UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI COLEGIU TDEE

FACULTATEA ENERGETICA

CATEDRA ELECTROENERGETICA

PROIECT

LA

RETELE ELECTRICE

Cuprins:

Dimensionarea posturilor de transformare.

Dimensionarea tromsoanelor de medie tensiune.

Alegerea sectiunii economice.

Alegerea sectiunii tehnice.

Schema echivalenta a retelei de distributie.

Calculul regimului de functionare prin utilizarea metodei de tip "ascendent-descendent".

Compensarea puterii reactive la factorul de putere neutral.

Eficienta economica a compensarii puterii reactive.

Calculul curentilor de scurtcircuit.

1.Dimensionarea posturilor de transformare

Proiectarea unei retele de distributie

Retea electrica - ansamblu de linie electrica si transformatoare.

Consumator - ansamblu de mai multe receptoare.

Post de transformare - transformator ce face legatura între medie si joasa tensiune alimentând consumatorii.

Statie de transformare - transformator ce face legatura între foarte înalta tensiune si înalta tensiune,sau înalta tensiune si medie tensiune.

Caracteristicile consumatorilor si lungimile tronsoanelor liniilor de medie tensiune sunt prezentate în tabelul 1.

Pentru postul de transformare PT1

S_i = p_i +jq_i

cosj j = arccos 0.83 j

tg j = q₁ = p₁ tg j

tg j q₁ =630 0.672 = 423.4 kVAr

s₁ = = = 759.03 kVA

Pentru postul de transformare PT2:

cosj j = arccos 0.82 j

tg j = q₂ =p₂ tg j 0.684 = 1245.1 kVAr

s₂ = = 2205.1 kVA

Pentru postul de transformare PT3:

cosj j = arccos 0.91 j

tg j = q₃ = p₃ tg j 0.46 = 239.2 kVAr

s₃ = = 576.9 kVA.

Dimensionarea posturilor dr transformare consta în stabilirea puterii nominale aparente a transformatoarelor si a numarului acestora pentru fiecare post de transformare. Se vor folosi transformatoare trifazate cu doua înfasurari cu bobinaje din Aluminiu , de tip TTU - NL. Puterile nominale fac parte dintr-o progresie geometrica cu ratia

Scara domenilor transformatoarelor produse în România : 100kVA; 160kVA;250kVA;400kVA;630kVA;1000kVA;1600kVA.

Pentru dimensionarea posturilor de transformare se utilizeaza lucrarea RE - 3Ip 51/2 - 93 : " Instructiuni privind stabilirea puterilor nomi-

nale economice pentru transformatoarele din posturi ".

Conform acestei lucrari se au în vedere urmatoarele :

gradul de siguranta al utilizatorului;

putere maxima aparenta ceruta de consumator în primul an de functionare s_M ;

durata de utilizare a puterii maxime anuale : T_SM.

Se considera ca puterea maxima ceruta în primul an nu se modifica în anii urmatori.

T_SM multiplu de 1000.

Tabel 2

T_SM = 4150 +60 8 = 4630 h/an.

În cazul în care T_SM este diferit de multiplu de 1000 pentru determinarea domeniului de încarcare pentru transformatoare corespunzator acestui T_SM se utilizeaza interpolare liniara.

1.

S_n = 211+7.7 =218.7 kVA

2.

S_n = 333 + 11.8 = 344.8 kVA

3.

S_n = 570 + 20.3 = 590.3 kVA

4.

S_n = 717 + 25.1 = 742.1 kVA

În urma calculelor am ales urmatoarele tipuri de transformatoare pentru

pentru PT 1 TTU cu S_n = 1000 kVA - 1 transformator

pentru PR 2 TTU cu S_n = 1600 kVA - 2 transformatoare

pentru PT 3 TTU cu S_n = 1000 kVA - 1 transformator

Calculul parametrilor transformatoarelor

Parametrii nominali ai transformatoarelor folosite în posturile de transformare sunt urmatorii,si se iau din lucrarea "Retele electrice probleme" - Ed. Didactica si Pedagogica Bucuresti 1977 - de G.H.Iacobescu si altii.

Aceste transformatoare au U_n =20/0.4 kV.

