143058001 utilizarea energiei electrice

UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

CAPITOLUL I - PROBLEME GENERALE PRIVIND ENERGIA ELECTRICĂ

• Antichitate(greci, romani, arabi) – au observat ca anumite obiecte ca și boabele de chihlimbar, prin frecare de

blana de pisică sau lână au capacitatea de atrage diverse obiecte ușoare(pene, puf, fire de păr...etc)

• 1600 - William Gilbert face un studiu referitor la magneții permanenți(naturali) și electricitatea statică obținută prin

frecare unor materiale(boabe de chihlimbar). Propune termenul de “electricus”, însemnând ”din chihlimbar” sau ”ca

și chihlimibarul” din cuvântul grecesc ”elektron” = ”chihlimbar”

• 1750 – Benjamin Franklin propune un experiment pentru a demonstra ca fulgerul este de natură electrică(înălțarea

unui zmeu într-un nor de furtună)

• 1791 – Luigi Galvani – studii a descoperit că mușchi sunt stimulați prin intermediul electricității, de la celulele

nervoase

• 1795 – Alessandro Volta - pila Volta, formată din starturi alternative de cupru și zinc care permite obținerea de

electricitate, altfel decât prin frecare.

• 1821 - Hans Christian Ørsted descoperă fenomenul de electromagnetism

• 1827 - Georg Ohm – legile lui Ohm

• 1831 - Michael Faraday descoperă fenomenul inducţiei electromagnetice şi realizează primele dispozitive de

laborator pentru producerea curentului electric pe baza acestui fenomen

• 1862 - James Clerk Maxwell – ecuațiile electromagnetismului

• 1873 - Zénobe Gramme descoperă din întâmplare motorul de curent continuu modern, cand conectează din

greșeală la un generator, pe care l-a inventat, un dispozitiv asemănător.

• 1884 - Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy și Miksa Déri(Ganz) – inventează transformatorul electric cu miez

magnetic așa cum este cunoscut azi, transformatorul Z.B.D.

• 1886 - Frank Julian Sprague inventează primul motor de curent continuu pentru aplicații practice.

• 1888 – Nicola Tesla inventează primul motor de curent alternativ cu aplicații practice și odată cu asta sistemul de

transmitere al energiei electrice în sistem polifazat.

• 1889 - Mikhail Dolivo-Dobrovolsky – inventează primul transformator electric trifazat.

1.1 Scurt istoric


În România

• 1884 - se pune în funcţiune Uzina electrică de la Timişoara cu 4x30 kW pentru iluminat, care alimenta 731 lămpi

electrice pentru iluminatul străzilor, Timișoara devine primul oraș din Europa care folosește energia electrică

pentru iluminatul public.

• 1888-1889 – la Caransebeș, prima centrală şi reţeaua de distribuţie de curent alternativ monofazat având

frecvenţa de 42 Hz şi tensiunea de 2000V.

• 1896 - se construieşte pe valea Sadului o hidrocentrală, cotată ca a treia din Europe la acea vreme.

• 1897 la Doftana sunt alimentate cu energie electrică primele instalaţii de foraj din lume, de la hidrocentrala din

Sinaia printr-o linie trifazată de 10 kV şi un post de transformare de 10/0,5 kV.

• 1900 - prima linie de 25 kV din ţara noastră este linia trifazată Câmpina-Sinaia de 31,5 km cu conductoare de

cupru de 35mm2 pe stâlpi metalici

• Până în 1900 s-au construit centrale electrice cu reţelele de distribuţie respective şi în oraşele: Galaţi (1892),

Craiova şi Sibiu (1896), Brăila, Iaşi, Arad (1897), Sinaia şi Alba Iulia (1890), Piatra Neamţ (1895), Bacău (1900),

iar în perioada 1906-1908 s-a realizat reţeaua de 5 kV în cablu a Bucureştiului.

• În aceeaşi perioadă îşi face apariţia şi tramvaiul electric: Bucureşti (1894), Timişoara (1899), Iaşi (1900).

