Capitolul I I.1 Generaliti Dintre formele sub care se consum energia, un loc deosebit l ocup energia electric, fapt dovedit i de creterea continu a ponderii energiei primare transformat n energie electric (peste 40%, n prezent). Avantajele deosebite pe care le prezint energia electric n raport cu alte forme de energie sunt : poate fi obinut, cu randamente bune, din oricare alt form de energie; poate fi transmis rapid i economic la distane mari; se poate distribui la un numr mare de consumatori de puteri diverse; se poate transforma n alte forme de energie, n condiii avantajoase; este "curat", adic odat produs nu este poluant; se preteaz bine la automatizri, se poate msura cu precizie etc.; au determinat extinderea continu a domeniilor de utilizare a acesteia i implicit a crescut numrul i puterea instalaiilor destinate acestui scop. Deoarece energia electric solicitat de consumatori nu poate fi stocat, ea trebuie utilizat chiar n momentul producerii sale. Aceast condiie este ndeplinit ntruct producerea, transportul, distribuia i utilizarea energiei electrice sunt legate una de alta i decurg n cadrul unui ansamblu de instalaii ce alctuiesc sistemul energetic (SE), prezentat schematic n figura I.1. Prin sistem electroenergetic (SEE) sau sistem electric se nelege partea electric a sistemului energetic, ncepnd cu generatoarele electrice pn la receptoarele electrice inclusiv. n cadrul SEE, instalaiile de producere, transport distribuie i utilizare a energiei electrice sunt interconectate ntr-un anumit mod i au un regim comun i continuu de producere i consum a energiei electrice. Energia electric necesar alimentrii consumatorilor din sistemele electroenergetice este produs de generatoarele din centralele electrice, la nivel de medie tensiune (6-24) kV. Generatoarele sincrone transform energia mecanic a motoarelor primare care le antreneaz (turbine cu abur, turbine hidraulice etc.) n energie electric. Pentru a obine energia mecanic necesar antrenrii generatoarelor electrice se consum o alt form de energie (termic, hidraulic, nuclear, eolian etc.). n concluzie, n centralele

electrice, diverse forme de energie din resursele primare se transform succesiv, cu ajutorul unor maini i agregate, n energie mecanic i ulterior n energie electric. RE ITr EP IP MP LT

~GS SEV SD PT SEE LD

CMT CJT

CE

Fig. I.1 Ansamblul de instalaii ce alctuiesc sistemul energetic Unde : EP- energie primar; OP-instalaie primar; ITr- instalaie de transport; MP- main primar; GS- generator sincron; CE-central electric; SEV- staie de evacuare; LT- linie de transport; SD- staie de distribuie; LD- linie de distribuie; PT- post de transformare; CMT- consumator de medie tensiune; CMJ- consumator de joas tensiune. Legtura dintre sursele de energie electric (generatoare) i consumatori este asigurat de instalaiile de transport i distribuie a energiei electrice, adic de reeaua electric (RE). Reeaua electric este alctuit din urmtoarele elemente principale: linii electrice aeriene (LEA) i n cabluri (LEC), staii i posturi de transformare, la care se adaug: baterii de compensare a puterii reactive, bobine de reactan, rezistoare de limitare, elemente secundare etc. Prezena n SEE a instalaiilor de transport i distribuie a energiei electrice este necesar din urmtoarele considerente: asigur transportul energiei la distane mari, din zonele de producere spre diferena dintre tensiunea nominal a generatoarelor i cea a consumatorilor; diferena dintre tensiunea nominal a liniilor de transport i cea a centrele de consum, transportul sub form de energie electric fiind soluia economic;

consumatorilor;

-

diferena dintre puterea transportat i cea solicitat individual de ctre funcionarea interconectat a centralelor din SEE sau funcionarea interconectat

receptoare; a SEE aparinnd unor zone teritoriale diferite impun existena unei reele de legtur etc. I.2. Cerine impuse instalaiilor de transport si distribuie Dintre aceste cerine, unele trebuie s fie satisfcute de SEE n totalitatea lui, deci i de reelele electrice ca parte component a sistemului, iar altele se refer numai la reelele electrice, n msura n care acestea constituie elemente mai mult sau mai puin independente de restul elementelor componente ale sistemului. Principalele cerine impuse reelelor electrice sunt: continuitatea alimentrii cu energie electric a consumatorilor; sigurana n funcionare; calitatea energiei electrice furnizate consumatorilor; dezvoltarea ulterioar a reelei; eficiena economic a investiiilor; cerine suplimentare impuse de impactul cu mediul nconjurtor.

