Aplicalie softurare pentru proiectarea gi dimensionarearelelelor electrice de distrihulie

Virgif DUMBRAVAI, Bogdan fffCOenAz , lean Marc r FLU{N3, Philippe DUQLJENI\In4

Abstract: This paper presents the results of implementingthe methodology for the design of electrical distributionnetworks, as it is described in the PE 13212003 Romaniandesign procedure. The experimental software producedcontains a number of functions for sizing the network ele-ments. Therefore, databases with the technical cha-racteristics of mains types of equipment used in Romanianelectrical distribution networks are created and used.

Key wuds: electrical distribution networks, design, sizing

Descriptori: refele electrice de distributie, proieclare, dimen-sionare

Gontribu!ii

Contribufia autorilor constd in implementarea in cadrulunui program de calcul original, a metodologiei de proiec-tare a relelelor electrice de distribulie prevdzutd in PE132/2003, precum si a unor funcfii pentru realizarea di-mensiondrii elementelor de relea. in acest scop, sunt cre-ate gi folosite baze de date cu caracteristicile tehnice aleprincipalelor tipuri de echipamente folosite in calculele deproiectare a relelelor electrice de distribufie.

Fald de alte programe de calcul comerciale specializateexistente, aplicafia ce va fi prezentatd in continuare areavantajul cd respectd integral prevederile PE 132/2003,ti-ind construitd pentru a aplica pas cu pas prevederileacesteia.

1. Punerea problemei

Pornind de la faptul cd in cadrul activitdfii de proiectare aunor noi linii electrice de distribufie sunt de parcurs urmd-toarele etape:

a) determinarea configuraliei refelei noi de distributie;b) determinarea secliunii tronsoanelor relelei;c) dimensionarea echipamentelor de comutalie;d) dimensionarea transformatorului de alimentare.

A rezultat cd, pentru sistematizarea gi ugurarea activitdliiproiectanfilor, este util de realizat un program de calculcare trebuie sd aibd in principal urmdtoarele funclii:

a) sd-l asiste pe utilizator in stabilirea configuratiei noiirelele de distribufie ce trebuie proiectatd;

b) sd efectueze calculele de dimensionare pentrutronsoanele refelei electrice gi pentru echipamen-tele de comutalie gi transformatorul de alimentare;

c) sd efectueze calculele de verificare necesare;d) sd editeze rapoarte pentru fiecare din etapele de

mai sus.1 Conf. dr. ing., Universitatea ,,POLITEHNICA. din Bucure$ti,

Facultatea de Energetici2 Prof . dr ing., Universitatea ,,POLITEHNICA" din Bucure6ti,

Facultatea de Energeticd3 Prof. dr. ing., Institut National Polytechnique Toulouse,

D6partement G€nie Industriela Conf. dr. ing., Institut National Polytechnique Toulouse,

Ddpartement G€nie Industriel

V. Dumbravi - Aplica;ie software pentru proiectarea gi dimensionarea refelelor electrice de distribujie 2rg

Caracteristici le programului de calcul experimental realizatsunt urmdtoarele:

a) toate valori le reprezentdnd parametri ai elementelorde relea sunt preluate automat din baze de datepropr i i programului ;

b) bazele de date care, la momentul f inal izdr i iprogramului vor conl ine informal i i d isponibi le pdndla acel moment, vo.r putea fi dezvoltate ulterior decdtre uti l izatori, pentru a include informafii desprenoi echipamente;

c) de reguld, in cazul in care uti l izatorul trebuie sdofere programului o informafie necesarS, aceasta vaf i pusd la dispozi l ia ut i l izatorului pr intr-o l is tdderulantd, din care uti l izatorul va alege informalia pecare o considerd necesard;

d) de reguld, valori le introduse de uti l izator vor f iverif icate de cdtre program, pentru a elimina erorilede tastare, sau valori le anormale ale unor mdrimi.

