Generalizări

În efortul Republicii Moldova de aderare la Uniunea Europeană, alinierea la standardele

europene constituie în egala măsura o necesitate și o provocare. Necesitatea este motivată de faptul că

absorția de receptoare electrice de proveniență europeana impune asigurarea condițiilor de calitate a

energiei electrice pentru a preveni uzura lor prematură. Provocarea consta în efortul pe care trebuie

să-l facă specialiștii moldoveni de cunoaștere a noilor reglementări și mai apoi de implementare

corectă în instalații.

În acest context o importanță deosebita o prezintă măsurile și echipamentele prin care se

asigură compatibilitatea electomagnetică la trasnet.

În figura 1 este prezentată o statistică furnizată de firma DEHN (producător de echipamente

electrice de protecție). Din 9600 de cazuri de avarii s-a constatat ca 27 % se datorează supratensiunilor

atmosferice și de comutație .

În cazul Republicii Moldova situația reală poate fi definită de un procent mai mare de

deteriorari datorate supratensiunilor atmosferice si de comutatie deoarece :

- lipsesc masurile de protectie ale instalatiilor electrice din imobile ;

- indicii de keraunicitate destul de ridicati pe teritoriul țării.

De remarcat, ca producerea supratensiunilor periculoase într-un anumit punct este o problema

de probabilitatate. Poate sa nu fie nici protectii nici probleme, sau poate fi instalată doar o parte din

sistemul de protectie și sa fie suficient, se poate beneficia de o investitie facuta in sistemul de protectie

acesta avînd conditii efective de funcţionare respectiv se obține sistemul complet de protectie realizat

și să nu existe supratensiuni.

Figura 1 – Cauzele defecțiunilor rezultate din analiza a peste 9600 cazuri de avarii

Gestionarea riscului trebuie facută avînd asigurate resurse dedicate acestui scop în bugetul

propriu, în caz contrar trebuie investit necondiționat în realizarea protecției la supratensiuni

atmosferice sau de comutație (STA/C).

1

supratensiuni 26,6%(de comutatie si atmosferice)

supratensiuni 26,6%(de comutatie si atmosferice)

vandalisme 8,9%vandalisme 8,9%foc 8,2%foc 8,2%apa 2,6%apa 2,6%neglijenta 25,7%neglijenta 25,7%

izolatie 27,9%

izolatie 27,9%

furtuni 0,1%furtuni 0,1%

Proprietarii de imobile si/sau de receptoare electrice își pot asuma conștient riscuri sau ca

alternativă la finanțarea soluției tehnice, pot apela la polițe de asigurare la unități specializate.

De ce trebuie să ne protejăm de supratensiuni?

În ultimii ani, protejarea împotriva supratensiunilor a devenit o necesitate din cauza utilizării

tot mai răspândite a echipamentelor electronice, spre exemplu, a dispozitivelor Mosfet, foarte sensibile

“prin natura lor” la supratensiuni. În trecut, în instalaţiile electrice se găseau componente

electromecanice, precum: motoare, transformatoare, etc. mai rezistente la aceste fenomene impulsive.

Nu au sporit cauzele de defectare, însă locuinţele noastre şi deopotrivă industriile sunt populate cu

echipamente mai sensibile, astfel încât, după cum vom vedea, până şi Norma CEI 64/8 cu varianta 3,

în vigoare începând cu 1 septembrie 2011, prevede instalarea unui descărcător (SPD) şi în tabloul

electric principal al clădirilor de locuinţe. Descărcătoarele (SPD-urile) îşi găsesc imediat aplicarea şi

răspândirea, însă nu pentru că reprezintă o noutate comercială adusă pe piaţă, ci pentru că, faţă de

celelalte sisteme de protecţie împotriva supratensiunilor, sunt economice, pot fi integrate într-o

instalaţie deja existentă şi funcţionează perfect dacă se aleg modelele potrivite şi sunt instalate corect.

Orice sistem de protecţie la supratensiuni trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe: să nu

permită distrugerea izolaţiei echipamentului electric protejat; să evite întreruperile accidentale în

alimentarea cu energie electrică, să limiteze riscul de electrocutare datorită creşterii potenţialului

electric al anumitor părţi ale echipamentului, să nu permită apariţia unor incendii din cauza amorsării

unor arcuri electrice sau a supraîncălzirii echipamentului electric sau a căilor sale de alimentare.

De la simplu, la complex, sistemele de protecţie la supratensiuni se grupează în: paratrăznete,

conductoare de gardă, conectarea neutrului reţelelor electrice la pământ printr-un rezistor, protecţii

serie de tip filtre LC, disjunctoare etc. şi protecţii paralel de tip eclatoare, diode în avalanşă şi

varistoare.

Dintre acestea, protecţiile paralel sunt cele care prezintă înaltă eficienţă în protejarea instalaţiilor şi

echipamentelor electrice împotriva supratensiunilor, indiferente de natura acestora: atmosferice sau

interne. Aceste protecţii creează, în principiu, o legătură tranzitorie de impedanţă foarte mică între

instalaţia de protejat şi pământ, care este eficientă pe o durată relativ scurtă de timp, dar suficientă

pentru ca supratensiunile tranzitorii produse de descărcările atmosferice directe sau indirecte, respectiv

cele cauzate de manevrele din reţelele electrice, să fie limitate la o valoare inferioară nivelului de

protecţie pe care îl asigură izolaţia instalaţiei respective.

Din categoria protecţiilor paralel utilizate în domeniul electroenergeticii fac parte: eclatoarele,

descărcătoarele cu coarne, descărcătoarele tubulare cu fibră, descărcătoarele cu gaze şi descărcătoarele

cu rezistenţă variabilă (DRV), care la rândul lor, pot fi: cu carbură de siliciu (SiC), cu diode Zenner cu

2

seleniu sau cu siliciu, cu diode cu siliciu şi ceramici semiconductoare cu oxid de zinc (ZnO) sau cu alţi

oxizi metalici.