Continuitatea alimentrii cu energie electric a consumatorilor este o cerin esenial pe care trebuie s o ndeplineasc o reea electric. Alimentarea consumatorilor trebuie asigurat practic fr ntrerupere (sau la un nivel de ntrerupere admis, de valoare mic), indiferent de regimul i starea sistemului. Acest deziderat se realizeaz n primul rnd prin alegerea unei configuraii adecvate a reelei dar depinde direct de sigurana n funcionare a reelei. ntreruperea alimentrii cu energie electric afecteaz consumatorii n mod diferit. n funcie de natura efectelor produse de ntreruperea alimentrii cu energie electric, receptoarele se ncadreaz n urmtoarele categorii: categoria zero, la care ntreruperea n alimentarea cu energie electric poate duce la explozii, incendii, distrugeri de utilaje sau pierderi de viei omeneti. n aceast categorie intr, spre exemplu: calculatoarele de proces, instalaiile de ventilaie i evacuare

a gazelor nocive sau a amestecurilor explozive, instalaiile de rcire la cuptoarele de inducie etc.; categoria I, la care ntreruperea alimentrii conduce la dereglarea proceselor tehnologice n flux continuu, necesitnd perioade lungi pentru reluarea activitii la parametrii cantitativi i calitativi existeni n momentul ntreruperii, sau la rebuturi importante de materii prime, materiale auxiliare etc., fr a exista posibilitatea recuperrii produciei nerealizate. Se pot ncadra n aceast categorie: podurile rulante de turnare n oelrii, cuptoarele de topit sticl, incubatoarele, staiile de pompe pentru evacuarea apelor din mine etc.; categoria a II-a cuprinde receptoarele la care ntreruperea alimentrii conduce la nerealizri de producie, practic numai pe durata ntreruperii, iar producia nerealizat poate fi, de regul, recuperat. n aceast categorie se pot ncadra: cuptoarele pentru tratamente chimice, compresoarele de aer, instalaiile de extracie, mainile prelucrtoare pentru producia de serie etc.; categoria a III-a cuprinde receptoarele de mic importan care nu se ncadreaz n categoriile precedente, cum ar fi: receptoarele din ateliere, depozite, secii auxiliare, cum i cele aparinnd consumatorilor casnici i rurali. n funcie de categoria din care fac parte, receptoarelor trebuie s li se asigure rezerva necesar n alimentarea cu energie electric, prin scheme de alimentare adecvate. Astfel, exist consumatori, respectiv receptoare, cum sunt cele din categoria zero, care necesit rezerv de 100%, cile de alimentare fiind independente i racordate n puncte de alimentare distincte. Pentru aceti consumatori, dac n ntreprindere nu exist o central electric de termoficare, se prevede o surs separat de energie (grup electrogen). Pentru receptoarele din categoria I sunt necesare dou ci de alimentare cu rezerv de 100% care pot s nu fie independente i s fie racordate n puncte nedistincte de alimentare. Durata de ntrerupere a alimentrii este de maximum 3 s i corespunde timpului de acionare a automaticii din staii. Pentru alimentarea receptoarelor din categoria a II-a se asigur de asemenea rezerv de 100%, dar durata ntreruperii, adic de trecere de la alimentarea de baz la cea de rezerv, poate varia de la 30 min. la 16 ore Aceste intervale de timp sunt necesare pentru

efectuarea manevrelor de izolare a defectului i de stabilire a unei noi scheme pentru alimentarea pe calea de rezerv. Pentru receptoarele din categoria a III-a nu este obligatorie asigurarea unei alimentri de rezerv. n privina noiunii de puncte distincte de alimentare se precizeaz c acestea pot fi dou staii de transformare sau dou centrale diferite, racordarea fcndu-se prin linii diferite. Se consider, de asemenea, puncte diferite dou secii de bare dintr-o staie, dac fiecare secie este alimentat prin ci distincte (generatoare, linii, transformatoare) i dac nu sunt unite ntre ele, sau sunt unite printr-un ntreruptor cu declanare rapid, n cazul perturbrii regimului normal de funcionare pe una din secii. Dou ci de alimentare se consider independente dac un defect unic sau lucrrile de reparaii i ntreinere la elementele unei ci nu conduc la scoaterea din funciune a celeilalte ci. Se consider ci de alimentare independente dou linii pe stlpi separai sau cele dou circuite ale unei linii cu dublu circuit, n ipoteza c nu se ia n considerare, pentru a doua variant, avarierea grav a unui stlp, acesta fiind, de obicei, un element sigur al liniei. Prin sigurana n funcionare a unei reele electrice se nelege capacitatea acesteia de a suporta solicitrile care apar n funcionarea ei fr consecine inacceptabile pentru instalaiile i aparatele ce o compun, fr prejudicii pentru personalul de deservire, pentru construciile sau obiectivele nvecinate. Datorit diversitii elementelor care alctuiesc reeaua electric i a numeroaselor incidente care apar n exploatarea acesteia, realizarea unei sigurane absolute n funcionarea unei reele electrice este deosebit de dificil i iraional. n exploatarea unei reele electrice pot apare solicitri foarte mari sau mai multe avarii simultane, independente unele de altele, frecvena de apariie n ambele situaii fiind foarte mic. A supradimensiona toate elementele componente ale reelei pentru a suporta astfel de solicitri ar nsemna un efort financiar deosebit de mare. De aceea este necesar corelarea judicioas a siguranei n funcionare cu economicitatea instalaiilor ce compun reeaua, ceea ce va conduce la o soluie optim din punct de vedere tehnico-economic. Calitatea energiei electrice furnizate consumatorilor reprezint o cerin esenial n exploatarea reelelor electrice i se apreciaz n funcie de urmtorii parametri: tensiunea

