Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


RENTABILIZAREA TRANZITULUI DE PUTERE PRIN RETELE ELECTRICE

Electronica electricitate

+ Font mai mare | - Font mai mic




Rentabilizarea tranzitului de putere

prin reTele electrice

1 ConsideraTii generale




La transportul si distributia energiei electrice pierderile sunt inevitabile. In tarile in curs de dezvoltare, pierderile de energie ating nivele economice si tehnice neacceptabile, uneori de 27-30 %, din valoarea energiei tranzitate. Pierderile sunt determinate, atat de valoarea rezistentei cailor de curent, dar si de valoarea curentului care le strabate.

Deoarece, valoarea rezistentei (pentru un anumit metal) este proportionala cu dimensiunile conductorilor, pierderile se pot reduce, prin modificarea acestor dimensiuni, respectiv cresterea sectiunilor (reducerea lungimii nu este posibila). Sectiunea optima a unui conductor se obtine din conditia ca valoarea pierderilor care se reduc prin cresterea sectiunii sa fie egala cu costul determinat de cresterea dimensiunii conductorului. Ca urmare, sectiunea optima a conductorului depinde de costul acestuia si de cel al pierderilor si deci, poate varia de la o tara la alta si in timp.

In mod normal, puterea tranzitata creste in timp si deci teoretic, sectiunea conductoarelor ar trebui sa fie marita continuu, pentru a mentine valorile optime ale pierderilor. Deoarece aceasta solutie nu este posibila, sectiunea conductoarelor la liniile nou construite corespunde valorii transferului la un moment dat, dupa punerea in functiune.

Densitatea tehnica de transfer (jt;[11]) a unei cai de curent (sectiuni) este, de regula, mai mare decat densitatea optima (j0) de curent. Insa, costul pierderilor creste rapid cu cresterea transferului de energie si ca urmare, se dovedeste rentabil sa se schimbe sectiunea conductorului inainte ca limita tehnica (jt) sa fie atinsa.

Pentru o anumita valoare a puterii aparente tranzitate:

( 1)

curentul se poate modifica (reduce) prin cresterea tensiunii. Aceasta posibilitate a fost analizata [11], valoarea tensiunii pentru o anumita clasa de retele rezultand din mai multe conditii, dintre care cea economica are o pondere insemnata. Modificarea

curentului prin modificarea valorii tensiunii este o metoda globala, cantitativa. Este posibila insa modificarea valorii curentului care circula printr-o cale de curent si in limite mai restranse (calitative).

2. Rentabilizarea tranzitului de putere

prin controlul puterii reactive

2.1. Structura puterii care strabate o cale de curent – factor de putere

Asa cum este cunoscut, rolul unui sistem electroenergetic este de a transporta energia de la sursele primare, la consumatori, respectiv receptori, care transforma la randul lor puterea electrica activa in alte forme de energie, nemijlocit necesare activitatii umane.

Insa, pentru a transforma energia (puterea) primara (pe care rotorul generatorului electric o primeste sub forma de energie mecanica de rotatie) in energie electrica activa, iar la randul ei aceasta sa poata fi transformata in alte forme de energie ( in principal, mecanica de rotatie ) prin intermediul receptoarelor electrice (in special motoare electrice) este necesara si o energie electrica reactiva (legea inductiei electromagnetice). Aceasta forma de energie este specifica numai sistemelor electrice ' receptorii ' specifici fiind inductantele si capacitatile ; marimi cu care se caracterizeaza efectele campului magnetic, respectiv electric.

Consecinta directa a acestei specificitati este aceea ca energia electrica (puterea) reactiva nu se consuma ( asa cum se intampla cu cea activa prin cedare -

disipare- in exterior, altor tipuri de sisteme energetice), ci doar se acumuleaza si circula prin reteaua electrica (se conserva).[30]

Daca unei capacitati i se aplica o tensiune U, fig.1. continua, atunci aceasta se incarca cu o energie de la sursa circuitului :

(2)

respectiv dupa tincarcare :

Wc = C . Uc2 = C . Uc2    (2')

si ramane incarcata ( teoretic permanent), intre aceasta si sursa nu mai circula nici un curent. Pe seama acestei energii acumulate, condensatorul este considerat in unele aplicatii, sursa de energie.

