retele electrice

UI2. ELEMENTE ALE SISTEMULUI ELECTROENERGETIC

2.3. REŢELE ELECTRICE

Cuvinte cheie

Introducere Conductoare, cabluri electrice, codificare cabluri 2.3.1. Linii electrice în cablu (LEC) Cabluri pentru LEC, elemente de conectică (manşoane, cutii terminale) Pozarea cablurilor 2.3.2. Linii electrice aeriene (LEA) Cabluri preizolate, stâlpi, console, coronament, armături, cleme, izolatoare,separatoare (de linie, de secţionare), sistemul de balizare Protecţia LEA împotriva supratensiunilor (eclatoare, descărcătoare ZnO) 2.3.3. Echipamentele unei linii (LEA) de 400kV Echipamente : pentru LES , pentru trecerea LES-LEC, pentru LEC, pentru protecţia LEA 2.3.4. Topologii ale reţelelor electrice Reţele radiale (buclate, complex buclate) 2.3.5. Referinţa de potenţial a reţelelor electrice Reţea cu neutrul (izolat, legat direct la pământ, compensat), tratarea nulului (cu rezistor, cu bobină de stingere), perturbarea reţelelor de telecomunicaţii 2.3.6. Sisteme automate de conectare/deconectare Sisteme automate de: anclanşare a rezervei (AAR), declanşare de sacrificiu (DAS ), de reanclanşare rapidă (RAR)

Introducere Reţeaua electrică reprezintă un ansamblu de linii electrice, dintr-o zonă

geografică, conectate între ele. [DEX] Linia electrică reprezintă un ansamblu de elemente fizice care au

sarcina de a transporta energia electrică, dintr-un punct în altul, prin intermediul elementelor conductoare.

Pe lângă elementele conductoare – pentru transportul propriu-zis al energiei, sistemul numit “linie electrică” are în componenţă elemente de susţinere, sisteme de protecţie şi elemente de comutaţie. Uneori liniile electrice sunt însoţite de linii de protecţie şi linii de telecomunicaţii pentru transportul datelor (date privind starea sistemului sau de altă natură).

Notă. Transportul energiei electrice, la puteri mici, se poate face şi wireless (fără conductori). Spre exemplu tagurile pasive de radiofrecvenţă RFID îşi alimentează circuitele electronice prin redresarea undei electromagnetice (la frecvenţa de 125kHz sau 13.65MHz) generată de cititorul tagului (aflat la distanţă nu prea mare de tag). Liniile electrice în funcţie locul în care sunt plasate pot fi:

• linii aeriene LEA, • linii subterane LES (cu denumirea alternativă LEC - linii electrice

în cablu). Notă. Clasificarea nu include liniile din interiorul clădirilor de locuit sau cu funcţii sociale (birouri, magazine, ş.a.), linii care pot fi:

• îngropate - plasate sub tencuială, în canale prin ziduri sau sub pardoseală,

• aparente - plasate în canale din material plastic pe suprafaţa peretelui.

O altă clasificare a liniilor se face în funcţie de nivelul tensiunii şi anume: linii de JT, linii de MT şi linii de IT. Oricare ar fi tipul liniei un element nu poate lipsi şi anume ansamblul conductorilor prin care se face transportul energiei electrice. Conductoarele liniilor electrice, după funcţia pe care o îndeplinesc pot fi:

– active, având rolul de transport a energiei electrice, – de gardă, având funcţia de protecţie sau funcţia de transport a

datelor. Pentru ca pierderile energetice să fie mici, materiale conductoare

folosite trebuie să aibă rezistivitate mică. Datorită faptului că liniile electrice au lungime mare pentru ca să nu se rupă, se impune să aibă o rezistenţă

mecanică suficient de mare. O altă condiţie în alegerea materialului conductor se referă la cost (spre exemplu costul materialului conductor, pentru LEA, reprezintă 30,…,50% din total).

Materialele uzuale pentru conductoarele liniilor sunt: cuprul, aluminiul şi aliaje ale acestuia sau oţelul protejat împotriva coroziunii (acoperit cu Zn, Al sau Cu). Cuprul are rezistivitate mică (0,018 Ωmm2/m), rezistenţă mecanică medie şi preţ de cost mare. Aluminiul are rezistivitate mică (0,029 Ωmm2/m), rezistenţă mecanică şi preţ de cost mai mic decât al cuprului. Oţelul (fier cu 0.1,…,0.15% carbon) o are rezistivitate nu prea mică (0,013 Ωmm2/m) dar e folosit pentru că rezistenţa mecanică este foarte mare. Un exemplu de aliaj al aluminiului, folosit la LEA datorită rezistenţei mecanice destul de mari, este aldrey conţinând aluminiu la care se adaugă 0.7%Mg, 0.6%Si şi 0.25%Fe. Conductoarele neizolate sunt sub formă de bare sau sub formă de fire răsucite (funii). În cazul LEA se folosesc conductori răsuciţi din aluminiu în centrul cărora, în scopul creşterii rezistenţei mecanice a funiei, se plasează un conductor din oţel. Conductoarele izolate sunt formate din unul sau mai multe fire conductoare răsucite prevăzute cu izolaţie la exterior. Izolaţia conductoarelor poate fi din hârtie, cauciuc, împletitură textilă, PVC(Poly Vinyl Chloride), XLPE (Cross-Linked Polyethylene), ş.a. Cablul electric, este format din unul sau mai multe conductoare izolate în exteriorul cărora se află o manta şi unul sau mai multe învelişuri de protecţie.

