Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

1

PROTECTIA LA INTRERUPEREA NULULUI IN INSTALATIILE

ELECTRICE DE DISTRIBUTIE LA JOASA TENSIUNE IN ZONA POSTULUI DE TRANSFORMARE

ing. VASILE TABACARU S.C. FDEE ELECTRICA DISTRIBUTIE MUNTENIA NORD S.A. SDEE Galati

Galati, N. Balcescu nr. 35 A, e-mail : vasile.tabacaru@mnd.electrica.ro

ing. NICOLAE-FLOREAN, STEFAN BEJENARU S.C. PINTEL INTELLIGENT SYTEMS SRL Bucuresti

Sector 3, Bdul Decebal nr.1, bl. H2, e-mail : fanebejenaru@yahoo.com

INTRODUCERE In retelele electrice de distributie publica la 0.4 kV din Romania se utilizeza

binecunoscuta schema electrica TN-C, cu 3+1 conductoare. Reteaua TN are un punct activ al alimentarii punctul neutru - legat direct la pamant,

masele instalatiei fiind legate la acest punct prin conductoare de protectie ; astfel, curentul de defect intre faza si pamant devine un curent de scurtcircuit [1] .

Rolul de conductor neutru activ (N-Neutral) si cel de conductor de protectie (PE-Protective Earth) sunt asumate de un acelasi conductor (PEN-Protective Earth Neutral).

Conductorul (PEN) este legat la pamant, atat la sursa cat si la fiecare priza de pamant de exploatare (zisa artificiala) si la fiecare priza de pamant de stalp (zisa naturala), prin armatura metalica a stalpului de circuit ; practic, conductorul (PEN) este legat distribuit la pamant pe intreg circuitul.

Intreruperea accidentala a conductorului (PEN) este un incident cu consecinte deosebite, negative, care poate provoca accidente grave (cu socuri electrice) asupra oamenilor si animalelor si deteriorarea de receptoare ale consumatorilor :

- tensiuni de atingere peste limitele admise de STAS 2612/87 [2] - supratensiuni de frecventa industriala in circuitele de alimentare a receptoarelor, cu deteriorari ale acestora, insotite deseori de incendii - deteriorarea instalatiei de legare la pamant, prin suprasolicitare termica, datorata curentilor de lunga durata prin conductoarele de legatura si prin electrozi. In aceste conditii, mentinerea integritatii acestui conductor este un obiectiv major

pentru orice operator de distributie. Prin urmare, se impune utilizarea unei protectii specifice, prin relee, care sa

supravegheze permanent tensiunile de dezechilibru provocate de intreruperea conductorului (PEN), respectiv a tensiunii pe neutru, si care sa declanseze circuitul respectiv la depasirea limitelor de tensiune admise.

1. TIPURI DE PROTECTII DE NUL (PNT) In lume, s-au dezvoltat si se cunosc mai multe tipuri de protectii de nul [3]. In lucrarea de fata, ne vom ocupa exclusiv de protectia de nul in zona postului de

transformare MT/JT, simbolizata (PNT), ceea ce semnifica zona cuprinsa intre neutrul stelei infasurarii de JT a transformatorului si, cel putin, primul stalp cu priza de pamant de exploatare la care se leaga neutrul (PEN) al circuitului.

Principalele incidente care pot cauza intreruperea conductorului de nul in circuit sunt: - defect intern in transformator, prin intreruperea legaturii intre punctul stelei si borna de nul (N), ca defect de fabricatie, de reparatie sau deficienta de racordare trafo