de alimentare, frecvena, gradul de simetrie al sistemului trifazat de tensiuni i puritatea undei de tensiune, dorit de form sinusoidal. O bun calitate a energie furnizate impune ca tensiunea de alimentare i frecvena s fie ct mai apropiate de valorile nominale, iar fluctuaiile de tensiune i frecven n jurul acestor valori s fie ct mai reduse att ca valoare ct i ca frecven. Abaterile admise sunt de cca. 5% pentru tensiuni, respectiv 0,5% pentru frecven. Meninerea frecvenei n limitele admise depinde de circulaia puterilor active n sistem, fiind o problem de exploatare a centralelor electrice. Valoarea tensiunii n nodurile sistemului depinde n primul rnd de circulaia puterilor reactive. Meninerea ei ntre limitele admise reprezint o problem esenial n proiectare i exploatarea RE, fiind cunoscut sub denumirea de reglarea tensiunii. Gradul de simetrie al sistemului trifazat de tensiuni este o cerin de calitate, ce impune ca n toate nodurile sistemului s existe un sistem trifazat simetric de tensiuni. Pentru asigurarea acestui deziderat este necesar ca generatoarele sincrone din sistem s furnizeze un sistem trifazat simetric de tensiuni, iar elementele din sistem s fie echilibrate trifazat. n acest sens, la transformatoare se acioneaz asupra formei miezului magnetic, la linii se efectueaz transpunerea fazelor, receptoarele trifazate se construiesc echilibrate, cele monofazate se distribuie pe cele trei faze astfel nct s asigure o ncrcare echilibrat a reelei. n general, cerina de simetrie a tensiunilor este practic realizat n SEE. Cerina de puritate a undei de tensiune impune lipsa armonicilor de tensiune (i curent) sau limitarea acestora la un nivel redus. Pentru aceasta, prin construcie, generatoarele trebuie s furnizeze tensiuni electromotoare lipsite de armonici. Apoi, prin proiectare, construcie i exploatare trebuie s se evite domeniile neliniare de funcionare a elementelor din sistem (exemplu saturaia la transformatoare) i s se evite configuraiile ce pot forma circuite rezonante pentru armonicile cele mai probabil existente n sistem (de ex. linie aerian lung conectat cu o reea extins de cabluri). n fine, la consumatorii importani, care constituie surse de armonici (de exemplu staii de redresare) se vor utiliza scheme de compensare. Dezvoltarea ulterioar a reelei este o cerin potrivit creia reeaua electric existent trebuie s permit o extindere (dezvoltare) viitoare fr ca prin aceasta gradul ei de siguran i simplitatea manevrelor s sufere modificri eseniale.

Eficiena economic a investiiilor este cerina care impune ca transportul i distribuia energiei electrice s se realizeze cu cheltuieli minime la o anumit putere transferat. Creterea eficienei economice a investiiilor se realizeaz prin: - reducerea la maxim a cheltuielilor de investiii prin adoptarea soluiilor celor mai ieftine dintr-un numr de soluii posibile, care satisfac condiiile tehnice impuse; - reducerea pierderilor de putere pe elementele reelei, prin alegerea unor aparate i instalaii ce prezint randamente ridicate i prin exploatarea raional a acestora. Cerinele suplimentare impuse de impactul cu mediul nconjurtor acioneaz ca restricii, care trebuie respectate n mod obligatoriu. De exemplu, se impun restricii de poluare estetic, fonic, atmosferic sau de deviere a traseelor n cazul unor zone urbane (chiar dac soluia tehnico-economic recomand ca o linie de nalt tensiune s treac prin centrul unei zone urbane, aceast soluie nu poate fi acceptat i traseul se modific corespunztor). I.3 Clasificarea reelelor electrice

Exist diferite criterii de clasificare a reelelor electrice. O clasificare rezultat din practica de exploatare a reelelor electrice , fiind clasificate astfel: din punct de vedere al tensiunii nominale; din punct de vedere al destinaie; din punct de vedere al teritoriul pe care l ocup; din punct de vedere al structurii reelei; din punct de vedere al situaiei neutrului fa de pmnt; din punct de vedere al frecvenei de lucru.

I.3.1

Clasificarea RE din punct de vedere al tensiunii nominale

Tensiunile de lucru ale instalaiilor de transport i distribuie sunt standardizate la