Principalele caracteristici electrice ale cablului electric se referă la: tensiunea nominală, curentul maxim pentru o temperatură dată, temperatura maximă de lucru, tensiunea de exploatare (valoarea maximă), tensiunea de izolaţie (a conductorului activ faţă de mantaua metalică, de fapt faţă de pământ). Cablul din figura 2.28a este format din unul sau mai multe fire conductoare răsucite (1), prevăzute cu izolaţie din PVC (2), înveliş izolator comun (3),

Fig. 2.28.

manta interioară (4), armătură pentru creşterea rezistenţei metalice din bandă de oţel (5), manta exterioară din PVC(6). Cu excepţia reperelor 1 şi 2 celelalte pot lipsi în cazul unor tipuri de conductoare. În figura 2.28b este prezentat un cablu de tipul ACYAbY (F), din cupru sau aluminiu, cu patru conductori funie, are aceeaşi structură ca şi cablul din figura 2.28a. Codificarea cablurilor se face cu 4 grupe de litere şi 2 grupe de cifre. Grupurile de literele indică:

- materialul din care este realizat conductorul ( A aluminiul, C – cuprul, AC – aluminiu sau cupru);

- domeniul de utilizare ( F – instalaţii electrice fixe, M – instalaţii electrice mobile, C - la JT/ MT, CC – pentru comanda si control,

T - de telecomunicaţii); - materialele izolatoare ( Y – PVC, C – cauciuc, H – hârtie, T - împletitură textilă) şi materialele de protecţie (E – ecran, B sau

Ab - armatură din banda de oţel, P - manta din plumb, S - manta PVC îngroşată);

- regimul de execuţie (U – uşoară, M – medie, G – grea) Grupurile de cifre specifică:

- numărul de conductoare din cablu; - secţiunea exprimată în mm2.

Exemplu. Cablul CYAbY(F) 3x85 este din C - cupru masiv, Y – izolaţie din PVC, Ab - armat cu bandă de oţel, Y - manta PVC, F - pentru instalaţii fixe, cu 3 conductori, fiecare conductor cu secţiunea de 85 mm2. 2.3.1. Linii electrice în cablu (LEC) Cablurile pentru liniile electrice subterane LES (numite şi în cablu LEC) sunt formate din:

- conductoare răsucite, din cupru sau aluminiu; - izolaţia conductoarelor, din hârtie impregnată, materiale plastice sau

cauciuc; - ecranul de protecţie; - mantaua de protecţie din PVC sau plumb; - armătură din bandă de oţel; - înfăşurare din iută impregnată, pentru protecţia împotriva umezelii.

Liniile electrice în cablu se pozează în şanţuri sau canale, pe un pat de nisip. Deasupra cablului se pune nisip (10 cm), cărămizi sau plăci de beton, pentru protecţie, după care se astupă şanţul (cu pământ).

Pentru realizarea conexiunilor între tronsoane de cablu se folosesc manşoane de legătură , care sunt cutii ermetice din fontă, tablă, cauciuc sau materiale plastice pentru protejarea conexiunii electrice împotriva umezelii.

Manşoanele de derivaţie, permit continuarea liniei principale şi conectarea unei linii secundare, vezi figura 2.29.

Fig. 2.29. Cutiile terminale se prevăd la capetele liniei, având rolul de a

permite conectarea liniei la instalaţiile electrice. Manşoanele şi cutiile terminale sunt din fontă, tablă, plumb sau materiale plastice. 2.3.2. Linii electrice aeriene (LEA)

Pentru construcţia liniilor electrice LEA sunt necesare : cabluri, stâlpi, console, izolatori, armături şi cleme. La acestea se adaugă componentele necesare sistemelor de protecţie a liniei şi a vieţuitoarelor (om şi animale) precum şi elemente de comutare.

Traseul liniilor aeriene, este delimitat faţă de axul acestora de zone

de siguranţă (culoarul de sub linie) a căror lăţime depinde de tensiunea liniei, zona fiind majorată la trecerea liniei prin zone forestiere. Astfel zona de protecţie pentru LEA cu tensiune de 1,…,110kV este de 24m, pentru LEA220kV este de 55m, iar pentru LEA400kV este de 75m.

Distanţa minimă a LEA faţă de clădirile locuite este de 327m pentru LEA cu tensiune de 1,…,110kV şi de 427m pentru LEA220kV. [ordinul 4/2007 ANRE] Cablurile LEA sunt izolate pentru linii de JT şi linii de MT şi sunt neizolate sau preizolate pentru linii de MT şi linii de IT.