Pentru reprezentarea transformatoarelor din punctele de transformare se utilizeaza schema echivalenta în G cu operator de transformare. Folosirea acestei scheme este justificata de faptul ca tranzitul de putere prin transfor-

matoare se realizeaza antotdeauna de la medie tensiune la joasa tensiune.

N - raport de transformare;

Y - admitanta;

Z - impedanta;

Z_PT = R_pt + jX_pt

Y_PT = G_PT + jB_pt

Z_PT - se calculeaza raportata la U_nom JT ;

Y_PT - se calculeaza raportata la U_nom MT.

Calculul parametrilor longitudinali si transversali.

Pentru postul de transformare PT 1 :

S_n = 1000 kVA

R_T = = = 2.16 mW

Z_T = = = 9.6 mW

X_T = = = 9.35 mW

Z_PT = R_T + jX_T = ( 2.16 + j9.35 ) mW

G_T = = = 6.75 ms

Y_T = ms

B_T = = = 49.5 ms

Y_PT = (6.75 - j49.5) ms

N =

Pentru postul de transformare PT 2 :

S_n = 2 1600 kVA

Z₁ = Z₂

Z_PT = ; Y_PT = 2Y_T

R_T = mW

Z_T = mW

X_T = mW

Z_PT = R_T + jX_T = (1.2 + j5.9) mW = (0.6 +j2.95 ) mW

Y_T = ms

G_T = ms

B_T = ms

Y_T = 2 ( 10 - j67.1 ) = 2Y_T = (20 - j134.2 ) ms

N =

2. Dimensionarea tronsoanelor de medie tensiune .

Prin aceasta se urmareste stabilirea sectiunii conductoarelor pe fiecare faza si a numarului de circuite în paralel. Pentru dimensionarea sectiunii conductoarelor tronsoanelor de medie tensiune se fac urmatoarele ipoteze :

a)     se considera aceeasi sectiune pe toate tronsoanele ( s=ct. );

b)    se neglijeaza pierderile de putere pe tronsoanele de medie tensiune.

c)     se considera ca tensiunea pe barele de medie tensiune ale posturilor de transformare este egala cu U_n a retelei ( 20 kV ) ;

În vederea alegerii sectiunii conductoarelor se calculeaza circulatia de puteri în posturile de transformare si se determina curentii pe barele de medie tensiune ale posturilor de transformare.

DP_PT =n DP_nom +

DS_PT = DP_PT + jDQ_PT

DQ_PT = n

Pentru postul de transformare PT 1 :

S_n = 1000 kVA

a =

DP_pt = 1*2.7 + kW

DQ_pt =1* kVAr

DS_pt = ( 10.5 + j54.7 ) kVA

Pentru postul de transformare PT 2 :

a =

DP_pt = 2*4.35 + kW

DQ_pt = 2* kVAr

DS_pt = ( 27.6 + j145.8 ) kVA

Pentru postul de transformare PT 3:

S_n = 1000 kVA

a =

DP_pt = 1*2.7 + kW

DQ_pt 1* kVAr

DS_pt = ( 7.6 + j41.6 ) kVA.

s' = s +DS_pt

s'_pt1 = (630 + j 423.4 ) + ( 10.5 + j 54.7 ) = ( 640.5 + j 478.1 ) kVA

s'_pt2 = ( 1820 + j 1245.1 ) + ( 27.6 + j 145.8 ) = (1847.6 + j 1391 ) kVA

s'_pt3 = ( 525 + j 239.2 ) + ( 7.6 + j 41.6 ) = (532.6 + j 280.8 ) kVA.

Pentru aceasta retea se transforma puterile s'₁ , s'₂ , s'₃ în curenti :

i'_k =

i' =

i₁' = A

i₂' = A

i₃' = A

Prin aplicarea teoremei I Kircckof succesiv în fiecare nod se obtine circulatia de curenti pe tronsoanele de medie tensiune.