Pentru a permite uti l izarea ugoard a programului de calcul,acesta este prevdzut cu o interfafd utilizator prin care, cuajutorul s istemului de funcl i i d isponibi le in meniu, vorputea fi parcurse sistematic toate operali i le necesare.

Programul de calcul confine doud mari module, careasigurd proiectarea conf iguraf ie i re le le i e lectr ice girespectiv dimensionarea elementelor de refea.

2. Definirea topologiei unei relele electrice

Aplicalia realizatd permite proiectarea configurafiei pentrurelele electrice de joasd sau de medie tensiune, dedistribufie rurald sau urband.

\Dupd introducerea datelor necesare pentru o linie de joasdsau de medie tensiune, aplicalia genereazd doud rapoarte:

a) un prim raport asupra consumatorilor, in care sunttrecute datele inil ial introduse de cdtre uti l izatorprecum 9i puterile de calcul ale consumatorilor,determinate cu ajutorul aplicaliei;

b) un al doilea raport asupra l inilor retelei, cu nodurilede intrare gi iegire, respect iv consumator i i lanodurile de iegire, informalii introduse inil ial de cdtreuti l izator, precum gi puterea de calcul determinatdcu ajutorul aplicafiei.

Pentru determinarea datelor din cele doud rapoarte, estenecesard parcurgerea cdtorva pagi, care vor fi prezentaligi explicali in continuare. Programul de calcul este astfelconceput incdt sd ghideze utilizatorul in utilizarea sa cdtmai corectd.

Pentru proiectarea relelelor gi determinarea corectd aputerilor de calcul, trebuie avute in vedere urmdtoarelereguli:

a) relelele de JT gi MT sunt alcdtuite din l inii (tron-soane) gi din noduri;

b) consumatorii, de orice fel, se considerd racordali lanodurile refelei;

c) un consumator racordat la un nod poate fi compus,la rAndul lui, din mai multi consumatori individuali

220 GnergFlico onul 55, nr. 6/2007

(de genul garsoniere, apartamente, vile, unitdtigcolare / medicale etc.);

d) definirea refelei se poate intrerupe, dacd este nece-sar, dar numai sub controlul programului , fo losindcomenzile puse la dispozil ia uti l izatorului in acestscop. Alt gen de intreruperi conduc la rezultateneprevizibile gi necesitd reluarea definiri i relelei;

e) datele caracteristice nodurilor gi l ini i lor (tronsoa-nelor) relelei trebuie introduse cu mare atenlie,deoarece acestea nu mai pot f i modificate partial(definirea relelei trebuie reluatd de la inceput). Estepermisd doar operalia de extindere a relelei cu noil in i i 9 i nodur i (pr in comanda , ,deschide releaexistentd");

f) consumatorii noi pot f i definil i iar cei vechi actualizali9 i dupd terminarea descr ier i i refelei ;

g) la o rulare a aplicaliei se lucreazd. cu o singurd releade JT sau de MT.

Pentru def in i rea unei re le le noi se va alege din meniu op-!iunea ,,Retea", iar apoi se alege tipul relelei dorite (refeade joasd respect iv medie tensiune), conform f igur i i 1.

Dupd selectarea relelei dorite, se poate alege opfiuneacredrii unei noi relele electrice sau deschiderea unei releleexistente care a fost creatd anterior. tot cu aceastdaplicatie.

Fig. 1. Modul de selectare a unei refele

Selectarea opliunii ,,Creeaz6. relea noud" deschide fereas-tra din figura 2, fereastrd prin care se poate defini numelerefelei ce va fi creatd gi se pot declara tensiunea 9i t ipulrefelei (urband sau ruralS).

Pentru relelele de JT, valori le tensiunii relelei pot f i 0,23 kVsau 0,4 kV, iar pentru relelele de MT, valor i le tensiuni irefelei pot f i de 6 kV, 10 kV sau 20 kV.

$ernffi*rea rateH

Terns"rearetd€r [**T *V

Igr"drc{ehi:

Fig. 2.