Conductoarele se numesc preizolate, pentru că au o izolaţie slabă

care nu garantează securitatea omului la atingerea cablului (spre deosebire de cele izolate) dar permit micşorarea distanţei dintre conductori şi nu determină scurtcircuite la căderea vegetaţiei forestiere peste conductori.

Cele mai utilizate cabluri pentru linii de MT sunt Ol-Al cu material

conductor din aluminiu (Al) multifilar şi inimă de oţel (Ol), cu secţiunea de 50,…,120 mm2, aşa încât pot fi utilizate la deschideri de până la 100m (între elementele de susţinere).

Stâlpii liniilor aeriene, au rolul de a susţine cablurile electrice, îndepărtându-le de pământ. Sunt realizaţi din beton armat cu secţiune circulară sau dreptunghiulară (figura 2.30b), din oţel zincat cu zăbrele (2.30c), din tablă de oţel sau din lemn (2.30a). Înălţimea stâlpilor pentru linii de MT este de 12,…,14m, iar pentru linii de JT înălţimea stâlpilor este de 10,…,11.2m.

Fig. 2.30. Consolele, au rolul de susţinere a izolatorilor pe care se fixează cablurile liniei. Sunt realizate din oţel zincat şi se fixează de stâlpi cu bride sau cu buloane, realizând coronamentul stâlpilor.

Prin coronament se înţeleg elementele de susţinere a izolatorilor (şi implicit a conductorilor) precum şi poziţionarea în spaţiu a acestora.

Fig. 2.31. În figura 2.31 sunt prezentate câteva coronamente pentru stâlpi metalici (a – cu simplu circuit şi b - cu dublu circuit), unde liniile orizontale reprezintă consolele stâlpului.

Izolatoarele, sunt elemente dielectrice, cu rezistenţă mecanică suficient de mare ca să permită susţinerea materialului conductor şi cu rezistenţă electrică suficient de mare să nu permită scurgeri de curent către suportul pe care sunt montaţi. În majoritatea cazurilor au formă de taler, cu elemente metalice de prindere la capete. Pentru tensiuni mari se formează lanţuri de talere.

Materialele folosite în construcţia izolatorilor sunt: porţelanul, steatitul, sticla călită, materiale compozite (siliconice) sau mase plastice. Există tendinţa de înlocuire a izolatorilor din materiale casante (sticlă, ceramică) cu izolatoare siliconice din materiale compozite.

Izolatoarele compozite au un miez central filiform din fibră de sticlă

de capetele căruia se ataşează prin sertizare armăturile (din fier forjat zincat). Miezul este acoperit, prin turnare sub presiune, cu cauciuc siliconic realizându-se talerele izolatorului, vezi figura 2.32 [http://www.cerasind.ro/]

Fig. 2.32. Izolatoarele îndeplinesc una din funcţiile: de suport, de suspensie sau de trecere. Clemele, sunt în contact cu calea de curent, având rolul de a fixa cablurile de izolatoare sau de a realiza conectarea mecanică a două cabluri între ele. Arm ăturile sunt elemente care permit fixarea izolatoarelor de stâlpi, distanţarea conductoarelor fasciculare şi formarea lanţurilor de izolatoare. Îndeplinesc una din funcţiile: de protecţie a izolatoarelor de efectele arcului electric, de minimizare a fenomenului corona şi de a nu micşora vibraţiile conductoarelor. În figura 2.33 sunt prezentate: a - izolator din cauciuc siliconic pentru MT, b - clamă universală din aluminiu pentru MT [www.bogdan-boniplast.ro] , c - clemă derivaţie cu dinţi pentru JT. [http://tekotehnic.ro]

Materialele folosite pentru cleme şi armături sunt oţelul forjat, aluminiul sau fonta maleabilă.

Fig. 2.33.

Separatorul de linie, pentru o LEA de alimentare a unei staţii de transformare, are rolul de a deconecta barele staţiei de la LEA şi prin CLP va conecta barele la pământ. Astfel se pot efectua lucrări în siguranţă la echipamentele din interiorul staţiei.

În cazul trecerii de la LEA la LES separatorul se montează pe stâlpul de trecere LEA/LES cu CLP orientat spre cutiile terminale ale LES.

Separatoarele de secţionare a LEA se montează aşa încât tronsoanele de linie să nu fie mai mari de 5km. Protecţia LEA împotriva supratensiunilor Protecţia liniilor la efectele supratensiunilor atmosferice se face prin conectarea cât mai rapid la pământ a undei de supratensiune, cu ajutorul eclatoarelor cu coarne sau a descărcătoarelor ZnO (mai scumpe). Eclatoarele cu coarne sunt constituite din doi conductori neizolaţi în V (numiţi coarne) montaţi pe un suport izolator. Un corn este în contact electric cu conductorul liniei, iar celălalt este conectat la pământ. Supratensiunea determină străpungerea aerului dintre cele două coarne conectând linia, prin cele două coarne şi aer la pământ. După trecerea undei de supratensiune, se restabileşte tensiunea nominală a liniei, tensiune care nu poate străpunge aerul dintre cele două coarne.