Tabelul 1 - Comparaţie între proprietăţile dispozitivelor paralel de protecţie la supratensiuni DispozitivProprietăţi

Eclator DRV cu SiC Diodă Zenner cu Si Ceramici pe bază de ZnO

Curent de scurgere la Un nul ridicat mediu scăzut

Capacitate de absorbţie a energiei

ridicată scăzută scăzută ridicată

Timp de răspuns lent (10-6 s) mediu (<10-8 s) mediu (<10-8 s) rapid (<10-9 s)Gama de capacitate 1-10 pF - - 12 pF + 50 pF

Preţ de cost scăzut mare mare mediuComplexitate redusă ridicată ridicată medie

Domenii de aplicare joasă şi medie tensiune

medie şi înaltă tensiune, la circuite

de forţă

joasă tensiune Joasă, medie şi înaltă tensiune

Avantaje capacitate mare de trecere a curentului

fiabilitatecaracteristică foarte

neliniară;timp de răspuns redus;pierderi slabe în

regim permanent

caracteristică foarte neliniară;

capacitate foarte mare de absorbţie a energiei; timp de

răspuns foarte redus; fiabilitate

Dezavantaje

Timp mare de răspuns; pierderi

mari în regim permanent

pierderi mari în serviciu permanent; stabilitate termică

redusă

Element unipolar; capacitate redusă de

absorbţie a energiei; preţ ridicat

Pierderile în regim permanent cresc cu temperatura

Principiul de funcționare al unui descărcător

Pentru a înţelege funcţionarea unui descărcător (SPD), se presupune mai întâi că dispunem de

unul ideal a cărui funcţionare va fi descrisă. Ulterior, se va compara funcţionarea descărcătorului

(SPD-ului) ideal cu cel real.

Descărcătorul ideal poate fi descris imaginându-ne că avem o cutie mare al cărei conţinut nu îl

cunoaştem, legată, de exemplu, între L-PE, cu o impedanţă (Z) infinită pentru a nu altera funcţionarea

instalaţiei.

Figura 2 – Rgimul normal de funcționare a rețelei

Apariţia unei supratensiuni determină scăderea rapidă la 0 Ω a impedanţei la capetele cutiei

3

permiţând "absorbirea" curentului asociat supratensiunii. Cu cât supratensiunea este mai mare, cu atât

impedanţa este mai mică şi mai mare curentul drenat. Deci, putem să ne imaginăm un întrerupător

deschis la interiorul cutiei, care în prezenţa unei supratensiuni se închide scurtcircuitând circuitul în

aval, protejându-l.

Drenajul supracurentului se face menţinând constantă tensiunea la capetele cutiei. Dacă această

tensiune este compatibilă cu nivelul de imunitate şi de izolaţie a aparaturii, aceasta din urmă nu se va

deteriora.

Figura 3 – Ilustrarea regimului de avarie

Deci, se pot identifica trei faze de funcţionare ale descărcătorului (SPD-ului), în care mărimile

luate în calcul constituie parametri de alegere a produselor din catalog.

1. Faza iniţială. Să presupunem că avem cutia instalată între un conductor activ şi pământare (dar

poate fi instalat şi între două faze sau între fază şi neutru). La capete avem tensiunea nominală a

sistemului (Un), care poate varia în timp, într-un interval de toleranţă, în funcţie de distribuitor; din

acest motiv, este prevăzută o tensiune de funcţionare continuă Uc, care rămânând în intervalul de

toleranţă, asigură ca SPD-ul să nu intervină. Introducem acum conceptul de "Tensiune de funcţionare

continuă" Uc. Este acea valoare a tensiunii care poate fi aplicată asupra unui descărcător (SPD) pentru

o perioadă de timp definită, în care, cu siguranţă, acesta nu intervine.

Pentru retelele TN și TT, se utilizează urmatoarea tensiune nominală:

Pentru rețelele IT: .

În această fază, descărcătorul ideal are o impedanţă infinită, în timp ce descărcătorul real are o

impedanţă foarte mare. Aceasta înseamnă că descărcătorul ideal nu este traversat de curent înspre

pământare, în timp ce descărcătorul real este în permanenţă traversat de un curent de fugă (depinde de

componentele folosite la realizarea SPD-ului) înspre pământ cu Ic: curent de funcţionare continuă.

Acest curent este de ordinul µA.

4

În această fază trebuie să ţinem cont şi de UT (T = TOV - Temporary Transient Overvoltage)

adică de supratensiunile temporare prezente pe linie, datorare defecţiunilor din reţeaua distribuitorului

(supratensiuni de manevră). Aceste supratensiuni trebuie suportate de către descărcător (SPD).

2. Durata supratensiunii. Descărcătorul îşi reduce propria impedanţă pentru a drena curentul şi a

menţine constantă tensiunea la capete.

În această fază, este importantă valoarea tensiunii reziduale (Ures) care se măsoară la capetele

descărcătorului (SPD-ului) în timpul intervenţiei lui. Această valoare se identifică cu ajutorul Up -

nivelul de protecţie. Up este o valoare de tensiune aleasă dintr-o scară de valori normale, imediat

superioară valorii Ures (ex: Ures = 970 V, Up = 1000 V). Este important ca Up să fie mai mică decât

tensiunea admisibilă a izolaţiilor aparatului de protejat. Această valoare de tensiune este aferentă

curentului nominal de descărcare, care prin tipul de testare, ia forma de undă 8/20 ps. În aceasta fază

este importantă valoarea curentului nominal de descărcare: In. In - valoarea de vârf a curentului pe care

SPD-ul o poate suporta în condiţii normale.

Acest curent este definit testînd descărcătorul cu un curent cu forma de undă 8/20 ps. Altă valoare

importantă este Imax, care corespunde valorii de vârf a curentului maxim pe care descărcătorul (SPD-ul)

îl poate gestiona cel puţin o dată fără a se defecta.

De regulă, este valabilă relaţia: Imax / In = 2.

3. Faza de încetare a fenomenului. Descărcătorul, la finele intervenţiei sale, este traversat de

curent la 50 Hz alimentat de circuitul în care s-a inserat: curent subsecvent. Se poate întâmpla ca

descărcătorul (SPD-ul) să nu se poată reporni (caracteristică tipică SPD-urilor cu declanşare

automată). Normativul produsului a definit Isx ca reprezentând curentul maxim pe care dispozitivul

poate să îl suporte şi să îl atenueze singur, la prima trecere prin zero a semiundei. Această valoare a

curentului, tipică eclatoarelor, care, în general, îşi găsesc aplicare la conexiunea dintre N-PE, trebuie

să fie mai mare sau egală cu 100 A. Isx este un curent pe care descărcătorul (SPD-ul) îl poate gestiona

şi stinge automat: dacă curentul de scurtcircuit al instalaţiei în care este montat descărcătorul este mai

mare decât Isx, descărcătorul (SPD) trebuie să fie protejat prin folosirea de dispozitive adecvate (de

exemplu, siguranţe fuzibile) pentru a garanta stingerea arcului.

