5. Subansambluri folosite n compunerea schemelor de circuite primare

5.1. Definiii. Terminologie. Reprezentri

Circuit primar - circuit cu rol pur energetic, care servete la transportul energiei cu ajutorul curentului electric.

Circuite secundare - circuite care au rolul de a contribui la buna

funcionare a circuitelor primare. Au urmtoarele funcii:

msur,

semnalizare,

blocaj,

comand,

protecie i automatizare.

Moduri de reprezentare a circuitelor:

1. scheme multifilare - se reprezint toate conductoarele; se folosesc pentru scheme de montaj;

2. scheme monofilare - se reprezint o singur faz a circuitului.

2.1. Scheme monofilare de principiu - pun n eviden modul principial de racordare a circuitelor (fig 5.1.).

Astfel de scheme se utilizeaz n anumite faze de analiz a unui proiect i la calculul curenilor de scurtcircuit.

LEC - linie electric n cablu

Fig. 5.1. Exemplu de schem monofilar de principiu

2.2. Scheme monofilare detaliate (fig 5.2.)

Fig. 5.2. Exemplu de schem monofilar detaliat

Observaii:

Pe poriunile de schem unde pot exista nesimetrii de echipare a unui circuit pe cele trei faze, se adopt o reprezentare trifilar (de exemplu, n zona CIRS 10-transformator de curent, TC).

n dreptul aparatelor se trec tipul lor i principalele caracteristici (de exemplu, Un i In).

Schema conine i aparatele de msurare i protecie. 5.2. Funciile aparatelor electrice

protecie, respectiv de eliminare / limitare a scurtcircuitelor (de exemplu ntreruptoare, sigurane fuzibile, bobine limitatoare) sau a supratensiunilor (eclatoare, descrctoare);

supraveghere mpotriva depirii unor valori admisibile ale tensiunii, curentului, temperaturii etc. (spre exemplu, transformatoare de msurare sau senzori de curent / tensiune); aceste aparate pot provoca o semnalizare (alarm) sau o ntrerupere de circuit (relee, declanatoare);

comutaie, comand voluntar (manual sau automat) de nchidere, respectiv, deschidere a unui circuit n condiii normale de exploatare (de exemplu, ntreruptoare, separatoare de sarcin, contactoare);

izolare (separare) a unei pri de instalaie, pentru a se putea lucra fr risc de electrocutare, n condiiile meninerii restului instalaiei sub tensiune (de exemplu, separatoare obinuite sau de sarcin, ntreruptoare debroabile).

n cazul unui scurtcircuit pe un circuit electric se impune deconectarea sa

rapid, pentru a se reduce solicitrile echipamentelor i totodat, pentru a se asigura continuitatea n funcionarea altor circuite racordate la acelai sistem de bare colectoare.

n exploatare este de dorit s existe posibilitatea conectrii i deconectrii fiecrui circuit electric n parte, astfel nct aceste manevre s nu conduc la ntreruperea altor circuite.

Elementul de protecie, cu care trebuie prevzut orice circuit electric, are drept scop principal detectarea rapid i sigur a avariei, precum i deconectarea selectiv a elementului avariat, n vederea evitrii extinderii avariei i revenirii ct mai rapide la regimul normal de funcionare pentru restul sistemului.

O unitate de protecie are urmtoarele funcii principale:

supravegherea permanent a diverilor parametri pe circuit;

intervenia n situaii anormale;

transmiterea (uneori) de informaii pentru exploatarea reelei. Informaia necesar pentru comanda de nchidere/deschidere a

aparatajului de comutaie n regim autocomandat provine de la transformatoarele de msurare (curent i tensiune).

Diversele funcii ndeplinite de aparatele electrice pe un circuit pot fi realizate individual, utiliznd pentru fiecare dintre ele cte un aparat specializat

(reunirea mai multor funcii presupune folosirea mai multor aparate pe circuit) sau prin asocierea mai multor funcii pe un aparat (aparate cu funciuni multiple).

Tendina actual n domeniul staiilor electrice este de a se integra n construcia echipamentelor de baz (transformator de putere, ntreruptor) celelalte echipamente specifice (de exemplu, transformatoare de msurare de curent).

Partea unei staii care cuprinde ansamblul de echipamente, materiale, aparate electrice i dispozitive amplasate ntr-un singur loc, care au un scop funcional determinat pentru un anumit circuit, constituie o celul electric.

