instalatii electrice 2.

59
SUB 1. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE: ATINGEREA DIRECTĂ ÎN CAZUL REŢELELOR TRIFAZATE CU NEUTRUL IZOLAT FAŢĂ DE PĂMÂNT Determină dezechilibrarea reţelei, punctul neutru capătă un potenţial U 0 faţă de pământ, iar tensiunile de fază devin: Fig. 17.6. U 1 = U 1 -U 0 U 2 = U 2 -U 0 U 3 = U 3 -U 0 Conform legii I a a lui Kirchoff: I 1 +I 2 +I 3 +I h =0 Considerând rezistenţele de izolaţie ale fazelor egale r 1 = r 2 = r 3 = r şi înlocuind relaţiile anterioare, rezultă: Deoarece sistemul trifazat de tensiune al sursei rămâne practic simetric: U 1 +U 2 +U 3 =0 Rezultă: Şi ca urmare, expresia analitică a curentului care trece prin corpul omenesc este:

description

BFCB

Transcript of instalatii electrice 2.

Page 1: instalatii electrice 2.

SUB 1. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE: ATINGEREA DIRECTĂ ÎN CAZUL REŢELELOR TRIFAZATE CU NEUTRUL IZOLAT FAŢĂ DE PĂMÂNT

Determină dezechilibrarea reţelei, punctul neutru capătă un potenţial U0 faţă de pământ, iar tensiunile de fază devin:

Fig. 17.6. U’

1= U1-U0 U’

2= U2-U0

U’3= U3-U0

Conform legii Ia a lui Kirchoff:I1+I2+I3+Ih=0

Considerând rezistenţele de izolaţie ale fazelor egale r1 = r2 = r3 = r şi înlocuind relaţiile anterioare, rezultă:

Deoarece sistemul trifazat de tensiune al sursei rămâne practic simetric:U1+U2+U3=0

Rezultă:

Şi ca urmare, expresia analitică a curentului care trece prin corpul omenesc este:

Sau :

Pentru Rh=1000Ω, din (17.12.) rezultă r>63KΩValorile rezistenţelor de izolaţie sunt de ordinul MΩ şi ca urmare atingerile directe în

reţelele electrice cu neutrul izolat sunt nepericuloase.

Page 2: instalatii electrice 2.

SUB 2. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE: ATINGEREA DIRECTĂ ÎNTR- O REŢEA TRIFAZATĂ CU NEUTRUL LEGAT LA PĂMÂNT determină un curent prin corpul omenesc cu valoarea: Ih = Uf / Rh + r0

Deoarece r0<<Rh relaţia devine: Ih = Uf / Rh =

Deci pentru tensiunea de fază U=220 V, rezultă Ih=220 mA, mult superioară valorii

admise.Pericolul poate fi redus prin creşterea Rh, adică prin izolare suplimentară, faţă de pământ,

fie utilizând un covor electroizolant din cauciuc, fie folosind mănuşi şi cizme electroizolante.Valoarea rezistenţei echipamentului electroizolant pentru care se obţin curenţi

nepericuloşi rezultă din:

Ih = 220 / (Rh Rs) ≤ 0.01 A de unde: Rs = ( Uf * 0.01* Rh ) / 0.01

pentru U=220 V => Rs=21000Ω.

Page 3: instalatii electrice 2.

SUB 3. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE: ATINGEREA INDIRECTĂ ÎNTR-O REŢEA CU NEUTRUL IZOLAT

determină prin om un curent limitat de rezistenţele de izolaţie ale celor două faze; fiind o situaţie echivalentă , curentul Ih va avea valoarea (17.13.).

Fig.17.10.În cazul unei atingeri bifazate ( fig.17.11.) omul este expus la tensiunea de linie U,

situaţie similară celei din figura 17.9.

Fig.17.11.

Page 4: instalatii electrice 2.

SUB 4. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE : ATINGEREA INDIRECTĂ ÎNTR-O REŢEA CU NEUTRUL LEGAT LA PĂMÂNT.

În acest caz pot apărea următoarele situaţii:a) carcasa maşinii nu este legată la pământ (fig. 17.7.). In acest caz U atingere=Uf şi curentul

prin corpul omenesc are valoarea:

(17.14.)

Fig. 17.7.b)carcasa este legată la pământ (fig. 17.8.)

Fig. 17.8.

Dacă utilajul pus accidental sub tensiune este legat la pământ, curentul stabilit prin om se va micşora de Rh/Rp ori, conform fig 17.4.

c) atingerea simultană a două carcase puse accidental la Uf diferite şi nelegate la pământ (fig. 17.9.)

Page 5: instalatii electrice 2.

Fig. 17.9.În acest caz omul este expus la tensiunea de linie U, iar curentul poate avea valoarea

maximă de 380 mA (17.13.)

SUB 5. POSIBILITATI DE ELECTROCUTARE: TENSIUNEA DE PAS Dacă aplicăm o tensiune U pe o rezistenţă R, repartizarea tensiunii U pe R este liniară.În raport cu un punct de potenţial zero (fig.17.12.), de la locul de aplicare a tensiunii pe

rezistenţă spre punctul de U = 0, tensiunea scade liniar. Dacă rezistenţa nu va fi liniară, atunci tensiunea va avea o variaţie neliniară.

a) b)

c)

Atingerea simultană a două puncte de pe sol aflate la potenţiale diferite se poate întâlni în cazul scurgerii unui curent în pământ, fie printr-o izolaţie de punere la pământ, fie prin căderea la pământ a unui conductor aflat sub tensiune. Dacă pe sol cade o fază, liniile de repartiţie ale curentului vor fi radiale ( fig.17.13.), iar suprafaţa pe care se repartizează curentul este S = 2πx2

. Rezistenţa pe unitatea de lungime :

r = ro * xUx = x* ro*I

Ux = (l-x) * ro* I

Fig.17.12.

Page 6: instalatii electrice 2.

R = ρ / l*S = x / γ2πx2 = 1 / γ2πx (17.15.)Este invers proporţională cu suprafaţa S şi deci scade cu distanţa (x).Rezistenţa şi densitatea de curent scad deci foarete mult cu distanţa şi devin practic nule

după cca 20 m. Regiunea în care densitatea de curent se anulează se numeşte zonă de potenţial nul.

La trecerea curentului prin sol, potenţialul la suprafaţă are forma unei hiperbole, având valoarea maximă în dreptul prizei Up = ip Ip, în raport cu zona de potenţial nul.

Suprafaţa solului din jurul unei prize de pământ până la zona de potenţial nul se numeşte zonă de influenţă a prizei de pământ.Dacă se consideră două prize cărora li se aplică tensiunea U (fig.17.14.) potenţialele se repartizează sub formă de pâlnie iar în zona CD este zona de potenţial nul.

Dacă un om se află în zona de infuenţă a prizei A, în punctul K şi atinge cu mâna punctul A, s4e expune la tensiunea de atingere :

Ua1 = UpA – UK (17.17.)

Fig.17.14.Această tensiune (Ua1) devine UpA , dacă omul (k) se află în zona de potenţial nul.Dacă omul se îndepărtează de priza A şi intră în zona de influenţă a prizei B, atunci

tensiunea de atingere devine în punctul F (de exemplu ) :

Ua2=UpA+UF (17.17)

Tensiunea de atingere are valoarea maximă, dacă punctul F se suprapime cu punctul (B) şi are valoarea : Uamax-UpA+UpB (17.19)

Tensiunea preluată între extremităţile picioarelorîn zona de influienţă a unei prize de pământ, se defineşte ca tensiune de pas şi se determină cu expresia analitică :

(17.20)

şi este variabilă cu distanţa x, faţă de priză.

SUB 6 MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE L   ;A SOC ELECTRIC   :ALIMENTAREA LA TENSIUNE REDUSA, IZOLAREA SUPLIMENTARA DE PROTECTIE SI SEPARAREA DE PROTECTIE

11.1. ALIMENTAREA LA TENSIUNE REDUSĂ

Se poate aplica în orice situaţie justificată economic, fiind singurul mijloc care nu se asociază şi cu un alt mijloc de protecţie pentru a se realiza un sistem de protecţie.

Valorile tensiunilor nepericuloase, aşa cum s-a prezentat anterior, sunt de max. 42 V c.a. şi 60 V c.c.. Aceste valori se pot obţine numai prin intermediul unor transformatoare electrice coborâtoare sau de la grupuri electrogene ; reţeaua electrică cu tensiune redusă este izolată faţă de pământ (simbol I).

Datorită investiţiei suplimentare necesare obţmerii tensiunii reduse, acest mijloc se aplică de regulă local ( de exemplu : în subsolul blocurilor, unele echipamente medicale. etc.).

11.2. IZOLAREA SUPLIMENTARĂ.Protecţia prin izolare suplimentară se bazează pe faptul că intensitatea curentului ce

străbate corpul omenesc scade atunci când impedanţa electrică a circuitului electric creşte :Ih = U/Zh (17.21)

Page 7: instalatii electrice 2.

Un efect identic se obţine dacă în serie cu corpul omului, se introduc elemente izolatoare de protecţie, cu rezistenţe electrice de valoare ridicată.

