Instalatii electrice de alimentare cu energie electrica a consumatorilor

Instalatii electrice de alimentare cu energie electrica a consumatorilor

1. Definitii

Un ansamblu de echipamente electrice interconectate intr-un spatiu dat si reprezentand un tot unitar,, cu o functionalitate bine determinata, formeaza o instalatie electrica.

Orice instalatie electrica presupune deci o serie de echipamente electrice, precum si interconexiunile dintre acestea, realizate prin diferite tipuri de conducte electrice.

Prin echipament electric se intelege, in general, orice dispozitiv interconectat pentru producerea, transformarea, distributia, transportul sau utilizarea energiei electrice. Aceasta ultima destinatie, reprezentand scopul final al intregului proces de producere, transport si distributie, defineste o categorie distincta de echipamente, denumite receptoare electrice.

Receptorul electric este un ansamblu (dispozitiv) electric care absoarbe energie electrica si o transforma in alta forma de energie (mecanica, termica, luminoasa etc.) in scop util. Dupa destinatie receptoarele electrice se clasifica in:

receptoare de lumina,

receptoare de forta,

receptoare pentru transmiterea informatiilor,

iar dupa siguranta in functionare:

normale, cu o singura sursa de alimentare pe una sau mai multe cai,

vitale, cu doua sau mai multe surse de alimentare.

Ansamblul instalatiilor electrice de producere, transport, distributie si utilizare a energiei electrice, interconectate intr-un anumit mod si avand un regim comun si continuu de producere si consum de energie electrica, alcatuiesc un sistem electroenergetic SE.

Reprezentarea schematica a unui sistem electroenergetic este redata in figura I.1.

Fig. I.1. Reprezentarea schematica a unui sistem electroenergetic

In sistemul electroenergetic national SEN, energia electrica se produce in centrale termoelectrice, hidroelectrice si nucleare. In ultimul timp se acorda o atentie tot mai mare centralelor care folosesc resurse regenerabile. xxx

Energia electrica produsa in centrale electrice se transmite la consumatori prin    retele electrice, formate din linii electrice aeriene LEA, linii electrice subterane LES, statii de transformare ST si de conexiuni SC, posturi de transformare PT. Importanta alimentarii cu energie electrica a consumatorilor impune o serie de conditii tehnice si economice retelelor electrice, dintre care cele mai importante sunt:

asigurarea continuitatii in alimentarea cu energie electrica a consumatorilor (in functie de natura efectelor produse de intreruperea alimentarii),

siguranta in functionare,

asigurarea parametrilor calitativi ai energiei electrice furnizate,

eficienta economica a investitiilor.

Sistemul electroenergetic national este realizat prin interconectarea sistemelor regionale create in jurul centralelor electrice amplasate in diferite zone geografice. Sistemul contine mai multe noduri, reprezentate prin centrale electrice sau statii de transformare. Avand in vedere ca orice centrala electrica are o statie ridicatoare de tensiune pentru transportul energiei electrice produse (energia electrica la bornele generatoarelor centralelor electrice fiind de 24 kV), se poate considera ca nodurile sistemului electroenergetic sunt constituite practic din statii de transformare.

Drept consumator de energie electrica se considera ansamblul instalatiilor electrice de distributie si utilizare aferente unei intreprinderi, institutii sau colectivitati. Dupa natura consumului de energiei electrica, consumatorii se clasifica in:

industriali si similari,

casnici, care folosesc energia electrica pentru iluminat si utilizarea receptoarelor electrocasnice,

tertiari: cladiri administrative, scoli spitale.

Dupa puterea contractata de consumatori deosebim:

mici consumatori, cu puterea contractata sub 100 kW,

mari consumatori, cu puterea contractata peste 100 kW.

Furnizorul (F) de energie electrica cuprinde ansamblul instalatiilor de producere, transport si distributie a energiei electrice. Racordarea consumatorilor la sistemul electroenergetic national SEN se face de regula printr-o singura linie electrica de alimentare. Aceasta va fi prevazuta cu numarul minim de circuite necesare tranzitului energiei electrice in conditii economice si la parametri de calitate si siguranta ceruti de consumator.

Energia electrica este transmisa de la furnizor la consumator printr-o statie de primire (SP) care, dupa natura consumatorului, poate fi o statie de transformare (ST), un post de transformare (PT) sau un tablou general (TG). Punctul de separatie intre furnizor si consumator este denumit punct de delimitare (PD), reprezentat prin contorul care inregistreaza consumul de energie electrica si este amplasat inainte sau dupa statia de primire (fig. I.2).

