REGIMURILE DE FUNCŢIONARE sI SARCINILE RECEPTOARELOR ELECTRICE

Regimul de functionare a unui receptor este definit prin ansamblul marimilor electrice si mecanice care caracterizeaza functionarea receptorului la un moment dat.

Regimul de lucru nominal defineste functionarea receptorului în conditii specificate, marimile electrice si mecanice luând valorile indicate de constructor pe placuta de date sau cartea tehnica a masinii.

Regimul de mers în gol corespunde functionarii masinii cu viteza corespunzatoare regimului nominal, fara însa a furniza putere utila.

Regimul de repaus înseamna absenta completa a oricarei alimentari cu energie electrica, a oricarei actionari mecanice, a oricarei miscari.

Se deosebesc urmatoarele regimuri de lucru ale receptoarelor electrice:

Regimul de lunga durata corespunde functionarii cu parametri constanti sau putin variabili în jurul valorii nominale , un timp suficient de lung, încât echilibrul termic sa fie atins.

Regimul de scurta durata corespunde functionarii receptorului cu parametri constanti, un timp mai mic decât cel necesar atingerii echilibrului termic, urmat 828e41i de un repaus cu o durata suficienta pentru ca receptorul sa revina la temperatura mediului ambiant.

Regimul intermitent periodic consta dintr-o succesiune de cicluri identice, fiecare ciclu continând un timp de functionare t_a cu parametri constanti si un timp de repaus t_p, durata ciclului t_c nedepasind 10 minute . Un astfel de regim este caracterizat prin durata activa relativa a ciclului:

   

Sarcina electrica reprezinta puterea activa, reactiva sau aparenta (intensitatea curentului electric) debitata sau absorbita de un echipament electric generator, transmitator sau receptor de energie electrica.

Sarcina maxima este definita ca cea mai mare dintre sarcinile medii care pot aparea, într-un interval de timp specificat, numit interval de cerere. Orice referire la sarcina maxima trebuie urmata de precizarea intervalului de cerere la care se refera (de exemplu: 2 secunde, 5 minute, 30 minute etc. ).

Sarcinile maxime pot fi de lunga sau scurta durata.

Sarcinile maxime de lunga durata având o durata a intervalului de cerere de 15, 30 sau 60 minute servesc pentru dimensionarea echipamentelor si elementelor retelelor electrice, pentru a satisface conditia de stabilitate termica la încalzire în regim permanent si pentru calculul pierderilor de tensiune, putere si energie.

Sarcinile maxime de scurta durata sau de vârf se refera la intervale de cerere cu o durata de 1 la 10 secunde si servesc la calculul fluctuatiilor de tensiune în retea, alegerea sigurantelor fuzibile, reglajul maximal al instalatiilor de protectie si la verificarea pierderilor de tensiune în conditii speciale, ca de exemplu, pornirea si autopornirea motoarelor electrice.

Puterea instalata este puterea activa nominala a receptorului mentionata pe placuta indicatoare sau cartea tehnica cu urmatoarele precizari:

. pentru majoritatea receptoarelor electrochimice, electrotermice si de iluminat puterea instalata este puterea absorbita de receptor la tensiunea si frecventa nominala;

pentru motoarele electrice puterea în kW, înscrisa pe placuta, reprezinta puterea mecanica dezvoltata la arbore ( puterea electrica absorbita din retea se obtine împartind puterea nominala la randamentul nominal);

pentru transformatoarele cuptoarelor electrice:

unde S_n este puterea nominala aparenta, iar cos - factorul de putere nominal;

pentru receptoarele cu regim de lucru intermitent periodic, puterea nominala în regim de scurta durata se raporteaza la functionarea în regim de lunga durata cu ajutorul relatiei :

(3)

unde P_{n ip} este puterea nominala în regim periodic intermitent,

DA- durata activa relativa a ciclului;

. pentru transformatoarele de sudura puterea nominala raportata la regimul de lunga durata are expresia :

(4)

Puterea instalata a unui grup de receptoare este suma puterilor instalate (nominale) raportate la regimul de lunga durata (DA=1) a tuturor receptoarelor ce pot functiona simultan (nu se iau în considerare receptoarele de rezerva ) .

