Laborator Transportul şi distribuţia energiei electrice - B. Neagu

Transcript

1 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu PROGRAM DE CALCL PENTR ANALIZA REGIMRILOR PERMANENTE DE FNCŢIONARE ALE REŢELELOR PBLICE DE DISTRIBŢIE DE MEDIE TENSINE 1. Itrducere Aaliza regimurilr permaete simetrice de fucţiare ale reţelelr electrice publice de distribuţie urmăreşte: determiarea circulaţiilr de cureţi sau puteri î fiecare ramură cmpetă a acestra; stabilirea căderilr de tesiue care apar pe trsaele sau laturile reţelei; determiarea ivelului de tesiue î tate durile reţelei electrice; stabilirea cureţilr sau puterilr de scurtcircuit î diferite pucte ale reţelei; evaluarea pierderilr de putere şi eergie î elemetele reţelei (liii, trasfrmatare) şi pe ttal reţea. Î urma ur astfel de aalize, care presupu calculul uui umăr mare de regimuri de fucţiare, petru diferite variate existete sau de perspectivă, se pt adpta decizii privid cfiguraţia şi dimesiarea ptimă a elemetelr reţelei electrice, alegerea milacelr de reglare a tesiuii, amplasarea raţială a surselr de putere reactivă î scpul reducerii pierderilr de putere şi eergie, precum şi a îmbuătăţirii calităţii tesiuii, alegerea uui sistem crespuzătr de prtecţie etc. Petru aaliza regimurilr permaete simetrice de fucţiare ale reţelelr electrice de distribuţie, se adptă, de regulă, serie de ipteze simplificatare privid reprezetarea elemetelr reţelei, precum şi a caracteristicilr statice ale csumatrilr alimetaţi cu eergie electrică.. Mdel matematic petru aaliza regimurilr permaete simetrice de fucţiare ale reţelelr de distribuţie Reţelele publice de distribuţie de medie şi asă tesiue sut cstruite î cfiguraţie buclată şi fucţiează radial î regimurile rmale, uul ditre trsaele acestr bucle simple fiid scs de sub tesiue, cstituid trsul de avarie. Z Z = R+X Z/ Z/ Y/ Y/ Y =B a b c Figura 1. Schemele echivalete ale liiilr electrice scurte Trsaele ur astfel de reţele de medie tesiue sut scurte şi se reprezită, î schemele mfazate echivalete, pri dipli (Figura 1a) sau cuadripli (Figura 1b şi c), cu parametri ccetraţi. 1

2 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu Dacă u există psibilităţi de mitrizare a curbelr de sarciă activă şi reactivă zilice di durile reţelelr de distribuţie (P(t) şi Q(t), t= 1, 4),acestea pt fi mdelate, petru zilele caracteristice auale (zile lucrătare sau de repaus, î sezul de vară sau de iară), sub frma a 4 de paliere rare, cu autrul uei baze de date care cţie curbele tip de sarciă activă şi reactivă ale csumatrilr alimetaţi, a structurii de csum di durile reţelei şi a uui umăr redus de măsurătri efectuate î reţea, de regulă, sub frmă de cureţi, la diferite re di zi. Avâd î vedere că aceste reţele fucţiează radial î regimurile rmale, petru determiarea circulaţiilr de puteri pe laturile sau trsaele reţelei, pt fi utilizate următarele relaţii matriceale: ude: 1 PL Aa PN K r PN 1 Q A Q K Q L a N [P L ], [Q L ] vectrii claă ai circulaţiilr de putere activă şi, respectiv, reactivă pri laturile sau trsaele reţelei; [P N ], [Q N ] vectrii claă ai puterilr active şi, respectiv, reactive absrbite di durile reţelei; [A a ] -1 = [K r ] iversa matricei de icideţă laturi arbre duri idepedete sau matricea ceficieţilr de repartiţie. Nivelul tesiuii î durile reţelei aalizate, la ivelul barelr de asă tesiue ale psturilr de trasfrmare, cuscâd circulaţiile de puteri pri trsaele sau laturile reţelei, se pate determia cu relaţie de frma: r 1 N p 100, t s, t, t a MT JT () î care:, - tesiuea î dul al reţelei, î regimul de fucţiare, la ra t; t, - tesiuea pe barele de medie tesiue ale staţiei de alimetare, î regimul de fucţiare s t, t MT,, la ra t; - căderea de tesiue pe elemetele de legătură de la barele de medie tesiue ale staţiei de alimetare pâă la dul, î regimul, la ra t; - tesiuile miale ale îfăşurării de medie şi, respectiv, de asă tesiue petru JT trasfrmatrul care echipează pstul de trasfrmare di dul al reţelei; p umărul pltului de fucţiare; a treapta de reglare. Petru aprecierea calităţii tesiuii î reţelele electrice, se pate utiliza criteriul abaterilr maxime admise sau criteriile statistice. Cfrm criteriului abaterilr maxime admise petru aprecierea calităţii tesiuii î reţelele de distribuţie, este ecesar ca, î fiecare d di reţeaua aalizată, să se determie abaterile maxime ale tesiuii faţă de valarea mială, pe itervalul de aaliză, cu autrul ur relaţii de frma: (1)