Descărcătorul de supratensiune ZnO, este un dispozitiv (varistor) de protecţie la supratensiuni, a cărei rezistenţă electrică are valori foarte mari până la o tensiune limită (atât pentru valori pozitive cât şi negative) iar pentru tensiuni mai mari ca tensiunea limită rezistenţa dispozitivului are valori foarte mici.

Eclatoarele şi descărcătoarele de supratensiune se conectează între linia protejată şi o priză de pământ.

În caz de supratensiune descărcătorul conectează linia la pământ, generând un scurtcircuit care declanşează siguranţele fuzibile sau întrerupătorul automat (prevăzut cu releu maximal de curent).

În figura 2.34 sunt prezentate un suport cu siguranţe fuzibile (pentru 63A), izolatori şi descărcătoare de supratensiune (la 50kV şi un curent de 10kA) pentru linii de medie tensiune (24kV). [www.energobit.ro]

Fig. 2.34.

Curentul se închide la pământ prin descărcător şi corpul stâlpilor metalici sau prin elementele metalice ale stâlpilor de beton. În cazul stâlpilor de lemn se realizează prize de pământ, la fiecare 1km, la care se conectează consola stâlpului pentru a crea o cale de închidere a curentului. Descărcătoarele se montează pe stâlpi din loc în loc, la bornele echipamentelor de comutare telecomandate, la intrarea LEA în staţiile de transformare şi la trecerea de la LEA la LES. Protecţia împotriva LEA aparatelor de zbor

Sistemul de balizare, este un sistem auxiliar al LEA, având rolul de a face vizibilă linia electrică pentru aparatele aflate în zbor, la traversarea drumurilor naţionale, căilor ferate şi a cursurilor de apă. În acest scop stâlpii aferenţi vor fi vopsiţi în culori alb-roşu (fâșii de câte 3m) iar pe conductorul de protecţie se vor monta balize sferice din sticlă (cu diametrul de 600 mm), alternând din 50 în 50 m. 2.3.3. Echipamentele unei linii aeriene (LEA) de 400kV Linia LEA/LES de 400kV Gutinaş – Smârdan [www.anpm.ro] simplu circuit pentru un curent de maximum 1995A (la temperatura finală a conductorilor de 700C), este formată din două tronsoane:

• un tronson de linie electrică subterană în cablu LES 400 kV, între staţia de transformare Gutinaş şi stâlpul terminal nr.1, cu lungimea de 2.5 km;

• un tronson de linie electrică aeriană LEA , între stâlpul terminal nr.1 şi celula din staţia transformare Smârdan400/110kV , cu lungimea de cca. 138 km.

• Echipamente pentru LES linia electrică subterană în cablu:

– 3 cabluri monofazate din cupru, având fiecare secţiunea de 2500 mm2, cu izolaţie de tipul XLPE (polietilenă reticulară);

– 3 cutii terminale din material compozit (montate în staţia Gutinaş); – 12 manşoane de înnădire; – 3 descărcătoare care vor fi montate în derivaţie, în staţia Gutinaş; – seturi de cleme şi accesorii necesare montării/fix ării cablurilor,

cutiilor terminale şi manşoanelor; – sistem de monitorizare a temperaturii în cablu; – un conductor de însoţire (protecţie), de tipul ALOL 170/95 mm2 ; – un cablu de protecţie cu fibră optică înglobată de tipul OPGW.

• Echipamente pentru trecerea de la LES la LEA (platforma de tranziţie):

– 3 cutii terminale din material compozit, montate pe stâlpul terminal nr. 1 al LEA 400 kV;

– 3 descărcătoare, montate în derivaţie la conectarea LES.

• Echipamente pentru LEA linia electrică aeriană: – 433 stâlpi cu zăbrele , din oţel laminat cu înălţimea până la punctul

de prindere a conductorului de 21 m şi cu coronament de tipul ”DONAU”;

– 3 conductoare active (faze), fiecare fază fiind formată din 3 conductoare tip ALOLS de 300/69 mm2 (funie din aluminiu –oţel), protejate împotriva coroziunii prin zincare sau prin acoperire cu aluminiu ;

– 2 conductoare de protecţie 1 x 170/95 mm2 ALOL (sau un conductor tipul ACS 95 mm2 şi un conductor tipul OPGW), conectaţi la prize de pământ;

– lanţuri de izolatoare din materiale compozite pentru 3 conductoare pe fază, tipul ALOL 300/69 mm2 (rezistente la o forţă de tracţiune de 210kN);

– cutii de joncţiune pentru cablul OPGW (cablul se livrează în tronsoane de 4.5km);

• Echipamente pentru protecţia LEA :

– distanţiere de amortizare, pentru oscilaţii de unde scurte şi de unde medii,

– antivibratoare tip Stockbridge cu 4 frecvenţe de rezonanţă, pentru oscilaţii de unde scurte.