1.1 Scurt istoric


• Energia electrică – este una din cele mai favorabile forme de energie care poate fi utilizată la ora actală

• AVANTAJE:

• uşor manevrabilă (transport şi distribuţie);

• versatilă;

• nepoluantă;

• convertibilă cu mari randamente în cele mai variate forme de energie (mecanică, termică,

electrochimică, etc.).

• DEZAVANTAJE:

– nu poate fi stocată;

– este perciculoasă pentru oameni și animale.

• Prin receptor de energie electrică se înţelege un aparat, o instalaţie sau un agregat care consumă energie

electrică şi o transformă într-o altă formă de energie realizând un anumit proces tehnologic.

• Prin instalaţii electrice de utilizare se înţelege totalitatea materialelor şi echipamentelor situate în aval faţă de

punctul de delimitare cu reţeaua furnizorului de energie electrică şi care sunt în exploatarea consumatorului.

Receptoarele de energie electrică se clasifică în:

• Receptoare de forţă:

- receptoare electromecanice: pentru acţionările electrice (maşini electrice);

- receptoare electrotermice: pentru încălzirea sau topirea materialelor (cuptoare electrice) sau pentru sudarea

electrică (surse de sudare electrică);

- receptoare electrochimice şi electrometalurgice (cuve de electroliză).

• Receptoare de iluminat (surse de iluminat).

• Totalitatea receptoarelor de energie electrică dintr-o întreprindere, secţie sau atelier reprezintă consumatorului de

energie electrică.

1.1 Definiții.


• De asemenea prin consumator de energie electrică se mai înţelege orice persoană fizică sau juridică ale cărei

instalaţii electrice de utilizare sunt conectate la reţeaua furnizorului prin unul sau mai multe puncte de alimentare

prin care primeşte şi livrează, dacă are centrală proprie, energie electrică.

• Sistemul energetic(SEN) constă din totalitatea instalaţiilor care participă la procesul de producere, transport,

distribuţie şi utilizare a energiei electrice ȘI a altor forme de energie. Deci, din sistemul energetic fac parte

resursele de energie primară, cu instalaţiile de obţinere şi transport, centralele electrice, liniile de transport şi

distribuţie, instalaţiile de distribuţie şi staţiile de transformare, precum şi consumatorii de energie cu receptorii lor.

• Sistemul electroenergetic(SEE) este ansamblul instalațiilor pentru producerea, transportul, conversia sau

transformarea, transportul, distribuția și utilizarea EE, interconectae într/un anumit mod și într-un spațiu, având un

regim de funcționare continuu(de producere și consum a EE).

• Sistemul electric este partea a unui SEE în care se întâlnesc NUMAI mărimi electrice, cuprinzând deci

generatoarele electrice şi toate elementele până la receptoarele de EE.

• Prin reţea electrică se înţelege partea din sistemul electroenergetic destinată transportului şi distribuţiei energiei

electrice. Practic, este constituită din linii electrice aeriene (LEA), linii electrice în cablu (LEC), staţii şi posturi de

transformare (SPT), puncte de alimentare (PA), tablouri de distribuţie (TD).

1.2. Clasificarea consumatorilor de energie electrică

- după domeniul de utilizare avem: Consumatorii casnici → utilizează EE în exclusivitate în scopuri casnice (iluminatul artificial în interiorul şi exteriorul

locuinţei, precum şi pentru funcţionarea receptoarelor electrocasnice din propria locuinţă).

Consumatori industriali → utilizează EE în activităţi ce presupun procese de extragere din natură a unor obiecte ale

muncii care există şi se reproduc independent de intervenţia omului, procese de prelucrare a produselor extrase din

natură, a produselor agricole şi cele ale exploatării forestiere, stufului şi pescuitului, precum şi procese de restabilire a

parametrilor tehnici şi calitativi iniţiali ai produselor industriale.

Serviciile publice → sunt consumatori de tip industrial care utilizează EE pentru activităţi de transport în comun,

alimentări cu apă, gaze, energie termică, telecomunicaţii, iluminat public etc., al căror consum este continuu, dependent

de factori externi.

1.1 Definiții.


Consumatori agricoli → utilizează EE în scopul creşterii plantelor şi animalelor, a întreţinerii terenurilor şi

adăposturilor destinate acestor activităţi.