Izolarea de protecţie are scop exclusiv de protecţie împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă şi se aplică suplimentar faţă de izolarea de lucru la utilajul electric sau la amplasamentul omului. Prin izolare de lucru se înţelege izolarea prevăzută pentru buna funcţionare a utilajului, corespunzătoare treptei de tensiune nominale.

Izolarea suplimentară de protecţie se poate realiza prin :- izolarea suplimentară a echipamentului electric ;- izolarea amplasamentului în care omul îşi desfaşoară munca.1) Izolarea suplimentară a echipamentului electric se poate executa :a) sub forma unui înveliş izolator care acoperă toate elementele metalice accesibile unei

atingeri şi care pot fi puse accidental sub tensiune ( exemplu -executarea carcaselor din material izolator sau acoperirea acestora cu material izolator);

b) sub forma unei izolaţii intermediare între elementele accesibile unei atingeri indirecte şi elementele care ar putea ajunge sub tensiune, de exemplu: piese de separare şi piese intermediare izolatoare, care întrerup continuitatea electrică a arborilor. pârghiilor, carcaselor, pereţi despărţitori;

c) sub forma unei izolaţii întărite, care este echivalentă cu o izolaţie de protecţie suprapusă peste cea de lucru.

2) izolarea amplasamentului omului se realizează introducând elemente izolatoare între corpul omului şi pământ şi între corpul omului şi elementele bune conducătoare de electricitate care se găsesc în legătură cu pământul situate în raza de manipulare. In acest scop, atât pardoseala cât şi toate elementele metalice din zona de manipulare. care sunt în legătură cu pământul, se acoperă cu material izolant. Valoarea rezistenţei izolării amplasamentului (Rs) rezultă din

(17.22)

de unde :

în care : - U este tensiunea faţă de pământ la locul atingerii ;- ih curentul considerat nepericulos ;

- Rh rezistenţa corpului omenesc.

Inlocuind Ih/ Rh în ( 17.22.') rezultă : Rs = Rh U/Uh- 1) (17.23.)

iar condiţia pentru asigurarea protecţiei devine : Rs>Rh(U/Uh-l) (17.24)

Pentru Uh = Ua = 65V, pentru Rh = 3000Q, rezultă Rs > 7000Ω. Impunând pentru Ih

valoarea de 5 mA din aceeaşi relaţie rezultă Rs > 50000 Ω.Acest mijloc de protecţie este printre cele mai efîciente, deoarece necesită cheltuieli

mici.

Page 8: instalatii electrice 2.

SUB 7 MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE L   ;A SOC ELECTRIC   SEPARAREA DE PROTECŢIE.

Atingerea directă sau indirectă, într-o reţea cu neutrul izolat este nepericuloasă.Ca urmare, în cazuri deosebite, un anumit echipament (echipamente de redresare) se

poate alimenta de la o reţea electrică cu neutrul izolat.0 asemenea reţea se poate constitui prin intermediul unui transformator de separare cu

raport de transformare unitar. Acesta are înfâşurarea primară racordată la reţeaua electrică trifazată cu neutrul legat la pământ (neutrul accesibil) iar secundarul său este cu neutrul izolat şi ca urmare, reţeaua electrică ce o va alimenta va fi cu neutrul izolat. Dacă nivelul de izolaţie al acestei reţele va fi corespunzător (1712), atunci atingerea directă sau indirectă, va fi nepericuloasă.

Separarea de protecţie se aplică în afara situaţiei de mai sus şi în cazul utilajelorportative, de puteri mari, care nu pot fi alimentate la tensiune redusă. De asemeni, acest rnijloc de protecţie se aplică şi în domeniul construcţiei de nave, unde mijloacele de protecţie care necesită o legătură de protecţie nu asigură siguranţa necesară.

Page 9: instalatii electrice 2.

SUB 8. MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC   : LEGAREA LA NUL(fara «   problemele «   acesteia)  

Evitarea electrocutarii, se poate obţine prin :- reducerea tensiunii de atingere la valori nepericuloase (sub 40 V) prin divizarea

tensiunii de fază pe mai multe rezistenţe (Rp şi Ro ; Rp şi rezistenţa de izolaţie);- reducerea duratei pericolului de electrocutare, prin deconecterea automată a zonei cu defect, în intervale de timp mai mici de 0,2 secunde.Deoarece legarea la pământ are dezavantajele menţionate anterior, s-au căutat şi alte soluţii de reducere a tensiunii de atingere, corelate cu deconectarea zonei cu defect determinată de curentul de defect.

O asemenea soluţie, o reprezintă legarea la NEUTRUL sistemului electric trifazat. Prin definiţie (STAS 8275-87), neutrul unui sistem electric este "punctul comun al părţilor active ale sursei de tensiune ale cărei diferenţe de potenţial în valori absolute, faţă de fiecare conductor activ (fază) sunt egale în funcţionare normală". Conform aceluiaşi normativ, nulul este " neutrul legat la o priză de pământ printr-o rezistenţă electrică neglijabilă" .

protecţia la electrocutare se asigură prin legarea la neutrul sistemului electric trifazat. Prin legarea carcaselor receptoarelor la conductorul de nul (N) (care face legătura cu

neutrul sistemului electric) orice defect de izolaţie între o fază şi carcasă reprezintă un scurtcircuit monofazat. Situaţia este similarâ cu cea din fig. 17.17., cu deosebirea că " întoarcerea" curentului de scurtcircuit monofazat (I<i) are loc prin conductorul de nul şi

nu prin pământ. Conform fig.17.19. legarea la pământ a neutrului prin Ro permite expunerea, prin atingere indirecta , la caderea de tensiune de pe conductorul de nul. In acest caz, relaţia (17.42) devine :

Ur=Id(rf+rN)=220V (17.43.) tensiunea la care se expune prin atingere indirectă organismul uman (Ua) are valoarea :

Ua = rN Id < 40V (17.44.)Din (17.43.) şi (17.44.) rezultă : Rf>4.5 rN (17.45.)Respectiv SN>4.5Sf (17.45’)Pentru ca tensiunea de atingere să fie nepericuloasă.Iar curentul prin organismul uman va fi : Ih= Evident, asigurarea acestei condiţii, prin mărirea efectivă a secţiunii conductorului de

nul, este neeconomică.

Fig.17.19.

SUB 9. MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC   : PROBLEMELE PROTECŢIEI PRIN LEGARE LA NUL.

Page 10: instalatii electrice 2.

Protecţia prin legare la nul se asigură însă prin legarea la conductorul de nul (N) a carcaselor tuturor receptorilor (mono şi trifazaţi), fig.17.20.

Fig.17.20.Ca urmare, dacă în timp ce un receptor monofazat este alimentat, conductorul de nul se

întrerupe în amonte de acest receptor, porţiunea de conductor de nul din aval de întrerupere şi ca urmare şi toate carcasele legate la el, capătă potenţialul fazei, o eventuală atingere a oricărei carcase ( eveniment foarte posibil) fiind foarte periculoasă (deoarece neutrul este legat la pământ prin R0).

Această situaţie este una din problemele protecţiei prin legare la nul.Evitarea acestei situaţii, se obţine prin asigurarea niântreruptibilităţii nulului.Această cerinţă se poate asigura astfel :- prin legarea repetată la pământ a conductorului de nul prin rp, iar Ro va reprezenta şi

cea mai apropiată legătura repetată la pământ, faţă de sursă : prin legările repetate la pământ se reduce şi rezistenţa echivalentă a căii de întoarcere a curentului de defect, asigurând condiţia (17.45);

- deoarece în reţelele monofazate nulul de lucru (folosit la alimentarea receptorilor monofazaţi) este trecut m unele cazuri şi prin aparate de protecţie sau conectere şi ca urmare, creşte probabilitatea întreruperii lui, se impune ca nulul folosit în scop de protecţie (PE) să fie diferit de cel de lucru (PN) şi astfel să scadă sensibil posibilitatea întreruperii lui.

Existenţa separată a PE faţă de PN, se impune şi din cea dea doua problemă a protecţiei prin legare la nul.

Deoarece în prizele monofazate fişele de alimentare a receptorilor monofazaţi se pot introduce în orice poziţie ( cele trifazate sunt unipoziţionale), carcasa receptorului nu se poate lega la nulul de lucru (PN), deoarece pe una din poziţiile de introducere a fişei, carcasa ar fi conectată direct la tensiunea de fază fig. 17.21 .b.

Pentru a se evita această situaţie, în urma căreia carcasele tuturor receptorilor conectaţi la PN, ar căpăta potenţialul fazei, s-a adoptat soluţia separării conductorului de nul de lucru (PN) de cel de nul de protecţie ( PE),fig.l8.21.c. Prizele monofazate prevăzute cu contact de protecţie (CP) sunt astfel executate încât, pe fiecare din cele două poziţii posibile de introducere a fişei (care are şi ea contact de protecţie bipoziţional), în primă instanţă se realizează conectarea la PE şi apoi la F şi PN.

In principiu, din punct de vedere electric PN şi PE sunt identice, separarea lor fiind impusă din cerinţa de asigurare a neântreruptibilităţii conductorului de nul de protecţie (PE) care are rolul de protecţie împotriva electrocutării şi îndeosebi de existenţa receptorilor monofazaţi.

Page 11: instalatii electrice 2.