– prize de pământ pentru stâlpi, din platbandă de oţel zincat 40 x 6 mm, cu rezistenţa de maximum 10 Ω ;

2.3.4. Topologii ale reţelelor electrice Reţelele, fie de transport fie de distribuţie, din punctul de vedere al

topologiei pot fi: • reţele radiale, sunt caracterizate prin faptul că liniile electrice pleacă

dintr-un punct, către diferite destinaţii; • reţele buclate, sunt caracterizate prin faptul că o linie pleacă dintr-

un punct şi altă linie se întoarce în acelaşi punct; • reţele complex buclate, au în componenţă reţele buclate şi reţele

radiale. Alimentarea cu energie electrică a reţelei se poate face pe la un singur capăt (punctul A), pe la două capete (A şi B) sau în mai multe puncte (A,B şi C), vezi figurile de mai jos. Reţelele radiale pentru medie tensiune MT , pot fi simple, ca în figura 2.35a sau ramificate, ca în figura 2.35b.

Fig. 2.35. Reţelele radiale pentru joasă tensiune JT, pot fi cu tablou general de distribu ţie TDG în postul de transformare PT ca în figura 2.36a sau cu linii magistrale, ca în figura 2.36b.

Fig. 2.36.

Alimentarea reţelei radiale numai pe la un capăt, în caz de defect al unui element, determină întreruperea alimentării tuturor consumatorilor. Pentru ca o parte din consumatori să rămână alimentaţi, pe linia de energie electrică se montează separatore de secţionare. După identificarea elementului defect se deschide separatorul şi consumatorii din aval (către punctul de alimentare) vor fi alimentaţi.

Alimentarea reţelei radiale din mai multe puncte, în caz de defect al unui element, permite deconectarea numai a ramificaţiei defecte, restul consumatorilor rămânând alimentaţi. Este posibilă o astfel de manevră pentru că fiecare ramificaţie este prevăzută cu separatore de linie. În figura 2.37 sunt prezentate două configuraţii de reţele buclate, în a - cu mai multe puncte de alimentare şi în b - cu un singur punct de alimentare (numită reţea în inel).

Fig. 2.37.

Reţeaua buclată cu mai multe puncte de alimentare (2.10a) permite reconfigurarea în caz de defect al unui element, aşa încât să rămână alimentaţi cât mai mulţi consumatori (prin manevrarea separatoarelor de linie). Reţeaua în inel, având un singur punct de alimentare, are neajunsurile reţelei radiale cu un singur punct de alimentare. Se adoptă fie o soluţie fie cealaltă în funcţie de poziţia spaţială a consumatorilor în raport cu punctul de alimentare. 2.3.5. Referinţa de potenţial a reţelelor electrice

Există mai multe posibilităţi de abordare a problemei nulului (referinţa de potenţial a reţelelor) de unde derivă şi tipul reţelei:

- reţea cu neutrul izolat, când nu există nici o legătură a reţelei cu pământul (reţele de MT la care curentul de scurtcircuit e mic);

- reţea cu neutrul legat direct la pământ (reţele de JT, IT);

- reţea compensată (reţele de MT, IT), la care neutrul reţelei este conectat la pământ prin intermediul unui rezistor de limitare sau a unei reactanţe inductive – numită bobină de stingere .

Reţelele de înaltă şi foarte înaltă tensiune (110 kV, 220 kV, 400 kV ,

750kV ) au neutrul transformatoarelor legat direct la pământ. Se adoptă această soluţie pentru că celelalte metode determină apariţia de supratensiuni mari, ceea ce ar necesita întărirea izolaţiei conductorilor (cu costului mari) pentru ca să nu se străpungă. În cazul reţelelor cu cabluri neizolate ar trebui crescută distanţa dintre conductori.

Dacă una din faze, spre exemplu faza 1 din figura 2.38, este conectată la pământ va apărea o legătură galvanică (prin pământ) între punctul de nul N al secundarului transformatorului şi tensiunea de pe faza 1 (U1N), ceea ce determină apariţia unui curent de valoare mare pe faza respectivă - curentul de scurtcircuit Isc.

Fig. 2.38.

Pe durata scurtcircuitului tensiunile fazelor sănătoase rămân egale cu

tensiunea de fază a reţelei (U2N=U f , U3N= U f ). Însemnă că nu vor fi afectaţi consumatorii de pe aceste faze. Numai U1N =0 va avea potenţialul pământului şi respectivii consumatori vor fi fără alimentare.

Reţelele sunt prevăzute cu sisteme de detectare a defectului (scurtcircuitului) şi cu echipamente RAR (dispozitive de Reanclanşare Automată Rapidă), pentru îndepărtarea rapidă a stării de defect în cazul defectelor pasagere de scrută durată. Astfel reţeaua este scoasă de sub tensiune, arcul electric se stinge rapid iar supratensiunile tranzitorii nu depăşesc fU8,1 în punctul de conectare a fazei la pământ.

Reţelele de telecomunicaţii sunt puternic perturbate pe durata (scurtă) a defectului, până ce RAR îl rezolvă.