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

2

- intreruperea conexiunii intre borna (N) trafo si bara de nul (PEN) din (TDP), cel mai frecvent prin arderea papucului datorita contactului electric slab la borna (N) - intreruperea conexiunii intre bara de nul (PEN) din (TDP) si primul stalp din circuit cu priza de pamant de exploatare la care este legat conductorul de nul (PEN) - intreruperea conductorului de nul (PEN) pe traseu de circuit. Aceasta protectie este inglobata in tabloul de distributie (TDP) de 0.4 kV al postului

de transformare si poate fi [3] : - tip PNT1 : in cazul racordarii prin linie aeriana (LEA) a postului de transformare,

atat pe partea de MT cat si pe partea de JT cu un singur circuit, cand bara de nul (PEN) din (TDP) este izolata de priza de pamant de MT a postului si conductorul neutru (PEN) se leaga la pamant la primul stalp cu priza de exploatare

- tip PNT2 : idem situatia de mai sus, dar cazul cand la (TDP) sunt racordate mai multe circuite de JT in LEA, precum si cazul cand instalatia de legare la pamant a postului de transformare este folosita in comun, pentru partea de MT si de JT.

Ambele tipuri de protectie (PNT) pot avea doua variante [3] : - a.) : cand protectia actioneaza la intreruperea conductorului (PEN) atat in amonte de (TDP), intre bara de nul si bornele transformatorului, cat si in aval, in LEA - b.) : cand protectia actioneaza doar la intreruperea conductorului (PEN) in aval de (TDP), respectiv doar pe circuit in LEA. (ambele variante si cu optiunea de control al curentului pe nul) .

Se considera ca protectia tip b.) n-ar trebui aplicata decat in cazuri deosebite si bine studiate [3], respectiv doar la posturile de transformare MT/JT la care exista o probabilitate nula de a se intrerupe conductorul neutru (PEN) in amonte de bara de nul din (TDP). Activitatea de exploatare a retelelor de distributie publica la 0.4 kV inregistreaza insa dese incidente cu intreruperea conductorului de nul (PEN) si in amonte de bara de nul din (TDP).

Cauza acestor incidente este racordarea defectuoasa a coloanei transformatorului la bornele sale de JT, facilitata de neutilizarea de fanioane/stegulete specifice pe borne.

Fig. 1 Stegulete/Fanioane pe borne de 0.4 kV la transformatoare de MT/JT

Pentru a reduce numarul acestor incidente, SDEE Galati a actionat pe trei cai : - in cadrul lucrarilor de reparatii transformatoare in atelier specializat, precum si in

cadrul lucrarilor de reparatii la posturile de transformare, a promovat si pune accent pe echiparea transformatoarelor cu elemente de racordare specializate fanioane (en. flags), cel putin pe borna de nul (2N) Figura 1

- in cazul posturilor de transformare noi, a introdus ca obligatorie conditia ca transformatorul sa fie achizitionat cu fanioane pe bornele de JT Figura 1

- introducerea protectiei la intreruperea nulului (PNT).

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

3

Conditiile generale ce trebuiesc indeplinite de protectia (PNT) sunt [3] : - sa declanseze intreruptorul automat din (TDP) de pe coloana trafo la intreruperea conductorului de nul intre bara de nul din (TDP) si primul stalp cu priza de pamant de exploatare la care este legat neutrul (PEN), in max. 3 s - sa declanseze intreruptorul automat din (TDP) de pe coloana trafo la intreruperea conductorului de nul intre bara de nul din (TDP) si borna de nul de 0.4 kV a trafo din PTA, in max. 3 s - sa declanseze intreruptorul automat din (TDP) de pe coloana trafo la intreruperea conductorului de nul intre borna de nul trafo si punctul neutru al infasurarii de 0.4 kV a trafo din PTA, in max. 3 s - sa declanseze intreruptorul automat din (TDP) de pe coloana trafo in cazul in care, fara intreruperea nulului in retea, apare o tensiune pe nul peste valoarea admisa, in max. 3 s.

2. PROTECTIE DE NUL TRAFO (PNT) La lucrarile simpozionului SIG-2003 organizat la Oradea, SDFEE Galati a aflat de

experimentarea unei protectii tip (PNT) la SDFEE Oradea, cu un bloc de protectie realizat la ELCO Deva. Solutia, desi testata cu succes in retele (la PTA Manastire), nu a mai fost mediatizata.