Fig. I.2. Legarea consumatorului la reteaua furnizorului

Punctele de delimitare sunt distincte daca prin fiecare din ele se poate asigura puterea necesara consumatorului, in caz de disparitie a tensiunii in celalalt punct. Asigurarea continuitatii in alimentarea consumatorului din punctele de delimitare distincte presupune functionarea reusita a automaticii de sistem si a sistemului de alimentare extern in ansamblu.

Relatia dintre furnizor si consumator se stabileste prin contractul de furnizare si utilizare a energiei electrice cu urmatoarele prevederi principale:

locul de consum, amplasamentul instalatiilor de utilizare a energiei electrice,

punctul sau punctele de delimitare,

puterea contractata, cea mai mare putere medie orara sau pe 15 min, pe care consumatorul are dreptul sa o absoarbe in perioada de consum,

puterea la orele de var ale SEN, cea mai mare putere medie orara sau pe 15 min, convenita pentru a fi absorbita in aceste intervale de timp,

puterea minima de avarie, puterea strict necesara pentru a mentine in functiune receptoarele vitale,

puterea minima tehnologica, cea mai mica putere necesara consumatorului in regim de limitare, pentru mentinerea in functiune, in conditii de siguranta, a instalatiilor pentru a evita pierderi de productie nerecuperabile.

Nodul electric din amonte de punctul de delimitare constituie sursa in raport cu consumatorul considerat. Alimentarea consumatorilor de energie electrica se poate realiza de la una din urmatoarele surse:

sursa de baza, care asigura alimentarea cu energie electrica a receptoarelor consumatorului in regim normal de functionare,

sursa de rezerva, care asigura alimentarea cu energie electrica a receptoarelor consumatorului in cazul indisponibilitatii sursei de baza,

sursa de interventie, care la indisponibilitatea sursei de baza sau de rezerva, asigura alimentarea cu energie electrica a unui grup restrans de receptoare, in scopul evitarii unor fenomene periculoase la consumator. Ea poate fi realizata sub forma unor centrale electrice proprii, a unor generatoare sincrone mici actionate de motoare cu ardere interna, a unor grupuri Diesel cu pornire rapida sau baterii de acumulatoare.

Instalatia electrica inseriata intre sursa si un punct de consum considerat se numeste cale de alimentare, aceasta putand cuprinde linii aeriene si in cabluri, intreruptoare, separatoare, transformatoare etc.

Indisponibilitatea oricarui element al caii de alimentare conduce la intreruperea alimentarii in punctul de consum respectiv. Intreruperea calor de alimentare ale unui consumator poate fi:

intrerupere simpla, in cazul indisponibilitatii accidentale sau programate a unei singure cai de alimentare,

intrerupere dubla sau multipla, care afecteaza in acelasi timp doua sau mai multe cai de alimentare ale sistemului de alimentare, determinand o intrerupere totala sau partiala a alimentarii cu energie electrica.

Statia de injectie a energiei electrice din SEN realizeaza coborarea tensiunii de la cea a liniilor de transport la cea a retelelor de distributie ale consumatorilor. Statia de injectie poate fi o statie de transformare ST (daca tensiunea secundara este inalta sau medie tensiune) sau un post de transformare PT (daca tensiunea secundara este joasa tensiune).

Retelele (instalatiile) de distributie interioare ale consumatorului sunt constituite din liniile, statiile si posturile de transformare care preiau energia electrica de la barele secundare ale statiilor de injectie din sistem si o transmit pana la fiecare receptor in parte.

Racordul reprezinta instalatia de legatura dintre nodurile SEN si instalatiile de distributie interne ale consumatorului. In functie de puterea consumatorului si de nivelul de tensiune necesar, se pot realiza urmatoarele sisteme de racordare:

racord de inalta tensiune,

racord de medie tensiune,

racord de joasa tensiune numit bransament electric.

In cazul retelelor de medie tensiune, alimentate din statii de transformare, se deosebesc:

bare de alimentare, care sunt barele de medie tensiune ale statiilor de transformare,

bare consumatoare, care sunt barele de medie tensiune ale posturilor de transformare.

Racordul de medie tensiune se poate realiza in doua variante:

racord direct de medie tensiune, realizat prin retele de distribuire (distribuitoare), care leaga direct barele de alimentare cu barele consumatoare,

racord indirect de medie tensiune (prin puncte de alimentare care sunt statii de conexiuni de medie tensiune), realizat prin:

retele de fideri, care fac legatura intre barele de alimentare si punctele de alimentare,

retele distribuitoare, care leaga punctele de alimentare cu barele consumatoare.