Dacă Icc < Isx putem să nu protejăm descărcătorul (SPD-ul), însă, dat fiind că durata lui Isx nu poate

fi cunoscută cu exactitate, ar putea interveni diferenţialul, deconectând toată instalaţia. Prin urmare, ar

fi bine să folosim întotdeauna siguranţe fuzibile de protecţie.

5

Tipuri de descărcătoare

Există 3 familii de SPD-uri:

a) Cu comutaţie sau cu declanşare. În acest caz, elementul principal îl constituie eclatorul. Există

şi descărcătoare cu tiristor.

b) Cu limitare. Este cea mai utilizată tehnologie: varistor sau diode zener (sau transzorb).

c) De tip combinat. Se obţine din conexiunea în serie sau în paralel a primelor două.

În continuare, sunt indicate simbolurile tehnice ale diferitelor tipuri de descărcătoare (SPD-uri)

existente.

Figura 4 - Simbolurile tehnice ale diferitelor tipuri de descărcătoare

Lăsând la o parte tehnologiile "cu siliciu" transzorb, Triac, etc., descărcătoarele (SPD-urile) pentru

liniile de electricitate se realizează conectând corect varistoarele şi eclatoarele. Să analizăm în detaliu

aceste două componente pentru a înţelege modalitatea lor de funcţionare şi caracteristicile

descărcătoarelor (SPD) realizate cu aceste componente.

Eclatorul este un dispozitiv care, în configuraţia sa cea mai simplă, este realizat cu doi electrozi

separaţi prin aer. Când apare o supratensiune, între cei doi electrozi se stabileşte un arc electric.

Valoarea tensiunii de declanşare a arcului electric depinde, atât de distanţa dintre cei doi electrozi, cât

şi de condiţiile ambientale: temperatură, presiune atmosferică şi poluarea aerului. Aceasta înseamnă că

tensiunea de declanşare a arcului este puternic condiţionată, pe lângă distanţă, de alte trei variabile.

6

Figura 5 – Tipuri de eclator și prezentarea detaliilor constructive

Eclatorul cu gaz sau GDT- ul poate fi descris ca fiind o rezistenţă variabilă, care, în intervalul

de 100 ns, îşi modifică valoarea trecând de la câţiva GΩ, în stare de repaus, la valori mai mici de Ohm

în timpul unei supratensiuni.

Descărcătorul revine la starea sa iniţială cu impedanţă mare după ce supratensiunea s-a redus.

Analizând figura 6a, putem observa că tensiunea de la capetele eclatorului urcă până la tensiunea de

descărcare , iar mai apoi trece la tensiunea de declanşare, care corespunde valorii . La atingerea

acestei valori, GDT-ul se porneşte; curentul despre care vorbim poate varia între 10 mA şi aproximativ

1,5 A. Acest fenomen, de durata A, se sfârşeşte prin a trece în modul cu arc, de durata B, la care îi

corespunde o creştere a curentului datorate unei tensiuni foarte reduse, egală cu tensiunea de arc .

Odată cu reducerea supratensiunii, se reduce şi curentul care pătrunde în descărcător până la o

valoare necesară pentru a menţine activă "modalitatea cu arc". Odată cu stingerea curentului din

eclator, creşte tensiunea de la capete până la o valoare egală cu tensiunea de stingere .

Figura 6a arată evoluţia tensiunii în faza de descărcare a GDT-ului, iar Figura 6b arată evoluţia

curentului în funcţie de timp atunci când GDT-ul limitează o supratensiune de tip sinusoidal, în timp

ce Figura 4c este rezultatul combinării graficelor de tensiune şi de curent în funcţie de timp.

7

Figura 6a, 6b, 6c - Comportamentul unui eclator în prezența unei supratensiuni

Pentru a înţelege de ce eclatoarele sunt definite ca fiind dispozitive cu "comutaţie" şi totodată

pentru a înţelege diferenţele de funcţionare în comparaţie cu varistoarele, simplificăm figura 6a în

figura 7, în care distingem doar 3 faze:

Faza 1 - Descărcarea nu este declanşată (circuit deschis)

Faza 2 - Se produce descărcarea, iar curentul trece prin SPD. La tensiunea de declanşare (U in),

căreia îi corespunde nivelul de protecţie Up al descărcătorului, tensiunea la capetele SPD-ului scade la

nivelul Ures care coincide cu tensiunea de arc. Aparatura protejată de un descărcător (SPD) cu

comutaţie, va fi, aşadar, supusă unei supratensiuni corespunzătoare nivelului Uin.

Faza 3 - Stingerea arcului.

Figura 7 – Funcționarea simplificată a GDT - ului

8

Varistoarele sunt dispozitive utilizate pentru protecţia la supratensiuni, realizate dintr-o pastă

ceramică sau particule de oxid de zinc (MOV) sau oxid de magneziu sinterizat.

Pot fi percepute ca nişte rezistenţe care îşi schimbă valoarea în funcţie de tensiunea aplicată la capete:

la creşterea nivelului de tensiune, rezistenţa se diminuează.

Figura 8 – Structura internă a varistorului

În figura 9, sunt comparate caracteristicile componentelor cu comutaţie şi limitare identificate

în timpul unor teste de laborator: curba 1 este pentru GDT (eclator), iar curba 2 pentru varistor. Se

observă cum, acesta din urmă începe să funcţioneze încă de la tensiuni joase, motiv pentru care este

montat între fază şi neutru.

Figura 9 – Comparație între varistor și un eclator

Compatibilitatea electromagnetică

Pe plan international a fost definit un concept larg numit compatibilitate electromagnetica.

Acesta include toate categoriile de perturbatii electromagnetice pe care receptoarele electrice le pot

9

emite in functionarea lor sau la care sunt supuse dupa conectarea lor la o retea aflata in functiune .

Pentru toate categoriile de receptoare electrice au fost definiti parametrii de emisii si de factori

poluanti din punct de vedere electromagnetic si respectiv parametrii care definesc imunitatea

receptoarelor la perturbatiile electromagnetice exterioare .