Daca insa tensiunea sursei se modifica (este alternativa), fig.2 energia inmagazinata la un moment dat este :

Wc = 1/2 C U2max sin2 ω t (3)

Deci in decursul fiecarei alternante are loc o incarcare a capacitatii, pe portiunea ascendenta a sinusoidei tensiunii ( derivata pozitiva ) si o descarcare pe portiunea descendenta ( derivata negativa ) a fiecarei semiperioade respectiv intr-o jumatate de alternanta absoarbe energie de la sursa, iar in cealalta i-o retransmite acesteia.

In mod similar are loc alternarea incarcarii si descarcarii cu energie electrica a unei inductante (bobine), fig.3., cu energia :

WL = 1/2 L i2L = 1/2 L . I2max .sin2( t –

WL = 1/2 L Imax cos2 ωt (4)

care tranziteaza ciclic, prin reteaua electrica dintre sursa si bobina.

Evident, curentul reactiv inductiv (IL) sau capacitiv (IC), daca tranziteaza elementele disipative (rezistente R) ale circuitului (retelei) disipa in acestea o putere (energie) sub forma de pierderi active ( Δp =RI2L , sau Δp = RI2C) .

Deci, prin caile de curent ale unei retele electrice circula o putere electrica activa, determinata de puterea mecanica ceruta (de ex.) de utilajul antrenat de un motor, putere care tranziteaza reteaua electrica de la sursa primara la receptor, dar si o putere electrica reactiva, care oscileaza cu o frecventa dubla (2 ω ) intre fiecare receptor inductiv si sursa.

Evident, campul magnetic al unei bobine si cel electric al unui condensator, nu sunt receptori ( consumatori de energie) ca un receptor de putere electrica activa, care consuma energia electrica activa, prin transformarea ei in alta forma de energie.

Inductantele si capaciatile doar se incarca (absorb) si se descarca (cedeaza), cu o cantitate fixa de energie determinata numai de tensiunea retelei si reactanta proprie.

Asa cum se cunoaste , puterea electrica reactiva inductiva este necesara unui motor pentru a crea campul magnetic necesar existentei legii lui Faraday, respectiv, a transformarii energiei electrice active, in energie mecanica de rotatie.Valoarea puterii reactive ce strabate infasurarile unui motor depinde numai de tensiunea aplicata


infasurarii( Uinf) si de reactanta inductiva a acesteia ( Xinf), deci nu depinde si de puterea activa tranzitata.

Puterea reactiva nominala (Qn) va corespunde tensiunii nominale a infasurarii, valoarea ei, pentru o anumita putere aparenta a unui motor, depinde de modul de concepere, proiectere si executie a motorului ( de firma care il produce).

Deci, printr-o RE, va circula putere aparenta S :

S = P + j Q (5 )

unde P - este puterea electrica activa, ce tranziteaza reteaua, fiind determinata de puterea activa ceruta de receptori ( motoare, lampi electrice, cuptoare electrice, etc.) si care se modifica in timp (curba de sarcina)

Q - este puterea electrica reactiva, necesara tranzitarii ( in transformatoare) si transformarii puterii electrice active in formele de putere solicitata de receptori si care oscileaza prin retea intre sursa si receptori si are o valoare practic independenta de valoarea lui P.

Pentru a caracteriza structura puterii aparente care circula printr-o retea, s-a definit factorul de putere (K) :

(6)

unde : D - este putere deformanta.

Daca sistemul electric trifazat este simetric si nedeformat, atunci :



(7)

Din punct de vedere a rentabilizarii tranzitului de putere se pune problema influientei factorului de putere asupra randamentului tranzitarii unei anumite puteri active, respectiv, cat de mare este puterea electrica reactiva (Q) ce insoteste acest tranzit si in ce masura ea , poate fi mai mare sau mai mica pentru o aceeasi valoare a puterii electrice active (P).