nivelul fiecrei ri i difer, n general, de la o ar la alta. Normalizarea tensiunilor a fost impus de necesitatea producerii i utilizrii ct mai raionale a echipamentelor componente ale reelelor electrice. Valorile standardizate ale tensiunilor sunt n concordan cu valorile recomandate de Comisia Electrotehnic Internaional (CEI). Valorile normalizate ale tensiunilor utilizate n ara noastr sunt: 400 V pentru JT, 6, 10, 20, (35) kV pentru MT, 110, 220 kV pentru T i 400, 750 kV pentru FT. Valorile tensiunilor standardizate se refer la tensiunile ntre faze, iar valorile puse n parantez nu sunt preferate, fiind n curs de lichidare. S-a constatat c raportul optim dintre dou tensiuni normalizate succesive este de 23, pentru tensiuni medii i 1,52, pentru tensiuni nalte i foarte nalte. Dei exist o mare diversitate de niveluri de tensiune standardizate n diferite ri, exist o preocupare continu pe plan mondial de a elimina aceste diferene, n special la nivelurile de nalt i foarte nalt tensiune, prin intermediul crora se realizeaz interconexiunea sistemelor din rile nvecinate. Tensiunea nominal a unei instalaii, echipament sau aparat este valoarea tensiunii pentru care acestea funcioneaz normal i cu randament maxim. Tensiunea nominal este o mrime caracteristic echipamentului i se stabilete n corelaie cu tensiunea normalizat a treptei respective de tensiune, de care poate diferi puin, n funcie de locul pe care l ocup elementul respectiv n sistem. La stabilirea tensiunii nominale a echipamentelor se ine seama de faptul c pe reelele electrice apar pierderi de tensiune de pn la 10% i pentru a le putea acoperi este necesar ca tensiunea la nceputul liniei s fie mai mare dect cea de la bornele consumatorilor. Astfel, elementele dispuse la nceputul reelei, deci care funcioneaz n regim de surse (generatoare, nfurrile secundare ale transformatoarelor i autotransformatoarelor) vor avea tensiunea nominal cu (510)% mai mare dect valoarea standardizat a treptei respective, n timp ce elementele dispuse la sfritul reelei i care funcioneaz n regim de consumator fa de elementele din amonte (primarul transformatoarelor de distribuie, consumatorii), vor avea tensiunea nominal egal cu valoarea standardizat a treptei respective. Pentru o utilizarea eficient a izolaiei liniilor electrice este de dorit ca pierderile de tensiune pe linii s fie repartizate simetric fa de mijlocul lor. Astfel, tensiunea nominal a

liniilor electrice este egal cu tensiunea standardizat respectiv i se atinge la mijlocul acestora. Tensiune nominal a receptoarelor este egal cu tensiunea normalizat a treptei la care funcioneaz. Tensiunea nominal a generatoarelor este cu 5% mai mare dect tensiunea standardizat a treptei la care sunt conectate. n legtur cu transformatoarele i autotransformatoarele din reea se evideniaz urmtoarele situaii: primarul transformatoarelor de distribuie, care funcioneaz n regim de consumator va avea tensiunea nominal egal cu tensiunea standardizat a treptei respective; primarul autotransformatoarelor bloc sau a autotransformatoarelor (AT) din imediata apropiere a generatoarelor va avea aceeai tensiune nominal cu a generatoarelor, adic cu 5% mai mare dect tensiunea standardizat a treptei respective; secundarele transformatoarelor i autotransformatoarelor funcioneaz n regim de surs. Tensiunea nominal a acestora este definit pentru regimul de mers n gol i se alege cu 10% mai mare dect valoarea standardizat a treptei la care sunt conectate, din care 5% acoper pierderile de tensiune n transformatoare la funcionarea n sarcin, astfel c la nceputul liniilor alimentate de acestea tensiunea va fi cu 5% mai ridicat dect tensiunea normalizat a treptei respective. n cazul autotransformatoarelor care alimenteaz reele scurte, cu pierderi de tensiune neglijabile, tensiunea nominal a secundarelor se va stabili doar cu 5% mai mare dect valoarea standardizat a treptei respective. n concluzie, tensiunile nominale cu care se calculeaz parametrii electrici ai elementelor de sistem se determin cu relaia: U n = k U STAS , unde: k=1 pentru consumatori, linii, primarul transformatoarelor de distribuie; k=1,05 pentru generatoare, primarul transformatoarelor bloc, primarul autotransformatoarelor; k=1,1 pentru secundarul transformatoarelor i AT. ( I.3.1 )

Pentru valorile lui k, n exploatarea reelelor electrice pot apare abateri cantitative, dar principiile calitative prezentate mai sus rmn valabile.

~10,5 kV

10/121 k 110 kV

20 kV 110/22 kV

10 kV V 10/0,42 kV

0,4 kV

Fig. I.3.1 Stabilirea tensiunilor nominale pentru elementele unei RE

O alt problem legat de tensiunea reelelor electrice se refer la stabilirea benzilor de tensiune ale acestora, avnd n vedere faptul c n exploatarea RE apar abateri ale tensiunii fa de nivelul stabilit. La stabilirea benzilor de tensiune este hotrtor modul de comportare a echipamentului. Astfel, tensiunea maxim admis este impus de nivelul de izolaie a echipamentului. La aceast tensiune se asigur nc funcionarea de lung durat a reelei n condiii normale de siguran i de continuitate n alimentarea consumatorilor cu energie electric la parametrii de calitate impui. n timpul exploatrii, ca urmare a unor incidente, nivelul de tensiune poate scdea, tensiunea minim admis fiind impus de funcionarea normal, din punct de vedere tehnic, a echipamentelor. n legtur cu benzile de tensiune se fixeaz trei zone: - zona favorabil este aceea n care echipamentele funcioneaz n cele mai bune condiii sub aspectul solicitrilor electrice i mecanice. Majoritatea valorilor tensiunilor trebuie s se gseasc n aceast zon; - zona admisibil, conine valori care se situeaz n afara zonei favorabile, fiind mrginite de valorile minime i maxime admisibile ale tensiunii. Valorile din zona admisibil, care pot fi atinse n exploatarea reelei n situaii mai deosebite, nu sunt de dorit cu toate c pot fi considerate ca valori normale ale tensiunilor. Echipamentul trebuie s se comporte corect n aceast zon, chiar dac performanele realizate sunt inferioare celor din zona favorabil;