3 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu, t 100, 1, 1, t 1, 4 (3), t Petru reţelele de distribuţie de medie şi asă tesiue di ţara astră, valrile rmale ale abaterilr maxime admise, î cazul variaţiilr lete de tesiue, sut de 5%. Cfrm acestui criteriu, calitatea eergiei electrice livrate uui csumatr este crespuzătare di puct de vedere al tesiuii, dacă valrile ei, î periada aalizată, se îscriu î limitele impuse de rme. Criteriile statistice petru aaliza calităţii tesiuii, î cazul reţelelr de distribuţie, prpu utilizarea următrilr idicatri statistici sau itegrali: Valarea medie a abaterii tesiuii î itervalul T: T 1,, ( t) T 0 Iregularitatea sau abaterea medie pătratică: dt [%] (4) 1 I,,, ( t) dt T T 0 [%] (5) Dispersia faţă de valarea medie: T 1 ( t, dt [%] (6),, ) T 0 Cuscâd aceşti trei idicatri statistici de aaliză a calităţii tesiuii, î tate durile reţelei, pate fi apreciată calitatea tesiuii î reţeaua aalizată, plaa de variaţie a tesiuii î diferitele duri ale reţelei şi dauele prduse csumatrilr alimetaţi de calitatea ecrespuzătare a tesiuii de alimetare. Flsid abaterea medie pătratică, sau iregularitatea I,, exprimată î [%], se pate realiza apreciere catitativă biectivă a calităţii tesiuii î reţelele electrice de distribuţie şi aume: farte buă, dacă I, 10(%) ; buă, dacă 10(%) I, 0(%) ; medicră, dacă 0(%) I, 50(%) ; ecrespuzătare, dacă 50(%) I 100(%) ; farte prastă, dacă I, 100(%)., Evaluarea pierderilr de putere şi eergie î elemetele reţelelr de distribuţie publice (liii şi trasfrmatare) se pate realiza pri calcule de regim repetate, csiderâd î durile reţelei curbele de sarciă activă şi reactivă zilice, mdelate sub frma a 4 paliere rare. Pierderile de putere activă pri efect termic sau Jule, pe u trs de liie, pt fi evaluate cu următarea relaţie: P Ql,, t ( R (7) l,, t Pl, t) l 3