I₃ = i₃' = 15.4 - j 8.1 = A

I₂ = i₂' + i₃' = 53.3 - j40.2 + 15.4 - j8.1 = 68.7 - j48.3 = A

I₁ = i₁'+i₂'+i₃' = 68.7 - j48.3 + 18.5 - j13.8 =87.2 - j62.1 = A

2.1 Alegerea sectiunii economice

Pentru alegerea sectiunii economice se utilizeaza normativul PE 135/91 - "Instructiuni privind determinarea sectiunii economice a conductoarelor în instalatii electrice de distributie pe 1÷ 110 kV.În functie de tensiunea,T_SM,materialul conductor si tipul liniei electrice (LEC sau LEA)

din tabelul 1,pagina 12 se determina densitatea economicade curent notata cu j_ec. [A/mm²].

1.Pentru T_SM diferit de multiplu de 1000 j_ec se calculeaza prin interpolare liniara.

J_ec = 0.7 +

2. Se calculeaza sectiunea economica de calcul :

s^c_ec =

I_ech. = A

s^c_ec = mm²

3. Se alege ca sectiune a conductoarelor sectiunea standardizata,imediat superioara valorii s^c_ec.

Conform tabelului se alege s^c_ec = 95mm².

4. Se calculeaza numarul optim de calcul al circuitelor în paralel :

N_c =

K_jNc - reprezinta coeficient de crestere a densitatii economice de curent pentru determinarea numarului economic de conductoare fazice al unui circuit. (tabel 2,pag.13).

N_c =

Deoarece N_C < 1.41 rezulta un singur circuit 1 95mm² s_ec = 1 95mm²

2.2 Alegerea sectiunii tehnice.

Se utilizeaza criteriul încalzirii în regim permanent de lunga durata.Pentru determinarea sectiunii tehnice prin acest criteriu,pleaca de la conditia :

,unde :

I_max. - curentul maximprin tronsoanele de medie tensiune;

I_adm - curentul admisibil pentru tipul de conductor folosit;

K - coeficient de corectie pentru abaterea conditiilor de functionare fata de conditiile normate.Pentru LEC k_LEC = k₁*k₂*k₃ , unde :

k₁ - coeficient de corectie în functie de rezistivitatea termica a solului ( conditii normate r_t

k₂ - coeficient de corectie în functie de numarul de cabluri pozate alaturat. (pentru n = 1 k₂ = 1);

k₃ - coeficient de corectie în functie de temperatura solului (pentru t = 20 C k₃ = 1 ).

Considerând conditii normate de pozare ( r_t C cm/w ) si temperatura mediului 20 C,k₁ si k₃ = 1,si k₂ pentru un circuit egal cu 1,pentru alegerea sectiunii tehnice se pleaca de la valorile curentului admisi-

bil în functie de sectiunea nominala I_adm = f (s_nom) si se cauta prima valoare a lui I_adm>I_max; I_max = 1.

Parametrii LEC :

I_max = I₁ =107.1 A

k₁ = k₂ = k₃ = 1.

s_t 50 mm²

s_ec = 1 95 mm²

s_t = 1 50 mm² s = 1 95 mm^2.

2.3 Schema echivalenta a retelei de distributie.

Pentru reprezentarea liniilor electrice se foloseste schema echivalenta în P,iar pentru reprezentarea posturilor de transformare se foloseste schema echivalenta în G

Cap. III Calculul regimului de functionare prin utilizarea metodei de tip "ascendent - descendent".

În urma proiectarii retelei electrice este necesara verificarea functionarii.Se impune respectarea urmatoarelor restrictii : I<I_adm pentru fiecare tronson al liniei electrice,si DU<DU_adm pentru cele trei tronsoanele de linie.

Calculul regimului permanent urmareste determinarea marimilor de stare necunoscute,asociate nodurilor si laturilor retelelei.

La nivelul nodurilor se cunoaste tensiunea nodului de alimentare (A) si se determina tensiunile la consumatori.La nivelul laturilor nu se cunosc curentii prin acestea. Ţinând seama de caracterul arborescent al retelei de distributie,pentru calculul regimului permanent se utilizeaza metoda de tip ascendent - descendent. În cazul reprezentarii consumatorilor prin puteri complexe constante (s=ct) pentru calculul regimului permanent este necesara efectuarea mai multor iteratii.La fiecare iteratie se parcurg urmatoarele etape : a) etapa ascendent,în care se pleaca de la nodul consumator cel mai îndepartat de nodul sursa si se merge catre nodul sursa calculând circulatia de puteri.

b) etapa descendent,în care plecând de la nodul sursa si mergând pâna la cel mai îndepartat nod consumator se calculeaza caderile de tensiune pe laturi si respectiv tensiunile la noduri.