- zona extrem mrginete n exterior zona admisibil i cuprinde situaii foarte grele care apar ca urmare a unor incidente grave, dar rare. Astfel de situaii urmeaz s se normalizeze n timp foarte scurt. Este de dorit ca echipamentele s funcioneze pe ct posibil corect i n asemenea condiii. Pentru delimitarea corect i realist a acestor zone, n cadrul SEE se efectueaz permanent studii, se elaboreaz normative care in cont de specificul SEE, de performanele echipamentelor din componena sa, de cerinele consumatorilor privind calitatea energiei electrice i de aspectul economic. n tabelul I.3.1 se indic orientativ zonele favorabile i admisibile pe niveluri de tensiune pentru SEE naional.

Tabelul I.3.1. Zonele favorabile i admisibile pe nivelurile de tensiune pentru SEE naional Nivelul de tensiune [kV] Zona favorabil [kV] Zona admisibil [kV]

110 118123 115123

220 235242 220242

400 410420 400420

Dup tensiunea nominal reelele electrice sunt de joas, medie, nalt i foarte nalt tensiune. ncadrarea tensiunilor n aceste categorii se face n concordan cu practica i experiena internaional, CEI nedefinind nc o asemenea clasificare. Reelele de joas tensiune au tensiunea nominal mai mic de 1 kV (0,4 kV n SEN). Se folosesc pentru alimentarea receptoarelor de mic putere din instalaiile interioare ale construciilor civile i industriale, cum i n distribuia comunal i industrial. Reelele de medie tensiune, avnd tensiunea nominal 1 kV Un 35 kV (6,10,20 (35) kV n SEN) sunt specifice distribuiei urbane, rurale i industriale. Ele asigur alimentarea unuia sau mai multor transformatoare, avnd puterea de ordinul a ctorva zeci de kVA pn la cteva sute de kVA; pot alimenta direct motoare de mare putere (sute de kVA).

Reelele de nalt tensiune, cu 35 kVIC). Experiena arat c arcul nu devine intermitent la funcionarea cu bobina dezacordat, chiar dac curentul rezultant prin locul de defect ajunge pn la valori de (3050) A. Explicaia const n faptul c bobina dezacordat favorizeaz stingerea arcului electric nu numai datorit limitrii curentului, ci i datorit limitrii tensiunii de revenire la bornele canalului de arc. Necesitatea unui dezacord al bobinei se impune pentru prevenirea creterii potenialului punctului neutru al reelei, la funcionarea n regim normal cu bobina acordat, datorit faptului c niciodat capacitile fazelor fa de pmnt nu sunt perfect egale. Tensiunea punctului neutru al reelei fa de pmnt se determin cu relaia cunoscut din electrotehnic: U0 = Y 1 U 1N + Y 2 U 2 N + Y 3 U 3 N , Y1 + Y 2 + Y 3 + Y N (I.7)

n care: U1N, U2N, U3N sunt tensiunile pe faze ale reelei (formeaz un sistem simetric); Y1, Y2, Y3, admitanele neegale ale fazelor fa de pmnt, iar YN este admitana bobinei de stingere. Dac n (1.7) considerm c admitanele Y1, Y2, Y3 sunt pur capacitive, iar admitana bobinei YN este pur inductiv, cnd bobina este acordat, numitorul acestei relaii este foarte mic. Deoarece numrtorul nu este nul (Y1 Y2 Y3), tensiunea U0 poate cpta valori ridicate, la funcionarea n regim normal. Dintre avantajele tratrii neutrului prin bobin de stingere se menioneaz: - asigur continuitatea alimentrii consumatorilor n cazul punerilor la pmnt monofazate (cca. 70 % din defectele pasagere nu sunt sesizate dect de aparatele nregistratoare); - curentul la locul de defect este redus la cteva procente din valoarea curentului capacitiv al reelei; - se exclude posibilitatea apariiei scurtcircuitelor cu arc persistent; - influene mai reduse asupra liniilor de telecomunicaii dect n cazul reelelor cu neutrul izolat.

Principalele dezavantaje ale acestui sistem de tratare a neutrului sunt: - necesit nivel de izolaie mai ridicat n instalaii, deoarece supratensiunile sunt similare cu cele din reelele cu neutrul izolat; - complicarea instalaiilor de protecie; - nu compenseaz componenta activ a curentului rezidual al cablurilor (care poate avea o valoare important la cablurile din PVC) i, ca urmare, stingerea arcului la locul de defect nu mai poate fi asigurat n reelele extinse; - dificultatea identificrii locului avariei; - exploatare mai dificil n absena reglajului automat; - nu este eficient n prezena unor consumatori deformani, cnd curentul capacitiv are un coninut ridicat de armonici. Modul de tratare a reelelor prin bobina de stingere se ntlnete curent n multe ri din Europa i n ara noastr, fiind considerat ca o soluie optim pentru reelele aeriene de MT n care curenii capacitivi depesc valorile admise ( cca. 10 A ).

