia staiilor de 110 kV n aceste zone cu distribuirea energiei electrice prin reeaua de (5) 10 kV.

In concepia de realizare a reelei de 110 kV mai nti s-a adoptat soluia realizrii unui nivel de 110 kV la periferia oraului care s alimenteze staiile electrice amplasate n aceste zone.

Pe msura realizrii de staii de 110 kV amplasate n zonele centrale ale oraului, aceast concepie este completat cu executarea de diagonale realizate prin cablu de 110 kV ntre staii de pe inelul electric exterior (fig. 1.24)

Adoptarea acestei soluii prezint urmtoarele avantaje:

realizarea de staii de 110 kV alimentate radial sau n bucl din dou surse diferite de putere;

posibilitatea prelurii de consum de putere de pe un nod de interconexiune cu sistemul naional pe altul, n caz de indisponibilitate; creeaz posibiliti pentru dezvoltarea unei reele de distribuie de medie tensiune dimensionat economic.Principiile adoptate pentru construcia i dezvoltarea reelei de 110 kV ca o reea de transport i de distribuie au determinat schemele staiilor de transformare.

Principiile care au fost luate n dezvoltarea reelei de 110 kV au fost:

funcionarea radial; rezervare de 100% n alimentare; nivel maxim de scurtcircuit 6 000 MVA.Reeaua de medie tensiune a oraului a determinat, prin caracterul ei funcional, schema electric a staiilor de transformare.

n general, att pe partea de 110 kV, ct i pe partea de 10 kV s-a ales sistemul cu bare colectoare duble deoarece ofer o elasticitate mare n exploatare i o bun repartizare a pierderilor pe transformatoarele staiilor.

Staiile de 110 kV care au i rol de conexiune n reeaua de 110 kV, denumite staii tip SCT, au fost concepute si realizate de regul cu sistem dublu de bare la 110 kV (fig. 1.25).

Pentru creterea gradului de siguran n funcionare s-a adoptat principiul secionrii longitudinale a barelor de 110 kV i a realizrii unei bare de transfer. n acest fel s-a creat posibilitatea debuclrii reelei de 110 kV i s-au redus puterile de scurtcircuit. Staiile de 110 kV care nu constituie

BT-I

110 kV

IE-J

LEA-2 -CE)

surse de putere pentru alte staii de 110 kV snt destinate numai pentru alimentarea reelei de medie tensiune, fiind concepute cu scheme simple fr conexiuni la 110 kV. Din aceast cauz ele constituie numai staii de transformare, fiind notate cu indicativul ST (fig. 1.26). -H Creterea continu a puterilor vehiculate prin liniile de nalt tensiune a determinat trecerea la construirea unei reele de transport la tensiuni superioare celei de 110 kV.

S-a realizat mai nti o reea la tensiunea de 220 kV Bucureti-Sud Bucureti-Est, ca apoi s fie construit i o staie de 400 kV la Bucureti-Sud. Variante posibile ale alimentrii cu energie electric a oraului Bucureti n perspectiv snt reprezentate n figura 1.27, din care se observ c spre finalul etapei este posibil construirea unei staii centrale de transformare din 400/110 kV.

Capitolul 2

PARAMETRII ELEMENTELOR REELELOR ELECTRICE

Prima etap n studierea regimurilor de funcionare a unei reele electrice const n determinarea parametrilor elementelor sale componente linii, transformatoare, generatoare, bobine de reactan ale cror valori trebuie cunoscute att n condiii normale de funcionare, ct i n condiii de avarie. Calculul acestor parametri presupune cunoaterea anumitor date constructive sau reieite din ncercri experimentale, specifice fiecrui element component al reelei. n cele ce urmeaz se analizeaz numai parametrii liniilor i transformatoarelor electrice n condiii normale de funcionare. La capitolul de scurtcircuite se analizeaz i parametrii elementelor componente ale reelei n condiii de avarie.

2.1. PARAMETRII LINIILOR ELECTRICE

Conductoarele liniilor electrice se caracterizeaz prin patru parametri i anume: rezistena, inductivitatea (reactan), capacitatea (susceptana) i perditana (conductana) care se raporteaz la unitatea de lungime a liniei. Valorile acestora depind de anumite caracteristici de material (rezistivitatea electric, permeabilitatea magnetic i permitivitatea electric) i de elemente geometrice, constructive (raza conductoarelor i distana dintre acestea).

Rezistena i reactan se numesc parametri longitudinali i formeaz impedana serie, care se exprim pe unitatea de lungime a liniei:

Z_0 = R0 + j co L0 =

R0 + ]X0

[km]'

(2.1)

Perditana i susceptana se numesc parametri transversali i constituie admitana derivaie, care se exprim pe unitatea de lungime a liniei:

(2.2)

n condiii normale de funcionare, perditana este nul sau neglijabil de mic pentru majoritatea liniilor electrice. O excepie o constituie cablurile la care perditana poate avea un efect important de limitare a intensitii curentului din cablu. La liniile aeriene de nalt i foarte nalt tensiune cu

perditan neglijabil n condiii normale de funcionara, aceasta poate deveni important n timpul unor supratensiuni, cnd apare necesitatea considerrii efectului corona.