Un sistem de bare colectoare reprezint un nod de conexiuni electrice (n sensul teoremei Kirchhoff I), extins n spaiu, pentru a se crea condiiile constructive necesare racordrii mai multor celule dintr-o staie electric.

Montajul aparatajului electric n celul se poate face fix sau debroabil.

Montajul fix prezint avantajul unei realizri simple, fr aparate sau blocaje speciale, dar conduce la dimensiuni mai mari ale celulelor.

Montajul debroabil: reducere a volumului celulelor, deoarece este eliminat spaiul din interiorul

acestora destinat montajului sau reviziilor

reducere a timpului de nlocuire a unor aparate defecte i cel necesar reviziilor, prin folosirea unui crucior/caset de rezerv

reducere a greelilor de manevrare cu separatorul tip cuit (n general, nsoite de arc electric liber), nlocuit cu broe i contribuie sensibil la compactarea celulei.

n construcia staiilor moderne, tendina general este de a utiliza echipamente prefabricate, acestea prezentnd avantajele:

reducerea investiiilor n partea de construcie a staiilor, economie de timp i manoper la montaj, nlocuire rapid, sigurana i securitate n funcionare, diminuarea cheltuielilor de exploatare (soluii fr ntreinere), creterea duratei de via a instalaiilor.

5.3. Aspecte caracteristice pentru schemele de circuite primare

1. asigurarea continuitii n alimentare, 2. elemente care pot influena alegerea unei scheme de conexiuni, 3. elasticitatea schemelor de conexiuni, 4. criteriul de alegere a schemelor de circuite primare.

1. Asigurarea continuitii n alimentare 1.1. introducerea de elemente i ci suplimentare de rezervare:

de obicei, circuitele de rezervare sunt meninute active,

orice element nou n schem introduce dou dezavantaje:

efort de investiii suplimentar,

reprezint o surs de avarii

se accept un element nou dac avantajele pe care le poate aduce depesc dezavantajele.

1.2. simplificarea schemelor de conexiuni:

numrul de elemente se reduce la minimul necesar funcional se reduce numrul surselor de avarie i scade investiia.

Continuitatea n alimentare poate fi afectat de:

revizii (tendina mondial este de a construi echipamente ce nu necesit revizii fr ntreinere),

apariia unor defecte (de exemplu, scurtcircuite).

2. Elemente care pot influena alegerea unei scheme de conexiuni:

condiiile impuse de consumator (o cale de alimentare sau dou, dintre care una de rezerv);

configuraia reelei nconjurtoare i gradul ei de rezervare;

mrimea curenilor de scurtcircuit n nodul respectiv.

3. Elasticitatea schemelor de conexiuni:

elasticitatea unei scheme de a putea fi adaptat prin manevre de comutaie la configuraia necesar n diferite momente de exploatare (elasticitate conferit de I, S);

elasticitatea unei scheme de a putea fi extins n timp prin adugarea de noi circuite.

4. Criteriul pentru alegerea schemelor de circuite primare:

satisfacerea condiiilor tehnice;

soluiile tehnice posibile se ierarhizeaz dup un criteriu economic (cheltuieli totale-CT):

DCCCT exi

iC cheltuieli de investiie,

exC cheltuieli de exploatare,

D daune. Dintre soluiile tehnic posibile se alege cea cu CT minime.

5.4. Echiparea circuitelor racordate la un sistem de bare colectoare

Sistem de bare colectoare (BC) nod electric (n sensul Teoremei I Kirchhoff) extins n spaiu pentru a crea condiii constructive i de izolare necesare pentru racordarea mai multor circuite.

Se numete sistem deoarece exist: - n c.a. trei faze (3f) 3 (4 cu neutru) noduri, - n c.c. exist 2 noduri: + i .

5.4.1. Echiparea circuitelor de linie

Fig. 5.3. Schem monofilar de principiu

n zona imediat urmtoare plecrii liniei de la BC (n punctul de derivaie) se prevd aparate electrice pentru:

ntreruperea unor cureni de scurtcircuit (ce pot solicita dinamic i termic circuitele);

conectarea i deconectarea circuitelor n regim normal (elasticitate).

Deconectarea se poate realiza de ctre:

sigurana fuzibil,

ntreruptorul automat (comandat de un dispozitiv de protecie). Sigurana fuzibil:

investiie mic,

acioneaz bine la scurtcircuit violent.

ntreruptorul ofer elasticitate mrit

se pot face conectri i deconectri n regim normal.

linie

a) Variante de echipare a unui circuit de linie de JT

Fig. 5.4. Variante de echipare a unui circuit de linie de JT.