La determinarea puterilor instalate, receptoarele monofazate repartizate uniform pe faze se considera receptoare trifazate. În cazul în care încarcarea unei faze depaseste cu 15 % încarcarea celorlalte faze, pu­terea instalata trifazata a retelei se calculeaza cu relatia:

(6)

unde este puterea instalata pe faza cea mai încarcata.

GRAFICE DE SARCINĂ

Datorita imposibilitatii stocarii energiei electrice, satisfacerea necesarului de energie la consumatori impune cunoasterea anticipata de catre furnizor a consumului, care de regula, variaza în timp.

Variatia în timp, pe o perioada determinata, a sarcinii electrice a unui receptor sau a unui grup de receptoare, reprezentata grafic, poarta denumirea de curba de sarcina sau grafic de sarcina. Graficele de sarcina pot fi, deci, individuale sau de grup.

Curbele de sarcina se pot clasifica dupa felul sarcinii, durata perioadei de observatie a variatiei sarcinii si provenienta.

Dupa felul sarcinii se evidentiaza curbe de sarcina activa si curbe de sarcina reactiva.

Se pot trasa si curbe de sarcina în care se prezinta variatia intensitatii curentului electric.

Dupa durata perioadei de observatie a variatiei sarcinii, curbele de sarcina pot fi:

zilnice, la care durata perioadei de observatie este de 24 de ore, dintre care doua curbe de sarcina sunt mai importante, cea caracteristica pentru o zi de vara (în intervalul 18-25 iunie) si cea pentru o zi de iarna (18-25 decembrie);

anuale la care perioada de observatie este de 8760 ore (12 luni sau 365 zile).
Dupa provenienta se deosebesc urmatoarele curbe de sarcina:

trasate direct de catre aparatele înregistratoare (wattmetre, varmetre, sau amper-metre înregistratoare);

experimentale, obtinute în urma citirii aparatelor indicatoare la intervale de timp egale (10, 15, 30 sau 60 minute);

tip, obtinute prin generalizarea curbelor de sarcina experimentale, specifice unor anumiti consumatori (întreprinderi metalurgice, constructoare de masini cu unul, doua sau trei schimburi etc).

Frecvent, trasarea curbelor de sarcina zilnice se face dupa indicatiile contoarelor citite la intervale de timp egale. Pe intervalul de timp considerat, puterea se admite constanta si egala cu puterea medie:

(7)

n acest caz curba de sarcina rezulta în trepte. Ordonatele curbelor de sarcina se exprima fie în valori absolute, fie în procente din valorile maxime.

Curbele de sarcina se caracterizeaza prin valori maxime si minime al caror numar, pozitie si durata difera de la consumator la consumator, functie de caracterul productiei, de numarul de schimburi, de ora începerii si terminarii acestora etc.

În figura 1 se prezinta curba de sarcina zilnica pentru un consumator casnic. Se constata prezenta a doua vârfuri de sarcina, unul de dimineata si altul ceva mai mare de seara, vârfuri datorate în special consumului pentru iluminatul electric si a doua goluri de sarcina unul de noapte si altul de zi. Se mai constata ca vârfurile de sarcina pentru o zi de iarna sunt mai mari si au o durata mai mare decât pentru o zi de vara, din cauza perioadei mai lungi a întunericului.

Fig.1. Curba zilnica de sarcina activa pentru un consumator casnic:

Utilizând curbele de sarcina zilnice se poate trasa curba anuala a sarcinilor maxime (fig. 2). Sarcina corespunzatoare unei luni se obtine prin efectuarea mediei aritmetice a sarcinilor maxime zilnice din luna respectiva.

Curba anuala a sarcinilor maxime prezinta un gol de sarcina pe perioada verii, gol în care pot fi planificate reparatiile echipamentelor energetice.

Asezând sarcinile din curba anuala a sarcinilor maxime, în ordine descrescatoare, se obtine curba anuala a sarcinilor maxime clasate (fig. 3).

Fig.3. Curba anuala a sarcinilor active maxime clasate.

Curbele de sarcina prezinta un deosebit interes pentru producatorul de energie electrica, care trebuie sa fie pregatit pentru a produce la un moment dat puterea electrica necesara.