Capitolele principale ale CEM sunt urmatoarele:

1) Interferenta de Joasa Frecventa - IJF ,

2) Impulsuri Electromagnetice - IEM:

impulsuri Electromagnetice de Trasnet - IEMT daca la origine este descarcarea atmosferica

vorbim despre

impulsuri Electromagnetice Nucleare - IEMN daca este cauzata de fenomene nucleare

3) Defectiune electrostatica – DES;

4) Interferenta de Frecventa Radio - IFE .

Trasnetele prin campurile electromagnetice puternice si respectiv curentul de trasnet care

însosesc descărcarea electrica provoaca cladirilor civile si industriale, retelelor electrice de alimentare

cu energie electrica si respectiv receptoarelor electrice pagube insemnate .

Existenta setului de reglementari privind emisia si imunitatea la poluarea electromagnetica

permit producatorilor de aparate sa obtina avantaje competitive prin reducere costurilor datorita

transferarii in sarcina echipamentelor speciale concepute a sarcinii de reducere a supratensiunilor care

se propaga dinspre retea .

Ca parte componenta a reglementarilor de compatibilitate s-au editat mai multe standarde

dedicate echipamentelor de protectie la supratensiuni de origine atmosferica .

Marile firme de echipamente electrice Moeler , ABB, Schneider , DEHN-SOHNE , Siemens au

dezvoltat linii de productie de descarcatoare pentru instalatiile electrice.

Există definite 5 clase de descarcatoare:

clasa A - destinata montarii in retelele electrice ;

clasa B - destinata montarii in tablourile principale de distributie ale cladirilor civile si

industrial;

clasa C - destinata montarii in tablourile secundare ale cladirilor;

clasa D - destinata protectiei exterioare a receptoarelor electrice montandu-se imediat in

amonte de acestea in apropierea punctului sau chiar in punctul de racordare la circuitele

electrice de alimentare.

clasa E – sistem de protectie care se realizeaza in interiorul unor aparate electrice.

Acestor clase li se atribuie categorii de instalații. Categoria instalaţiei ne furnizează informaţii

privitoare la ţinerea la impuls a aparaturii. Se deosebesc următoarele categorii:

10

Instalaţie de categoria (sau de supratensiune) a I-a: din această categorie fac parte aparatele

foarte sensibile la supratensiuni, precum, aparatura electronică (TV, Hi-Fi, modem, PC, PLC,

etc.) Pentru aceste aparate, producătorul trebuie să garanteze o tensiune admisibilă de 1.5 kV.

Instalaţie de categoria a II-a: din această categorie fac parte aparatele cu o tensiune admisibilă

la impuls de 2.5 kV, precum aparatele portabile sau electrocasnicele.

Instalaţie de categoria a III-a: se referă la aparatele care fac parte dintr-o instalaţie fixă,

precum întrerupătoare, prize, tablouri electrice, etc. pentru care tensiunea admisibilă

corespunde valorii de 4 kV.

Instalaţie de categoria a IV-a: din această categorie fac parte dispozitivele instalate în amonte

de tabloul de distribuţie, spre exemplu contoarele. Tensiunea admisibilă la impuls a acestora

este egală cu 6 kV.

Spaţiul electromagnetic asociat unei descărcări de trăsnet se poate diviza în zone de protecție LPZ

(Lightning Protection Zone) - Zone de Protecţie la Fulger. Aceste zone sunt caracterizate de variaţii

electromagnetice semnificative (de exemplu, intensitate a câmpului electromagnetic, valori ale

curentului de trăsnet, valori de supratensiune, etc.) care conduc la prezenţa măsurilor de protecţie.

Unei zone LPZ îi va fi atribuit un număr de la 0 la 3, deci LPZ0, LPZ1... cu cât numărul este mai

mare, cu atât efectele trăsnetului sunt mai atenuate.

LPZ 0A - zona liberă. Nu este prevăzută nici un fel de protecţie, dacă există înseamnă că ne aflăm

în afara paratrăsnetului. În acest caz ne expunem loviturilor directe la fulgerare, deci, curentul de

trăsnet este ridicat, iar câmpul electromagnetic (ELM) nu este atenuat.

LPZ 0B - sub dispozitivul captator. Curentul de trăsnet este mic, câmpul ELM nu este atenuat.

LPZ 1 - în interiorul clădirii, după primul descărcător (SPD); curentul de trăsnet este limitat,

câmpul ELM este atenuat.

LPZ 2 - zonă caracterizată de adăugarea unui alt descărcător (SPD). Curentul de trăsnet este

ulterior limitat, câmpul ELM este cu mult atenuat.

LPZ 3 - adăugăm un alt descărcător (SPD). Ne aflăm în dreptul unei prize sau la interiorul unui

dispozitiv electronic.

11

Figura 10 - Zonele de protecție la supratensiuni

În figura 11 sunt grupate zonele LPZ şi categoriile de instalaţii pentru a rezuma cele expuse pînă acum.

Figura 11 - Categoriile instalațiilor LPZ

În tabelul 2 se prezintă informatii legate de cerintele impuse descărcătoarelor din clasele A - D.

12

Tabelul 2 - Cerintele impuse descărcătoarelor din clasele A - D.

Pentru a facilita întelegerea unora dintre parametri, se reprezintă prezentă figurile 12 si 13.

13

Figura 12 - Testări cu curenți de trăsnet

Figura 13 – Cerințele privind supratensiunile admisibile pentru descărcătoarele claselor B, C, D, E

În figura 12, se remarcă definirea tipurilor de curbe de curent de încercare a descarcatoarelor.

Notatia 10/350 se citește astfel :

10 = di/dt - caracterizează panta curbei;

350 - timpul în care valoarea maximă a curentului se înjumatățește.

Din tabelul 1 se remarcă asocierile dintre clasa descărcătorului și tipul curbei de încercare.

Clasa A - 8/20

Clasa B - 10/350

Clasa C - 8/20

Clasa D - 8/20

14

Figura 14 – Selectivitatea descărcătoarelor

Protecția LEA 0,4 kV

Împotriva supratensiunilor atmosferice trebuie sa fie protejate:

instalațiile și dispozitivele montate pe piloni;

ramificațiile de la magistrală spre intrările în clădiri;

protecția izolației conductoarelor liniilor aeriene izolate.