În conformitate cu normativele de protecţie împotriva electrocutării, de la caz la caz, PN şi PE pot fi independente de la sursă până la fiecare circuit monofazat de iluminat sau prize, sau pot avea şi porţiuni comune, situaţie în care se marchează prin simbolul (PEN).

Cel mai apropiat punct dintr-o schemă electrică, în raport cu receptorii, de la care se impune separarea PN de PE îl reprezintă tabloul electric secundar ( TS), cu condiţia ca în punctul de separare a celor două conductoare de nul să existe o legătură repetată a acestora la pământ.

Deoarece, de regulă, nu toate circuitele monofazate de prize alimentează receptori monofazaţi la care se impune asigurarea protecţiei împotriva electrocutării, conductorul de nul de protecţie (PE) se prevede numai pe anumite circuite ( de ex. în locuinţe circuitele pentru prizele monofazate din bucătării şi de lângă baie sunt prevăzute cu PE şi sunt separate de cele similare din camerele de locuit, în care se consideră ca nu se folosesc receptori electrocasnici care ar prezenta pericolul unei atingeri indirecte şi ca urmare, nu sunt prevăzute cu PE).

a) b) c)

Fig. 17.21.La nivelul coloanelor electrice ( care alimentează TP şi TS din TG) ca nul de protecţie se

foloseşte un conductor al cablului sau marrtaua acestuia dacă asigură cerinţe de continuitate electrică. Când nulul de protecţie PE este comun cu PN sau este o cale de curent componentă a unui cablu ce conţine conductoarele de faze şi de nul de lucru ( 3F + N) conductoml de nul de protecţie se consideră că este izolat. In unele situaţii PE poate fi şi neizolat, respectiv în cazul unui consumator cu post de transformare propriu şi desfăşurat pe o suprafaţă mai restrânsă. In acest caz, PE este executat din conductor neizolat ( bandă de OL) şi astfel pozat încât să fie accesibil carcaselor tuturor receptorilor, fig.17.22, la aceasta legându-se borna de nul de protecţie a fiecărei carcase.

Pe seama celor de mai sus rezultă ca la schemele electrice generale pentru alimentarea receptorilor de iluminat şi prize, coloanele electrice se vor executa cu cabluri electrice trifazate şi cu un conductor comun pentru nul de lucm şi de protecţie (PEN), deci vor avea patm conductoare. La nivelul schemei secundare, circuitele de iluminat se execută de regulă cu douâ conductoare (în unele cazuri se inpune asigurarea protecţiei împotriva electrocutării şi pentru corpurile de iluminat), iar cele de prize pot fi, aşa cum s-a arătat, cu sau fără PE, deci cu două (F+PN) sau trei conductoare (F+PN +PE).

Schemele generale şi secundare pentru alimentarea receptorilor de forţă nu conţin conductorul de nul de lucru (PN), dacă aceşti receptori sunt trifazaţi simetrici, dar pot fi prevăzute cu conductor de nul de protecţie (PE) ce se va lega la borna de nul a carcasei fiecărui receptor. Ca urmare, legăturile electrice se vor executa cu cabluri cu patru conductoare. Evident, dacă utilajul electric trifazat este prevăzut şi cu receptori monofazaţi.

Page 12: instalatii electrice 2.

Fig. 17.22.

Schema electrică de alimentare a acestora trebuie să fie prevăzută şi cu PN şi ca urmare, cel puţin la nivelul schemei secundare, cablul electric va avea cinci conductoare ( 3F+PN +PE).Dacă se adoptă varianta cu PE neizolat, schema electrica se va executa cu cablu electric cu trei conductoare ( 3F) sau cu patru conductoare ( 3F+PN).

Acestea au fost cele două probleme ale protecţiei prin legare la nul, care au determinat executarea separată a PN de PE.

Există şi o a treia problemă a acestui mijloc de protecţie, însă în dependenţă cu legarea la pământ.Astfel, dacă doi consumatori alimentaţi de la acelaşi post de transformare (PT), folosesc, unul protecţia prin legare la nul, iar celălalt protecţia prin legare la pământ. fig. 17.23. şi dacă la acesta din urmă se produce un defect de izolaţie, carcasa utilajului capăta tensiunea de atingere Ua1 < 40, nepericuloasă. Însă, căderea de tensiune pe R0,aşa cum s-a arătat,va fi de 170 V, complementară în raport cu Uf = 220 V

Această tensiune va deveni însă, tensiunea conductorului de nul de protecţie (PE) , în raport cu zona de potenţial zero, la care sunt legate carcasele utilajelor celuilalt consumator şi deci orice atingere a acestora, de o persoană aflată în zona de potenţial zero, va fi foarte periculoasă.

Din acest motiv se interzice practicarea celor două mijloace de protecţie, individual, de către doi consumatori alimentaţi de la acelaşi PT.

Fig.17.23.

Page 13: instalatii electrice 2.

SUB 11 . MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC   :LEGAREA LA PAMANT

A)  PUNEREA BIFAZATĂ LA PĂMÂNT a două faze prin două carcase legate fiecare prin rezistenţă proprie la pământ, fig17.16.

Curentul de punere la pământ va avea valoarea (se neglijează rezistenţele r1 şi r2) :

Fig.17.17.Ca urmare, din (17.35.) şi (17.36.), rezultă :

(17.37.)

(17.38.)

Deci, valorile tensiunilor de atingere depind direct proporţional de rezistenţa rc a conductorului de legătură dintre carcase şi de valoarea rezistenţei de legare la pământ.

Dacă rc = ∞ atunci:

(17.39.)

(17.40.)

şi depind numai de valorile lui rp1 şi rp2.

Page 14: instalatii electrice 2.

B) PUNERE MONOFAZATĂ LA PĂMÂNT.La priza de pământ( cu rezistenţa rp ) se leagă toate elementele unei instalaţii care pot fi

puse accidental sub tensiune, fig.17.15.Pentru uşurinţa stabilirii expresiilor analitice se operează cu conductanţe electrice. Pe

seama fig.17.15, rezultă :

(17.25)

12. MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC :PROTECTIE AUTOMATA :CONTOLUL TENSIUNII

DECONECTAREA AUTOMATĂ A SECTORULUI CU DEFECTSistemele de protecţie prin legarea la pământ sau la nul, au ca dezavantaj faptul că, părţile

de instalaţie defecte, sunt deconectate abia atunci când curentul de defect atinge valorile necesare pentru declanşarea siguranţelor fuzibile..

Sistemele de protecţie automată folosite se grupează în :- protecţia automată împotriva tensiunilor de defect ( PATD);- protecţia automată împotriva curenţilor de defect (PACD);

16.1. Protecţia împotriva tensiunilor de defectDeconectarea automată în cazul apanţiei tensiunii de defect, se realizează conform schemei de principiu prezentate în fig. 17.24.

Page 15: instalatii electrice 2.

Fig. 17.24

Motorul electric este alimentat prin contactorul K. în circuitul de comandă a contactorului se înseriază şi contactele normal închise ale releului de tensiune RT, a cărui bobină este conectată între carcasa motorului electric şi priza de pământ Rp ,prin intermediul butonului Dc. Releul de tensiune RT este reglat să acţioneze la o tensiune apropiată ca valoare de tensiunea de atingere periculoasă.

Dacă, datorită unui defect de izolaţie carcasa motorului capătă tensiunea de fază, releul RT acţionează deconectând contactorul K , care asigură alimentarea motorului.

Butonul de comandă Dc permite verificarea funcţionării corecte a schemei. Prin închiderea contactului normal deschis a acestui buton, se închide circuitul între faza T şi priza de pământ RP prin intermediul bobinei releului RT . Această schemă de protecţie se aplică pentru orice fel de reţele şi împiedică apariţia unor tensiuni de atingere periculoase pe elementele conductoare ale instalaţiei electrice, care nu fac parte din circuitul curentului de lucru. Rezistenţa de dispersie a prizei de pământ auxiliare Rp este de maximum 10 ohmi.

13. MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC :MIJLOACE AUTOMATE DE PROTECTIE PRIN CONTROLUL CURENTILOR SCHEME DIFERENTIALE

PROTECŢIA DIFERENŢIALĂ, se bazează pe sesizarea curenţilor pe ramurile unui circuit în cazul apariţiei unui defect. în fig 17.27, se prezintă o schemă diferenţială pentru un circuit trifazat.

Dacă în reţeaua trifazată nu există defect, suma curenţilor din transformatorul de curent T este nulă şi curentul prin secundarul transformatorului T va fi de asemenea nul.

La apariţia unui defect de izolaţie, suma curenţilor şi deci şi a fluxului nu mai este nulă, apare un flux rezultant,care induce în înfăşurarea transformatorului de curent T, o tensiune electromotoare şi apare un curent prin bobina releului de protecţie Rp. Acesta anclanşează şi deschide contactul său normal închis, înseriat în circuitul de comandă al contactorului K, întrerupând alimentarea motorului.

Fig.17.24.

Page 16: instalatii electrice 2.

Această protecţie asigură o selectivitate mai buna decât la celelalte scheme, Astfel de

protecţii se folosesc atât m reţelele izolate , cât şi la cele legate la pământ.

Fig.17.26.

Page 17: instalatii electrice 2.