Incadrarea instalatiilor de alimentare a consumatorilor in sistemul electroenergetic national poate fi urmarita in figura I.3.

Fig.I.3. Incadrarea instalatiilor de alimentare a consumatorilor in SEN

Bransamentul electric reprezinta ansamblul instalatiilor pentru racordarea consumatorului la reteaua de joasa tensiune a furnizorului. Se realizeaza, in general, pentru consumatori cu puterea instalata sub 100 kW, fara sa existe insa o delimitare precisa de putere, aceasta fiind in functie de rezervele energetice existente in zona considerata.

Elementele componente ale bransamentului electric sunt (vezi figura I.4):

cablul de intrare (eventual si cablul de iesire),

cofretul (firida) de bransament, cuprinzand elementele de protectie si distributie,

coloanele de alimentare ale tablourilor generale.

Fig. I.4. Elementele componente ale bransamentului electric

Intrarea in cofret se poate face, din punct de vedere al realizarii constructiei, prin bransament subteran sau aerian.

Bransamentul subteran este utilizat pentru consumatorii urbani. Intrarea in cofret se poate realiza prin simpla derivatie (manson de derivatie) din cablul de joasa tensiune al furnizorului sau prin sistem intrare-iesire. Cofretul de bransament reprezinta de fapt un tablou de distributie inchis, fiind construit dintr-un stelaj metalic montat in interiorul unei firide. El este echipat cu sigurante MPR sau de tip D, pentru protectia cablurilor de intrare-iesire, iar eventualele plecari la tablourile generale ale constructiei (sau la firidele de distributie de nivel in cazul blocurilor) sunt protejate cu sigurante fuzibile. Fiderul are deci un dublu rol, pe de o parte racordarea la reteaua de distributie de joasa tensiune a receptoarelor consumatorului, iar pe de alta parte punct de derivatie pentru racordarea altor consumatori.

Bransamentul aerian, executat ca derivatie din linia aeriana de joasa tensiune a furnizorului, se compune din partea exterioara si cea interioara (de la suportul de pe cladire pana la contorul consumatorului). Pentru partea exterioara a bransamentului se utilizeaza conducte de aluminiu de tip AFYI (rezistent la intemperii). Firida de bransament se monteaza pe peretele exterior al cladirii la o inaltime de 1,20-1,40 m de sol.

I.2. Curbele de sarcina si marimile lor caracteristice

Energia electrica ne putand fi stocata in cantitati mari, centralele SEN trebuie sa furnizeze in fiecare moment energia electrica ceruta de consumatori. Pornirea centralelor electrice dureaza un interval de timp apreciabil (de la cateva ore la saptamani), se impune cunoasterea prealabila a cererii de energie electrica. Pentru aprecierea necesarului de energie electrica, consumatorii existenti sunt obligati sa ridice curbe de sarcina, care reprezinta variatia in timp a consumului de energie electrica pentru o anumita perioada.

Curbele de sarcina se clasifica:

dupa felul sarcinii: active, reactive, de curent, de putere aparenta,

dupa intervalul de timp: zilnice, lunare, anuale,

dupa modul de obtinere: experimentale, care se traseaza pe baza citirii wattmetrelor, contoarelor sau ampermetrelor la intervale egale de timp (10 min, 30 min,1 h) si se obtin curbe in forma de trepte, fiindca se considera puterea constanta in intervalul de timp dintre doua citiri si curbe tip, care se obtin prin prelucrarea curbelor experimentale pentru anumiti consumatori din diferite ramuri industriale.

Din analiza curbelor de sarcina se poate aprecia consumul de energie electrica dar se pot determina indicatori de consum, care permit evaluarea modului de exploatare a utilajelor (incarcare, durata de functionare, factor de putere) si aprecierea gradului de utilizare eficienta a energiei electrice.