4 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu iar pierderile îtr-u trasfrmatr, cu relaţie de frma: ude:,,,,, ( ) Pl t Ql t P l t PFe Psc S (8) ( ) - pierderile de putere activă îregistrate pe trsul l al reţelei sau î trasfrmatrul P l, t ce cstituie latura l a reţelei, î regimul caracteristic, la ra t; P l,, t, Q l,, t - puterile activă şi, respectiv, reactivă trazitate pri elemetul l al reţelei, î regimul caracteristic, la ra t; tesiuea mială a reţelei; R l rezisteţa trsului l al reţelei; S puterea aparetă trifazată a trasfrmatrului; ΔP Fe pierderile active îregistrate î fierul trasfrmatrului; ΔP sc pierderile active crespuzătare regimului de scurtcircuit al trasfrmatrului. Pierderile de eergie, pe itervalul prpus petru aaliză, se determiă pri îsumarea pierderilr rare de putere. De exemplu, pierderile zilice de eergie, pe u elemet arecare al reţelei, se calculează cu relaţia: 4 l, Pl, ( t) t1 W (9) Î cazul î care se dreşte evaluarea pierderilr de eergie pe periadă de timp mai lugă, de exemplu u a, este ecesară aaliza regimurilr luare pe tt parcursul aului, î cele patru zile stadard ale fiecărei săptămâi, di fiecare luă caledaristică. Flsid relaţia (9), se determiă pierderile zilice de eergie, petru fiecare luă şi petru fiecare zi stadard (caracteristică). Cuscâd umărul de zile stadard petru fiecare regim caracteristic aual, pierderile auale de eergie, pe u elemet l al reţelei, se pt calcula astfel: l, a k, Wl, k, k, Pl, k, ( t) k1 1 k1 1 t1 W (10) ude: k, umărul de zile stadard de tipul, î regimul luar k; ΔW l,k, pierderile de eergie care apar pe elemetul l al reţelei, pe parcursul uei zile stadard de tip, î regimul luar k; ΔP l,k, (t) pierderile de putere activă pe elemetul l al reţelei, crespuzătare palierului t, di ziua stadard sau caracteristică, î regimul luar k. 3. Descrierea prgramului de calcul REGRD Prgramul de calcul REGRD este destiat aalizei regimurilr permaete de fucţiare ale reţelelr de distribuţie de medie tesiue, î cfiguraţie radială. Acest prgram este scris î limbaul de prgramare Delphi 3.0, îtr- maieră pruţat cversaţială şi rulează sub Widws, fiid uşr de utilizat. Mdelele matematice pe baza cărra a fst scris acest prgram de calcul au fst prezetate sitetic î paragraful aterir. 4

5 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu Prgramul permite crearea uei reţele de distribuţie de către utilizatr sau deschiderea uui fişier cu datele uei reţele create aterir. La crearea uei reţele de distribuţie i, se deschide iiţial fereastră de dialg (Figura ), pri itermediul căreia utilizatrul itrduce datele eseţiale privid caracteristicile structurale ale reţelei şi aume: tesiuea mială a reţelei de distribuţie de medie tesiue; tipul şi umărul trasfrmatarelr di staţia de trasfrmare cbrâtare (îaltă tesiue/medie tesiue) di care este alimetată reţeaua de distribuţie; rezisteţa echivaletă a liiilr electrice aeriee de îaltă tesiue pri care este alimetată staţia de trasfrmare cbrâtare; umărul de distribuitri de medie tesiue di reţeaua de distribuţie aalizată. Figura. Fereastră privid arhitectura geerală a reţelei de distribuţie de medie tesiue După cmpletarea tuturr câmpurilr di fereastra privid arhitectura geerală a reţelei de distribuţie, la apăsarea butului O.K., se deschide altă fereastră, î care utilizatrul urmează să defiească datele privid laturile şi durile crespuzătare fiecărui distribuitr di reţeaua de medie tesiue. Figura 3. Fereastră petru itrducerea caracteristicilr fiecărui distribuitr di reţeaua de medie tesiue Atuci câd utilizatrul a termiat de itrdus tate datele crespuzătare uui distribuitr, el trebuie să acţieze butul rmătrul distribuitr şi trece la itrducerea datelr petru următrul distribuitr di reţea. La termiarea itrducerii ifrmaţiilr despre tţi distribuitrii, prgramul cere 5