14. MIJLOACE DE BAZA DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC :MIJLOACE AUTOMATE DE PROTECTIE PRIN CONTROLUL CURENTILOR : SCHEME CE ACTIONEAZA LA CURENT HOMOPOLAR

PROTECŢIA HOMOPOLARĂ se utilizează la reţelele izolate faţă de pământ şi se bazează pe deplasarea punctului neutru al sistemului trifazat atunci când, una din faze are izolaţia faţă de pământ deteriorată. Aceste scheme au releul de protecţie conectat între neutrul sursei de alimentare şi pamânt (fig.17.25-a) sau între neutrul artificial şi pământ(fig 17.25-b.).

La apariţia unui defect, sistemul trifazat se dezechilibrează şi neutrul reţelei capătă un potenţial faţă de pământ, care este cu atât mai mare cu cât rezistenţa de izolaţie este mai mică.

Schema nu a căpătat răspândire deoarece, prezintă pericolul de înrăutăţire a izolaţiei faţă de pământ, datorită rezistenţei insuficient de mari a elementelor care alcătuiesc nulul artificial.

Carcasele utilajelor protejate se leagă la pământ sau la nulul de protecţie.

Fig.17.25

Page 18: instalatii electrice 2.

SUB 15 SISTEME DE PROTECTIE LA SOC ELECTRIC :LEGAREA LA NUL

Instalaţiile şi echipamentele alimentate de la o reţea electrică trifazată cu neutrul legat la

pământ (simbol T),legarea la nulul de protecţie (simbol N),pentru a se obţine schema (TN) se

realizează prin aplicarea cumulativă a doua sau mai multe mijloace de protecţie,dintre care

obligatoriu este mijlocul de protecţie,legarea la conductorul de nul de protecţie (PE),cumulat cu

legarea repetată la priza de pământ a acestuia (bornele de nul ale tuturor tablourilor de

distributie şi a nulului sursei de alimentare),fig.17.28.b.

Page 19: instalatii electrice 2.

Fig.17.29.a

a)

b) Fig 17.28.

Page 20: instalatii electrice 2.

SUB 16 ELECTROSECURITATE :ASIGURAREA PROTECTIEI ELECTRICE LA

APARATELE DE MENAJ, BIROURI.

17.4.6.1.Terminologie-tipuri de izolaţie

Un aparat electric de joasă tensiune destinat a fi utilizat de publicul larg în menaj,

birouri,scoli, în practica medicală poate fi prevazut cu urmatoarele tipuri de izolaţie :

a) Izolaţie de bază care acopera parţile aflate sub tensiune în scopul asigurării protecţiei de

bază împotiva electrocutării. Izolaţia de bază poate fi concomitent şi izolaţie functională

în cazul în care asigură funcţionarea aparatului.

b) Izolaţie suplimentară, care este o izolaţie independentă şi care asigură protecţia

împotriva electrocutării în cazul deteriorării izolaţiei de bază.

c) Izolaţie întăriă este un sistem unic de izolaţie, echivalentă cu izolaţia dublă.

Un mijloc specific de protecţie în cazul aparatelor folosite de publicul larg îl reprezintă

impedanta de protecţie, care se monteaza între părţile aflate sub tensiune şi părţile metalice

accesibile ale unui aparat. În acest mod ,se limitează curentul la valori nepericuloase.

17.4.6.2.Clase de protecţie ale aparatelor

Din punct de vedere a modului în care se asigură protecţia împotriva electrocutării,

aparatele se clasifică astfel :

a) aparat de clasa 0 de protecţie, la care protecţia împotiva electrocutării se asigura

numai pe bază izolaţiei de bază ;aparatul nu este prevazut cu un alt mijloc de racordare a

eventualelor parti metalice la un conductor de protecţie.In cazul deteriorarii izolaţiei de

bază, protecţia împotiva electrocutării rămâne numai pe seama mediului ambiant.

Un aparat electric de clasa 0 poate avea :

-un înveliş electroizolant ce face parte parţial sau total din izolatia de bază ;

-un înveliş ; metalic separat de parţile sub tensiune printr-o izolaţie corespunzatoare.

b) aparat de clasa I de protecţie, la care protecţia împotiva electrocutării este

asigurată de izolaţia de bază şi de o măsură suplimentară de protecţie respectiv, legarea

părţilor metalice accesibile ale aparatului la o bornă de protecţie a acestuia,care face parte din

instalaţia electrică şi care se leagă la pământ sau la nulul de protecţie a sursei de alimentare.

c) aparat de clasa II de protecţie, la care protecţia împotiva electrocutării se

Page 21: instalatii electrice 2.

asigură prin izolaţia de bază la care se adaugă măsuri suplimentare, respectiv izolaţie dublă

sau întărită.Măsurile suplimentare de protecţie nu constau deci, în legarea la pământ sau la

nulul de protecţie.

Aparatele elctrice de joasă tensiune de clasa II de protecţie pot avea părţi alimentate la

tensiune joasă, sau pot fi prevăzute cu bornă de legare la pământ, dar în scop funcţional şi nu

pentru protecţie împotiva electrocutării .

d) aparat de clasa III de protecţie, la care protecţia împotiva electrocutării se asigură

prin alimentarea la tensiune redusă (foarte joasă) de protecţie, respectiv la care pot exista

tensiuni mai mari decât tensiunea limită admisă de protecţie. Evident, aceste aparate nu sunt

prevăzute cu alte mijloace de protecţie (izolaţia functională nu constitue un mijloc de

protecţie).

SUB 20 DIMENSIONAREA SI CONSTRUCTIA PRIZELOR DE PAMANT

17.5.1.Elementele componente ale instalaţiilor de legare la pământ

Instalaţia de legare la pământ de protecţie este formată din ,(fig.17.31) :- prize de pământ simple :1,2,3 ;multiple :7 ;- conductoare de legătură dintre electrozi :4,5 ;- conducta principală de legare la pământ :6 ;- ramificaţiile de la această conductă la echipamente

şi piesele de separaţie necesare măsurătorilor. O prima clasificare a prizelor de pământ se face pe seama modului în care se obtin, pe cale naturală, respectiv pe cale artificială.

Prizele naturale se obtin pe seama structurilor metalice aflate în contact cu solul(ingropate) din alte cauze, independente de realizarea unei prize de pământ, dar care indeplineste conditia unei prize de pământ. Prizele de pământ naturale pot fi constituite din : armaturi metalice ale constructiilor din beton armat în contact cu pământul, stalpilor, conducelor metalice ingropate, etc. Se recomanda, din considerente economice, utilizarea în primul rând a prizelor de pământ naturale, iar în măsura în care acestea nu asigură conditiile cerute, se execută şi prize artificiale. Prizele de pământ artificiale se clasifică în :

- verticale – utilizate când straturile de adâncime ale solului au o rezistivitate mai mică decât cele de suprafaţă. Electrozii verticali sunt sub formă de ţevi sau profile, îgropate în pământ la o adâncime minimă de 0.5 m, măsurată la suprafaţă solului până la partea superioară a electrodului.

orizontale – utilizate atunci când straturile de la suprafaţă solului au o rezistivitate mai mică decât cele de adâncime. Electrozii sunt realizaţi din profile rotunde cu lungime minimă de 3m, dispuşi radial şi îngropaţi la 0.6-1 m adâncime.

Page 22: instalatii electrice 2.

17.5.2. Dimensionarea instalaţiilor de legare la pământ.

Pentru dimensionarea prizelor de pământ este necesar să se determine în prealabil rezistivitatea solului. În cazul în care aceasta se obţine prin măsurări (ρmax), se impune corelarea valorii ei cu umiditatea solului în momentul măsurării,satfel:ρ=ρmaxΦ în care : - rezistivitatea de calcul ; ρmax - rezistivitatea obţinută prin măsurări ; Φ - coeficientul de variaţie a rezistivităţii solului, funcţie de adâncimea de îngropare şi umiditatea solului.(Tabelul 17.4)

Fig.17.32.

În funcţie de rezistivitatea straturilor de pământ, se alege tipul de priză şi se determină numărul de electrozi, ţinând seama de : - rezistenţa de dispersie a unui singur electrod ;

- rezistenţa de dispersie maximă admisă pentru instalaţia respectivă de legare la pământ ; - coeficientul de utilizare în comun a electrozilor care formeaza instalaţia.

Se efectueaza un calcul prealabil al rezistenţei de dispersie a prizei de pământ de protecţie. A. Determinarea rezistenţei de dispersie a prizelor de pământ simple A1.Determinarea rezistenţei de dispersie a prizelor de pământ verticale Calculul rezistentei de dispersie a prizelor simple verticale cu bentonită se face utilizând relaţiile indicate în tabelul (Tabelul 17.5) . A2. Determinarea rezistenţei de dispersie a prizelor de pământ simple orizontale Determinarea rezistenţei de dispersie se face cu relaţiile indicate în tabelul(17.6). B. Determinarea rezistenţei de dispersie a prizelor de pământ multiple.

Fig.17.32 b)a)

Page 23: instalatii electrice 2.

SUB 18 Măsurări în instalaţiile de legare la pământ : Măsurarea rezistenţei prizei de pământ Aceasta se efectuiază în curent alternativ prin metoda ampermetrului şi voltmetrului sau metoda celor trei măsurători. Metoda ampermetrului şi voltmetrului presupune utilizarea unei prize auxiliare A şi a unei sonde S, aflate la distanta de a>20m şi b>20m, fig .17.34. Conform legii lui Ohm, rezistenţa de dispersie a prizei P este:

Rp= (17.59)

Dacă nu se pot respecta condiţia Rv >>Rs ,atunci se efectuiază corecţia :

Rp= (17.60)

Metoda celor trei măsurători constă în măsurarea succesivă a trei perechi de rezistenţe legate în serie, fig. 17.35.