Pentru cont inuarea descr ier i i funcl i i lor apl ical ie i , presupu-nem cd se dore$te crearea unei retele de JT, denumitd

"Relea JT", cu tensiunea nominald de 0,4 kV, de t ip rural .In cazul in care nu existd deja o relea cu acest nume,programul de calcul va genera imediat un avert isment deforma ,,Fisierul Re{ea JT.mdb nu existd gi va fi creat

t-t

li ilK llt i . - - - - - -*- . - - - - . - - - , - r l@

Definirea unei noi retele

acum!". Dacd se doregte modificarea sau completareaunei relele deja existente, uti l izatorul va fi avertizat printr-un mesaj de forma ,,Figierul Relea JT.mdb existd deja;continuAnd sd lucrali i l veli modifica!".

Dupd ce aplicafia va crea in mod automat o bazd. de datepentru noua relea ce se doregte a fi studiatd, in fereastradin figura 3 se observd cum pot f i introduse noduriletronsoanelor refelei (nod inil ial / nod final) 9i consumatorii.Primul nod care va trebui introdus este nodul prin care seface alimentarea noii relele (de la o stalie sau un post detransformare). in exempiul prezentat in figura 3, primul noddescris este n0. Dupd introducerea primului nod al refelei,se vor introduce in ordine nodurile urmdtoare, consumatoriiasociali acestor noduri, nodul de legdturd in amonte 9i incele din urmd lungimea tronsonului . Pentru exempl i f icares-a ales o refea formatd din patru tronsoane, cu patru no-duri la care sunt racordali patru consumatori. Lungimeafiecdrui tronson de l inie este de 50 m (vezi f igura 3).

i em lerminat de irdrodus legalur|l€"i

Fig. 3. Etapa de def in i re a t ronsoanelor de l in ie gi a nodur i lor d in relea

in continuare, dupd ce s-au introdus toate tronsoanele del in ie (pr in nodur i le de inceput gi de sfArgi t ) g i consumator i irefelei, se poate trece la urmdtorul pas. Acest lucru devineposibil dupd ce este declarat sfargitul etapei de definire arelelei , pr in intermediul comenzi i , ,Am terminat de introduslegdtur i le." ( f igura 3).

3. Determinarea sarcinilor electrice in relea

Stabil irea corectd a sarcinilor electrice de calcul consti-tu ie calea cea mai s igurd pentru o dimensionare ral ionalda elementelor unei re le le de distr ibul ie a energiei e lectr ice.

Erorile posibile in determinarea acestor sarcini pot con-duce la cheltuieli nejustif icate pentru refeaua electricd, incazul in care sarcinile au fost supraevaluate, sau lanecesitatea dezvoltdri i relelei inainte de termenul stabil it incazul unei subevaludri a acestora.

Pentru a evita asemenea situafi i, proiectanli i sunt - dereguld - tentafi sd adopte factori de siguranfd exagerafi,majorAnd in consecinld valori le acestor sarcini. Adesea seadoptd sarcini de calcul majorate in Iaza inil iald deproiectare sub motivul dezvoltdri i ulterioare.

Pornind de la aceste consideralii, definirea consumatorilor gi asarcinilor lor electrice este atent reglementatd in PE132/2003. Datele de care este nevoie pentru definirea con-sumatorilor 9i a consumurilor asociate lor (conform infor-mali i lor din figura 4) sunt:

a) t ipul consumatorului definit: casnic, terl iarb) dotarea consumatorului - in funcl ie de t ipul

fust#*rrsf,smme std*?dekadsmse Issire Air*s

Rdea Fort#hsdsrlwe Sdie&hardsTntrB iesfe fii.rtw

I '

V. Dumbravd. - Aplicagie software pentru proiectarea gi dimensionarea reqelelor electrice de distributrie 221

consumatorului, se poate alege:- pentru consumatorii casnici: gospoderie in sat

izolat, gospoderie in sat dearoltat, case de vacanle;- pentru consumatorii terfiari: gcoald, magazin,

instituli i gcolare (cregd, grddinitd), dispensarsau cabinet medical, l iceu, gimnaziu, pogtd,moar5, lSptdrie, brutdrie, crescdtorie de pdsdri,crescetorie de animale, grajduri, staule, ateliermecanic, depozit materiale, spital;

- puterea de calcul (conform PE 132, e vorbade puterea minim6, maximd, oblinutd pe bazdde chestionar sau pe bazd, de analizd);

- numdrul consumator i lor ident ic i .