Consumatori terţiari – în această categorie se încadrează:

- administraţia publică; învăţământul;

- sănătate şi asistenţa socială;

- alte activităţi colective sociale şi personale; activităţi ale personalului angajat în gospodării personale;

- activităţi ale organizaţiilor şi organismelor extrateritoriale.

Consumatori temporari → utilizează EE pentru o perioadă limitată, în scopul construirii, reparării, amenajării unor

obiective, precum şi pentru organizarea unor activităţi recreative delimitate în timp.

Consumatori atipici → consumatorii al căror consum de EE se poate asimila consumului casnic, locurile de consum

respective având însă un alt specific de consum decât cel casnic.

- după consumul preponderent, în situaţia consumatorilor cu mai multe activităţi în

cadrul aceluiaşi loc de consum

• Consumatori pentru care se poate determina tipul consumului preponderent sunt consumatorii care

desfăşoară mai multe activităţi în cadrul aceluiaşi loc de consum şi pentru care o activitate deţine mai mult de 50

% din consumul total de energie electrică.

• Consumatori la care nu se poate determina tipul consumului preponderent sunt consumatorii care

desfăşoară mai multe activităţi în cadrul aceluiaşi loc de consum şi pentru care nu se poate identifica o activitate

preponderentă sau activitatea preponderentă se modifică periodic.



- în funcţie de puterea contractată • Mari consumatori agenţi economici sunt consumatorii de EE cu puteri contractate > de 100 kW pe loc de

consum.

• Mici consumatori agenţi economici sunt consumatorii de EE cu puteri contractate ≤ de 100 kW sau mai mici pe

loc de consum.

- în funcţie de natura efectelor produse de întreruperea alimentării cu energie

electrică, receptoarele se încadrează în următoarele categorii:

Categoria 0 – la care întreruperea alimentării cu energie electrică poate duce la explozii, incendii, distrugeri grave de

utilaje sau pierderi de vieţi omeneşti.

Categoria I – dereglarea proceselor tehnologice în flux continuu, necesitând perioade lungi pentru reluarea activităţii şi

la rebuturi importante de materiale care nu pot fi recuperate.

Categoria II – nerealizări de producţie, practic numai pe durata întreruperii, care pot fi de regulă recuperate.

Categoria III – celelalte tipuri de receptoare.

- în funcţie de puterea maximă absorbită în punctul de racordare putem avea

consumatori de: Clasa A: puterea cerută > 50 MVA

Clasa B: puterea cerută 7,5 ... 50 MVA

Clasa C: puterea cerută 2,5 ... 7,5 MVA

Clasa D: puterea cerută 0,05 ... 2,5 MVA



1.3. Sistemul electroenergetic

1.3.1 Necesitatea formării unui SISTEM ELECTROENERGETIC

• Stocurile de energie primară se află, de regulă, în locuri improprii unor amplasări urbane şi ca urmare, este

necesar transportul energiei între locul în care există stocată în stare naturală şi centrele de consum.

• !!!! Sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie? !!!

• 1. Transportul direct al energie primare la locul de consum

– transportul la distanţă a energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

– transportul la distanţe mari a combustibililor fosili și direct la consumator nu este rentabil pentru că apar

probleme deosebite de logistică și ăn ceea ce privește confortul consumatorului.

– în cazul centralelor electrice nucleare, deşi energia primară este uşor de transportat, necesitatea unei surse

mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora în zone bine definite

= > forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată, este cea electrică.

• Ca urmare, între centralele electrice (centre în care energia primară se transformă în energie electrică) şi centrele

de consum, au apărut căile de transport a energiei electrice, reţelele electrice de transport (RET) conform fig. 1

Centrale electrice Rețele electrice de Consumatori de

TRANSPORT EE

•

Fig.1

Amploarea şi structura RET depinde de :

• cantitatea de EE transportată;

• distanţele la care se transportă;

• siguranţă în funcţionare, etc.