Protecția ramificațiilor de la magistrală spre intrările în clădiri și reducerea supratensiunilor

atmosferice, care pătrund în interiorul conductoarelor, se obține prin orientarea curentului trasnetului

în conturul de împămîntare cu ajutorul conductorului montat pe pilonul unde are loc ramificarea.

Liniile aeriene cu tensiunea 0,4 kV, care străbat zonele populate, cu construcții cu unu și două

etaje, trebuie să posede dispozitive de împămîntare, destinate protejării împotriva supratensiunilor

atmosferice.

La instalațiile de impămîntare trebuie să fie conectate conductorul de nul și alte elemente metalice

atîrnate pe pilonii din lemn și beton, dar și amătura pilonilor din beton.

Rezistența instalației de impămîntare ale pilonilor trebuie să fie nu mai puțin de 30 Ω. Distanța

între pilonii cu instalație de legare la pămînt nu trebuie să depășească:

200 m pentru zone cu durata medie a furtunilor ≤ 40 h;

100 m pentru zone cu durata medie a furtunilor mai mult de 40 h.

Suplimentar, instalațiile de legare la pămînt trebuie sa fie executate:

15

La pilonii cu ramificații spre intrările în clădiri, în care poate fi concentrat un număr mare de

oameni (școli, spitale etc) sau care prezintă valoare materială ridicată (săli de artă, depozite,

crescătorii de păsări etc);

La pilonii terminali ai liniilor, care au ramificații spre intrări în edificii, totodata distanța

maximă de la împămîntarea vecină, acestor linii, trebuie sa fie nu mai mult de 100 m pentru

zone cu durata medie a furtunilor pîna la 40 h și 50 m pentru zone cu durata medie a furtunilor

mai mult de 40 h.

La intrările în clădiri și la pilonii terminali se recomandă suplimentar de instalat limitator de

supretensiuni de joasă tensiune.

Pentru protecția utilajului electronic contra supratensiunilor atmosferice care pătrund în rețelele

eletrice din edificii, este necesar de utilizat descărcătoare și limitatoare de supratensiune speciale,

montate nemijlocit în apropierea utilajelor protejate. Pentru protecția dispozitivelor sensibile

trebuie prevăzute transformatoare speciale, filtre și surse de alimentare.

Pe liniile aeriene cu tensiunea 0,38 kV cu conductoare torsadate trebuie să fie executate

instalații de legare la pămînt, destinate împămîntării repetate a conductorului de nul, protecției

contra supratensiunilor atmosferice, împămîntarea utilajului electric, montat pe pilonii liniei

aeriene izolate de 0,38 kV.

Pentru protecția instalațiilor electrice, aparatelor și liniilor aeriene izolate cu tensiunea 0,38 kV

e necesar de utilizat limitatoare de supratensiuni (sau descărcătoare pe bază de ventile), instalate în

imediata apropiere a obiectelor protejate.

Figura 15 – Limitatoare de supratensiuni atmosferice: a – pentru LEA izolate, b - pentru LEA

neizolate; și modul de conectare – c

16

În figura 15 este prezentat un tip modern de descărcător pentru linii aeriene 0,4 kV care constă

din limitatorul de supratensiuni cu construcție specială, conectoare speciale pentru conectarea la

conductoarele izolate (neizolate) ale LEA pe deoparte, și la instalația de legare la pămînt, pe de altă

parte. Este destinat pentru protecția izoației conductoarelor, dar și pentru protecția oricăror

instalații 0,4 kV împotriva supratensiunilor. Principiul lui de funcționare se bazează pe

neliniaritatea caracteristicii volt-amperice a elementului constructiv de bază (varistor).

Descărcătorul din figura 15,a este destinat protecției ramificațiilor care alimentează

consumatorii. Cel din figura 15,b protejează partea magistrală a LEA.

Figura 16 – Exemplu practic de instalare a limitatoarelor de supratensiuni pe conductoare

torsadate 0,4 kV

Analiza protecțiilor cu descărcătoare de clasa B, C, D

17

Figura 17 – Aspectul exterior al descărcătorului de clasa B și caracteristica lui

De menționat că încercarea cu forma de unda de curent 10/350 este cea mai dură deoarece

variatia curentului este rapidă iar descărcarea durează de 4 ÷ 17,5 ori mai mult decît în cazul celorlalte

clase. Și amplitudinea curentului la care trebuie să reziste descărcătoarele de clasa B este

impresionantă, 100 kA. De fapt descărcătoarele de clasa B se numesc și descărcătoare de curent de

trăsnet datorită misiunii de a descărca cea mai mare parte a energiei care însotește lovitura de trasnet.

Aşa numitele descărcătoare de curent de trăsnet sunt utilizate împotriva efectelor directe ale

trăsnetelor. Ceea ce este deosebit la aceste descărcătoare este capacitatea lor de conducere la pămînt a

curentului de trăsnet, descărcătoarele fiind verificate conform clasei internaţionale standardizate de

test I (IEC61643-1).

Pentru diferenţierea faţă de alte tipuri de descărcătoare acestea sunt testate la impuls de forma 10/350

ps (clasa I de test).

Parametrii caracteristici sunt: valoarea de vîrf a curentului (Iimp), energia specifică şi sarcina

electrică. La o comparare ulterioară se poate observa că aceste descărcătoare pot conduce o cantitate

mai mare de energie în comparaţie cu descărcătoarele de supratensiune. Seria de descărcătoare de

curent de trăsnet Schrack este verificată atît pentru efectele directe cât şi pentru cele indirecte ale

trăsnetelor.

Descărcătoarele verificate conform clasei C nu dispun de capacitatea de conducere la pămînt a

curentului de trăsnet şi de aceea nu este permisă utilizarea lor împotriva efectelor directe ale

trăsnetelor. Aceste descărcătoare servesc la protecţia instalaţiilor electrice împotriva loviturilor de

trăsnet în depărtare (efect indirect al trăsnetelor) şi supratensiunilor de comutaţie. Forma de undă de

test pentru descărcătoarele din clasa de testare II este standardizată la 8/20 ps şi definită prin valoarea

de vîrf. Cantitatea de energie condusă la pămînt de un descărcător de supratensiune este mult mai

scăzută decît la descărcătorul de curent de trăsnet.

Figura 18 - Aspectul exterior al descărcătorului de clasa C și caracteristica lui

18

Tabelul 3 – Exemplu de parametri pentru descărcătoare de clasa B

O comparaţie este prezentată în graficul din figura 19 (compararea claselor de testare I (10/350)

şi II (8/20)), la care suprafeţele aflate sub curbe reprezintă cantitatea de energie la aceeaşi valoare de

vîrf a curentului.