Consumatorii noi pot f i definil i , iar cei vechi actualizali, gidupd terminarea descr ier i i lor (pr in comanda , ,Deschiderelea existentd").

Dupd ce s-au introdus toate aceste date, se poate verificaputerea de calcul, folosind comanda ,,Verificare putere".Aceastd verificare este foarte utild ?nainte de inregistrareaconsumatorului in baza de date, deoarece acum se poatevedea ce valoare are puterea de calcul pentru acestconsumator (se line cont de faptul cd normativul PE 132/2003prevede anumifi coeficienli de utilizare a puterii instalate).

in acest mod se vor inregistra pe rAnd toate dateleconsumatorilor. Pentru exemplul analizat, datele caretrebuie introduse sunt prezentate in tabelul 1.

Ret€ Pst d€ trmrtme 5t6tie & tran#ormtre lerfe Aiutsl

Cmawatorul c4

::trffi*r*Ddae -** ":]

Putcra dc colcul

Mbdm f lMa{m r* Chcstiona AnafE6

l io*di fu| f*-

cffisr.rnatdri idEr*ici

Vc*ificfia ptrtart

Fig. 4. Introducerea datelor despre consumatori

Tabelul 1Caracteristicile consumatorilor din releaua analizati

Denumireaconsumatorului Tipul Denumirea

Putereaoe

calculKW

c1 Casni<Casddevacanta

A3 1 1,5

c2 Terfiar CregS;orddinit i

1 3

c2 Tertiar $coald 1 4,5

c2 CasniGospoddriein sat izolat

A1 20 o,9

c2 Casnic Gospoddrie?n sat izolat

A1 10 o,9

c2 Casni<Gospoddriein sat izolat

A' l 5 o,9

c3 Casni Gospoddriein sat izolat

A1 20 o,9

c3 Casni< Gospoddriein sat izolat

A1 10 o,9

c4 Casni< Gospoddriein sat izolat

A1 5 o,9

c4 Te(iar Magazin 1 1,

Pasul urmetor, la care se poate ajunge prin comanda ,,Amterminat de inregistrat consumator i i . " , permite deter-minarea puter i i de calcul pe l in i i le relelei . Apl ical ia vagenera automat doud rapoarte:

a) raport asupra consumatorilor;b) raport asupra l in i i lor .

Pentru a vizualiza rapoartele, trebuie aleasd optiuneacorespunzeloare (vezi f igura 5).

Rapoartele vor putea fi apoi salvate fie intr-un figier Word, fieintr-un figier Excel. Rapoartele care au fost generate pentrureleaua analizatd mai sus sunt prezentate in figurile 6 gi 7.

Programul permite vizualizarea gi tipdrirea sub forma unorfigiere de tip text atAt a datelor de intrare (bazele de date),cAt gi a rezultatelor.

i Hapoilasupahfu

Fig. 5. Meniul de rapoarte

Pentru determinarea puterii de calcul a unui Posf deTransformare sau a unei Stalii de Transformare trebuiealease opliunile respective din meniul programului (f igura B)