I.3.6.5 Reele cu neutrul legat la pmnt prin rezisten. Valoarea relativ sczut a rezistenei de legare la pmnt face ca, n cazul unei puneri la pmnt, reelele tratate cu rezistor de limitare s aib o comportare asemntoare cu reelele cu neutrul legat direct la pmnt. Legarea la pmnt a neutrului reelei printr-un rezistor are rolul de a limita valoarea curentului de scurtcircuit monofazat I (k1) la o fraciune din valoarea curentului de scurtcircuit trifazat I (k3) . Gradul de limitare prin rezisten a curentului de scurtcircuit monofazat depinde de mai muli factori de care trebuie s se in seama n calcule i anume: - stabilitatea termic a rezistorului de limitare (asigurarea disiprii pierderilor de energie n rezisten pe durata scurtcircuitului monofazat); - cderea de tensiune pe rezisten, n caz de defect;

- funcionarea selectiv a instalaiilor de protecie (valoarea curentului de scurtcircuit monofazat I (k1) trebuie s fie suficient de mare n raport cu valoarea curentului maxim de sarcin). Alegerea unui raport I (k1) I (k3) ct mai mic duce la micorarea pierderilor de energie n rezistor, fapt ce simplific problemele de dimensionare a acesteia, dar conduce la o deplasare important a punctului neutru, la supratensionarea fazelor sntoase i dificulti n reglarea proteciilor, n cazul unor cureni importani de sarcin. Adoptarea unui grad mai redus de limitare, de exemplu I (k1) I (k3) = 1 , conduce la supratensiuni mai mici pe fazele sntoase, dar pune probleme deosebite pentru dimensionarea rezistorului. Pe de alt parte, tratarea prin rezistor implic unele cheltuieli suplimentare pentru rezolvarea proteciei de curent pe trei faze i asigurarea unor valori reduse pentru prizele de pmnt din reea. Valorile optime ale curenilor de defect se determin astfel nct s se respecte factorii restrictivi menionai mai sus i, n acelai timp, s conduc la cheltuieli minime n reele. Pentru reelele de MT din ara noastr, valorile recomandate ale curentului de defect ( I (k1) ), calculate pe baza variaiei tensiunii neutrului reelei i analizei statistice a rezistivitii prizelor de pmnt, sunt de (200250) A, pentru reelele aeriene i de (8001000) A, pentru reelele n cablu. Mrimea rezistenei de tratare se poate determina aproximativ, utiliznd relaia: 1 1 R N = Uf (1) , I k dorit I k n care: Ikdorit este curentul de scurtcircuit dorit (recomandat), iar I (k1) curentul de defect monofazat n reea, dac neutrul ar fi legat direct la pmnt. n aceast relaie, I (k1) este suficient de mare pentru ca ultimul termen s poat fi neglijat. Pentru rezistenele de tratare din reelele de ( 6 - 20 ) kV rezult valori de ordinul ohmilor sau a zecilor de ohmi. (I.8)

Avantajele sistemului de tratare a neutrului prin rezisten sunt: - exploatarea simpl a reelei, care poate fi extins fr modificarea modului de tratare (valoarea curenilor capacitivi este mic n comparaie cu Ik(1) i acetia pot fi neglijai n calcul); - detectarea i localizarea rapid a defectelor; - amortizarea rapid a oscilaiilor libere care apar n timpul proceselor tranzitorii, care nsoesc scurtcircuitele cu arc; - diminuarea solicitrilor izolaiei la supratensiuni tranzitorii; - costuri mai reduse dect n cazul tratrii prin bobine de stingere. Dintre dezavantaje se menioneaz: - majorarea investiiilor n reea (rezistoare, transformatoare de curent individuale, prize de pmnt, instalaii RAR); - creterea numrului de deconectri fa de reeaua cu neutrul izolat. Tratarea neutrului prin rezistor se aplic cu rezultate bune n cazul reelelor extinse de cabluri i n prezena consumatorilor deformani, dar prezint unele dificulti n cazul liniilor aeriene la care se impune realizarea unor valori stabile ale rezistenei prizelor de pmnt ale stlpilor sau instalarea unui conductor suplimentar care s preia rolul mantalei cablurilor. .

I.4

Sisteme de legare la pmnt.

n orice sistem cu trei faze de medie sau joasa tensiune, exist trei tensiuni msurate ntre fiecare faz , i un punct comun numit punctul de "neutru". n realitate, neutrul este punctul comun al conexiunii n stea , conectat nfurrii ( vezi fig. I.4.1 ).

Fig. I.4.1 Neutrul unui sistem trifazat n conexiune stea

Neutrul poate, sau nu poate fi accesibil sau distribuit. Cu excepia cazului ( de exemplu, reele din America de Nord i Australia ), neutrul nu este distribuit la medie tensiune. Cu toate acestea, de foarte multe ori neutral este distribuit la joas tensiune. ntr-o instalaie de medie sau joasa tensiune, neutrul poate sau nu poate s fie legat la pmnt. Acesta este motivul pentru care vorbim despre sistemul de legare la pmnt. Neutru poate fi conectat direct la pmnt sau conectat printr-un rezistor sau printr-o bobina de reactana. n primul caz, am spune c neutrul este direct legat la pmnt i, n al doilea caz spunem c este legat prin impedan de mpmntare. Atunci cnd o conexiune nu a fost fcut ntre punctul neutru i pmnt, am spune c neutrul este nempmntat. ntr-o reea, sistemul de legare la pmnt joac un rol foarte important. Atunci cnd are loc un defect de izolare , sau are loc o legare de faz accidental la pmnt, valorile sunt luate de ctre curenii de defect, tensiunile de atingere i supratensiunile sunt strns legate de tipul de conexiune de legare la pmnt a neutrului.