• Centrele de consum pot fi mai mult sau mai

puţin concentrate; centre urbane cu platforme

industriale, consumatori casnici-edilitare, pe de

o parte, concentraţi în edificii, iar pe de altă

parte desfăşuraţi pe aria geografică a

aglomerării urbane, concentrări rurale, unde

densitatea consumului de energie este mai

mică. În cazul unui mare consumator

industrial, în perimetrul acestuia pot fi distribuiţi

mai mulţi consumatori.

• Rezultă, din cele de mai sus, că, cel puţin în

cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industriali, după ce EE a fost transportată, în

perimetrul acestora se impune distribuirea ei

pentru alimentarea fiecărui consumator cu

ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED).

Configurația unui SEE =>

• În prezent, practic toate ţările posedă un SEE naţional, funcţionarea în schema izolată practicându-se în zone restrânse.

• SEE transnaționale și transcontinentale


Avantajele formării SEE.

Formarea SEE a fost impusă de avantajele ce le prezintă funcţionarea interconectată în raport cu funcţionarea izolată

a elementelor ce concură la alimentarea consumatorilor. Totodată formarea SEE prezintă unele dezavantaje şi

introduce unele aspecte funcţionale noi, inexistente la funcţionarea izolată a elementelor amintite.

Existenţa SEE prezintă următoarele avantaje:

determină reducerea vârfului de putere la nivelului sistemului; astfel, datorită faptului că vârfurile de putere ale

consumatorilor componenţi nu se ating simultan, vârful de putere simultan la nivelul sistemului va fi mai mic decât

suma vârfurilor de putere ale consumatorilor componenţi

= >ca o consecinţă a acestui fapt, puterea instalată totală necesară la nivel de sistem este mai mică decât în cazul

funcţionării izolate şi ca urmare cheltuielile de investiţii şi exploatare se reduc;

determină creşterea siguranţei la alimentarea consumatorilor

determină aplatizarea graficului (curbei ) de sarcină. Deoarece graficele de sarcină ale consumatorilor componenţi

ai sistemului diferă între ele , prin însumarea lor se obţine la nivelul sistemului un grafic de sarcină mai aplatizat,

golurile şi vârfurile de la diverşi consumatori compensându-se reciproc.

= > ca o consecinţă a acestui fapt

• se uşurează sarcina elementelor de reglaj care trebuie să intervină la modificarea consumului şi se

reduce uzura acestora.

• utilizare mai economică a centralelor din sistem;

permite utilizarea economică a instalaţiilor din sistem. Astfel, datorită existenţei conexiunii între toate elementele

componente ale sistemului, este posibil ca în fiecare moment de funcţionare, în funcţie de valoarea totală a

consumului, să se menţină acele componente care, în condiţiile date, permit furnizarea energiei electrice la costul

minim;



permite utilizarea cu eficacitate mărită a resurselor energetice: existenţa SEE extins pe întregul teritoriu al unei

ţări permite ca centralele amplasate lângă resurse să-şi poată evacua energia produsă chiar dacă consumul este

la distanţă, fapt care nu se putea realiza economic în condiţiile funcţionării izolate;

permite utilizarea resurselor energetice sporadice (gaze de furnal, gaze de sondă, energie eoliană, energie

solară,etc) în condiţii avantajoase. În lipsa SEE aceste resurse nu pot fi valorificate integral; ele neavând un

caracter permanent nu pot fi luate în considerare la calculul puterii instalate şi astfel ele se pierd total sau parţial;

permite creşterea puterii unitare a grupurilor din sistem şi a puterii instalate în centrale, ceea ce determină

reducerea cheltuielilor de investiţie şi exploatare. În cazul unei centrale sau a unui grup de centrale de putere

limitată, introducerea de unităţi cu puteri unitare mari nu este posibilă, deoarece prin avarierea acestora o mare

parte din consum rămâne neacoperită;

permite o planificare judicioasă a reviziilor şi a reparaţiilor elementelor din sistem, deoarece în condiţiile existenţei

unei interconectări între elementele componente, deconectarea uneia din ele la momentul şi pe durata necesară

nu afectează alimentarea consumatorilor, funcţiile sale fiind preluate de alte componente;

SEE reprezintă o întreprindere unică, cu potenţial economic ridicat, ceea ce îi permite să angajeze investiţii mari,

extinderi de anvergură, introducerea de automatizări şi tehnică nouă pretenţioase,etc., în concordanţă cu

necesităţile şi cu soluţia optimă rezultată.