R1= =Rp+RA R2= =RA+RS R3= =RS+RP (17.61)

Din sistemul de ecuaţii: (17.62)Error: Reference source not found

(17.63)

SUB 17 Măsurări în instalaţiile de legare la pământ : Măsurarea rezistivităţii solului Aceasta se poate face prin metoda celor patru electrozi sau prin metoda electrodului de control. Dacă instalaţia de legare la pământ se întinde pe o suprafaţă relativ mare, măsurătorile se fac în mai multe puncte ale terenului, determinându-se valoarea rezistivitatii medii ρmed a solului. În cazul utilizării metodei celor patru electrozi, aceştia sunt dispusi în linie la o distanta d între ei, fig. 17.33. Electrozii A şi B se numesc electrozi de curent, iar M şi N sunt electrozi de potenţial. Rezistivitatea solului se determină cu relaţia:

Fig.17.35.

Rps Rpa

Fig.17.34.

a b

A

V

Rp

P S A

Page 24: instalatii electrice 2.

ρ=k [ΩM] (17.54)

Error: Reference source not found unde U şi I sunt valorile măsurate ale tensiunii şi curentului, iar k este un coeficient ce depinde de poziţia reciprocă a electrozilor, conform relaţiei:

K= (17.55)

Daca AM=MN=NB=d, rezultă: Ρ=2 (17.56)

Distanţa dintre electrozii A şi B depinde de adâncimea h de măsurare a rezistivităţii solului.

SUB 19 Măsurări în instalaţiile de legare la pământ : Masurarea tensiunilor de atingere şi de pas În acest scop se foloseşte, de cele mai multe ori, metoda ampermetrului şi voltmetrului, fig. 17.36 şi fig.17.37 şi utilizând, pentru tensiune, valori reduse, nepericuloase.

Fig.17.36. Fig.17.37. Tensiunile UP, US şi Upas măsurate, sunt proporţionale cu valoarea curentului care trece prin instalaţia de protecţie. Valorile coeficienţilor de aringere şi de pas se calculează cu relaţiile:Error: Reference source not found

ka= (17.64)

Fig.17.33.

A AA

V

S1

S2

Pa V

electrozi de masura(in contact cu solul

A

Pa

Up2

S2 Up1 S1

Page 25: instalatii electrice 2.

kpas= (17.65)

Valorile acestor coeficienţi permit determinarea tensiunilor de atingere şi de pas în funcţie de valorile reale ale tensiunilor ce se vor aplica pe o instalaţie de protecţie la şoc electric.

SUB 21 DIMENSIONAREA CONDUCTOARELOR ŞI CABLURILOR: ALEGEAREA SECTIUNII

În cap. 10 s-a prezentat modul de determinare a puterilor, definite de calcul, în funcţie de care se dimensionează elementele unei reţele electrice.

Din punct de vedere a modului de determinare a puterii de calcul există două situaţii distincte :

- când elementul reţelei electrice este parcurs de curentul unui singur receptor, fiind definit circuit electric respectiv, când se asigură alimentarea de la un tablou electric secundar (TS). Circuitele de iluminat şi prize reprezintâ o excepţie;

- când elementul reţelei este parcurs de curenţii mai multor receptori, fîind definit coloană electrică, care realizează legătura între tablourile electrice ale reţelei.

În urma dimensionării unui conductor sau cablu rezultă, pentru acesta, o anumită valoare a secţiunii părţii sale active (calea de curent).

12.1.1. Alegerea secţiunii conductoarelor şi cablurilor se face pe seama puterii de calcul care se determină în fimcţie da natura elementului reţelei electrice.

A) Alegerea secţiunii circuitelor electrice.A-l. - de iluminat şi prize.

Pentru circuitele de iluminat şi prize din clădiri civile ,dacă se respectă încărcarea recomandată, (cap.10) atunci, valorile secţiunii conductoarelor şi cablurilor sunt cele indicate în tab. 10.2.-10.4.Dacă încărcarea circuitelor este diferită atunci, se calculează valoarea curentului corespunzătoare încărcării reale, pentru faza cea mai încărcatâ :

(12.1.)

unde : - n - numărul de corpuri de iluminat, locuri de lampă,montate pe un circuit - PLLI - puterea instalată a unui corp de iluminat (loc de lampă), iar curentul de calcul va fi :

IC=PC / 220V [A] (12.2.)

Pentru circuitele monofazate de prize, datorită caracterului aleator al receptorilor, se recomandă respectarea numărului de prize alimentate de pe un circuit, pentru care secţiunea conductoarelor are valori ce permit executarea relativ uşoară a instalaţiei electrice interioare.

A-2-de forţă.

Pentru circuitele de forţă puterea de calcul se determină aşa cum s-a arătat în [2].B. Alegerea secţiunii coloanelor electrice. B-1- de iluminat şi prize.

Pentru coloanele electrice din clădirile civile , dacă se respectă încărcarea recomandată, valorile

Page 26: instalatii electrice 2.

secţiunilor sunt cele din tab.10.3-10.4, iar dacă încărcarea este diferită se calculează încărcarea reală pentru faza cea mai încărcată, a coloanei respective, ţinând cont de coeficientul de simultaneetate.

B-2- de forţă.

Pentru coloanele schemelor electrice ce alimentează receptori de forţă puterea de calcul se determină aşa cum s-a prezentat în [2].

Cunoscând valoarea puterilor de calcul, Pc sau Ic, pentru un circuit sau coloană, alegerea secţiunii, din condiţia de asigurare a stabilitâţii termice a căii de curent ,se face ţinând cont şi de condiţiile concrete în care vor ftmcţiona aceastea. Producătorul conductoarelor sau cablurilor indică o valoare admisibilă a curentului, (Iad), pentru o anumit[ secţiune, corespunzător unor condiţii, de regulă, de temperaturâ şi în funcţie de natura izolaţiei.

Pentru circuitele şi coloanele care se montează în interior curentul admisibil (Iad) al producătorului se corectează astfel [6]:

I’ad = Iad xk (12.3.)unde : - k1 - coefîcient de corecţie după temperatura mediului ambiant; -Iad - curentul admisibil al unei secţiuni în regim permanent, pentru temperatura mediului ambiant de +25°C, în ftincţie de natura izolaţiei şi numărul de conductoare montate într-un tub de protecţie.

Condiţia de alegere este :

Ic Iad (12.4.)

unde : -Ic este curentul de calcul al coloanei sau circuitului electric, atât din schemele de iluminat şi prize cât şi de fortă.Pentru conductoarele şi cablurile montate în exterior curentul admisibil (Iad) al producătorului se corectează în fimcţie de condiţiile de pozare - în aer ;în subteran. La pozarea în aer curentul admisibil se corectează astfel:

Iad=Iadxk1xk2 (12.5.)

unde : - k1- coefîcient de corecţie m fimcţie de modul de pozare în aer (pe pereţi, grătare, stelaje);

- k2 - coeficient de corecţie în funcţie de temperatura mediului ambiant (la3O0C k2 = l). În cazul pozării în pământ:

Iad=Iadxk1xk2xk3 (12.5’.)unde : - k1 - coeficient de corecţie în funcţie de rezistenţa termică a solului;

- k2 - coeficient de corecţie în fimcţie de numărul cablurilor pozate direct în pământ;- k3 - coeficient de corecţie în funcţie de temperatura solului. Secţiunea conductorului

sau cablului care satisface cerinţa de alegere (12.4) este cea pentru care i se asigură acestuia stabilitatea termică în regim de lungă durată.

SUB22 VERIFICAREA CAILOR DE CURENT :CALCULU PIERDERILOR DE

TENSIUNE IN RETEA 3FCU O SARCINA CONCENTRATA LA UN CAPAT

Admiţând că reţeaua electrică este echilibrată, căderile de tensiune într-un sistem electric

Page 27: instalatii electrice 2.

trifazat pot reprezenta :

- un sistem electric trifazat simetric, dacă sistemul de curenţi trifazaţi de sarcină este simetric;

- un sistem electric trifazat nesimetric, dacă sistemul de curenţi trifazaţi de sarcmă este

nesimetric. În acest caz, se va calcula căderea de tensiune pe faza cea mai încărcată.

A.1 Calculul pierderilor de tensiune în reţele electrice încărcate simetric.

A.1.1- cu o sarcină concentrată la capăt.În fig. 12.2. se prezintă schema electrică corespunzatoare acestui caz.

Adoptând ca referinţă tensiunea de fază la receptor, Ur, fig.12.2.b, rezultă:

(12.11)

respectiv:

deoarece în reţele încărcate simetric (pentru alimentarea receptorilor trifazaţi de forţă) curentul pe nul este zero :

(12.12)

iar conductorul de nul nici nu există.

Diagrama fazorială corespunzătoare fig.12.2.b. este prezentată în fig.12.3.a., unde s-a considerat RE prin impedanţa: Z=R+jX iar impedanţa sarcimi,fig.l2.3.b.:

(12.13.)