O legare direct de mpmntare a neutrului limiteaz puternic supratensiunile, dar provoac cureni foarte mari de eroare, ntruct o nempmntare a neutrului limiteaz cureni de la valori foarte sczute, dar ncurajeaz apariia supratensiunilor foarte mari . n orice instalaie, continuitate n serviciu ,n cazul unui defect de izolaie se face de asemenea, legarea la sistemul de mpmntare. O nempmntare a neutrului permite continuitatea serviciului n timpul unui defect de izolaie. Contrar acestui caz,o legare direct de mpmntare a neutrului, sau legare a neutrului printr-o impedana mic de mpmntare,cauzeaz declanarea pe ct de curnd apare defectul de izolaie. Gradul de deteriorare a unor echipamente, cum ar fi motoare i generatoare prezint un defect intern de izolare, de asemenea, depinde de sistemul de legare la pmnt. ntr-o reea legat la pmnt, o main afectat de un defect de izolaie sufer pagube importante din cauza curenilor de defect mari care apar. Cu toate acestea , ntr-un sistem nempmntat sau legat la pmnt prin impedan mare n reea, prejudiciul este redus, dar echipamentele trebuie s aib un nivel de izolaie compatibil cu nivelul supratensiunilor, s poat face fa n acest tip de reea. Alegerea sistemului de legare la pmnt, att de joas tensiune ct i a reelelor de medie tensiune depinde de tipul de instalaiei, precum i de tipul de reea. De asemenea, este influenat de tipul de sarcini i continuitatea serviciului solicitat. I.4.1 Sisteme de legare la pmnt, la joas tensiune n curent alternativ Sisteme de legare la pmnt sunt reglementate de standardul IEC 60364-3. Exist trei tipuri de sisteme: IT, TT i TN. Prima liter, se refer la situaia reelei de alimentare n raport cu pmntul: T legarea direct la pmnt a unui punct activ neutrul, n cazul n care acesta este accesibil sau a unui conductor de faz, n cazul n care neutrul nu este accesibil; I izolarea tuturor prilor active fa de pmnt, sau legarea la pmnt a unui punct printr-o impedan de valoare foarte mare. A doua liter, se refer la situaia maselor electrice n raport cu pmntul: T legarea direct la pmnt a maselor instalaiei, independent de eventuala legare la pmnt a unui punct al alimentrii;

N legarea direct a maselor la punctul de alimentare legat la pmnt; curent alternativ,punctul de legare la pmnt este n mod normal punctul neutru; iar n cazuri speciale, punctul de legare la pmnt poate fi un conductor de faz. Alte litere, se refer la dispunerea conductorului neutru i a conductorului de protecie n schema TN: S schem TN n care funcia de protecie este asigurat printr-un conductor PE separat de conductoarele active, legat la pmnt (n curent alternativ). C schem TN n care funciile de neutru i de protecie pot fi combinate ntr-un singur conductor (PEN). I.4.1.1 Sistemul IT ( neutrul izolat sau legat la pmnt printr-o impedan ). Litera I: Neutrul nu este legat la pmnt, sau este conectat la pmnt printr-o impedan mare (o impedan de 1700 este adesea folosit). Litera T: Prile conductoare expuse ,ale sarcinii , sunt interconectate i legate la priza de pmnt. Un grup de sarcini poate fi legat la pmnt n mod individual n cazul n care se afl departe de alte sarcini.

Fig. I.4.2 Sistemul IT n care : Z n - impedana neutrului legat la pmnt; Ps - limitator de supratensiune.

Caracteristici specifice Trecerea de la apariia unei defeciuni duble, este de obicei generat prin dispozitive de protecie a defectelor de pe o faz pe alta ( ntreruptoare,sigurane ) ; n cazul n care scurt-circuitul actual nu este suficient de mare pentru a activa protecia mpotriva defectelor de pe fiecare faz,n special n cazul n care sarcinile sunt ndeprtate, protecia ar trebui fi asigurat prin dispozitive de curent rezidual,RCD; Nu este recomandabil s se distribuie neutrul; Este obligatoriu s se instaleze un limitator de supratensiune ntre punctul de neutru al transformatorului i pmnt, ntr-o reea MT/JT. Dac neutrul nu este accesibil, limitatorul de supratensiune este instalat ntre o faz i pmnt. Dac supratensiunile externe ruleaz spre nchidere, transmise de ctre transformator ,ctre pmnt i protejeaz reeaua de joas tensiune de o cretere de tensiune,din cauza fluctuaiei ntre nfurrile transformatorului de MT i cele ale transformatorului de JT; Un grup individual de sarcini legate la pmnt trebuie protejat de RCD. I.4.1.2 Sistemul TT ( neutrul legat la pmnt ). Prima liter T: Neutrul este legat direct la pmnt; A doua liter T: Prile conductoare expuse, ale sarcinii, sunt interconectate,fie n totalitate, sau prin intermediul unui grup de sarcini. Fiecare grup de interconectare este legat la pmnt. O parte conductiv expus poate fi legat la pmnt n mod individual, dac este foarte departe de celelalte pri.