Inainte de a prezenta metodele si mijloacele cu care se poate modifica Q, sa analizam efectele unui surplus de putere reactiva care circula pe o retea de rezistenta

(R) si reactanta (X), pentru o aceeasi putere electrica activa (P), (functionare la factor de putere redus).

2.2. Efectele unui factor de putere redus

a) cresterea pierderilor de putere activa. Deoarece pierderile Δp sunt determinate de valoarea aparenta ( I = Ia + j IL) a curentului , rezulta :

(8)

Deci, daca Q1 > Q2, pentru acelasi P tranzitat p1 > p2

b) cresterea pierderilor de tensiune, din :

( 9)

rezulta : U1( Q1) > U2(Q2), daca Q1 > Q2

c) supradimensionarea cailor de curent ale retelei.

Asa cum s‑a aratat (cap.9.), sectiunea (S) a caii de curent se stabileste in functie de valoarea curentului aparent, deci :

pentru un Q1 > Q2 I1 = Ia + j IL1 > I2 = Ia + j IL2

si ca urmare S1 > S2 pentru o aceeasi putere activa P (Ia) tranzitata.

Acelasi efect, determina reducerea posibilitatii de incarcare cu putere electrica activa a generatoarelor, din conditia :

(10)

Daca Q1 > Q2 rezulta P1 < P2.

2.3. Echivalentul energetic al puterii reactive

Pentru a evidentia numeric modificarea pierderilor de putere activa pe seama modificarii (controlului) circulatiei de putere reactiva, s-a definit echvalentul energetic al puterii reactive ca raportul :

(11)

unde : ΔP sunt reducerile de pierderi de putere activa;

ΔQ - reducerea de putere reactiva,corespunzatoare aceleiasi puteri active tranzitate. Pentru ΔQ =Q1 – Q2 , rezulta :

(12) iar :

Text Box: (14.13)

exprima cati Kw se pierd pentru un Kvar care circula in plus printr-o retea de rezistenta R.

3. Problema factorului de putere

In evolutia electroenergeticii, o prima masura de rentabilizare a tranzitului (dupa cresterea tensiunii de transport si distributie) a fost dimensionarea in functie de puterea ceruta de consumatori si nu cea instalata la acestia.

Cu timpul, mai intai s-a constatat ca circulatia de putere reactiva, desi necesara la consumatori, este nerentabil sa circule prin reteaua de transport, distributie si alimentare.

Astfel a aparut problema factorului de putere care trebuia rezolvata astfel:

-sa se asigure la consumator (fiecarui receptor in parte) puterea electrica reactiva (Q1) de care are nevoie (S1 =P +jQ1), dar pe reteua electrica aceasta, pentru un anumit P, sa aiba o valoare Q2 cit mai mica (S2 = P+jQ2). In prima instanta s-au cautat metodele de rezolvare a cestei probleme, iar dupa ce acestea au fost descoperite, s-au impus restrictii consumatorilor, in ceea ce priveste structura puterii absorbite din retea (S2=P+jQ2) pentru o anumita putere necesara (S1=P+jQ1) in scopul rentabilizarii tranzitului de putere prin retea, mai pe scurt, a ameliorarii factorului de putere.

3.1. Metode de ameliorare a factorului de putere

Pentru ca o anumita putere reactiva Qc = ΔQ (12) sa nu mai circule (oscileze) prin retea, se pot folosi doua metode:

a)- producerea cu surse locale a puterii ΔQ, la consumator,fig.4, folosind motoare electrice sincrone supraexcitate sau chiar generatoare electrice. Aceasta

metoda se aplica mai putin la consumatori datorita dificultatilor de exploatare a motoarelor sincrone, iar generatoarele, la consumator, se utilizeaza din aceleasi motive, dar si din alte motive (asigurarea resurselor primare) cu atat mai putin.

b)-aplicarea proprietatii circuitelor L,C, paralele.