SDEE Galati s-a lansat in studiul ofertelor fabricantilor (dintre cei mai cunoscuti) de intreruptoare automate de putere tip MCCB (Molded Case Circuit Breakers) pentru retele de distributie de JT, tinta cautarilor constituind-o functiile de protectie avansate :

- protectia la intreruperea neutrului (prin control tensiune reziduala UN) - protectia de conductor neutru N-line (prin control curent IN) - protectia la supratensiune OV (prin control tensiune faza). Cu exceptia optiunii de declansator de tensiune minima (UV/Under-Voltage),

versiune electronica sau magnetica, pe care o ofera toti fabricantii, pentru cele trei functii avansate enumerate mai sus oferta este nu foarte bogata. Cel putin pentru controlul intreruperii neutrului (PEN), blocul de protectie este obligatoriu electronic si trebuie asociat cu un modul de masura tensiuni etc.

Singura oferta la intrerupere conductor neutru identificata este pentru intreruptorul din gama Tmax, respectiv protectia PR332/P (asociata cu PR330/V) [4], care reprezinta state-of-the-arts in domeniu, dar este o protectie sofisticata si scumpa pentru PTA. In rest, oferta cuprinde variantele de protectie : N-line/al patrulea pol, tensiune maxima, curent rezidual, putere inversa etc.

Prin eforturile proprii, SDEE Galati a identificat in final singurul producator intern, atestat Electrica S.A., al acestui tip de protectie, testata si omologata de Electrica S.A., si in exploatare de multi ani regiunea Transilvaniei.

Produsul este numit (BPNTT-1) [5] si realizeaza protectia (PNTT) - la intreruperea nulului, a fazei si la maxima tensiune in zona postului de transformare.

Prin aceasta protectie se asigura declansarea automata, rapida si selectiva, a intreruptorului automat tripolar tip MCCB din (TDP), situat pe coloana transformatorului, in urmatoarele situatii [5] :

- intreruperea conductorului de nul (PEN) in zona postului de transformare - intreruperea conductorului de faza in zona postului de transformare - la aparitia unei supratensiuni/50 Hz pe barele de distributie din (TDP). Fata de cele prezentate mai sus, se constata faptul ca acest tip de protectie (PNTT)

nu se incadreaza strict in una din cele doua subcategorii a.) si b.) respectiv, este o varianta, cu functii extinse, a subcategoriei a.).

Prin urmare, protectia tip (PNTT) actioneaza in cazul intreruperii conductorului (PEN) atat in amonte cat si in aval de (TDP), cel putin pana la primul stalp cu priza de pamant de exploatare.

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

4

2.1 Structura si functionarea blocului de protectie (BNTT-1) Figura 2 Blocul de protectie tip (BPNTT-1) cuprinde, intr-o structura compacta inglobata intr-o

cutie de policarbonat, urmatoarele componente principale [5] : - modul de masura pentru protectia la intreruperea nulului si a fazei PNT/PFT - modul de masura pentru protectia de maxima tensiune PMTT - sursa proprie pentru alimentarea modulelor si a bobinei de declansare asociata intreruptorului automat tripolar din (TDP) - relee intermediare pentru comutare si pentru declansare, leduri de semnalizare - conexiuni pentru integrare in SCADA. Functionarea protectiei are urmatorul algoritm : - intrerupere conductor neutru in zona postului de transformare : se activeaza modulul PNT care, dupa o temporizare, declanseaza intreruptorul automat - intrerupere conductor de faza in zona postului de transformare : se activeaza modulul PFT care, dupa o temporizare, declanseaza intreruptorul automat - aparitia de supratensiuni pe barele (TDP) : se activeaza modulul PMTT care, dupa o temporizare, declanseaza intreruptorul automat - memorizarea semnalizarii transmiterii impulsului de declansare.