Toate liniile electrice au rezisten, inductivitate i capacitate, ns, n funcie de caracteristicile i de tensiunea lor nominal, una sau mai multe din aceste mrimi pot fi uneori neglijate, efectele lor fiind fr importan n rezultatele finale. De exemplu, pentru liniile electrice aeriene de joas i medie tensiune, capacitatea se poate neglija, deoarece valoarea ei este foarte redus i influeneaz puin circulaia curenilor sau puterilor reactive. n schimb, liniile electrice subterane au capaciti cu valori mult mai mari i inductiviti cu valori mai mici, n raport cu cele aeriene.

2.1.1. REZISTENA CONDUCTOARELOR LINIILOR ELECTRICE

Rezistena conductoarelor n curent continuu, la o temperatur oarecare, se poate calcula cu relaia:

i?1 1

Rcc= p-=>(2.3)

n care: p reprezint rezistivitatea electric a materialului conductor,

Qmm2

in

j- Qmm2 j

l lungimea conductorului, n m;

5 seciunea conductorului, n mm2;

Y conductivitatea electric a materialului conductor,

m

n

li mm2

n curent alternativ, rezistena conductoarelor este puin mai mare dect cea n curent continuu, datorit efectului pelicular i a efectului de apropiere sau de proximitate.

Efectul pelicular reprezint fenomenul de distribuie neuniform a curentului n seciunea transversal a unui conductor. El este influenat de frecvena curentului, de dimensiunile i de materialul conductor, ns este independent de dispunerea conductoarelor i de succesiunea curenilor.

Efectul de apropiere reprezint fenomenul de distribuie neuniform a curentului n seciunea transversal a unui conductor, produs de variaia n timp a curentului n unul sau mai multe conductoare nvecinate acestuia. El depinde att de frecven, dimensiunile i dispunerea conductoarelor, natura materialelor, ct i de legtura dintre amplitudinile i fazele curenilor i de distribuia fluxului magnetic n interiorul i exteriorul conductorului.

n regim normal de funcionare, pentru liniile electrice aeriene alimentate n curent alternativ cu frecven de 50 Hz, creterea rezistenei datorit efectelor pelicular i de apropiere este foarte mic. Astfel, aa cum se constat

1,16

Rea

R?cl12

1.08

1.06

1,0

800

din figura 2.1 creterea este mai mic de 5%, pentru conductoare de cupru cu seciuni sub 450 mm2 i pentru conductoare de aluminiu cu seciuni sub 700 mm2. n aceste condiii, n calculul rezistenelor conductoarelor folosite curent la construcia liniilor electrice aeriene, se poate identifica, cu o bun aproximaie, rezistena n curent alternativ cu cea n curent continuu.

Obinuit, rezistena conductoarelor pe unitatea de lungime nu se calculeaz, ci se indic n standarde pentru diferite seciuni i tipuri constructive, la o temperatur a mediului ambiant de + 20C. Liniile electrice funcioneaz

ns la temperaturi diferite, n funcie de sarcin i de condiiile de rcire, n practic, pentru calculul regimurilor normale nu se ine seama de variaia rezistenei cu temperatura, dect n cazul studierii nclzirii conductoarelor, cnd relaia (2.3) pentru o temperatur oarecare 0 se scrie sub forma:

#e = Pe = P20 [1 + "2o (9 - 20)J- = #20 [1 + "20(e - 20)],

n care: p20reprezint rezistivitatea electric la 20C indicat n tabele;

a20 coeficientul de temperatur al rezistenei electrice,

care pentru cupru este de 0,00393 grd-1, iar pentru aluminiu de 0,00403 grd"1;

R

20

rezistena conductorului la 20C calculat sau obinut din tabele, n cazul liniilor electrice n cablu, rezistena electric n curent alternativ a conductoarelor crete n raport cu cea n curent continuu, n special din cauza efectului pelicular, a efectului de proximitate i a pierderilor determinate de curenii indui n mantalele de plumb. Pentru cabluri groase cu mantale de plumb, rezistena efectiv poate atinge i chiar depi de 1,5 ori rezistena n curent alternativ a conductorului considerat singur. De aceea, rezistena efectiv se va scoate din tabele, innd seama de tipul constructiv al cablului i de seciunea conductorului, iar la o temperatur oarecare 6, se va calcula cu relaia:

R* = R20[l + 20 (6 - 20)] + AR,

(2.5)

n care Ai? ine seama de pierderile suplimentare, atunci cnd cablul lucreaz n curent alternativ monofazat sau trifazat.