Din cele prezentate in paragraful 2.1, fig.2.si 3., rezulta ca intre un circuit inductiv si o sursa, pe de o parte si unul capacitiv si sursa pe de alta parte, are loc un schimb oscilant de energie. Valorile schimbate sunt variabile in timp, dar sunt si compensatorii, in sensul ca in timp ce campul magnetic (de ex.) absoarbe energie, de la sursa cel electric o cedeaza. Rezulta ca prin conectarea unei capacitati C,


(fig.5) in paralel cu o inductanta L, dupa conectarea la sursa si incarcarea uneia din ele cu energia maxima, aceasta nu va mai oscila intre fiecare in parte si sursa, ci va oscila numai intre ele, iar pe reteaua electrica va oscila numai diferenta puterii schimbate intre ele.

Considerand energiile acumulate la un moment dat in fiecare din cele doua campuri : (14)

(15)

rezulta suma lor:

(16)

In cazul acordului la rezonanta : ,rezulta:

respectiv:



 

Deci energia existenta in orice moment in cele doua campuri este constanta, oscileaza numai intre ele, iar puterea schimbata cu sursa pe retea este nula.

Acest fapt rezulta si din aplicarea legii I-a a lui Kirchoff in nodul 1:

(18)

iar din conditia (16) :

(18,)

Deci prin instalarea la un consumator reactiv inductiv de putere (S1=P+jQ1) in punctul de delimitare (de ex.) a unei baterii de condensatoare ce poate absorbi o putere reactiva QC, se va reduce puterea reactiva care oscileaza pe retea, de la Q1 la Q2=Q1 – QC, determinand reducerea pierderilor de putere activa pe linie respectiv, rentabilizarea tranzitului de putere.

3.2. Mijloace de ameliorare a factorului de putere

Aceste mijloace se impart in doua categorii :

3.2.1. Mijloace tehnico-organizatorice (naturale)

Acestea au scopul de a diminua puterea electrica reactiva (Q1), necesara consumatorului prin:

1)Alegerea corespunzatoare sau inlocuirea motoarelor si transformatoarelor necorespunzatoare.

Asa cum s-a aratat, puterea electrica reactiva absorbita de un motor (sau transformator) nu depinde de puterea activa tranzitata (daca tensiunea de alimentare se mentine constanta), ca urmare, indiferent de valoarea lui P, Q = ct = Qn, iar

va fi variabil in functie de P si va avea valoarea maxima pentru , .

Daca un motor (sau transformator) este ales necorespunzator, in sensul ca are o putere electrica activa nominala (Pn) mai mare decit cea solicitata de utilaj va absorbi permanent Q=Q1n, mai mare decit cea corespunzatoare unui motor cu puterea mai mica (corespunzatoare) (Q2n<Q1n):

(19)

2)Utilizarea limitatoarelor de mers in gol.

La limita, situatia de mai sus devine functionarea in gol, cand :

  (20)

Ca urmare, s-au conceput si aplicat diferite dispozitive automate care limiteaza mersul in gol (LMG) al motoarelor electrice.

3)Inlocuirea motoarelor asincrone cu motoare sincrone.

Intrucat motoarele sincrone pot reprezenta surse de putere reactiva daca sunt supraexcitate, utilizarea lor reprezinta aplicarea metodei a) de ameliorare a factorului de putere. Acest mijloc determina exigente sporite in exploatare, specifice motoarelor sincrone .

4)Utilizarea comutatorului stea-triunghi.

Are la baza modificarea tensiunii aplicate fiecarei infasurari (in sensul reducerii) si ca urmare, reducerea puterii reactive care circula prin acestea, la o aceeasi putere activa tranzitata.

Deci daca, infasurarile motorului sunt conectate in stea (Y), fig.6, puterea aparenta este : (22) unde:

Pentru aceeasi putere electrica activa (P), daca infasurarile sunt conectate in triunghi, puterea aparenta devine:

Text Box: (14.23)

(24)

Cand puterea P,respectiv S depaseste limita puterii admisibile corespunzatoare conexiunii stea, atunci se conecteaza infasurarile in triunghi.