Fig. I.4.3 Sistemul TT

Caracteristici specifice Instalaia RCD este obligatorie; Toate prile expuse conductoare protejate de acelai dispozitiv de protecie ar trebui s fie conectate la pmnt; Neutrul i prile expuse conductoare pot fi interconectate sau combinate; Neutrul poate sau nu poate fi distribuit. I.4.1.3 Sistemul TN ( prile conductoare expuse legate la neutru ). Litera T: Neutrul este legat direct la pmnt. Litera N: Prile expuse conductoare ale sarcinilor sunt conectate cu conductorul de neutru. Exist dou tipuri de sisteme, n funcie de faptul c: conductorul de neutru i conductorul de protecie(PE) sunt combinate sau nu: Cazul 1 : Neutrul i conductoarele de protecie sunt combinate ntr-un singur conductor PEN. Sistemul este identificat printr-o a III-a liter C i se numete TNC. Conexiunile de legare la pmnt trebuie sa fie plasate n mod egal de-a lungul lungimii conductorului PEN pentru a evita creterea potenialelor n prile conductoare expuse, n cazul n care apare un defect. Acest sistem nu trebuie s utilizeze pentru asisten cupru cu

seciuni mai mici de 10 mm 2 i aluminiu cu seciuni mai mici de 16 mm 2 ,precum i situarea n aval de un sistem TNS. Cazul 2 : Conductorul de neutru i cel de protecie sunt separai. Sistemul este identificat printr-o a III-a liter S i se numete TNS. Conexiunile de legare la pmnt trebuie s fie plasate n mod egal de-a lungul lungimii PE, pentru a evidenia creterea potenialelor n prile conductoare expuse , n cazul n care apare un defect. Acest sistem nu trebuie s fie utilizat n amonte de un sistem TNC.

Fig. I.4.4 Sistemul TNC

Fig. I.4.5 Sistemul TNS

Caracteristici TNC, TNS Comutarea defectelor este obinut cu ajutorul unor dispozitive care ofer protecie mpotriva anomaliilor de faz (ntreruptoare,sigurane). Observaie: TNC,TNS pot fi folosite n cadrul aceleai instalaii. Sistemul TNC (4 conductoare ) nu trebuie niciodat s fie n aval de sistemul TNS ( 5 conductoare ). Recomandari pentru utilizarea sistemelor TN,TT si IT Fideri de alimentare de lungime foarte mare si rezistente scazute ale prizei de pamant: - TN - acceptabila; - TT - recomandata; - IT nepotrivita. Fideri de alimentare de lungime foarte mare si valori mari ale rezistentei prizei de pamant (peste 30 ohm.): - TN- nepotrivita; - TT- acceptabila; - IT- nepotrivita. Cu perturbatii frecvente electromagnetice: - TN-S- acceptabila; - TT- nepotrivita; - IT- nepotrivita. Cu receptoare cu rezistenta cu izolatie redusa(cuptoare electrice,dispozitive de sudura, aparate de bucatarie, plonjoare): -TN-acceptabila; -TT-recomandata; -IT- nepotrivita. Receptoare cu risc in serviciu si cu defectiuni frecvente ( poduri rulante,macarale,convertizoare): -TN- nepotrivita; -TT-acceptabila;

-IT- nepotrivita. Dispozitive electronice,computere,PLC: -TN- acceptabila; -TT- recomandata; -IT- nepotrivita. Locuri cu necesitatea continuitatii in serviciu ( sali de operatii,centre de dirijare a sborurilor ): -TN- nepotrivita; -TT nepotrivita ;-IT- recomandata.

Scheme de legare la pmnt, la joas tensiune n curent continuu (IT, TT, TN) Schemele de legare la pmnt pot fi de trei tipuri principale: TN, TT i IT, simbolurile literare utilizate pentru notarea lor avnd urmtoarele semnificaii ca la schemele de c.a. Tabel Simboluri utilizate n schemele de legare la pmnt

Schema TT Punctul de legare la pmnt al conductorului activ (de ex. L-) este separat de punctul de legare la pmnt al conductorului de protecie PE in toata instalaia.

Fig. Schema TT n c. c Schema IT Un conductor activ (de ex.L-) este legat la pamant printr-o rezistenta relativ mare (sau izolat), separat de punctul de legare la pamant al conductorului de protectie.

Fig. Scema TT n c. c

Schema TNS Un conductor activ( de exemplu L-) sau conductorul median, este legat la pamant, separat de conductorul de protectie (PE) n ntrega instalaie.

Fig, Schema TNS n c. c Schema TNC Funciunea de conductor activ legat la pmnt (de exemplu L-) i cel de protectie sunt reunii ntr-un singur conductor PEL n toat instalaia.

Fig. Schema TNC n c. c Schema TN-C-S Funciunea de conductor activ legat la pmnt (de exemplu L-) i cea de conductor de protecie PE sunt unii ntr-un singur condutor PEL n prima parte a instalaiei.

Fig. Schema TN-C-S n c. c