Fig. I.5. Explicativa pentru determinarea indicatorilor curbelor de sarcina

Cu notatiile din figura I.5, cei mai importanti indicatori sunt:

energia electrica absorbita intr-un anumit interval de timp

(I.1)

unde este durata intervalului de timp dintre doua citiri iar puterea activa absorbita in intervalul respectiv,

puterea medie absorbita intr-un anumit interval de timp

(I.2)

unde este durata intervalului de timp considerat,

coeficientul de utilizare a puterii instalate

pentru un receptor    (I.3)

pentru un grup de n receptoare , (I.4)

unde este puterea instalata al unui receptor,

coeficientul de forma al curbei de sarcina

(I.5)

unde este puterea medie patratica si se calculeaza cu relatia:

(I.6)

coeficientul de cerere pentru un grup de receptoare

(I.7)

unde este puterea ceruta de un grup de receptoare care este o marime conventionala si se defineste ca puterea medie maxima consumata intr-un anumit interval de timp dintr-o perioada de functionare (15, 30, 45 sau 60 min din 24 h),

coeficientul de simultaneitate

(I.8)

unde este puterea maxima absorbita de grupul de receptoare intr-un anumit interval de timp iar este puterea maxima absorbita de fiecare receptor din grup in acelasi interval de timp,

durata de utilizare a puterii instalate

(I.9)

factorul de putere

instantaneu    , (I.10)

mediu    (I.11)

unde este puterea aparenta absorbita in momentul respectiv, masurata in kVA iar este energia reactiva consumata in intervalul de timp considerat, masurata in kvarh.

I.3. Calculul puterii cerute

Puterea activa absorbita, care se ia in considerare in calcule pentru grupuri de cel putin patru receptoare se numeste putere ceruta sau putere de calcul (vezi relatia I.7).

Puterea ceruta reprezinta o putere activa conventionala, de valoare constanta, care produce in elementele instalatiei electrice acelasi efect termic ca si puterea variabila reala, intr-un interval de timp determinat (ex. 30 min), in perioada de incarcare maxima.

La instalatiile existente, puterea ceruta se determina pe baza curbelor de sarcina (vezi paragraful I.2).

La instalatiile care urmeaza a fi realizate, determinarea prin calcul a puterilor cerute se face prin diferite metode, utilizate in functie de stadiul proiectarii si nivelul la care se efectueaza calculele.

Deoarece calculele trebuiesc efectuate la toate nivelele instalatiei electrice la consumator, incepand de la receptoare si pana la racordul de inalta tensiune, sunt preferabile acele metode care se aplica acoperitor in toate situatiile. Din aceste considerente se prezinta doar metoda coeficientilor de cerere, aplicabila la orice nivel si in special pentru grupuri mari de receptoare, reprezentand un atelier, o sectie sau o intreprindere.

La baza metodei stau coeficientii de cerere si factorii de putere ceruti, stabiliti experimental, pe baze statistice, pentru diferite categorii de receptoare (vezi tabelul I.1). Prin categorie de receptoare se intelege un grup de receptoare cu un regim de functionare asemanator.

Tabelul I.1

Coeficientul de cerere si factorul de putere pentru diferite categorii de receptoare

Puterea activa ceruta se calculeaza din puterea instalata cu ajutorul coeficientului de cerere:

(I.12)

unde este puterea instalata a unui grup de n receptoare si se determina ca suma puterilor instalate a receptoarelor componente.

Puterea reactiva ceruta se determina cu ajutorul factorului de putere cerut, pe baza relatiei

(I.13)

Pentru exemplificarea metodei coeficientilor de cerere se considera un consumator care are n receptoare care pot fi incadrate in m categorii de receptoare, pe baza tabelului I.1. O categorie oarecare j cuprinde receptoare.

Puterea activa ceruta de receptoarele care fac parte dintr-o aceeasi categorie j este data de relatia

(I.14)

unde este coeficientul de cerere corectat al categoriei j de receptoare iar este puterea instalata a receptoarelor care fac parte din categoria j.

Coeficientul de cerere corectat tine seama de numarul total de receptoare n si se determina prin intermediul coeficientului de corectie , conform relatiei

(I.15)

in care este coeficientul de cerere pentru categoria de receptoare considerata, adoptat pe baza tabelului I.1.

Tabelul I.1

Coeficientul de cerere si factorul de putere pentru diferite categorii de receptoare

Determinarea coeficientului de corectie este corect sa se faca in raport cu numarul total n de receptoare al consumatorului considerat, fiind acelasi pentru toate categoriile de receptoare din compunerea acestuia. Acest lucru este firesc avand in vedere ca ansamblul receptoarelor, indiferent de categoriile carora le apartin, determina in mod statistic consumul de energie electrica, datorita nesimultaneitatilor in functionare si in gradele de incarcare. Valorile coeficientului de corectie , in functie de numarul receptoarelor consumatorului considerat, sunt date in tabelul I.2.

Tabelul I.2

Valorile coeficientului de corectie

In cazul in care receptoarele au puteri instalate mult diferite, se recomanda ca determinarea coeficientului de corectie sa se faca in raport cu numarul de receptoare

(I.16)

In care s-a notat cu - numarul receptoarelor cu puterea cea mai mare a caror putere instalata insumata este egala cu jumatate din puterea tuturor receptoarelor.