APLATIZAREA CURBELOR DE SARCINĂ

Costul specific al energiei electrice produse în centralele sistemului electroenergetic este cu atât mai mic cu cât durata de utilizare a puterii instalate este mai mare. De asemenea pierderile de energie în retelele electrice, asa-zisul consum tehnologic, sunt proportionale cu patratul coeficientului de forma a curentului electric care le strabate.

Valorile duratei de utilizare a puterii instalate cât si a coeficientului de forma depind de forma graficelor de sarcina ale consumatorilor, ele fiind optime ( maxima, respectiv egala cu unitatea ) în cazul graficelor la care puterea este constanta în timp.

Ansamblul masurilor care se iau pentru diminuarea variatiilor de putere în productia centralelor sistemului electroenergetic constituie actiunea de aplatizare a curbei de sarcina a sistemului electroenergetic.

Aplatizarea curbei de sarcina a unui sistem electroenergetic se poate realiza prin doua feluri de masuri:

masuri aplicate direct în instalatiile de producere a energiei electrice;

masuri aplicate la consumatori care sunt de fapt masuri orga­nizatorice.

Din prima categorie de masuri fac parte:

Realizarea de amenajari hidroelectrice cu acumulare prin pompare care în timpul golurilor de
sarcina pompeaza apa într-un bazin de acumulare, pe care o utilizeaza apoi pentru producerea de energie
electrica în timpul vârfului de sarcina a sistemului electroenergetic;

Introducerea orei de vara prin decalarea în avans a orei oficiale, adica adoptarea pe timpul verii a
orei fusului orar rasaritean vecin ;

Prevederea de consumatori tampon alimentati cu energie electrica în afara vârfului de sarcina.
Consumatorii tampon sunt instalatii care, înca de la proiectare, au fost supradimensionati în vederea
realizarii productiei planificate în cazul functionarii numai în afara vârfului de sarcina, cum sunt, spre
exemplu, instalatiile pentru irigatii.

Masurile organizatorice ce se pot lua de catre consumatorii de energie în vederea aplatizarii curbelor de sarcina sunt:

Echilibrarea schimburilor de lucru, în special încarcarea schimbului de noapte care are cel mai important efect;

Programarea proceselor discotinue cu consum important de energie electrica, numai în schimbul de noapte, cum ar fi: stocarea apei în rezervoarele tampon, încarcarea bateriilor de acumulatoare pentru electrocare, sablajul etc.

Evitarea pornirii în perioada de vârf, precum si a pornirii si­multane, a motoarelor de puteri importante;

Utilizarea în orele de vârf a actionarilor de rezerva neelectrice

Programarea operatiunilor de revizie a aparatelor si utilajelor în timpul vârfurilor de sarcina;

Esalonarea pauzelor pentru masa.

Masurile organizatorice, aplicate corect si consecvent, conduc la aplatizarea curbelor de sarcina cu efecte avantajoase atât pentru sistemul electroenergetic cât si pentru consumator, care beneficiaza de un cost al energiei electrice mai scazut.

INDICATORI DE CONSUM

Consumul de energie electrica poate fi caracterizat printr-o serie de marimi - puteri, durate, coeficienti adimensionali - numite indicatori de consum ce pot fi determinate din curbele de sarcina.

1° Energia electrica activa se determina cu ajutorul relatiei:

(8)

unde P(t) este puterea activa absorbita, iar T - intervalul de timp de observatie (24 sau 8760 h). Ea este reprezentata de aria suprafetei cuprinse între curba de sarcina si axa timpului ( fig.4 ).

Daca graficul de sarcina este în trepte, energia activa se calculeaza cu relatia :

(9)

în care P_k este puterea activa medie corespunzatoare intervalului de timp dintre doua citiri t_k, iar n - numarul treptelor (fig.5). În ipoteza ca duratele treptelor sunt egale, t_k = T/n , energia activa devine:

(10)

2° Puterea medie este data de raportul dintre energia activa consumata si durata intervalului de

timp considerat:

(11)

respectiv:

(12)

Se observa ca în cazul curbelor de sarcina continui puterea activa medie reprezinta o medie ponderata, iar în cazul curbelor de sarcina în trepte de durate egale - o medie aritmetica.

3° Puterea medie patratica se defineste cu ajutorul relatiilor:

(12)

respectiv:

(13)

pentru graficele de sarcina în trepte.

În caz ca treptele au durate egale, puterea medie patratica are expresia :

(15)