1l - cea mai simpl echipare a circuitelor de linie, se folosete, n general, la

consumatori casnici.

2l - echipare cu un plus de elasticitate, conferit de IP(ntreruptor cu

prghie), cu care se pot face manevre sub sarcin normal. IP separ SF de tensiunea barelor.

3l - IA (ntreruptor automat) preia ambele funcii (separare + manevre).

Dezavantaj: atunci cnd este necesar revizia la IA, trebuie ntrerupt

alimentarea barei colectoare se perturb alimentarea tuturor consumatorilor

racordai la bara respectiv daune.

4l - se introduce un separator fa de bare ( bS ) se pot face lucrri la IA

fr a ntrerupe alimentarea celorlali consumatori.

Reviziile i reparaiile mai dese la ntreruptor sunt determinate de faptul c sunt cele mai solicitate aparate n exploatare.

b) Variante de echipare a unui circuit de linie de T

Fig. 5.5. Variante de echipare a unui circuit de linie de T

1L - elementul de baz este SF (sigurana fuzibil); BS separ SF fa de

bare.

2L - elasticitate mrit fa de 1L prin introducerea separatorului de sarcin

SS . SB SS formeaz o construcie unic care are dubl rupere: un cuit joac rol

de BS i un cuit joac rol de SS (separator de sarcin). SS se prevede suplimentar

cu dispozitiv de stingere a arcului electric determinat de curenii de regim normal.

3L - elasticitate mrit fa de 2L prin introducerea I, care preia funciile SS

+ SF. ntreruptorul este flancat nspre BC de ctre SS . Schema se folosete la

circuitele la care tensiunea vine numai dinspre bare (de exemplu, circuitul de

alimentare a unui consumator motor electric).

1L , 2L , 3L - circuite la care tensiunea vine dinspre bare.

4L - cazul unor linii la care tensiunea poate veni dinspre bare sau dinspre

linii se prevede un separator fa de linie ( LS ) alimentare de la dou

capete. LS se prevede cu cuite de legare la pmnt formnd o singur

construcie. LS este echipat cu trei cuite principale i trei cuite de legare la

pmnt. Legarea la pmnt este o metod de baz pentru protecia vieii

oamenilor.

NPM (Normele de Protecia Muncii) ne oblig s facem legturi la pmnt de jur mprejur, ctre toate prile de unde ar putea s apar tensiuni periculoase.

Moduri de legare la pmnt: prin cuite de legare la pmnt sau prin separatoare scurtcircuitoare; prin scurtcircuitoare mobile.

L5 - pentru linii cu tensiuni mari, pentru revizii la I (ntreruptor) se dispun separatoare de legare la pmnt ( PIS ).

BS - are un set de CLP (cuite/separatoare de legare la pmnt)

LS - are dou seturi de CLP.

TC - trafo. de msurare de curent. Se dispune dup I pentru ca n cazul unui

scurtcircuit n TC, I s poat deconecta componenta care vine dinspre BC nu se ntrerupe funcionarea BC i nu se perturb ceilali consumatori.

c) Ordinea de manevrare a aparatelor de comutaie Manevr = succesiune de operaii prin care se schimb starea operativ a

echipamentelor.

Atenie la: s nu se rup cureni mari cu separatoarele (nu au dispozitiv de

stingere a arcului electric);

s nu legm la pmnt instalaii aflate sub tensiune.

Situaii cnd este recomandat manevrarea separatoarelor:

n absena sarcinii sau la sarcini reduse ( nII %1 ),

n sarcin, dar diferena de potenial la bornele separatorului s fie

nUU %1 .

Ordinea de manevrare a aparatelor de comutaie pentru 4L :

la nchiderea circuitului

Se nchid BS LS I

Se deschid

Observaie: Se nchide mai nti BS pentru a proteja bara. n cazul unui

defect pe linie se deschide LS imediat.

la deschiderea circuitului: Se nchid

Se deschid I LS BS Msuri NPM

Etape pentru pregtirea interveniei (revizii-reparaii) la un circuit (de linie):

realizarea manevrelor de deschidere a circuitului, verificarea absenei tensiunii:

la T cu voltmetre montate n secundarul TT (transformator de msurare de tensiune);

la tensiuni medii cu tang cu lamp indicatoare;

la JT cu creion de tensiune; legarea la pmnt pe fiecare parte a zonei de lucru, montarea plcuelor avertizoare i delimitarea zonei de lucru (de

exemplu, cu frnghie); plcue:

pe chei de comand "NU MANEVRAI",

n dreptul celulei "AICI SE LUCREAZ".