Reţelele de joasă tensiune (230V/400V) , deoarece alimentează atât

consumatori trifazaţi cât şi consumatori monofazaţi, sunt cu neutrul legat direct la pământ. În acest caz problema prioritară este de protecţie a omului.

U10 U20 U30

Reţelele de consumatori monofazaţi sunt prevăzute cu un conductor suplimentar de nul - de protecţie, care se conectează direct la neutrul secundarului transformatorului de joasă tensiune (JT) din postul de transformare.

În reţelele de medie tensiune (0.6 kV, 1 kV , 6 kV , 10 kV , 20kV), unde costul izolaţiei nu este mare, dacă curentul de scurcircuit la pământ este mai mic de 10 A, se adoptă soluţia neutrului izolat.

Figura 2.39 prezintă calea curentului de scurtcircuit a fazei 1 la pământ. Se constată că avem căi de curenţi 3020 , II prin capacităţile parazite ale

conductorilor în raport cu pământul. Potenţialul punctului de nul N devine egal cu potenţialul fazei defecte

(UN0= Uf) ceea ce face ca tensiunile fazelor sănătoase să crească de la valoarea tensiunii de fază Uf la valoarea tensiunii de linie

( )33020 fUUU == .

Fig. 2.39.

Rezultă că reţeaua electrică poate funcţiona şi cu o faza conectată la pământ.

Imediat după apariţia defectului apar fenomene tranzitorii de scurtă durată care determină supratensiuni mai mici de fU5,2 . Arcul electric se

va stinge de la sine şi reţelele de telecomunicaţii nu vor fi afectate. Pentru ca izolaţia conductorilor să reziste la supratensiunile datorate

scurtcircuitului, aceasta este întărită şi reţelele sunt prevăzute cu dispozitive de testare a calităţii izolaţiei conductorilor electrici.

Eliminarea defectului este făcută de sisteme (complexe) de protecţie selectivă.

Tratarea nulului

Prin tratarea neutrului reţelelor electrice se înţelege modul în care este conectat punctul de nul al reţelelor electrice trifazate la pământ.

I 20 I 30

U 10 U 20

I 0 = I 20 + I 30

Tratarea nulului se face dacă curentul de scurtcircuit este mare (şi curenţii capacitivi depăşesc 10A) reţeaua devine reţea compensată. Metoda se aplică la reţelele MT (0.6 kV, 1 kV , 6 kV , 10 kV , 20kV) şi la reţelele IT cu tensiunea de 110kV (unde, în condiţii normale, reţeaua este cu neutrul izolat). Reţele cu neutrul legat la pământ prin reactanţă acordată (bobină de stingere), se obţin prin conectarea unei inductivităţi L între punctul neutru al transformatorului şi pământ, ca în figura 2.40 (unde este evidenţiată starea de defect – conectare a fazei 1 la pământ. În aceste condiţii tensiunea de pe bobină devine egală cu tensiunea fazei 1 ( fN UU =0 ) , ceea determină curentul LI care prin pământ se sumează cu

curentul CI (prin capacităţile parazite ale liniilor sănătoase). Curentul

rezultant se închide prin bobina de stingere, pământ şi faza defectă. Cei doi curenţi sunt în opoziţie de fază.

Fig. 2.40. Inductivitatea L se dimensionează teoretic din condiţia de egalitate a celor doi curenţi, aşa încât curentul rezultant (prin faza defectă) să fie nul. Acesta este motivul pentru care spunem că bobina este acordată. De fapt din condiţiile de stingere a arcului electric, bobina nu este perfect acordată ci se acceptă un dezacord de 15,…,20%, aşa încât curentul inductiv să fie mai mare decât cel capacitiv (supracompensare). Tensiunile pe fazele sănătoase cresc la valoarea tensiunii de linie

fUUU 33020 == . Reţelele de telecomunicaţii nu vor fi afectate.

Tratarea neutrului prin rezistor legat la pământ, determină numai o

scădere a valorii curentului de scurtcircuit, dar reţeaua se comportă ca şi o reţea cu neutrul direct legat la pământ (tensiunile pe fazele sănătoase nu se modifică U2N=U f , U3N= U f , supratensiunile tranzitorii nu depăşesc fU5.2,...,8,1≤ , reţelele de

telecomunicaţii sunt moderat perturbate). Reţelele sunt prevăzute cu RAR pentru eliminarea defectelor

accidentale, de scrută durată.

I L I L + I C

pământul

Valoarea relativ scăzută a rezistenţei de legare la pământ face ca, în cazul unei puneri la pământ, reţelele tratate cu rezistor de limitare să aibă o comportare asemănătoare cu reţelele cu neutrul legat direct la pământ.

Observaţie. Din punctul de vedre al protecţiei personalului instalaţiile

electrice sunt de 3 tipuri: ♦ instalaţii tip IT , pentru reţele cu neutrul izolat (I), în care protecţia se

face prin legarea la pământ (T); ♦ instalaţii tip TT , pentru reţele cu neutrul legat la pământ (T), în care

protecţia se face prin legarea la pământ (T); ♦ instalaţii tip TN , pentru reţele cu neutrul legat la pământ (T), în care

metoda de protecţie constă în legarea la conductorul de nul de protecţie (N) – altul decât nulul de lucru al reţelei.

