Subcapitolul 2 - 2.2. Aducţiunile gravitaţionale pentru alimentarea cu apă a centralelor hidroelectrice - Normativ din 2012 privind calculul loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei - Indicativ NP 128:2011

M.Of. 129 bis

În vigoare
Versiune de la: 23 Martie 2012
SUBCAPITOLUL 2:2.2. Aducţiunile gravitaţionale pentru alimentarea cu apă a centralelor hidroelectrice
(1)Aducţiunile gravitaţionale pentru alimentarea cu apă a centralelor hidroelectrice, în special cele de mare putere, reprezintă amenajări de mare complexitate. Din punctul de vedere strict al loviturii de berbec, principala deosebire faţă de cele care alimentează consumatori civili sau industriali obişnuiţi o constituie faptul că vana din aval trebuie să se închidă foarte rapid pentru a preveni ambalarea turbinelor la anularea momentului rezistent al generatorului electric, situaţie care intervine brusc şi imprevizibil atunci când acţionează sistemele de protecţie din staţiile electrice de transformare.
Figura 2.2 - Dependenţa variaţiilor de presiune în funcţie de timpul de închidere al vanei la o aducţiune gravitaţională
(2)Forma şi alcătuirea unei aducţiuni gravitaţionale pentru alimentarea cu apă a centralelor hidroelectrice este destul de bine definită în urma unei experienţe îndelungate; în formă simplificată-schematizată, ea este dată în figura 2.3, unde se află, de asemenea, elementele explicative ale desfăşurării fenomenului de lovitură de berbec.
(3)Linia piezometrică din regimul permanent, notată cu L.p.0, arată avantajele acestei forme în primul rând în regim normal de funcţionare, mai precis faptul că aceasta este soluţia cea mai ieftină în ce priveşte costul total al aducţiunii, astfel:
a)Conducta de aducţiune C.A., reprezentând cea mai mare parte din lungimea totală a aducţiunii, este plasată la cote ridicate, având practic doar o pantă mică, din considerente tehnologice - constructive; În acest fel, presiunile sunt reduse şi costul, de asemenea.
b)Conducta forţată C.F., de lungime mică, "consumă" practic întreaga cădere a amenajării; ea este supusă unor presiuni mari dar, având o lungime mică, nu afectează foarte mult costul total.
(4)Lovitura de berbec este declanşată de închiderea rapidă a vanei V.R. de la intrarea în centrală. În condiţiile unui timp de închidere Ti care este foarte mic în raport cu timpul de reflexie 2L/c, corespunzător unor lungimi mari ale aducţiunii şi în absenţa unor mijloace de protecţie, variaţiile de presiune ar fi extrem de mari şi ar afecta întreaga aducţiune, inclusiv conducta de aducţiune C.A (vezi figura 2.1).
Figura 2.3 - Aducţiunea gravitaţională pentru alimentarea cu apă a unei centrale hidroelectrice
(5)Pentru protecţie se foloseşte castelul de echilibru C.E., plasat în punctul de schimbare de pantă al profilului longitudinal. Poziţia optimă a castelului ar fi fost chiar lângă "sursa" loviturii de berbec - vana V.R. dar, în acest caz, ar fi rezultat un castel cu o înălţime extrem de mare, foarte scump şi, în concluzie, imposibil de realizat practic. În poziţia din figură, reflectând undele sonice care vin de la vana V.R., castelul reduce în mod semnificativ variaţiile de presiune de pe conducta de aducţiune C.A. dar şi pe cele de pe conducta forţată C.F.
(6)Castelul împarte astfel aducţiunea în două părţi distincte:
a)Conducta de aducţiune C.A., reprezentând cea mai mare parte din lungimea totală a aducţiunii, care este supusă unor variaţii de presiune relativ mici şi cu caracter lent variabil; în acest fel, costul conductei de aducţiune C.A. rămâne redus şi pentru a face faţă regimului nepermanent;
b)Conducta forţată C.F., de lungime mică, este supusă unor variaţii mari de presiune (dar, totuşi, mai mici decât în absenţa castelului) şi cu caracter rapid variabil - de şoc; ea trebuie să fie dimensionată să reziste acestor solicitări dar, având o lungime mică, acest lucru nu afectează foarte mult costul total.
(7)Practic, castelul de echilibru "transformă" fenomenul de lovitură de berbec (rapid variabil în timp), declanşat de închiderea rapidă a vanei V.R., într-un fenomen de "oscilaţie în masă"; acesta are loc pe conducta de aducţiune C.A., între bazinul din amonte (lacul de acumulare) unde nivelul este constant şi castel, în care (acesta având o secţiune limitată) au loc variaţii ale nivelului apei între un nivel maxim şi unul minim. Acest fenomen poartă numele de "salt în castel" şi el determină înălţimea (şi, în ultimă instanţă costul) acestuia.
(8)Pentru reducerea înălţimii castelului precum şi pentru prevenirea intrării aerului în aducţiune (cu riscul de a ajunge în turbine), castelele de echilibru pot fi prevăzute cu camere superioare C.S. şi cu camere inferioare C.I.
(9)Liniile piezometrice din figura 2.3 sugerează fenomenele descrise mai sus, astfel:
a)L.p.max.c.a. reprezintă linia piezometrică maximală pe conducta de aducţiune C.A.
b)L.p.min.c.a. reprezintă linia piezometrică minimală pe conducta de aducţiune C.A.
c)L.p.max.c.f. reprezintă linia piezometrică maximală pe conducta forţată C.F.
d)L.p.min.c.f. reprezintă linia piezometrică minimală pe conducta forţată C.F.
(10)Schema de protecţie fiind practic pre-stabilită, în acest caz calculele de lovitură de berbec reprezintă de fapt o încercare de găsire a unui optimum tehnico-economic, având ca obiectiv-ţintă costul total al aducţiunii. "Cheia" problemei o reprezintă, în ultimă instanţă, rezistenţa hidraulică a branşamentului dintre castel şi aducţiune de care depind atât variaţiile de presiune care "trec mai departe" pe conducta de aducţiune C.A., cât şi cele care "se întorc înapoi" pe conducta forţată C.F., precum şi volumul castelului. Toate acestea, convertite în costuri şi cumulate trebuie să fie minime.
(11)La aducţiunile centralelor hidroelectrice de mică putere (micro-hidrocentrale), schema de protecţie de mai sus nu se aplică, fiind total ne-economică, în fapt ne-fezabilă din punct de vedere practic. În aceste cazuri, profilul longitudinal al aducţiunii este determinat de traseul ales, conducta urmărind, la fel ca la majoritatea aducţiunilor, profilul terenului. Din acest motiv, cazul acesta se apropie mai mult de cel al aducţiunilor gravitaţionale pentru obiective civile sau industriale tratat în capitolul 1, unde singura măsură de protecţie o reprezenta impunerea unui timp minim de închidere a vanei de acces la turbine. În aceste cazuri, de regulă, riscul de ambalare a turbinelor este mai redus şi, dacă totuşi el există, se recomandă să se ia alte măsuri (de exemplu, folosirea unor frâne mecanice sau a unor "vane sincron", adică vane de by-pass care se deschid simultan cu închiderea vanei de acces la turbine).