In cazul in care numarul receptoarelor este mai mic de patru, coeficientul de corectie si rezulta , adica puterea ceruta este egala cu suma puterilor instalate ale receptoarelor. Un astfel de consumator se poate intalni la nivelul tablourilor de utilaj sau al celor de distributie care alimenteaza cel mult trei receptoare.

Daca numarul receptoarelor care formeaza consumatorul considerat este foarte mare, atunci coeficientul de corectie este mai mare de 10 si termenul doi din relatia I.15 se poate considera aproximativ zero. Ca urmare se obtine si relatia I.14 devine

(I.17)

Astfel de situatii se intalnesc la nivelul tablourilor generale din posturile de transformare sau al tablourilor de distributie care alimenteaza sectii cu un numar relativ mare de receptoare.

Avand determinate puterile active cerute de receptoarele din fiecare categorie, puterea activa ceruta totala la nivelul consumatorului considerat este:

(I.18)

Puterea reactiva ceruta de fiecare categorie in parte se calculeaza cu relatia:

(I.19)

Puterea reactiva totala rezultand:

(I.20)

Puterea aparenta totala ceruta de consumatorul considerat va fi:

(I.21)

si serveste ca baza pentru alegerea numarului si puterii transformatoarelor de alimentare.

Cu valorile calculate, se determina factorul de putere mediu

(I.22)

Care permite evaluarea necesitatii de a utiliza instalatii de imbunatatire a factorului de putere.

I.4. Schemele retelelor electrice de joasa tensiune la consumator

Schemele retelelor electrice de joasa tensiune la consumator au ca scop alimentarea simpla si sigura a receptoarelor de la barele tabloului general al posturilor de transformare. Sunt constituite din totalitatea coloanelor, circuitelor de utilaj sau receptor.

Coloana leaga intre ele tablourile de distributie. Circuitul leaga un receptor sau un utilaj la tablouri de distributie.

In cazul retelelor electrice de joasa tensiune punctele de distributie sunt reprezentate de tablouri de distributie care pot fi: generale, principale, secundare.

Retelele de alimentare de joasa tensiune sunt formate din coloane si pot fi realizate dupa scheme radiale, cu linii principale (magistrale), buclate si combinate.

Schemele radiale sunt cele mai utilizate datorita simplitatii si claritatii in executie si exploatare (figura I.6).

Fig. I.6. Scheme radiale

Se folosesc pentru alimentarea unor tablouri de distributie suficient de incarcate montate relativ apropiat unele de altele cat si in cazul tablourilor de distributie cu puteri cerute mari, fata de care tabloul general ocupa o pozitie centrala. Se pot realiza cu o singura treapta sau in doua trepte.

Fiecare coloana sau circuit este protejat in mod obligatoriu la plecarea din tabloul de distributie cu sigurante fuzibile.

Schemele cu linii principale (coloane magistrale) se folosesc pentru alimentarea unor tablouri de distributie cu puteri instalate reduse, amplasate pe aceeasi directie fata de tabloul general (figura I.7).

Fig. I.7. Scheme cu linii principale

In unele situatii aceste scheme sunt mai economice. Constructiv se pot realiza din conducte sau cabluri (se recomanda limitarea la ) sau din bare capsulate.

Schemele buclate se obtin prin reintoarcerea capatului liniei principale la tabloul general de plecare. Aceste scheme sunt cu siguranta marita in functionare fiindca asigura o rezerva in lin Se pot realiza sub forma de inel (simplu buclata) (figura I.8) sau tip plasa (complex buclata).

Fig. I.8. Schema simplu buclata

Fig. I.9. Schema radiala cu rezerva in linie principala

Retelele de alimentare de joasa tensiune trebuie sa asigure continuitatea alimentarii receptoarelor la un anumit nivel de siguranta, care se realizeaza prin rezerva in linii si/sau rezerva in surse independente.

Retelele de distributie secundare de joasa tensiune, care asigura racordarea receptoarelor si a utilajelor la tablourile de distributie secundare, se pot realiza cu scheme radial sau scheme cu linii principale.

Din punct de vedere al tipului de receptoare alimentate, schemele secundare de distributie se clasifica in:

scheme pentru receptoare de lumina si prize,

scheme pentru receptoarele de forta.

Schemele se intocmesc respectand Normativul I7 din 2002 si conditiile tehnologice sau functionale impuse.