Nota. Conductorul de nul de protecţie, se conectează direct la neutrul secundarului transformatorului (de joasă tensiune) din postul de transformare. 2.3.6. Sisteme automate de conectare/deconectare În cadrul paragrafului vor fi analizate câteva sistemele automate clasice şi anume:

• AAR – sistemul de conectare a alimentării din sursa de rezervă atunci când sursa principală intră în regim de avarie;

• DAS – sistemul de deconectare automată a unor linii, în cazul când sursa nu mai poate alimenta toţi consumatorii;

• RAR – sistemul de eliminare a defectelor pasagere, deconectând linia pe durata scurtă a defectului şi reconectându-o automat (la sursa de energie).

Sisteme de anclanşare automată a rezervei (AAR)

În cazul consumatorilor importanţi (din clasa zero sau unu), care nu permit lipsa alimentarii cu energie electrică (la MT sau JT) decât pe intervale foarte mici de timp, instalaţia la consumator este prevăzută cu două surse de alimentare. O sursă este principală iar cealaltă, de putere mai mică, este secundară (sau de rezervă) preluând, în caz de defect (lipsa tensiunii) al sursei principale, alimentarea cu energie numai a consumatorilor vitali. Restul consumatorilor (auxiliari), rămân fără alimentare cu energie electrică.

Sistemul AAR este un sistem automat care comută consumatorii vitali de pe sursa principală pe sursa de rezervă şi invers (este numit AAR bidirecţional). Senzorul care declanşează procesul de comutare este constituit din relee minimale temporizate de tensiune (câte unul pe fiecare fază). Dacă

tensiunea pe una din fazele sursei principale scade cu 30% din valoarea nominală şi se menţine, AAR comută alimentarea consumatorilor pe sursa de rezervă. Comutarea consumatorilor înapoi pe sursa principală se face automat, la revenirea tensiunii sursei principale în limite normale.

Dacă comutarea de pe sursa de rezervă pe cea principală se face manual sistemul AAR este unidirecţional.

Pentru prevenirea oscilaţiilor comutarea de pe o sursă de alimentare pe cealaltă se face temporizat.

Exemplu - AAR unidirecţional Schema de principiu a unui sistem automat unidirecţional pentru joasă tensiune de anclanşare a rezervei (AAR) este prezentată în figura 2.41.

Fig. 2.41. AAR este unidirecţional pentru că numai comutarea consumatorilor de pe sursa I pe sursa II se face automat, comutarea inversă făcându-se manual. Elementele schemei de comandă sunt: S1, S2 – chei de comandă, pentru alimentarea schemei de comandă, Q1, Q2 – contactoare, pentru alimentarea consumatorilor de la sursa I, respectiv de la sursa II, K1, K2 – relee de timp cu temporizare. După acţionarea cheilor de comandă S1 şi apoi S2 , dacă avem tensiuni pe fazele R şi T, se alimentează releul K2 care, după trecerea timpului programat, închide contactul cu acelaşi nume. Releul K1 se alimentează din faza T. După trecerea timpului programat se închide contactul K1, alimentând contactorul Q1. Consumatorii sunt alimentaţi din sursa I.

Dacă se anulează tensiunea pe una din fazele R sau T nu va mai fi alimentat K1, care taie alimentarea contactorului Q1 şi consumatorii sunt

R S T 0

R S T 0 Sursa I

S1 K1 Q2 Q1

R S T 0 Sursa II

K1 Q1 Q2

Consumatori

deconectaţi de la sursa I. În schimb se alimentează contactorul Q2 care conectează consumatorii la sursa II. Notă. Se constată că schema nu conţine relee minimale de tensiune, funcţia acestora fiind preluată de relee de timp cu temporizare K1, K2. Scăderea tensiunii pe una din faze taie alimentarea cu tensiune fie a lui K1 fie a lui K2, demarând procesul de comutare a alimentării consumatorilor din sursa de rezervă (sursa II).

Dacă se anulează tensiunea pe faza S nu va mai fi alimentat K2, care taie alimentarea lui K1 şi lucrurile se desfăşoară ca mai sus. La revenirea tensiunii pe sursa I nu se întâmplă nimic, pentru că contactorul Q1 nu primeşte tensiune (bobina Q1 fiind în serie cu un contact al lui Q2). Trecerea din nou pe sursa I a consumatorilor se face manual astfel: se deschide S2 (ca să se deconecteze Q2) apoi S2 se închide din nou (reamintim că S1 este închis).