Raport CONSUMATORIReleaua RURALA: Relea JT

Tipur I ounuri,"u I oo,u.uu I ruu.r,u, I eute'ea ^oe "a"u{

| -

1--- l -

I (kw)

i

", T c"r"i. lC"rp"de* i. *t t"i"t T A1 *T

,o -[ 0B T 18

", T ca*'t fC".p"ddri" i" *r t"l"rT A1 T 10-T- q, T ,

", T casn,c ldspoderb ln sat tolatT A1 T s T oB T 45c3 | Casnic I Gospoddrie in sat izolatl 41 | 20 | 0,9 I 18

d T cr*b rc;rr"d"i" i" *r ""htT

At -T 10-T- 0", T ,Fig. 6. Raportul pentru consumatori

Raport LlNllReleaua RURALA: Relea JT

Dupd alegerea doritd, se va denumi postul sau stalia detransformare gi se va introduce tensiunea medie gi ceajoasd pentru postul de transformare, iar in cazul staliei detransformare se va introduce tensiunea inaltd gi ceamedie.

PutereatotalS(kw)

Rdea Po*&kardormrye Sdiedehanfsfirire lesire Aiutor

S&eaa fhla in furd wd

S*reazalisrainfmatemd

Fig. 8. Alegerea staliei / postului de transformare

222 Grcrg|elico onul 55, nr.6/2007

Urmdtorul pas permite definirea puterii pentru fiecarecircui t a l t ransformatorului . Aceste c i rcui te se vorintroduce pe rAnd, iar pentru determinarea puterii decalcul se va alege submeniul , ,Calcul putere".

Rapoartele generate pentr :u postur i le / stal i i le detransformare sunt de genul celor prezentate in exempleledin f igur i le 9 9i 10.

Postul de transformare: PTI20to,4 kv

Numdrulcircuitului

PutereaKW

a

I 100

2 100

3 100

Puterea de calcul rezultatd este: 255 kW

Stalia de transformare: ST1110t20 kv

Numdrulc i rcui tu lu i

PutereaKW

1 1 000

2 1 000

3 1 000Puterea de calcul rezultatd este: 2 550 kW

Fig. 9. Raportul pentru un post de transformare

Goncluzii

in cadrul acestei lucrdri este prezentat un program decalcul care implementeazd metodologia de calculdescrisd in PE 132/2003 pentru proiectarea relelelorelectr ice de distr ibul ie publ icd.

Programul de calcul este format din doud mari module,

care realizeazS, definirea topologiei relelei 9i stabil ireasarcinilor electrice in relea, respectiv dimensionareaelementelor de refea.

Programul este prevdzut cu o interfaid graficd ce permiteuti l izatori lor parcurgerea cu ugurinld a tuturor etapelor decalcul. Rezultatele sunt oferite uti l izatori lor sub forma unorfigiere tip text care pot ti vizualizate, tipdrite sau importatede cdtre alte aplicali i .

Tn cadrul unui articol viitor, vor f i prezentate algoritmeleimplementate in cadrul modulului de calcul pentrudimensionarea elementelor de relea dupd cr i ter i i le:

a) curent maxim admisibi l ;b) solicitare termicd la scurtcircuit;c) cddere de tensiune;d) secl iune economicd.

Bibliografie

[1] Bercovici M., Arie A., Poeatd Al. - Relele electrice, calculul electric,Editura Tehnid., Bucuregti, 1974

[2] Bidulescu N. - Linii Si stasii electrice, Editura Tehnicd, Bucureqti,7967

[3] Iacobescu Gh., IordZnescu I., Tudose M. - Relele Si sisteme electrice,Editura Didactictr gi Pedagogicd, Bucuregti, 1979

l4lBremia M., Trecat J., Germond A. - Reseaux electriques. Aspectsactuels, Editura TehnicS, Bucuregti, 2000

l5l *** Normatiuul PE 132/2003 pentru proiectarea relelelor electrice dedistribulie publicd

16l **" Nonnatiuul PE 1O7/95 pentru proiectarea Si execulia refelelor decabluri electrice

lTlBazacliu G., Dumbravi V., Miclescu Th. - Calculul regimului d.e

funclionare a relelelor electrice maN de med.ie Si joasd. tensiune,revista Energetica, 54, nr. 4/2006, pag. 755 -759

Referent:Prof. dr. ing. Constantin BULAC

Universitatea,,POLITEHNICA" din Bucuregti