6 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu utilizatrului să precizeze umele fişierului î care dreşte să fie salvate tate datele despre reţeaua aalizată. Acest fişier primeşte extesia.ret petru a fi uşr de recuscut atuci câd se va dri deschiderea uui fişier de reţea dea existet. Fereastra pri itermediul căreia se itrduc caracteristicile fiecărui distribuitr cţie serie de câmpuri, ale cărr pziţie şi deumire sut idicate î Figura 3. Petru mdelarea curbelr de sarciă activă şi reactivă di durile reţelei de distribuţie aalizate, î regimurile caracteristice auale, s-a creat, î meiul pricipal Opţiui, u submeiu umit Măsurătri, care permite itrducerea de către utilizatr, de la tastatură, a datelr privid bada de tesiui pe parcursul uei zile, la ivelul barelr de medie tesiue ale staţiei de trasfrmare cbrâtare, structura de csum a fiecărui d di reţea şi măsurătrile efectuate î reţea (curetul şi ra la care s-a efectuat măsurătarea), petru fiecare regim caracteristic aual. Structura de csum trebuie idicată pritr-u idice subuitar îscris î dreptul uuia sau a mai multr csumatri tip existeţi î baza de date. Suma idicilr îscrişi trebuie să fie egală cu 1 (adică 100%); î caz ctrar, prgramul idică u mesa de erare şi slicită utilizatrului să realizeze crectura ecesară. De asemeea, î fereastra Măsurătri, utilizatrul trebuie să idice cel puţi măsurătare petru fiecare d csumatr, î caz ctrar, prgramul epermiţâd utilizatrului să treacă la u alt d. O astfel de fereastră este reprezetată î Figura 4. Figura 4. Fereastră petru itrducerea măsurătrilr crespuzătare fiecărui regim caracteristic Atuci câd utilizatrul a termiat de itrdus tate datele, le validează pri apăsarea butului O.K., mmet î care se deschide fereastra Save as care cere u ume petru fişierul î care vr fi salvate curbele de sarciă mdelate petru regimul caracteristic itrdus. Acest fişier primeşte extesia.mas şi cţie bada de tesiui şi curbele de sarciă dea mdelate pe baza curbelr tip şi a măsurătrilr efectuate direct î reţea. Î ctiuare, aceste curbe pt fi vizualizate alegâd di meiul Opţiui liia Reprezetări grafice. Î acel mmet, se deschide fereastră î care utilizatrul îşi pate alege u aumit d, de pe u aumit distribuitr, petru care dreşte reprezetarea graficului de sarciă activă sau reactivă, îtr-u aumit regim, specificat de el. Valrile rare ale puterii active sau 6

7 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu reactive sut idicate îtr-u tabel alăturat. Pri apăsarea butului Abad, utilizatrul alege să părăsească fereastra de reprezetări grafice şi aceasta se va îchide autmat. Dacă utilizatrul alege di meiul Opţiui al prgramului efectuarea calculelr de regim petru ră arecare di zi şi petru u regim specificat, rezultatele furizate î urma execuţiei prgramului sut prezetate îtr- fereastră de tipul celei ilustrate î Figura 5. Figura 5. Rezultatele furizate de prgramul de calcul REGRD î urma calculului de regim rar Primele duă tabele di Figura 5 cuprid rezultatele calculului de regim, petru fiecare distribuitr î parte, iar cel de-al treilea, petru îtreaga reţea aalizată. Primul tabel cupride: circulaţia de puteri pri fiecare trs î parte, curetul admisibil limită termic î regim de durată, ceficietul de îcărcare petru fiecare trs şi pierderile de putere activă. Al dilea tabel cupride ifrmaţii despre fiecare d di reţea şi aume: puterea mială a trasfrmatrului, sarciile dale, tesiuile pe bara de medie şi, respectiv, de asă tesiue, ceficietul de îcărcare a trasfrmatrului, pierderile de putere activă î trasfrmatr (î cupru, fier şi glbale). Tabelul al treilea cupride pierderile ttale de putere activă î liii şi trasfrmatare, exprimate î mărimi abslute şi prcetual, raprtate la puterea activă trazitată pri distribuitr. Î situaţia î care utilizatrul alege di meiul Opţiui al prgramului efectuarea calculelr de regim petru zi caracteristică (4 re), este ecesar ca acesta să idice dar tipul regimului caracteristic, iar rezultatele furizate î urma execuţiei prgramului sut prezetate îtr- fereastră de tipul celei reprezetate î Figura 6. 7