La începutului calcului iterativ tensiunile la nodurile consumatoare se initializeaza cu valoarea tensiunii nodului sursa : U_A. Pentru simplificare se considera doar tronsoanele de medie tensiune ale retelei considerând puterile pe barele de medie tensiune ale postului de transformare calculate anterior.

Calculul parametrilor liniei :

U_A = 21 kV

r₀ = 0,370 [W/km faza]

x₀ = 0,098 [W/km faza]

b₀ = 58 [mS/km faza]

z₁ = R₁ + jX₁ = r₀l₁ + jx₀l₁ = 0,370 1,5 + j0,098 1,5 = (0,56 + j0,15) W

z₂ = R₂ + jX₂ = r₀l₂ + jx₀l₂ = 0,370 1,8 + j0,098 1,8 = (0,67 + j0,18) W

z₃ = R₃ + jX₃ = r₀l₃ + jx₀l₃ = 0,370 3,42 + j0,098 3,42 = (1,27 + j0,34) W

B₁ = b₀l₁ = 58 mS

B₂ = b₀l₂ = 58 mS

B₃ = b₀l₃ = 58 mS

. Initializarea tensiunilor la noduri :

U₁^o = U₂^o = U₃^o = U_A = (21 + j0) kV

Etapa ascendenta (calculul circulatiei de puteri ) .

S_B = s'₃ - jQ_cap33

Q_cap33 = kVAr

S_B = 532,6 + j280,8 - j43,73 = (532,6 + j237,07) kVA

S_C = S_B + DS₃

DS₃ = kVA

S_C = 532,6 + j237,07 + 0,97 + j0,26 = (533,6 + j237,3) kVA

S_D = S_C +s'₂ - jQ_cap32 - jQ_cap22

Q_cap32 = kVAr

Q_cap22 = kVAr

S_D = 533,6 + j237,3 + 1847,6 + j1391 - j43,73 - j23 = (2381,2 + j1561,6) kVA

S_E = S_D + DS₂

DS₂ = Z₂

(0,67 + j0,18) 18387,1 = (12319,3 + j3309,6) VA = (12,31 + j3,3) kVA

S_E = 2381,2 + j1561,6 + 12,31 + j3,3 =2393,5 + j1565) kVA

S_F = S_D + s'₁ - jQ_cap21 - jQ_cap11

Q_cap21 = kVAr

Q_cap11 = kVAr

S_F = 2381,6 + j1561,6 + 640,5 + j478,1 - j23 - j19,18 = (3022,1 + j1998) kVA

S_G = S_F + DS₁

DS₁ = Z₁ (0,56 + j0,15)

16666,7 + j4464,3 = (16,6 + j4,4) kVA

S_A = S_G - jQ_cap1A

Q_cap1A = kVAr

S_A = 3038,7 + j2002,4 - j19,18 = (3038,7 + j1983,2) kVA

S_G = 3022,1 + j1998 + 16,6 + j4,4 = (3038,7 + j2002,4) kVA

.Etapa descendenta (calculul tensiunilor la noduri ).

DU_A1 = +

j95,3 - j31,7 = (0,095 - j0,031) kV

U₁ =U_A - DU_A1 = 21 - 0,095 + j0,031 = (20,9 + j0,031) kV U₁ =20,9 kV

DU₁₂ = +

j90,2 - j30 = (0,09 - j0,03) kV

U₂ = U₁ - DU₁₂ = 20,9 + j 0,031 - 0,09 + j0,03 = (20,8 + j0,061) kV U₂ = 20

,8 kV

DU₂₃ = +

j (36,5 - j5,8) V = 0,036 - j0,0058) kV

U₃ = U₂ -DU₂₃ = 20,8 + j0,061 - 0,036 + j0,0058 = (20,7 + j0,066) kV.