Exemplu : - considerind un motor ale carui infasurari suporta un curent de 30 A (pentru cosφny=0,9 , Ia=27A, ILY=13A) rezulta:

Sny =20 KVA= 17,82Kw + j8,58 Kvar

Daca acest motor va functiona cu infasurarile in triunghi, atunci:

S = 34KVA =22,2 Kw + j 25Kvar ,respectiv cosφ =0,65 (Ia =19,83 A I=22,52A), deci se reduce posibilitatea incarcarii cu putere electrica activa, in raport cu cea reactiva, care se tripleaza.


2.6.2.Mijloace radicale de ameliorare a factorului de putere

1)Condensatoare statice.

Utilizarea acestora reprezinta aplicarea metodei care se bazeaza pe proprietatile circuitului rezonant paralel si presupune rezolvarea urmatoarelor probleme:

a)     determinarea valorii capacitatii;

b)    stabilirea modului de conectare a elementelor acesteia;

c)     probleme de reglaj;

d)    probleme de protectie;

e)     probleme de amplasare;

f)      probleme de conectare-comutatie;

a) Determinarea valorii capacitatii.

Daca un consumator doreste sa-si amelioreze factorul de putere, al puterii aparente S1 =P +jQ1, fig.7, pe care o primeste in punctul de delimitare (PD) de la furnizor (acesta amendeaza consumatorii care solicita o putere S1 cu un factor de putere cosφ1 mai mic de cat cosφ2 neutral [6]), utilizand condensatoare statice, valoarea capacitatii ce urmeaza sa si-o instaleze in bateria trifazata, rezulta din conditia, reprezentata si in fig.7.b. :

QC =Q1 –Q2 (25)



respectiv:

(25,)

Deoarece partea reala (puterea, curentul activ) ramane aceeasi, atat in regim neameliorat, cat si in regim ameliorat, pentru a elimina curentul I2, din ;

I1cosφ1 =Icosφ2

Rezulta :

(26)

sau :

QC=P(tg -tg (19.27)

Deci puterea reactiva necesara ameliorarii factorului de putere, pentru o putere activa P, de la cosφ1 la cosφ2 , depinde si de valoarea puterii active tranzitate (de fapt de puterea aparenta S1 =P+jQ1).

In RE de joasa tensiune trifazate, puterea reactiva ce poate fi absorbita (acumulata) de o baterie trifazata cu reactanta XC = 1/ωC, montate in cate unul din

cele 3 elemente, depinde si de modul de montare al acestora (stea sau triunghi) fig.8.

Ca urmare, capacitatea necesara a fi instalata in cazul utilizarii conexiunii in stea , pentru a asigura valoarea QC (27) ,va fi :

(28)

iar pentru conexiunea in triunghi (fig.8.b) :

(29)

b) Din cele de mai sus, rezulta ca avantajoasa conectarea elementelor

unei baterii trifazate de condensatoare in triunghi, dar , in acest caz, tensiunea ce se aplica unui element este de ori mai mare si ca urmare, calitatile dielectricului trebuie sa fie superioare.

Elementele capacitatilor utilizate in RE-JT sunt realizate pentru a functiona conectate in triunghi, iar la tensiuni superioare (medie tensiune) pentru a fi conectate in stea.

c) Datorita dependentei valorii puterii reactive QC (27), necesare ameliorarii de la cosφ1 la cosφ2 (impus si deci constant) de valoarea puterii electrice active P, rezulta ca si QC va fi variabil in functie de variatia lui P, conform curbei zilnice de sarcina.