Modulul căderii de tensiune ,ΔU, conform fig.l2.3.b, este segmentul uw, adoptând ca referinţă tensiunea la receptor. Rezultă:

(12.14.)

Fig.12.2. .

Page 28: instalatii electrice 2.

Determinarea analitică a valorii acestui modul este posibilă, dar dificil de efectuat. Deoarece, corespunzător valorilor admise ale căderilor de tensiune unghiul δ , dintre U şi Ur ,are valori foarte mici,(2÷4)0 electrice, se admite aproximarea

Ca urmare, valoarea modulului căderii de tensiune se determină ca proiecţia componentelor acesteia pe direcţia axei de referinţă (Ur). Această valoare este definită în literatura de specialitate drept pierdere de tensiune, iar modulul căderilor de tensiune se vor calcula ca pierderi de tensiune.Rezultă, pentru pierderea de tensiune pe faza unei reţele electrice trifazate simetrice, expresia analitică:

(12.15.)Deoarece în practică se operează cu puterile trifazate, iar verificările se efectuează cu

valorile procentuale, expresia (12.15) se poate transforma astfel:

respectiv:

unde: -P şi Q sunt puterile trifazate, activă şi reactivă, absorbite de sarcina concentrată la capăt.

SUB 23 CALCULU PIERDERILOR DE TENSIUNE IN RETEA 3F CU MAI MULTE

SARCINI CONCENTRATE( DOUA)

AL2. - cu două sarcini concentrate .

Schema electrică monofilară corespunzătoare acestui caz se prezintă în fig.12.4; se adoptă ca referinţă tensiunea la receptorul cel mai defavorizat (Ur) şi rezultă diagrama fazorială din fig.12.5.

În fig.12.4, cu i1 şi i2 s-au notat curenţii celor două sarcini concentrate, iar φ1 şi φ2

reprezintă defazajul dintre aceşti curenţi şi tensiunile care îi determină, U1 şi U2; cu r şi x s-au notat parametrii unui tronson al reţelei.

Curenţii pe tronsoanele reţelei ,care determină căderile de tensiune, determinaţi de cei de sarcină sunt, fig.12.5:

(12.18.)Pentru a calcula pierderea de tensiune între U1 şi U2 , ca sumă a pierderilor de tensiune corespunzătoare căderilor de tensiune :

(12.19.) şi adoptând ca referinţă pe U2 , sunt necesare următoarele aproximări :-proiecţia fazorului r1I1 pe direcţia lui U2 se aproximează cu r1I1cosφ1 , deşi unghiul real nu este φ1 ci unghiul dintre I1şi U2 .-în mod similar proiecţia fazorului x1I1 pe direcţia lui U2 se aproximează cu x1I1sinφ1.

Ca urmare, pierderea de tensiune în reţele electrice trifazate încărcate simetric cu două

(12.16.

12.17.

Page 29: instalatii electrice 2.

sarcini concentrate are expresia analitică : (12.20)

În cazul mai multor sarcini concentrate este admisă aceeaşi aproximaţie, deoarece eroarea de unghi cumulată nu depăşeşte valoarea unghiului δ menţionată mai sus.

Deoarece în practică se cunosc valorile curenţilor absorbiţi de sarcini (i1, i2....in) expresia (12.20) se poate transforma, ţinând cont de (9.18) şi notând :

(12.21.)

care reprezintă rezistenţa respectiv, reactanţa de la sursă până la sarcina concentrată astfel: (12.22.)iar dacă se operează cu puterile trifazate ale sarcinilor (pi,qi):

[%] (12.23.)

SUB 24 VERIFICAREA CAILOR DE CURENT :CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE IN RETELE 3F+N DETERMINAREA EXPRESIEI GENERALE

Reţelele electrice trifazate care alimentează şi receptori monofazaţi (corpuri de iluminat şi

prize), pe de o parte ,au conductor de nul iar ,pe de altă parte, pe acesta circulă un curent

determinat de rezultanta sumei vectoriale, fig.12.2.,:

(12.24.)

Căderea totală de tensiune pentru o fază va avea două componente :

(12.25.)

unde:

Page 30: instalatii electrice 2.

- UFRST este căderea de tensiune pe conductorul de fază şi care se calculează aşa cum s-

a arătat anterior ;

- UN=IN(RN+jXN) – este căderea de tensiune pe conductorul de nul care, în principiu, se

calculează similar cu cea de pe conductorul de fază , dacă se cunosc valorile curentului IN.

Deoarece căderea de tensiune totală este suma a două mărimi vectoriale, este dificilă

determinarea valorii modulului acesteia şi a valorii procentuale necesare verificărilor.

Fig.12.5.

Fig.12.3.

Fig.12.4.

Page 31: instalatii electrice 2.

Fig.12.6. Fig.12.7.

- sistemul de tensiuni este practic simetric. În aceste condiţii particulare diagrama fazorială a

curenţilor este cea din fig.12.7, iar curentul pe conductorul de nul are expresia :

(12.26.)

Adoptând ca referinţă pe IR şi înlocuind valorile curenţilor Is şi IT cu valoarea lor medie :

rezultă:

Fig. 12.5.

Page 32: instalatii electrice 2.

SUB 25 VERIFICAREA CAILOR DE CURENT :CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE IN RETELE 3F+N , CAZURI PARTICULARE RAMNIFICATII MONO SI BIFAZATE

Cazuri particulareDeoarece în practică se întâlnesc racorduri (derivaţii) mono sau bifazate, de la o reţea

electrică trifazată cu patru conductoare, în continuare se vor determina pierderilede tensiune pentru circuitul de fază cel mai încărcat prin particularizarea expresiei (12.28):

- racordul monofazat, fig. 12.8 .a, pentru notaţiile din figură, rezultă: (12.29.) dacă se consideră :

- racordul bifazat, fig.12.8.b, :

(12.30.)

pentru că , în acest caz , rf =rN.Acesta este însă cazul consumatorilor care au sursă (post de transformare) propriu. În

cazul consumatorilor racordaţi la reţeaua de distribuţie de joasă tensiune valorile admise de receptori rămân aceleaşi însă ΔUTotal are două componente, fig.12.9 :

- una pe reţeaua furnizorului ΔUfurnizor ;- una pe reţeaua consumatorului U consumator(până la fiecare receptor în parte).

Pierderile de tensiune în regim de pomire, în prmcipiu se calculează ca mai sus, însă cu

valorile corespunzătoare ale curenţilor de circulaţie, respectiv :- pentru circuite :

Ip=kp.Imotor (12.32) pentru coloane :Ip=Ipmax+ unde : (12.33)

- kp - coefîcient de pornire ;- Ipmax - curentul de pornire al celui mai mare motor alimentat prin coloana respectivă;(n-i) -curentul de calcul pentru cei (n-1) receptori ce fimcţionează în regim normal şi sunt alimentaţi prin aceeaşi coloană.

Fig.12.9.

Page 33: instalatii electrice 2.

Dacă pierderile de tensiune astfel calculate nu se înscriu în limitele admisibile atunci, sunt posibile următoarele soluţii:

- menţinerea secţiunilor, dar adoptarea, dacă este posibil, a altei scheme electrice (de ex.radial- arborescentă în loc de magistrală sau cascadă);- creşterea secţiunii conductoarelor şi cablurilor, adică adoptarea unor secţiuni tehnice

mai mari decât cele nominale adoptate în urma etapei de alegere.

SUB 26 Dimensionarea aparatelor de conectare şi separare.

În cap.11 s-au prezentat caracteristicile aparatelor electrice, în general, iar în paragraf.11.2.3 s-au analizat aparatele electrice de conectare şi separare.

Având rolul de a conecta / deconecta curenţi de regim normal, (în scopul punerii /scoaterii de sub tensiune, sau de comandă) dimensionarea lor se face în funcţie de solicitările de regim normal. Pe lângă solicitările specifice unei căi de curent aceste aparate sunt solicitate şi de arcul electric, specific operaţiilor de conectare / deconectare.

Solicitările la care sunt supuse sunt similare cu cele ale conductoarelor şi cablurilor de pe circuite şi coloanele în care se intercalează.

Pe seama rolului lor funcţional aceste aparate pot fi montate :- pe intrarea într-un tablou electric de distribuţie, având rolul de a-1 pune şi scoate de sub tensiune; acţionarea sa se recomandă să se efectueze când curentul de

sarcină este nul, fig.9.1; 9.4; 9.5; 9.11;- pe circuitul de alimentare a unui receptor, având rolul de a executa funcţia de comandă a acestuia; de regulă, în tabloul secundar (TS) din care este alimentat receptorul, pe circuitul acestuia nu se montează aparate de conectare (AC) deoarece, de regulă, funcţia de comandă o au AC montate pe receptor (utilaj), fig.9.4;9.13;- în amonte, în raport cu un aparat de protecţie, având rol de separare vizibilă a scoaterii de sub tensiune a acestuia.

SUB 27 Dimensionarea aparatelor de conectare de protecţie.

Aparatele de protecţie utilizate în reţelele electrice de joasă tensiune s-au prezentat în

paragraf.11.2.5. Datorită principiului diferit de acţiune a siguranţelor fuzibile, faţă de

întrerupătorul automat şi dimensionarea lor este diferită.