Figura 19 - Compararea formelor de undă pentru clasele B și C

Pentru aparatele terminale sensibile este necesară utilizarea suplimentară a unei protecţii fine

coordonate a aparatelor. Acest descărcător, marcat cu T3 sau III (denumirea veche "D") este verificat

prin intermediul unui generator hibrid şi este caracterizat de tensiunea de funcţionare în gol Uoc şi a

19

curentului de scurtcircuit Isc. Nivelul scăzut al tensiunii de protecţie (Up) protejează aparatele

sensibile împotriva defecţiunilor. La utilizarea acestor aparate este foarte important ca lungimea

conductorului către aparatele terminale să fie cît mai scurt, pentru ca elementul de protecţie fină să

poată îndeplini funcţia de protecţie. O combinare cu descărcătoarele din clasa de protecţie B, respectiv

C permite realizarea celei mai bune protecţii posibile împotriva supratensiunilor a aparatelor

terminale.

Figura 20 – Imagini illustrative ale protecțiilor de clasa D

O corelație interesantă o prezintă parametrii ceruti pentru descarcatorul de clasa A. Se constată

că acesta in ceea ce priveste curentul are performante similare descarcatoarelor de clasa C, net

inferioare celor cerute pentru clasa B. Descarcatoarele de clasa A,C si D sunt definite ca descarcatoare

de supratensiuni.

De menționat că din punct de vedere economic este foarte importantă aprofundarea

cunostintelor pentru intelegerea integrala a rolului descarcatoarelor de clasa A pentru limitarea

supratensiunilor in:

reducerea costurilor de exploatare LEA;

reducerea nivelului supratensiunilor care se propaga în instalațiile interioare.

Daca informatiile culese despre descarcatoarele de clasa A sunt sumare, lucrurile stau cu totul

diferit in legatura cu celelalte clase B,C,D. Acestea functioneaza ca un sistem integrat si eficient de

protectie la supratensiuni atmosferice si de comutatie (STA/C).

În figura 13 sunt prezentate cerințele privind supratensiunile admisibile și supratensiunile

reziduale pentru clasele B,C,D de descarcatoare.

Se remarcă ca descarcatoarele de clasa B trebuie sa gestioneze supratensiuni de pîna la 6 kV si

sa asigure in aval supratensiuni reziduale de maxim 4 kV.

Descarcatoarele de clasa C admit supratensiuni de 4 kV si trebuie sa asigure in aval

supratensiuni reziduale de maxim 2,5 kV.

Se precizează ca descarcatoarele de clasa D sunt realizate intr-o forma foarte mare de tipuri,

20

adaptata constructiv pentru fiecare tip de retea electrica de forta sau de date care poate intra intr-o

cladire fiind de asemenea dimensionate pentru o gama foarte larga de trepte de tensiuni reziduale

corelate cu cerinte foarte diferite de imunitate ale diverselor tipuri de receptoare electrice.

Un aspect care necesita discuții poate fi legat de locul în care este montat descarcatorul de tip B

și implicit în sarcina cui cade responsabilitatea montării acestuia.

Descărcătorul de clasa B se amplasează în locul care se doreste protectia unei instalatii. De

regulă el se amplasează cît mai aproape de intrarea circuitelor electrice într-o cladire .

21

Figura 21 – Amplasarea corectă a descărcătoarelor în edificii

22

Pentru un bloc de locuinte probabil ca ar fi o cheltuiala inutila sa se monteze la fiecare abonat

toata gama de descarcatoare. Probabil ca rational ar fi sa existe descarcatoare de clasa B in tabloul

general de distributie, iar descarcatoarele de clasa C pot fi montate langă cele de clasa B sau distribuite

in tablourile secundare.

Amplasarea descarcatoarelor rezulta in urma unei analize tehnico-economice fiind in sine un

rezultat al proiectarii instalatiei electrice a cladirii respective .

Daca dorim ca descarcatoarele sa protejeze inclusiv grupul de masura atunci in amonte de

acestea trebuie amplasate descarcatoare . Prin urmare in cazul imobilelor individuale descarcatoarele

de clasa B pot fi amplasate in blocul de masura si protectie sau in primul tablou de distributie din

interiorul cladirii.

Prin avizele de racordare noi sau reactualizate, furnizorul de energie electrica, dupa caz , trebuie

sa informeze clientul asupra existentei echipamntelor de protectie la STA/C astfel incît acesta sa fie

conștinet de decizia de a finanța aceaste protectii sau sa-si asume constient riscurile lipsei acestor

masuri de protectie.

Instalarea dispozitivelor de protecție împotriva STA/C (DPS) în diferite tipuri de rețele

Trecerea curentului prin corpul uman poate periclita viata sau sanatatea persoanei respective.

Prin urmare, sunt necesare masuri de protectie impotriva socurilor electrice in fiecare instalatie

electrica. Curentii de soc pot aparea in timpul functionarii normale , cînd persoanele intra in contact cu

partile sub tensiune. Aceasta poate fi prevenita folosind izolarea electrica, carcasarea de protectie,

ingradirile de protectie sau amplasamente. Aceste masuri de protectie sunt numite "protectie impotriva

atingerii directe ". In afara de aceasta curentii de soc pot fi cauzati de tensiuni aparute intre portiunile

metalice datorita, de exemplu, unei izolări defectuoase. Pericolul apare atunci cand partile conductoare

neizolate sau neconectate sunt accesibile, in cazul unor defectiuni. Protectia impotriva socurilor, in

cazul unor defectiuni este numita si "protectie impotriva atingerii indirecte ".

De regula, limitele tensiunii se atingere conventionale Ua sunt de 50 V c.a. si de 120 V c.c.

In circuite cu un curent nominal de pana la 35 A si in circuite cu echipament portabil de clasa I ,

actionate in general manual, tensiunile de atingere mai mari, care cresc in cazul unor defectiuni,

trebuie oprite automat in 0,2 s. In circumstante de siguranta, pentru celelalte tipuri de retele este

permisa o durata de pîna la 5 s pentru deconectarea automata.