2.2 Caracteristici tehnice principale bloc protectie (BPNTT-1) [5] - tensiune de alimentare (sursa proprie) : Un=220 V/50 Hz - protectie la intreruperea nulului prin PNT : t=0.2 2 sec. - protectie la intreruperea fazei prin PFT : t=0.2 2 sec. - protectie de maxima tensiune prin PMTT : Un=270 V/50 Hz : t=0.1 1 sec.

Fig. 2 Schema electrica de racordare a blocului de protectie (BPNTT-1)

3. APLICAREA PROTECTIEI DE NUL (PNT) LA SDEE GALATI In urma deciziei Electrica S.A. si a filialei EDMN de a utiliza protectia tip (PNT) la

posturile de transformare, cu precadere cele aeriene (PTA), pentru a face cunoscuta in premiera in cadrul filialei solutia oferita prin produsul (BPNTT-1) SDEE Galati si fabricantul protectiei au colaborat pentru organizarea si desfasurarea, la sediul filialei din Ploiesti, a unui seminar tehnic pe aceasta tema.

Seminarul s-a desfasurat in toamna anului 2013 si si-a atins pe deplin scopul.

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

5

In premiera in reteaua de distributie de 0.4 kV a SDEE Galati, si a filialei FDEE Muntenia Nord SA Ploiesti, protectia de nul trafo (BPNTT-1) a fost instalata in 04.2014 pe o lucrare de investitie, respectiv Alimentare cu energie electrica cartier Filesti, mun. Galati cu un post de transformare tip PTA 20/0.4 kV - 160 kVA.

Schema de incadrare a blocului de protectie (BPNTT-1) in (TDP) la postul de transformare (PTA) este prezentata in Figura 3.

La punerea in functie a lucrarii, cu montaj si asistenta tehnica asigurata de fabricantul protectiei, s-au facut toate testele necesare verificarii reglajelor si a bunei functionari a protectiei (BPNTT-1), cu defecte simulate in situ, respectiv :

- intreruperea conductorului de nul (PEN) intre borna de nul (N) a transformatorului din PTA si bara de nul din (TDP)

- intreruperea conductorului neutru (PEN) intre bara de nul din (TDP) si primul stalp de LEA cu priza de pamant de exploatare la care este legat neutrul (PEN)

- intreruperea unei faze, prin scoaterea unei sigurante generale MPR. Protectia a raspuns corespunzator testelor si este in functiune.

Fig. 3 Integrare bloc protectie (BPNTT-1) la PTA 20/0.4 kV-160 kVA, cartier Filesti

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

6

Intre timp, s-a pus in functiune inca un PTA echipat cu bloc de protectie (BPNTT-1) si, in continuare, prin toate lucrarile de investii de acest gen se va asigura aceasta protectie la PTA MT/JT.

Fig. 4 Bloc protectie nul trafo (BPNTT-1)

Fig. 5 Bloc protectie (BPNTT-1) instalat la PTA 20/0.4 kV-160 kVA, cartier Filesti

Simpozion National Optimizarea Serviciilor Energetice, ed. XI-a, 28-30.octombrie.2014, Buzau

7

4. BIBLIOGRAFIE

[1] *** - I7-2011 - Normativ pentru proiectarea, executarea si exploatarea instalatiilor electrice aferente cladirilor, cap. 3.3/pag. 41-51, MATRIX ROM, Bucuresti, 2011 [2] *** - STAS 2612/87 Protectia mpotriva electrocutarilor. Limite admise [3] M. SUFRIM s.a. Mijloace moderne de protectie impotriva tensiunilor accidentale in instalatiile de joasa tensiune, cap. B/pag. 92-138, Oradea, 2000 [4] *** - Technical presentation Tmax- T Generation, ABB Ltd-06-05 [5] *** - Bloc de protectie la intreruperea nulului si a fazei si cu protectie de maxima tensiune pentru post de transformare MT/JT tip BPNTT-1, Prospect. SC Pintel Intelligent Systems SRL Bucuresti.