Alegerea aparatelor electrice de conectare de protecţie.Siguranţe fuzibile Alegerea siguranţei fuzibile se face din următoarele cerinţe :- fuzibilul să nu se topească la acţiunea curentului de regim normal (IC) al elementului

pe care îl protejează : (12.37.)

- fuzibilul să se topească înainte ca temperatura elementului protejat să ajungă la valoarea limită :

(12.38.)

Page 34: instalatii electrice 2.

unde : φ = 1 -în cazul reţelelor electrice ce sunt exploatate de personal calificat; φ = 1,25- în caz contrar (locuinţe, etc.).

Întrerupătorul automatÎntrerupătorul automat fiind un aparat de conectare cu capacitate de rupere mare, asociat

cu relee termice şi electromagnetice ,alegerea se efectuează atât pentru aparatul de conectare cât şi pentru releele de protecţie.

Alegerea aparatului de conectare se face ca în subcap.12.2. Pentru releele de protecţie alegerea constă în verificarea cerinţei de a nu acţiona în regim normal (siguranţa în neacţionare) :

SUB28 Verificarea aparatelor de conectare de protecţie.A.- siguranţe fuzibileO primă verificare a fuzibilului constă în verificarea neacţionării lui (să nu se topească)

la acţiunea unor curenţi de şoc respectiv, a curenţilor de pornire. Se impune condiţia :

(12.40.)unde: - Ip se calculează pentru circuit sau coloană cu (12.32., 12.33.);

- C coeficient ce ţine seama de condiţiile de pornire ale motorului : - 2,5 - în cazul unor porniri normale, uşoare şi rare; -1,6 – 2 -în cazul unor porniri grele ( în sarcină şi fără limitarea curentului de pornire).

O altă verificare, esenţială pentru o siguranţă fuzibilă, fiind o caracteristică a camerei de stingere, este a capacităţii de rupere :

(12.41.)unde : - este valoarea curentului de rupere indicat de producător pentru patronul siguranţei fuzibile;

- curentul de scurtcircuit ( valoare efectivă) maxim ce străbate siguranţa fuzibilă, în locul său de montare.

Această cerinţă asigură integritatea siguranţei fuzibile, protejarea elementului de protejat se asigură pe seama caracteristicilor de fuziune a siguranţei fuzibile şi a limitei de stabilitate a elementului protejat.

B.- întrerupătorul automat Pentru aparatul de conectare al întrerupătorului automat, (IA), se verifică capacitatea de

rupere a acestuia : (12.42.)

unde:- Ik are semnificaţia din relaţia (12.41.).Pentru releele electromagnetice cu care se echipează IA se verifică parametrii de calitate

specifici acţiunilor automate şi anume :-sensibilitatea (siguranţa în acţionare):

(12.43.)

unde : - , este valoarea cea mai mică a curentului de scurtcircuit pe care

trebuie să-l deconecteze IA; - , coeficient de sensibilitate, cu valori recomandate în funcţie de natura elementului protejat.

-rapiditatea , estimată prin intervalul de timp td (10.57÷10.64) în care este deconectat elementul cu defect respectiv, durata solicitării termice de scurtă durată.

Page 35: instalatii electrice 2.

SUB29 .Dimensionarea aparatelor electrice de măsură.12.4.1. Dimensionarea transformatoarelor de măsură de curent.Înfăşurarea primară a transformatorului de măsură de curent, TC, înseriată în reţeaua

electrică, fig.11.11, fig.11.14, este solicitată ca orice cale de curent şi ca urmare, trebuie aleasă şi verificată din punct de vedere a solicitărilor termice şi electrodinamice.

Ca urmare, se procedează la alegerea curentului nominal primar pe seama : (12.44.)

unde : - Imax sarcină este valoarea maximă a curentului ce trebuie măsurat corect ( cu clasa de precizie impusă) .Verificarea stabilităţii termice şi mecanice se realizează cu (12.35.) şi (12.36.), în care curenţii limită termic şi dinamic sunt ai TC.

Din punct de vedere a înfăşurării secundare, se verifică corelarea dintre sarcina secundară şi clasa de precizie (11.9).

12.4.2. Dimensionarea transformatoarelor de măsură de tensiune.Deşi sunt mai puţin utilizate în RE-JT, datorită directei accesibilităţi a instrumentelor

de măsură la tensiunea reţelei, transformatoarele de măsură de tensiune, în cazul utilizării lor, (pentru adaptarea tensiunii la valoarea unificată a tensiunii instrumentelor de măsură – 100 V) se aleg după tensiunea reţelei şi se verifică corelarea sarcinii secundare cu clasa de precizie (11.9.). Fig.12.10.

Page 36: instalatii electrice 2.

SUB30Dimensionarea transformatoarelor de măsură de tensiune.

Deşi sunt mai puţin utilizate în RE-JT, datorită directei accesibilităţi a instrumentelor de

măsură la tensiunea reţelei, transformatoarele de măsură de tensiune, în cazul utilizării lor,

(pentru adaptarea tensiunii la valoarea unificată a tensiunii instrumentelor de măsură – 100 V)

se aleg după tensiunea reţelei şi se verifică corelarea sarcinii secundare cu clasa de precizie

(11.9.).

Dimensionarea transformatoarelor dintr-un post de transformare.Pentru consumatorii racordaţi la reţeaua electrică de distribuţie de medie tensiune a

furnizorului, este necesară şi dimensionarea transformatoarelor ce se vor monta în postul de transformare (PT), fig.12.11.

Fig.12.11.Dimensionarea constă în stabilirea puterii necesare a se instala în PT respectiv,

determinarea numărului (n) şi a puterii nominale a transformatoarelor (PnT), fig.12.11. Cerinţele ce se au în vedere sunt :

- asigurarea stabilităţii termice a înfăşurărilor transformatorului;- rentabilitatea tranzitului de putere;- asigurarea rezervei respectiv, satisfacerea unei anumite puteri la consumator.

SUB 31 Regimul optim de încărcare al transformatoarelor de forţă.12.5.2.1. Regimul optim de încărcare al unui transformator de forţă.Tranzitul unei puteri S printr-un cuadripol , fig.12.13, în general, printr-un transformator

de forţă, în particular, este însoţit de pierderi de putere activă (Δp) şi reactivă (Δq):

(12.53.)unde : - şi , sunt pierderi pe elementele transversale ( ) şi nu depind de sarcina S.

- , sunt pierderi pe elementele longitudinale ( ) fiind dependente de S.

Page 37: instalatii electrice 2.

Fig.12.13.Producătorul indică pentru valorile corespunzătoare sarcinii nominale

(Sn).Pentru o sarcină oarecare S, pierderile totale de putere activă sunt :

(12.54.)

Fiind o funcţie de variabilă S, pierderile vor avea un extrem (minim) pentru un S=Soptim. Pentru funcţia (S) (12.54) se obţine :

(12.55.)

deoarece Deci din cerinţa de rentabilizare a tranzitului de putere transformatorul trebuie să se

încarce doar cu puterea Sopt

SUB 32 Regimul optim de încărcare al mai multor transformatoare de forţă.Dacă într-un PT sunt montate un număr n de transformatoare de forţă, din punct de

vedere al rentabilităţii tranzitului ,se pune problema numărului de transformatoare cu care trebuie să se funcţioneze pentru o anumită putere S tranzitată respectiv, a puterii critice (S cr) la care să se treacă de la n la n+1 transformatoare, fig.12.12. sau invers. Valoarea S cr rezultă din condiţia :

(12.56.)respectiv :

(12.57.)

de unde :

(12.58.)

Cerinţa privind continuitatea în alimentare respectiv, determinarea lui n, se asigură în funcţie de categoria consumatorului în ansamblu său, sau a ponderii receptorilor vitali ai acestuia.

Page 38: instalatii electrice 2.

Fig. 12.14.

SUB 33 CAP. 19. BATERIA DE ACUMULATOARE : constructie principiu de functionare, caracteristici

În capitolul 5 s-au prezentat sistemele de iluminat de siguranţă, pentru care sunt necesare surse de alimentare de rezervă de siguranţă respectiv, baterii de acumulatoare, iar în capitolul 8 s-au evidenţiat şi alte tipuri de receptori pentru care se impune asigurarea alimentării de rezervă de siguranţă, tot cu bateria de acumulatoare. 19.1. ELEMENTE COMPONENTE. Bateria de acumulatoare este un ansamblu de elemente acumulatoare,(EA) conectate în serie şi/sau în paralel pentru a obţine tensiunea nominală şi capacitatea electrică necesară. Elementul acumulator este format din: - electrozi, caracterizaţi fiecare printr-un anumit potenţial electric, iar diferenţa celor două potenţiale reprezintă tensiunea nominală a elementului acumulator; - electrolit, lichid sau pastă, care reprezintă calea de curent pentru purtătorii de sarcină acumulaţi pe electrozi; - vasul în care se montează electrozii, acoperiţi cu electrolit; - plăci separatoare, electroizolante, între electrozi. În funcţie de domeniul în care va fi folosită bateria de acumulatoare având în vedere, mai ales, considerente economice, rezultă natura elementului chimic din care se realizează electrozi (Ni, Cd, Pb, Li, etc.) şi în consecinţă natura electrolitului.