5.4.2. Echiparea circuitelor de generator sau de bloc generator -

transformator

Generatoarele sincrone de mare putere folosite n centralele electrice se

construiesc pentru tensiuni nominale variind ntre 630 kV.

Fig. 5.6. Variante de echipare a unui circuit de generator

Moduri de racordare a generatorului la BC (fig 5.6.):

a) direct, b) prin intermediul unui transformator.

SB se monteaz obligatoriu pentru a realiza separarea vizibil cnd se lucreaz la I.

Racordarea unui generator la SEN este nsoit de un oc de curent, care este cu att mai mic cu ct sunt realizate mai bine condiiile de sincronizare a generatorului cu sistemul electroenergetic.

Sincronizare - suprapunerea sistemelor de fazori de tensiune ai

generatorului i ai sistemului (fig 5.7.).

Fig. 5.7. Sisteme de fazori de tensiune ce se sincronizeaz

G-generator, S-sistem

Cele dou sisteme de fazori sunt n sincronism cnd voltmetrul fictiv V ar indica valoarea zero.

Condiii pentru realizarea sincronismului sistemelor de fazori: 1. acelai sens de rotaie a fazorilor, 2. SG ff ,

3. SG UU (n modul),

4. 0, ,,,, CBASCBAG UU .

Fie un defect (scurtcircuit) n zona A (ntre ntreruptor-I i generator-G). Protecia sesizeaz defectul i d comanda de deconectare. Evenimente care au loc:

deconectarea I ntrerupe componenta SENscI . debitat de SEN la locul de

defect;

ADR (automat de dezexcitare rapid) asigur deconectarea nfurrii de

excitaie a generatorului i disiparea energiei 2

2iLW

nmagazinat n

cmpul inductiv al mainii; n acest fel se elimin componenta debitat de

generator la locul de defect ( scGI ); altfel, generatorul excitat i n rotaie ar continua s debiteze pe defect.

Pentru sesizarea unui defect se folosete principiul proteciei difereniale. Acest lucru se realizeaz cu transformator de msurare de curent TC1 i TC2 dispuse unul pe partea neutrului G, cellalt lng ntreruptor (fig 5.8.):

n regim normal: curenii (din nfurarea secundar) prin cele dou trafo. sunt egali i de

acelai sens diferena mrimilor msurate de TC1 i TC2 este practic nul.

n regim de scurtcircuit, valoarea curenilor crete, n secundarul TC1 i TC2 se schimb sensul

curentului A va indica suma curenilor, valoare ce va determina pornirea proteciei: deschiderea I i funcionarea ADR.

Fig. 5.8. Principiul proteciei difereniale

5.4.3. Echiparea circuitului de (auto)transformator

trafo. de mare putere (zeci, sute MVA),

trafo. de mic putere (zeci, sute kVA).

1. Transformatoare de mare putere

1.1. Cazul trafo. cu trei nfurri sau AT (fig 5.9.)

Fac legtura ntre trei noduri, fiecare cu kVU n 1 .

Fig. 5.9. Echiparea circuitelor de transformator cu trei nfurri sau autotransformator

La bornele fiecreia din nfurri se dispune cte un ntreruptor (I) cu rolul de:

deconectare n regim de scurtcircuit, manevre n regim normal.

Fiecare I este flancat de separatoare (de exemplu, BS i supTS ).

Rolul inf,sup,mijTS :

prin deschiderea unuia dintre aceste separatoare i a BS corespunztor, se

d posibilitatea lucrului la I fr a ntrerupe tranzitul ntre celelalte dou nfurri ale trafo.

Excepie: se poate renuna la inf,sup,mijTS dac suntem ntr-o staie

cobortoare, alimentarea se face numai de la sistem, iar n celelalte dou reele nu exist surse, fcndu-se numai distribuie de energie electric.

1.2. Cazul trafo. cu dou nfurri

ST nu mai este necesar, cnd se lucreaz la I se

ntrerupe tranzitul prin trafo.

Fig. 5.10. Echiparea circuitelor de transformator cu dou nfurri

2. Transformatoare de mic putere ( nTS zeci, sute kVA)

Se folosesc ca trafo. cobortoare de la MT (6, 10, 20 kV) la o joas

tensiune ( kV1nU ). Astfel de instalaii se numesc, n ara noastr, posturi de

transformare (fig 5.11.).