Standardul international IEC 364-4-41 cuprinde masurile de protectie impotriva atingerii indirecte

folosind conductori de protectie. Dispozitivele de protectie trebuie sa aiba asemenea caracteristici

încît, daca apare o defectiune oriunde în instalatie, alimentarea sa fie întrerupta automat într-un timp

specificat sau sa fie indicată defecțiunea.

Aceasta masura de protectie necesită coordonare între tipul sistemului de legare la pamînt si

caracteristicile conductorilor de protectie si ale dispozitivelor de protectie. Conform IEC 364-4-4:

23

1992, o rețea de distribuție de joasă tensiune este caracterizata in general, de la sursa de alimentare la

echipamentul terminal, de:

sistemul de legare la pamînt al sursei de alimentare (de exemplu , terminalul de joasa

tensiune al transformatorului retelei locale);

sistemul de legare la pamînt al partilor conductoare neizolate din instalatiile electrice ale

consumatorilor.

În diferite retele pot fi instalate urăatoarele dispozitive de protectie:

dispozitiv de protective impotriva supracurentului;

dispozitiv de protective impotriva curentului rezidual;

dispozitiv de supraveghere a izolatiei;

dispozitiv de protective impotriva utilizarii gresite a tensiunii.

Conform celor descrise anterior, trebuie corelat tipul sistemului de legare la pamînt cu

caracteristicile conductorilor de protectie si ale dispozitivelor de protectie. Urmatoarele dispozitive pot

fi aplicate la diferite retele:

Retea TN

dispozitiv de protectie impotriva supracurentului;

dispozitiv de protectie impotriva curentului rezidual.

Retea TT

dispozitiv de protectie impotriva supracurentului;

dispozitiv de protectie impotriva curentului residual;

dispozitiv de protectie impotriva utilizarii gresite a tensiunii.

Retea IT

dispozitivde protectie impotriva supracurentului;

dispozitivde protectie impotriva curentului rezidual;

dispozitiv de supraveghere a izolatiei;

dispozitiv de protectie impotriva utilizariigresite a tensiunii .

Masurile de protectie a persoanelor trebuie sa fie prioritare la realizarea instalatiilor electrice.

Aceasta inseamna ca celelalte masuri de protectie, cum ar fi protectia retelelor si instalatiilor electrice

impotriva trăsnetului si impotriva supratensiunii trebuie sa fie subordonate măsurilor de protectie

impotriva atingerii indirecte.

Masurile de protectie ale persoanelor nu trebuie intrerupte in timpul interactiunii DPS-uri de

curenti de trasnet si de supratensiune. Trebuie luata in considerare orice posibilitate de defectare a

DPS-ului, desi acest lucru e aproape imposibil. Acest aspect este foarte important, deoarece DPS-urile

de curenti de trasnet si de supratensiune sunt intotdeauna legate la nulul de protectie.

În practica internationala decizia privind locul de amplasarea descarcatoarelor de clasa B este

24

responsabilitate companiilor furnizoare de energie electrica.

Selectarea descărcătoarelor adecvate este una dintre cele mai importante teme atunci cînd se

doreşte protejarea instalaţiei consumatoare. Cu ajutorul matricei de selectare a descărcătorului de

supratensiune Schrack este posibil repede şi uşor de ales descărcătorul adecvat.

Figura 22 - Matrice de selectare Shrack pentru descărcătoarele de supratensiune

25

Descărcătorul de curent de trăsnet (T1) - Protecţie împotriva efectelor loviturilor de trăsnet

directe sau în apropiere pentru protejarea mijloacelor de producţie electrice, instalate (utilizarea

conform EN 62305 între zonele de protecţie împotriva trăsnetelor 0A şi 1).

Descărcător de supratensiune (T2) - Protecţie împotriva efectelor prin lovituri de trăsnet în

depărtare, supratensiuni de conectare precum şi descărcări electrice pentru protejarea mijloacelor de

producţie electrice instalate. (utilizare conform EN 62305 începând de la zona de protecţie împotriva

trăsnetelor 0B).

Element de protecţie fină (T3) - Descărcător de supratensiune pentru protejarea aparatelor

electrice şi electronice instalate care necesită o protecţie mărită împotriva supratensiunilor (de

exemplu: TV, PC, DVD-Player, Notebook, Radio,....).

Instalarea DPS - urilor în rețelele TN

Dispozitivele de protectie impotriva supracurentului si dispozitivele de protectie impotriva

curentului rezidual sunt permise in cadrul retelelor TN pentru protectia impotriva atingerii directe .

Aceasta inseamna ca DPS-urile de curent de trasnet si de supratensiune vor fi instalate doar pe partea

de sarcina a dispozitivului de protectie pentru protectie impotriva atingerii indirecte, pentru a asigura

protectia persoanelor si in cazul unei defectiuni a DPS-ului.

La fixarea unui DPS de clasa B sau C pe partea de sarcina a dispozitivului de protectie

impotriva curentului rezidual, trebuie luat in considerare faptul ca supracurentul deviat spre

conductorul de protectie PE este recunoscut de dispozitivul de protectie impotriva curentului rezidual

ca un curent de scurgere la pamînt și circuitul este întrerupt de către acesta.

Mai mult, la instalarea DPS - urilor de clasa B trebuie presupus ca dispozitivul de protectie

impotriva curentului rezidual va fi distrus mecanic datorita puternicei forte dinamice a curentului de

trasnet. Aceasta ar duce la dezactivarea masurilor de protectie a persoanelor. Acest lucru trebuie

preintampinat astfel incat atît un DPS de clasa B, cît si un DPS de clasa C sa poata fi instalate pe

partea de forta a dispozitivului de protectie impotriva curentului residual. De aceea, la instalarea DPS-

urilor de clasa B si C se pot folosi doar dispozitive de protectie impotriva supracurentului pentru

protectie impotriva atingerii indirecte. Instalarea unei sigurante fuzibile auxiliare in ramificatia de

circuit a DPS-ului depinde de valoarea nominala a sigurantei fuzibile auxiliare principale a retelei si de

siguranta auxiliara admisa pentru DPS. Pentru instalarea unui DPS de clasa B, C si D in retelele TN și

TT, se utilizează urmatoarea tensiune nominală:

de unde rezultă ca in retelele de 230/400 V :

26

Pentru rețelele IT: .