Cap IV. Compensarea puterii reactive la factorul de putere neutral.

j =

P_i si Q_i - reprezinta componentele puterii complexe a fiecarui receptor al consu-

Matorului;

W_a si W_r - energia activa,respectiv reactiva consumate într-un interval de timp.

Consecinte :

- functionarea la un factor de putere redus are urmatoarele consecinte :

a)     cresc caderile de tensiune;

b)    cresc pierderile de putere si energie;

c)     creste valoarea curentului de scurtcircuit;

d)    scade capacitatea de încarcare a instalatiei cu putere activa.

Compensarea puterii reactive se face în scopul obtinerii factorului de putere neutral,notat cos j_n care reprezinta aceea valoare a factorului de putere la care marii consumatori de energie electrica platesc doar energia activa con-

Sumata.La o valoare a lui cos j < cos j_n acesti consumatori platesc pe lânga energia activa si diferenta de energie reactiva pâna la cosj_n. Valoarea lui cosj_n depinde de nivelul de dezvolatre tehnica si economica al societatii. Pentru România cosj_n

Îmbunatatirea factorului de putere se poate face pe mai multe cai , respecti: - prin mijloace naturale;

- prin amplasarea de surse de putere reactiva.

Etapele compensarii puterii reactive prin amplasarea de noi surse de energie reactiva sunt :

Stabilirea puterii ce trebuie compensata :

tg j =

tgj_n = Ptgj_n

Q_C = Q - Ptgj_n sau Q_C = P(tgj - tgj_n

Alegerea tipului sursei de compensare.Se pot utiliza urmatoarele mijloace de compensare : bateriile de condensatoare, compensa-toarele statice (SVC),compeensatoarele sincrone (motoare sincro-

ne functionând în gol).

Utilizarea compensatoarelor sincrone este justificata din punct de vedere economic doar pentru puteri mari respectiv ordinul 10MV

Ar.În cadrul proiectului se vor utiliza baterii de condensatoare.Aces-

tea prezinta urmatoarele avantaje :

pierderi de putere mici;

- nu contribuie la cresterea puterii de scurtcircuit;

sunt instalatii relativ simple care nu necesita echipamente complicate pentru functionare si control.

De obicei functioneaza în trepte.

Stabilirea locului de amplasare a sursei de compensare.

În functie de locul de amplasare a sursei de putere reactiva exista urmatoarele posibilitati :

a) Compensarea individuala pe barele de joasa si medie tensiune ale unui consumator;

b) Compensarea de grup pe barele de joasa si medie tensiune în cazul în care se alimenteaza mai multi consumatori;

t_M = 0.15 T_SM = 0.15

t_Me = t_M + f(T_SM - t_M) = 694.5 + 0.25(4630 - 694.5) = 1678.4

t = t_Me +

t - durata de calcul a pierderilor de energie;

t_M - timpul de functionare la sarcina maxima;

t_Me - durata echivalenta de functionare.

DE_ar = (DP + DP_inf) t DP_o t

DE_ab = DP_b T_SM    DE_rb = DQb T_SM

E_as = E_ac + DE_ar + DE_ab E_rcap = Q_cap t

tgj_s =

E_rss = E_as (tgj_s - tgj_n

tgj_scom. =

E_rsscomp. = E_ascomp.(tgj_scomp. - tgj_n

Investitii :

I_i = a_i + b_iQ_bi

a_i - investitii independente de marimea bateriei unde intra costul întreuptoa-

relor si a echipamentelor de protectie.

b_i - costul unui kVAr.

a_i = 1600000 lei;

b_i = 16000000 lei/kVAr

I = (a₁ + b₁Q₁) + (a₂ + b₂Q₂) + (a₃ + b₃Q₃) = (1600000 + 16000000

Cheltuieli totale :

C_eas - costul energiei active de la sistem.

C_eas = c_ea E_as = 1000

C_eascomp. = c_ea E_ascomp. = 1000

c_ea = 1000 lei/kWh

C_erss = c_ers E_rss = 100

C_erss = c_ers E_rsscomp. = 100

c_ers = 100 lei/kVArh

C_întretinere = 0.11 I = 0.11

C_t = C_eas + C_erss + C_într. = 14136087100 + 325130000 + 1346928000 = 15808145100

C_t = C_eascomp. + C_ersscomp. + C_într. = 14099087100 - 422972610 + 1346928000 =15023042490

T_r - durata de recuperare a investitiei.