8 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu Figura 6. Rezultatele furizate de prgramul de calcul REGRD î urma calculului de regim, petru zi caracteristică (4 re) Primul tabel di Figura 6 cupride ifrmaţii referitare la circulaţiile de puteri pri fiecare trs al uui distribuitr; curetul admisibil limită termic î regim de durată; ceficieţii de îcărcare la vârf de sarciă şi, respectiv, la sarciă medie; pierderile de putere activă la vârf de sarciă, î uităţi abslute şi î prcete, pri raprtarea la puterea activă trazitată la vârf de sarciă pri distribuitr; pierderile zilice de eergie activă, î uităţi abslute şi prcetuale, pri raprtarea la eergia activă trazitată pri distribuitr î 4 re. Al dilea tabel cupride, petru fiecare d, următarele ifrmaţii: puterea aparetă mială a trasfrmatrului; puterile dale active şi reactive la vârf de sarciă; tesiuile pe bara de medie tesiue şi, respectiv, pe cea de asă tesiue la vârf şi gl de sarciă; ceficieţii de îcărcare la vârf şi sarcia medie a trasfrmatrului; idicatrii itegrali de aaliză a calităţii tesiuii (abaterea medie, iregularitatea şi abaterea stadard); pierderile de eergie activă zilice, î mărimi abslute şi î prcete di eergia vehiculată pri distribuitr î 4 de re. Al treilea tabel cupride pierderile ttale de eergie activă î liii şi trasfrmatare, î valri abslute şi prcetual di eergia trazitată pri tată reţeaua de distribuţie î 4 de re. 4. Mdul de desfăşurare a lucrării Studeţii sau utilizatrii trebuie să certifice îţelegerea mdelului matematic şi a mdului de utilizare a prgramului de calcul REGRD, destiat aalizei regimurilr permaete simetrice de fucţiare ale reţelelr de distribuţie de medie tesiue. Petru exemplificare, se va csidera reţea de distribuţie urbaă de medie tesiue, a cărei schemă mfilară este reprezetată î Figura 7. De asemeea, î aceeaşi figură, este idicat şi mdul de umertare a durilr reţelei de medie tesiue, î vederea utilizării prgramului de calcul REGRD. 8

9 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu 9

10 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu Reţeaua de distribuţie de medie tesiue (0 kv) prpusă petru aaliză este frmată ditr-u distribuitr de medie tesiue, care are rlul de a alimeta 1 psturi de trasfrmare echipate cu trasfrmatare, fiecare ditre acestea avâd puterea mială de 400 kva sau 630 kva, iar csumatrii deserviţi pri itermediul lr sut de tip casic sau de tip edilitar. Datele privid tplgia reţelei, caracteristicile de material, structura de csum di duri şi măsurătrile, sub frmă de cureţi, efectuate pe barele de asă tesiue ale psturilr de trasfrmare, la ră arecare ditr- zi lucrătare sau de repaus di regimul rece, sut sitetizate î Tabelele 1, şi 3. Structura csumului di psturile de trasfrmare alimetate di reţeaua de distribuţie de medie tesiue Tabelul 1 PT Deumire S Nr. d d (kva) Structura csumului PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic PT % csum casic; 30% cetrală termică PT % csum casic; 30% cetrală termică PT % csum casic; 10% magazie PT % csum casic PT i Trs Parametrii de material petru reţeaua de medie tesiue aalizată PT Tip cablu Tabelul S L R X B I adm [mm î [m] [Ω] [Ω] [μs] [A] ST 1 PT541 AYSbY PT541 PT54 AYsbY PT54 PT450 AYSbY PT450 PT415 AYSbY PT415 PT414 AYSbY PT414 PT413 AYSbY PT413 PT41 AYSbY PT41 PT61 AYSbY PT61 PT610 AYSbY PT610 PT611 AYSbY PT611 PT613 AYSbY PT613 PT416 AYSbY

11 Labratr Trasprtul şi distribuţia eergiei electrice - B. Neagu Tate trasfrmatarele di psturile de trasfrmare ale reţelei aalizate se vr csidera ca fucţiâd pe priza mediaă. Î ce priveşte bezile de tesiue meţiute pe barele de medie tesiue ale staţiei de alimetare a reţelei, acestea sut: kv, petru regimurile de gl de sarciă; kv, petru regimurile rmale de fucţiare; kv, petru regimurile de sarciă maximă. Măsurătrile de curet efectuate î psturile de trasfrmare pe partea de asă tesiue, îtr- zi lucrătare şi de repaus, di regimul rece (iară) Tabelul 3 Zi lucrătare Zi repaus Deumire Nr. Curet Ora efectuării Curet Ora efectuării d d măs.[a] măsurătrii măs. [A] măsurătrii PT PT PT PT PT PT PT PT PT PT PT PT Pe baza datelr furizate de prgram, studeţii trebuie să aprecieze mdul de îcărcare a elemetelr reţelei, calitatea tesiuii de alimetare la ivelul barelr de medie şi asă tesiue ale psturilr de trasfrmare, flsid fie criteriul abaterilr maxime, fie criteriile itegrale, ivelul pierderilr de putere şi eergie pe elemetele reţelei de distribuţie (liii şi trasfrmatare), precum şi pe ttal reţea. 11