Rezulta ca necesar controlul permanent al valorii lui QC respectiv, reglajul valorii capacitatii bateriei de condensatoare, din (27) si (29), rezulta :

(30)

Acest reglaj se poate face automat, sau manual, pe seama unor nomograme, in functie de cosφ1 , cosφ2 si P, aflate la dispozitia personalului de conducere operativa a RE-JT.

d) Asa cum s-a aratat in fig.2. si relatia (3), la un moment dat, intr-o capacitate exista acumulata o energie electrica WC a carei valoare depinde de


valoarea tensiunii in momentul respectiv. Ca urmare, in functie de momentul deconectarii unei capacitati de la sursa, aceasta ramane incarcata cu o energie

cuprinsa intre (), respectiv o tensiune la borne cuprinsa intre (-Umax ÷ + Umax).

In functie de calitatea dielectricului (pierderile din capacitate) energia, respectiv tensiunea la borne se pot mentine un timp indelungat. Daca nu exista un control al descarcarii bateriei de condensatoare, exista pericolul electrocutarii

personalului de deservire. Din acest motiv, se adopta solutii de blocare al accesului la bateria de acumulatori, daca aceasta nu este descarcata, sau al descarcarii automate a

acesteia imediat ce a fost deconectata de la retea. In fig.9, se prezinta aceasta ultima solutie, in care caz bateria se descarca pe o sarcina rezistiva (lampi cu incandescenta) ce permite si controlul vizual al descarcarii.

Conectarea in triunghi a lampilor asigura descarcarea bateriei de condensatoare si in cazul intreruperii unei laturi a triunghiului cu lampi. Se monteaza cate doua lampi pe latura, deoarece tensiunea maxima de linie este    .


Fig.9.

Un alt considerent care impune descarcarea bateriei este si curentul foarte mare ce rezulta la reconectarea ei la retea, datorita diferentei dintre tensiunea retelei (Umax) si tensiunea remanenta a capacitatii (ħUmax) (punerea in paralel a doua surse).

e) Prin conectarea unei baterii de condensatoare intr-un punct al RE-JT, se amelioreaza circulatia de putere pe portiunea din amonte de locul ei de montare. Ca urmare, este rentabil ca mijloacele de ameliorare sa se monteze, in principiu, la

bornele fiecarui receptor, pentru a reduce pierderile suplimentare (ΔP) si pe reteaua consumatorului.

Din considerente tehnice (valorile disponibile ale capacitatii unui element capacitiv) si economice, s-au intocmit programe de calcul care ofera informatii, privind punctele din RE-JT unde sa se monteze baterii de condensatoare cu o anumita valoare, in

functie de configuratia retelei, parametrii ei ,(R,X), puterile tranzitate si factorii de putere cosφ1 si cosφ2.

f) La conectarea unei baterii de condensatoare, care a fost descarcata, curentul initial are o valoare foarte mare (fig.1) suprasolicitind aparatele de conectare. Ca urmare, se utilizeaza contactoare speciale pentru comutatie de sarcina capacitiva.

Aceste contactoare au contacte auxiliare care conecteaza condensatoarele prin rezistenta serie si care se inchid inaintea contactelor principale de forta.

2. Compensatorul sincron.

Compensatorul sincron este un motor sincron, care nu antreneaza nici un utilaj, si ca urmare, absoarbe din sistemul electroenergetic doar puterea electrica activa PCS, necesara rotirii la viteza sincrona (fig.10). De la sursa de excitatie proprie absoarbe un curent (Iex) pentru crearea fluxului inductor, respectiv a unei tensiuni electromotoare (E), capabila sa determine un curent reactiv inductiv (respectiv o putere reactiva Qcs ) necesara reducerii puterii absorbite din retea , de la Ql la Q2.


Fig.10.

Utilizand compensatorul sincron (CS), factorul de putere pe retea, in amonte de locul de instalare a acestuia, va fi :

(31)

Personalul de deservire operativa a CS, va modifica manual nivelul curentului de excitatie (Iex), astfel incat sa se genereze QCS care, conform (31) sa determine cosφ2 impus de furnizor pe RE-JT a acestuia. Evident, mentinerea unei valori constante pentru cosφ2 se poate asigura si cu un dispozitiv de reglare automata.








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 940
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site