Valoarea rezistenei suplimentare a cablurilor AR poate fi influenat constructiv sau prin dispunerea acestora. Astfel, dac seciunile circulare ale cablurilor cu seciuni mari snt realizate din patru sectoare izolate ntre ele cu 1 -^2 benzi de hrtie, atunci se reduce influena efectului pelicular i a celui de proximitate i, n consecin, i rezistena suplimentar. n schimb, influena efectului de proximitate poate crete apreciabil, la montarea cablurilor monofazate de nalt tensiune n tuburi de oel, n raport cu montarea normal n pmnt. De exemplu, n cazul dispunerii acestora dup un triunghi

/km] 0.02 0.015 0.01 0.008 0.006 AR 0,001* H 0.003 0,002

0.001 0.0008 0.0006 0,0004 0.0003 0.0002 0.00015

a)b)

Fig. 2.2. Aezarea cablurilor monofazate n tuburi de oel:

a n triunghi cu vrful n sus; b n triunghi cu vrful n jos.

a cabluri armate cu manta de plumb i conductor de cupru sau de aluminiu; b cabluri nearmate cu manta de aluminiu i conductoare de cupru sau de aluminiu; c cablmi armate cu izolaie din material plastic i conductoare de cupru sau aluminiu; d cabluri nearmate cu izolaie din material plastic i conductoare de cupru sau aluminiu; e carluri nearmate cu izolaie din material plastic i conductoare de aluminiu.

cu baza n jos, ca n figura 2.2,aceast cretere a efectului de proximitate poate fi de pn la 70% n timp ce la o dispunere dup un triunghi cu baza sus, ca n figura 2.2,6 poate fi de pn la 100%.

n tabela 2.1 se dau cteva valori ale raportului RCJRCC la cabluri de diferite seciuni, de construcie funie, cu mai multe vne conductoare, la frecvena de 50 Hz, iar n figura 2.3 se reproduc, dup Siemens, valorile rezistenelor suplimentare pentru cabluri cu mai multe vne conductoare i diferite izolaii la aceeai frecven. Se constat c, n cazul cablurilor, diferena ntre rezistena n curent alternativ i cea n curent continuu este mult mai mare dect la liniile electrice aeriene, ncepnd chiar de la seciuni mici.

Tabela 2.1

Valorile raportului la cabluri de construcii funie, de

Rec

diferite seciuni, cu mai multe vne conductoare

5

[mm2]50125150200250300350375

Rea Rec1,021,061,071,11,31,161,191,21

2.1.2. INDUCTIVITATEA LINIILOR ELECTRICE

Pentru conductoarele cilindrice masive, drepte i paralele, neferomagne-tice, situate n medii omogene neferomagnetice, inductivitatea reprezint o mrime de material, care depinde de natura materialului, de forma i de dimensiunile geometrice ale circuitului (sau ale circuitelor ce se influeneaz reciproc) i de numrul lui de spire. Ea nu depinde ns i de mrimea curentului care strbate conductorul considerat. n cazul prezenei mai multor conductoare sau circuite, n acelai spaiu, se definete o inductivitate proprie i o inductivitate mutual.

Inductivitatea proprie total a unui conductor are dou componente i anume una extern L, corespunztoare fluxului magnetic din exteriorul conductorului i alta intern Lit legat de fluxul magnetic care strbate materialul conductor.

Pentru un conductor cilindric cu diametrul d i lungimea l inductivitatea extern este definit de relaia:

(2.6)

iar cea intern:

(2.7)

n care [i0 = 4r.- 10~'

= 1 (conductoare neferomagnetice).

Inductivitatea proprie total a conductorului cilindric neferomagnetic rezult din relaiile (2.6) i (2.7) avnd valoarea:

2TC L

4/

d

[H]

(2.8)

sau raportat la unitatea de lungime a conductorului (kilometru):

-2[lnii-i.l.l0^ PL][ d 4 JLkmJ

(2.9)

Inductivitatea mutual M dintre dou conductoare cilindrice, paralele, de lungime situate ntr-un mediu neferomagnetic i cu distana D ntre axe este dat de relaia:

12

AT

2tc

In

2L

[H]

(2.10)

sau raportat la unitatea de lungime a conductoarelor (kilometru):

M0 = 2 |m

12

21

D

1

10

[km]'

(2.11)

Folosind induc tivit ile specifice, proprie i mutual, exprimate prin relaiile (2.9) i (2.11), se pot calcula inductivitile n cazul unui sistem electric polifazat.

2.1.2.1. Inductivitatea liniilor electrice aeriene trifazate. n cazul unei linii electrice aeriene cu dou conductoare monofilare, inductivitatea unui conductor se determin folosind relaiile (2.8) i (2.10) i legea induciei electromagnetice a crei form general este:

e* = -^r--Lk^;(2-12)

n care: ek reprezint tensiunea electromotoare indus n conductorul k,

datorit variaiei n timp a fluxului magnetic; Ofc fluxul magnetic care nlnuie conductorul k a crui valoare este: $>k = Mlki1 + M2ki2 + . . . + + Lkkik + . . . + Mnkin. Pentru linia monofazat cu dou conductoare, de exemplu, se determin pentru primul conductor c:

#i = in H + M2i H

i respectiv:

l " dt21 dt)jLi dt

din care reiese c:

T di,di

Ln 1 + M21 J

U =dt .. ^ = Ln - Mn,(2.13)

unde s-a inut seama c cei doi cureni snt egali i de semn contrar.

Introducn