T_r = [ani]

Solutii obtinute : - T_r < 0 investitie nerentabila;

- T_r > 0 investitie rentabila (obtin profit).

Investitie rentabila daca T_r

5.Calculul curentilor de scurtcircuit.

Pentru calculul scurcircuitului trifazat se foloseste doar schema de secventa directa :

U₁ = 0    I₂ = I₀ = 0

I₁ = I_a = I_b = I_c =

Schema de calcul :

I₁ = I₂ = I₀ =

I_a = I₁ + I₂ + I₀ =

g =

În cazul proiectului se va calcula curentii de scurtcircuit trifazat pe barele de medie tensiune si joasa tensiune ale fiecarui post de transformare.

Schema se compune din nodul de alimentare de la sistem,tronsoane de linii electrice si transformatoare.Calculul curentiilor de scurtcircuit se realizeaza în unitati relative prin considerarea unor marimi de baza.

m =

Starea electrica a unui nod este caracterizata de patru marimi : S,U,I,Z. Doua se aleg ca marimi independente,iar celelalte doua rezulta pe baza relatiilor care exista între acestea. Se aleg ca marimi independente :

S_b = 10⁴ MVA. În particular : S_b = 100 MVA.

U_b = 1.05 U_n^defect.

Sistemul se echivaleaza printr-o tensiune electromotoare e = 1 si o reactanta de secventa directa care se calculeaza cu formula :

X_1s =

Pentru cazul nostru S_sc = 1000 MVA.

Liniile electrice se reprezinta printr-o reactanta de secventa directa :

x_1l = x₀ l

U_med,n = 1.05 U_n.

Transformatoarele se reprezinta :

x_1T =

S_SC = 1000 MVA.

X_o = 0.098 [W/km]

u_sc¹⁰⁰⁰ = 6%

u_sc¹⁶⁰⁰ = 6%

s_b = 100 MVA.

u_b = 1.05 U_n 1.05 20 kV = 21 kV

I_b = kA

X_1s = u.r.

X_1l1 = u.r.

X_1l2 = u.r.

X_1l3 = u.r.

X₁¹⁰⁰⁰ =

X₁¹⁶⁰⁰ =

Pentru scurtcircuitul (1) :

i₁ = u.r.

I_a = I₁ = i₁ I_b = 7.51 2.75 = 20.7 kA

Pentru scurtcircuitul (2) :

I_b = kA

Schema echivalenta :

i₂ =

I_a = I₂ = i₂ I_b = 137.5 0.16 =22 kA

I_{SC PT1}^JT = kA

Pentru scurtcircuitul (3) :

Schema echivalenta :

i₃ =

I_a = I₃ = i_b I_b = 5.8 2.75 = 16 kA

Pentru scurtcircuitul (4) :

Schema echivalenta :

i₄ = kA

I_a = I₄ = i₄ I_b = 0.5 137.5 = 69 kA

I_{SC PT2}^JT = kVA..

Pentru scurtcircuitul (5) :

Schema echivalenta :

I₅ = kA

I_a = I₅ = i₅ I_b = 4 2.75 = 11 kA

Pentru scurtcircuitul (6) :

Schema echivalenta :

i₆ = kA

I_a = I₆ = i₆ I_b = 0.16 137.5 =22 kA

I_SCPT3^JT = kA.

Bibliografie :

Poeata Al.,Arie A. etc. : Transportul si distributia energiei electrice - Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1981.

Balaurescu D.,Ieremia M. : Îmbunatatirea factorului de putere - Editura Tehnica Bucuresti 1981.

Rucareanu C. si altii : Linii electrice aeriene si în cablu - Editura Tehnica Bucuresti 1989.

Iacobesu G.H. si altii : Retele elctrice probleme - Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1977.

Prescriptii energetice :

PE 135/91 - Instructiuni privind determinarea sectiunii economice în instalatii electrice de distributie pe 1 110 kV.

RE - 3I_P 51/2 - 93 : Instructiuni privind stabilirea puterilor nominale economice pentru transformatoarele din posturi.