Figura 23 reprezinta un exemplu de instalare a DPS-urilor impotriva curentului de trasnet si

impotriva supratensiunii in retele TN-C-S. Se observa ca DPS-urile de clasa D sunt instalate pe partea

de sarcina a dispozitivului de protectie impotriva curentului rezidual. Trebuie facute urmatoarele

observatii: DPS-urile de clasa D sunt instalate, de obice , pentru protejarea echipamentului terminal de

supratensiunile diferentiale, de exemplu supratensiunile aparute intre L si N. Cînd supratensiunile sunt

limitate intre L si N, curentul de impuls nu e deviat la PE pentru a nu fi recunoscut de dispozitivul de

protectie impotriva curentului rezidual ca un curent de scurgere la pamînt. Mai mult, DPS-urile de

clasa D sunt proiectate pentru o capacitate nominala de descarcare de 1,5 kA.

Curentii de suprasarcina nu pot declansa dispozitivele de protectie impotriva curentului rezidual

cu temporizare (temporizarea intreruptorului diferential de tip S in conformitate cu IEC 1008-1) si nici

nu le pot distruge mecanic. Figura 23 arată instalarea DPS-urilor firmei DEHN in cadrul conceptului

zonelor de protectie impotriva trasnetelor, in corelatie cu masurile de protectie necesare impotriva

trasnetelor si impotriva supratensiunilor pentru retele TN-C-S.

Figura 23 - Instalarea DPS clasele B, C, D intr-o retea TN-C-S

În figura 24 este prezentat schema electric selectivă pentru rețeaua electric de tip TN-C. Trebuie

de remarcat ca dacă siguranța F3 este mai mare de 125 A, la conductoare trebuie să fie acceptată o

siguranță suplimentară F4 = 125 A.

DPS – urile pot fi conectate în paralel (figura 25, a) sau serie (figura 25, b)a descărcătoarelor. În

cazul conexiunii paralele, siguranțele F4 – F6 pot avea valoarea nominală maximă 315 A, iar în cazul

conexiunii serie – 125 A.

27

Figura 24 – Schemă de principiu de protecție pentru rețea de distribuție TN – C

Figura 25 – Conectarea paralel (a) și serie (b) a descărcătoarelor în cazul rețelei TN – C

În tabelul 4 sunt prezentate valorile secțiunilor conductoarelor de racordare a descărcătoarelor

la conductoarele fazelor, nulului și barei de pămîntare în dependeță de siguranțele de pe conductoarele

de intrare.

28

Figura 26 – Protecția la supratensiuni în sisteme TN – S

29

Figura 27 – Exemplu de circuit pentru rețea de distribuție TT

30

Concluzii

Asigurarea unei bune funcţionări a consumatorilor impune ca şi la nivelul de joasă tensiune să

se adopte măsuri de protecţie la supratensiuni. O astfel de practică, devenită cotidiană în Europa,

pătrunde timid şi în Republica Moldova.

Tot mai multi oameni reclama deteriorarea echipamentelor electrice pe timpul furtunilor. La

originea acestor deteriorari sunt undele de supratensiune datorate loviturilor de trasnet direct in

instalatiile alectrice din zona (prin zona intelagandu-se o arie cu raza de cativa zeci de kilometrii) sau

loviturile de trasnet in apropierea instalatiilor sau cladirilor caz in care undele de supratensiune apar

prin inductie in instalatiile electrice.

Practic orice cablu sau teava care intra intr-un imobil poate conduce supratensiunile catre

aparatele electrice su in anumite cazuri inductia produsa de traznet se face direct in circuitele electrice

ale aparatelor din imobil.

Exista o gama larga de descarcatoare grupate pe 5 clase, proiectate pentru circuite electrice de forta sau

pentru circuite CATv, tv, telefonie etc. Aceste descarcatoare reusesc sa conduca la pamant undele de

supratensiune. Echiparea unei instalatii electrice cu descarcatoare costa probabil intre 100 si 300 de

euro iar pentru instalatii mai mari sau pretentii de protectie sporite in mod sigur costurile sunt mult mai

mari. Daca utilajele protejate nu sunt foarte scumpe sau foarte importante in plus o instalatie

neprotejata statistic vorbind are o probabilitate semnificativa sa nu fie supusa niciodata

supratensiunilor si prin urmare protectia poate sa lipseasca. Este o necesitate in toate cazurile in care

nu-ti permiti luxul suportarii pagubelor pe care le pot produce supratensiunile. Probabil ca o alternativa

viabila la echiparea unui imobil cu protectii la supratensiuni atmosferice o constituie incheierea unei

asigurari pentru riscurile asociate supratensiunilor atmosferice.

Este important de stiut ca in privinta supratensiunilor atmosferice operatorii din sistemul

electroenergetic nu pot fi acuzati de „mall praxis” ei suportand in egala masura efectele distructive ale

acestor fenomene naturale.

31

Bibliografie

1. Şurianu F.D., Frigură F., Vătău D.: On connecting in parallel ZnO varistor used a low voltage,

Bul. Şt. al Univ. Politehnica Timişoara, seria Energetica, Proceedings of the Fourth Inter-national

Power Sistems Conference, Timişoara, 8-9 Nov. 2001, p.407-410.

2. Frigură-Iliasa F.M.: Ed. Orizonturi Universitare, Timişoara, 2002.

3. INGESCO - Products Catalogue, Dena Desarolles S.L. - Spania, 2001.

4. Metal Oxoide, Catalog ISCRA Varistor, Lubjljiana, Slovenia, 2001.

5. Catalog de produse DEHN+SOHNE 01.02.2000(limba engleza).

6. Instrucţiune DEHN-SOHNE, instalarea dispozitivelor de protectie pentru alimentarea cu energie

electrica impotriva supratensiunii (limba romana).

7. Prezentare editata in Power Paint de DEHN-SOHNE(limba engleza).

8. Fisa tehnica SC EXIMPROD POWER SYSTEMS Descarcatoare de joasa tensiune cu accesorii de

montaj DELIN.

9. Istvan Barta, Istvan Zsolt Barta, Compatibilitatea electromagnetica si securitatea datelor in industria

energetica. Buletinul stiintific al Universitatii Politehnica din Timisoara Tom 48(62) /2003 1969.

10. Flavius Dan Surianu, Doru Vatau, Florin Mihai Frigura - Iliosa, Protectia la supratensiuni a

aparatelor si echipamentelor electrice de joasa tensiune - o prioritate care se impune pentru

utilizatori, Buletinul stiintific UPT Tom 48(62) 2003 pag.463.

32