Sisteme de declanşare automată de sacrificiu (DAS )

Sistemul DAS de declanşare automată de sacrificiu este un sistem

care are rolul de a deconecta o serie de consumatori de la sursa de alimentare cu energie. Deconectarea are loc atunci când este depăşită puterea pe care o poate furniza sursa de alimentare sau la o comandă de la AAR iar uneori la comanda sistemului dispecer. Notă. De remarcat faptul că AAR presupune existenţa a două circuite de alimentare pe când DAS este în conexiune cu o singură sursă. Sistemul DAS poate fi independent sau poate fi comandat de un sistem de anclanşare automată a rezervei AAR. În figura 2.42 este prezentată configuraţia unei reţele conţinând un sistem DAS comandat de un sistem AAR.

Fig. 2.42.

Consumator

i sacrificaţi

principala

Sursa de

rezerva

DAS Qr AAR

Consumatori

vitali

Dacă sursa principală este în funcţiune toţi consumatorii sunt alimentaţi. Avem contactoarele Qs şi Qp închişi iar Qr deschis. Scăderea (tensiunii) sursei principale este constatată de AAR care deschide Qp, comandă DAS pentru a deschide Qs, după care AAR închide Qr. Sisteme de reanclanşare automată rapidă (RAR)

Sistemul RAR îndeplineşte funcţia de conectare rapidă a consumatorilor la sursa de alimentare după revenirea tensiunii, atunci când un defect de scurtă durată i-a deconectat.

În figura 2.43 este prezent schematic un sistem RAR, fără echipamentele din sistemul de forţă. Starea linei de alimentare este monitorizată de două relee minimale (U<) de tensiune, a căror contacte sunt notate K1, K2.

Fig. 2.43.

Consumatorii sunt alimentaţi prin intermediul unui întrerupător trifazat Q1 prevăzut cu senzori de poziţie, unde S2(Q1) este limitatorul care semnalizează poziţia deschis a întreruptorului Q1. Închiderea contactelor întreruptorului Q1 se face dacă circulă curent prin bobina L1(Q1), iar deschiderea contactelor întreruptorului Q1 se face dacă este sub tensiune bobina L2(Q1). Schema de comandă conţine: K5 – releu cu temporizare la acţionare (3s), K3, K4 – relee cu temporizare la acţionare (5s).

Atât anclanşarea cât şi declanşarea întrerupătorului Q1 este

temporizată, în serie cu bobina L1(Q1) / L2(Q1) fiind un contact al unui releu de timp. Bobina L2(Q1) de declanşare a întreruptorului Q1 este înseriată cu contactul releului K3 cu temporizare la acţionare iar bobina L1(Q1) de

S2(Q1) K1 K2 K1

L2(Q1)

K5 L1(Q1) K4

Deschidere Q1 Închidere Q1

declanşare a întreruptorului Q1 este înseriată cu contactul releului K4 cu temporizare la acţionare. Schimbarea stării întrerupătorului se face numai dacă condiţiile de acţionare se menţin cel puţin pe durata de 5s (durată de timp la care sunt programate relee cu temporizare la acţionare K3, K4 ). Spre exemplu dacă K1 vrea să deschidă Q1, prin el se alimentează releul de timp K3, care nu permite alimentarea bobinei L2(Q1) un interval de 5s. Dacă în acest timp tensiunea a revenit, K1 revine la normal, taie alimentarea lui K3 şi comanda de deschidere a Q1 nu se mai efectuează (nu se mai poate alimenta bobina) şi consumatorii nu sunt deconectaţi. Condiţiile de acţionare sunt:

• întrerupătorul Q1 se deschide (când L2(Q1) este parcursă de curent) dacă fie K1, fie K2 este acţionat (un defect de scurtă durată pe oricare din faze);

• întrerupătorul Q1 se închide, dacă a fost deschis suficient timp, (când L1(Q1) este parcursă de curent) dacă ambele contacte K1 şi K2 sunt acţionate;

Dacă întrerupătorul Q1 este deschis, închiderea lui nu e posibilă mai devreme de 3s limitatorul S2(Q1) constată poziţia Q1 = declanşat şi alimentează releul K5 cu temporizare la acţionare, care acţionează contactul serie cu bobina de anclanşare a întreruptorului L1(Q1) după 3s.

retele electrice

Documents

Transcript of retele electrice

Retele Electrice

12.3ANRE Retele Si Sisteme Electrice Iacobescu Gheorghe

Echipamente de protectie si comanda pentru retele electrice

Retele Electrice de Joas Tensiune

Retele Si Sisteme Electrice

Cedntrale Statii Si Retele Electrice

Retele Electrice I

8305908 Cedntrale Statii Si Retele Electrice

Retele Electrice - Note de Curs

Retele Electrice de Joasa Tensiune in Cladirile Civile

Retele Si Instalatii Electrice de Santier

Retele Si Sisteme Electrice Iacobescu Gheorghe

Analizor retele electrice trifazate

Instalatii Din Centrale Si Retele Electrice (1977)

Retele Electrice de Joasa Tensiune

8305908 Centrale Statii Si Retele Electrice

Indrumar RETELE ELECTRICE

Retele Electrice Si Legile Lui Kirchhoff

Retele Electrice- Gh Iacobescu

Probleme de Statii Si Retele Electrice