Pentru utilizări curente s-a impus elementul acumulator cu plăci de plumb, pentru care electrozii sunt de plumb şi bioxid de plumb, iar electrolitul este o soluţie diluată de acid sulfuric a cărei densitate este în jurul a 1.25g/cm3. Vasul se execută din bachelită, sticlă sau ceramică, în funcţie de condiţiile de exploatare. La baza funcţionării unui element acumulator stau fenomene fizico, electro-chimice complexe, care pot fi sintetizate în ecuaţia chimică: PbO2+Pb+2H2SO4-----------2PbSO4+2H2O (19.1)

Page 39: instalatii electrice 2.

SUB 34 DIMENSIONAREA BATERIEI DE ACUMULATOARE.

Dimensionarea bateriei de acumulatoare se face în funcţie de regimul ei de funcţionare şi constă în determinarea numărului de elemente conectate în serie şi eventual în paralel şi a numărului de tip N. 19.5.1. Determinarea numărului de elemente acumulatoare conectate în serie. Numărul de EA a unei BA depinde de tensiunea nominală a receptorilor alimentaţi, de tensiunea pe un EA, de căderile de tensiune pe căile de curent şi cele admise de receptori.

Ţinând cont de pierderile de tensiune pe căile de curent, dintre BA şi receptori, se impune:

(19.5)

unde: ΔUmin% este căderea de tensiune minimă, în procente, în regim normal şi sarcină minimă. Tensiunea UB, astfel determinată , trebuie s asigure tensiunea minimă la receptori, Umin, în regim de sarcină maximă:

U0SI

U0BA

BA

SI

I Icr

Fig.20.3 Fig.19.3.

Page 40: instalatii electrice 2.

(19.6)

unde: ΔUmax- căderea de tensiune pe căile de curent la sarcină maximă ; Umin- cea mai mică dintre tensiunile minime admise de receptori. Dacă BA are un număr fix de elemente atunci numărul de EA al BA este:

n= (19.7)

unde: UB- este tensiunea care satisface ( 19.5) şi ( 19.6); Uip- tensiunea pe EA în regim de încărcare permanentă. În cazul BA ce funcţionează în regim ocazional nnumărul suplimentar de EA este determinat de tensiunea minimă Udmin şi de tensiunea maximă a sursei de încărcare Usmax: (n+ns)Udmin=UB ( 19.8)

(n+nsUimax=USmax 19.9)

19.5.2. Determinarea numărului de tip –N- Capacitatea minimă necesară a unei BA se determină din condiţia:

(19.10)

19.5.3. Verificarea numărului de tip. O primă verificare se efectuează din punct de vedere al EA şi verifică dacă în regim de şoc curentul de descărcare satisface condiţia:

( 19.12)unde: Iasoc- curent de sarcină cu caracter de şoc;

SUB 35 INSTALAŢII DE PARATRĂSNET . 20.1. PRODUCEREA TRĂSNETULUI .

Descărcarea de trăsnet se formează între norii încărcati cu sarcini electrice şi sol, sau obiecte de pe sol, fiind caracterizat printr-o lungime mare a intervalului de descărcare ( km) . 20.3. EFECTELE TRĂSNETULUI

Pot fi de natură termică, mecanică, electromagnetică, ş.a.Efectele termice constau în supraâncălzirea conductoarelor străbătute de curentul de

trăsnet, în topirea metalelor la contactul direct cu canalul descărcării. De exemplu, pot suferi cablurile de antenă de televizor sau tablele de cupru, sau de fier, care pot fi topite pe adâncimi de până la 5 mm, respectiv 4 mm, cel mult. Efectul termic poate avea consecinţe importante în cazul contactelor imperfecte, în care caz particule metalice lichefiate sau scântei din particule metalice, în contact cu materiale inflamabile, pot provoca incendii.

De asemenea, poate da naştere la incendii, acţiunea curentului persistent, de intensitate mică, dar de durată egală cu durata de ordinul secundelor a unei descărcări multiple.

Efectele mecanice ale descărcării de trăsnet sunt datorate forţelor electrodinamice care apar pe conductoarele parcurse de curentul de trăsnet, precum şi efectelor electrohidraulice şi electrogazodinamice, care apar la contactul canalului de trăsnet cu mediul care formează vapori, sau generează gaze..

Efectele electrochimice constau în descompunerea electrolitică a materialelor de pe conductoare sau de pe prizele de pământ, cu consecinţe importante în ceea ce priveşte coroziunea acestora, mai ales în cazul în care ele sunt îngropate.

Page 41: instalatii electrice 2.

Efectele electromagnetice ale descărcării de trăsnet au drept principală consecinţă apariţia supratensiunilor. Aceste efecte se por grupa în efecte primare , cauzate de loviturile directe şi efecte secundare, care au drept cauză inducţiile electrostatică şi electromagnetică.

Efectele primare constau în supratensiunile care apar datorită căderilor de tensiune pe elemente ale instalaţiilor ( de exemplu pe stâlpi ai liniilor electrice) prin care curentul de trăsnet se scurge la pământ.

Efectele secundare ale trăsnetului apar datorită variaţiei câmpului electromagnetic creat de canalul descărcării, care dă naştere la supratensiuni prin inducţie electrostatică şi electromagnetică.

20.6. MIJLOACE DE PROTECŢIE ÎMPOTRIVA LOVITURILOR DIRECTE DE TRĂSNET.20.6.1. Terminologie şi clasificări.- sistem de protecţie – ansamblul constituit dintr-o instalaţie exterioară şi/sau măsuri

interioare de protecţie împotriva trăsnetului şi care asigură reducerea riscurilor de deteriorare a construcţiilor şi de accidentare a persoanelor;

- instalaţie exterioară de protecţie (IPT) – ansamblu format dintr-un dispozitiv de captare, conductoare de coborâre şi priză de pământ;

20.6.3 Dispozitive de captare.

A) Dispozitivele de captare naturale se folosesc cu prioritate şi pot fi constituite din :

- a) învelitorile din tablă care acoperă construcţia de protejat dacă se asigură valorile minime privind secţiunea şi continuitate electrică;

- b) elementele metalice portante ale acoperişului ( ferme,armături de oţel interconectate, etc) cu învelitoare nemetalice, eventuala deteriorare a învelitorii ( de către trăsnet) fiind acceptată de către beneficiarul lucrării;

B) Dispozitive de captare independente. În cazurile în care elementele metalice de la partea superioară a construcţiilor sau instalaţiilor tehnologice exterioare nu sunt suficiente pentru a constitui dispozitive de captare naturale sau nu asigură nivelul de protecţie necesar, se execută dispozitive de captare independente.

20.6.4 Conductoare de coborâreAu rolul de a canaliza energia electrică captată de dispozitivele de captare

( paratrăsnete) la priza de pământ.Conductoarele de coborâre trebuiesc să fie realizate astfel încât să se evite riscul apariţiei

scânteilor. Ca urmare, se impun următoarele condiţii :- curentul să parcurgă mai multe căi de curent ( conductoare) în paralel ;lungimea traseelor (conductoarelor) să fie cât mai mică;Legenda : h – înălţimea faţă de pământ a celui mai înalt punct al dispozitivului de captare, în ; α – unghiul faţă de verticală al zonei de protecţie ; R – raza sferei rotative, în m ;

Page 42: instalatii electrice 2.

*)- se aplică numai metoda sferei fictive rotative şi se respectă dimensiunile permise ale reţelei de captare .

Conductoarele de coborâre (căile de curent) se pot realiza în două variante :- dependente de clădire (naturale)- independente de clădireCoborârile naturale se folosesc cu prioritate şi pot fi realizate din :a) Echipamente metalice naturale dacă :- asigură continuitate electrică şi au secţiunea minimă admisibilă (I-20-94);b) Armăturile metalice ale structurii construcţiei; cu excepţia celor pretensionate. Dacă

nu sunt suficiente, se pot monta în beton coborâri suplimentare ;c) Elemente metalice de faţadă cu asigurarea cerinţelor de continuitate şi de secţiune

minimă admisă ;Fiecare conductor de coborâre , cu excepţia coborârilor naturale se prevede cu o piesă de

separaţie de priza de pământ, care se amplasează la 2-2,5 m în raport cu solul.

Conductoarele de coborâre se distribuie cât mai uniform şi simetric pe perimetrul spaţiului de protejat.

În cazul nivelului normal de protecţie se prevede câte un conductor de coborâre la fiecare 20 m pe perimetru, iar dacă nivelul de protecţie este întărit, la fiecare 10 m, însă minim două coborâri.

Din condiţia de asigurare a stabilităţii termice în regim de scurtă durată, secţiunea minimă a conductoarelor de coborâre se determină astfel :

s = k Imax (20.8.)unde k = coeficient determinat de natura materialului (1/840 –CU , 1/115 –OL) Imax – valoarea medie pătratică a amplitudinii curentului de trăsnet, compus din

mai multe impulsuri succesive. τ - durata curentului de trăsnet (fig.20.3)

20.6.6. Priza de pământ.

Din punct de vedere al protecţiei împotriva trăsnetului se recomandă (I-20-94) cu prioritate realizarea prizei de pământ unică şi comună pentru instalaţiile electrice, de telefonie şi înglobată în structura construcţiei.

Dacă prizele de pământ trebuie să fie distincte se impun ,însă, legarea lor la structura metalică înglobată prin legături de egalizare a potenţialelor.