2.A.

n aceast soluie, ntreruptorul are rolurile: manevre n regim normal, deconectarea scurtcircuitului din aval de I.

BJTS este util pentru separarea vizibil n cazul unor lucrri la JT.

Variant de schem folosit mai rar.

2.C.

n aceast soluie, MTSF are rolul de a ntrerupe scurtcircuitul din aval.

SB SS - separator cu dispozitiv simplificat de rupere a curentului de

regim normal sau de suprasarcin.

BJTS - separator util atunci cnd se fac lucrri pe partea de JT.

Variant mai des folosit.

2.B.

Variant de soluie fr ntreruptor pe ntreg circuitul de trafo. pentru deconectarea circuitului de trafo. trebuie mai nti deconectai toi consumatorii de JT. Totui mai rmne curentul de mers n gol al trafo. (foarte mic) care poate fi rupt cu BS ( nssrup II %1. ). Curentul de mers n gol se datoreaz

pierderilor n fier.

Coordonarea alegerii MTSF i JTSF :

la punerea sub tensiune a trafo. (acesta fiind n gol) este posibil s apar

un curent de oc de magnetizare ( nI*65 ) fuzibilul siguranei de MT se

alege mai gros, astfel nct s reziste la acest curent i s se ard numai n cazul

unor scurtcircuite nu se arde la suprasarcin i trafo. s-ar putea supranclzi; sigurana de JT are rolul de protecie la suprasarcin, fuzibilul fiind ales

mai subire.

Fig. 5.11. Echiparea circuitelor de transformator din posturi de

transformare

5.4.4. Racordarea transformatoarelor de tensiune i a descrctoarelor

Transformatorul de tensiune (TT) se racordeaz n derivaie pe circuite (fig 5.12.).

Soluii de racordare a TT i a descrctorului: la bornele generatorului, n noduri, pe alte circuite (L, T).

Rolurile TT:

verificarea condiiilor de sincronism, alimentarea contoarelor, alimentarea circuitelor de protecie, alimentarea RAT (regulatorul automat de tensiune).

Descrctoarele se prevd pentru protecia echipamentelor mpotriva unor supratensiuni externe sau interne.

1. La bornele generatorului

Fig. 5.12. Echiparea circuitelor de generator cu transformatoare de tensiune

2. n noduri i pe alte circuite (de exemplu, T, L), figura 5.13.

2.a) +2.b) - soluii de racordare a TT i DRV la BC. Uneori se poate prevedea pe linii TTL pentru a compara tensiunea de pe linie cu cea de pe bara

colectoare.

Pentru kVUn 35 , TT se racordeaz la nod prin SF. Rolul SF este de a se

arde n cazul unui scurtcircuit n TT, ntrerupnd componenta ce vine de la

sistem defectul nu se mut pe bare. La tensiuni mai nalte, nu se folosete SF

(2.b)) n caz de scurtcircuit n TT se ntrerupe BC. Separatoarele sunt utile n caz de revizie la TT.

2.c) se elimin dezavantajul unui defect datorat unui scurtcircuit n TT prin dispunerea TT numai pe circuitele racordate la bare (trafo., linii).

TT pot fi i de tip TECU (Tensiune-Exterior-Capacitiv-Ulei), dotate cu un divizor de tensiune capacitiv la care se racordeaz un TT inductiv. TT este izolat pentru o tensiune mai mic. Se construiesc pentru reele cu kV110nU .

Fig. 5.13. Echiparea altor circuite cu transformatoare de tensiune

Observaie: Rolul nfurrii n triunghi deschis a TT:

n regim normal 0 CBA UUU Voltmetrul V nu indic nimic,

n regim de scurtcircuit nesimetric sau n cazul unor puneri la pmnt

03UUUU CBA Voltmetrul V sesizeaz defectul de izolaie.

Descrctoarele se prevd, de regul, alturi de TT pe bare (2.a + 2.b). n varianta 2.c) se prevd pe linii numai dac acestea sunt LEA. Dac reeaua este n cablu, se poate renuna la folosirea descrctorului. n varianta 2.c):

pentru trafo. este obligatorie prevederea de descrctoare, pentru linii se dispun eclatoare cu coarne sau descrctoare la 110 kV sau

220kV; la 400 kV se dispun numai descrctoare.