Dezavantajele formării SEE

creşterea puterii de scurtcircuit la bare ceea ce impune performanțe deosebite pentru aparatele de comutaţie şi

alte instalaţii din sistem;

introducerea problemei stabilităţii care reprezintă problema funcţionării sincrone a generatoarelor din sistem,

problemă care la funcţionarea izolată nu există;



complicarea tuturor aspectelor funcţionale de regim normal

determinarea circulaţiei de puteri

reglajul de tensiune

reglajul de frecvenţă

funcţionarea economică,etc.

şi regim de avarie

determinarea curenţilor de scurtcircuit

calculul regimurilor nesimetrice,etc.

=> formarea unor modele matematice foarte complicate și de asemenea supravegherea regimurilor de

funcţionare este mai dificilă;

necesitatea utilizării unui aparataj de protecţie şi automatizare foarte complex care să ţină cont de corelaţia care

trebuie respectată la funcţionarea numărului mare de elemente componente ale sistemului.

1.4. Alimentarea consumatorilor de energie electrică

Consumatorii de energie electrică se alimentează aproape în exclusivitate din sistemul electroenergetic naţional

(SEEN).

Sistemul de alimentare cu EE a unui consumator conţine în general următoarele elemente (figura 1.2):

instalaţia de alimentare

staţia de primire

instalaţiile interne de alimentare




Inst

alaţ

ie d

e

alim

enta

reS

taţi

e d

e

pri

mir

eIn

stal

aţii

in

tern

e d

e

alim

enta

re

TG

TG

PT ST (SD)

PTPTD

TG mm

TG

TD

TU

mj

SEN

Figura 1.2. - Alimentarea cu energie electrică a consumatorilor

SEN - sistem electroenergetic

naţional

ST (SD) - staţie de transformare

(distribuţie)

PT - post de transformare

TG - tablou general de distribuţie

TD - tablou de distribuţie

TU - tablou de utilaj

mm - receptor de medie tensiune

mj - receptor de joasă tensiune


Instalaţia de alimentare reprezintă instalaţia electrică prin care se face legătura dintre reţeaua furnizorului, în punctul de racordare şi instalaţia consumatorului, în punctul de delimitare. Ea se numeşte branşament, la joasă tensiune şi racord la medie sau înaltă teniune fiind legată la noduri ale SEN, numite noduri sursă.

Totalitatea instalaţiilor înseriate între nodul sursă şi punctul de delimitare considerat se numeşte cale de alimentare aceasta putând fi formată din linii aeriene sau subterane, întreruptoare, separatoare, transformatoare, bobine de reactanţă, etc.

Staţia de primire este o staţie situată pe amplasamentul sau în vecinătatea amplasamentului unui consumator şi care îndeplineşte simultan următoarele condiţii:

se află pe traseul reţelelor electrice de legătură dintre furnizor şi consumator;

prin intermediul acesteia se realizează nemijlocit alimentarea cu EE a consumatorului;

tensiunea primară sau secundară a staţiei este egală cu cea mai mare tensiune din instalaţia de utilizare a consumatorului.

Staţia de primire poate fi: o staţie electrică de transformare sau conexiuni, posturi de transformare sau tablouri de distribuţie sau o staţie de racord adânc.

Instalaţiile interne de alimentare reprezintă ansamblul instalaţiilor de utilizare, distribuţie şi producere a EE ale unui consumator, de orice tensiune, de la punctele de delimitare ale receptoarelor consumatorului. Acestea pot fi:

- staţii de distribuţie (SD) care distribuie energia electrică spre posturile de transformare sau receptoarele de MT;

- posturi de transformare (PT) care transformă la joasă tensiune energia primită în MT de la SD sau de la furnizor;

- reţeaua propriu-zisă, constituită din căi de distribuţie şi alimentare de medie şi joasă tensiune, realizate sub formă de linii aeriene, subterane (cabluri) sau sisteme de bare conductoare.


143058001 utilizarea energiei electrice

Documents