1 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

CEZ DISTRIBUTIE

CE 110 kV TG-JIU

TEMA Nr. 3: Protectia de arc electric la celulele de

medie tensiune

Majoritatea defectelor n interiorul celulelor de medie tensiune sunt nsoite de apariia arcului

electric, care produce distrugeri importante la echipamente i este un mare pericol pentru viaa

uman.

Un defect n interiorul celulelor de MT capsulate care nu depete 100 ms permite de cele

mai multe ori evitarea producerii unor daune foarte grave pentru echipamentele electrice i scade

pericolul accidentrii pentru personalul de exploatare i ntreinere aflat n imediata apropiere a

locului apariiei defectului.

n cazul defectelor insoite de arc electric de lung durat, asupra personalului de exploatare

i ntreinere pot aparea leziuni corporale periculoase (arsuri, pierderi de vedere), inclusiv pierderea

de viei omeneti. n plus, este vorba de o deteriorare ireversibil i complet a ntregului aparataj

din interiorul celulelor, ct i a circuitelor secundare aferente celulelor de MT.

Din cauza pericolelor grave att pentru personalul de exploatare i ntreinere ct i pentru

echipamente, n conformitate cu reglementrile din rile europene, n standardele: IEC 364-4-

42:1980, IEC 298:1998 + AC: 1995, IEC 1330:1995 i IEC 439-1 + AC: 1994, este recomandat s se ia

msurile de protecie eficiente pentru a reduce efectele arcului electric.

Temperaturile la locul de defect n cazul defectelor cu arc electric pot atinge sau depi

19.400C. Cantitatea masiv de energie eliberat vaporizeaz rapid conductoarele metalice

implicate, provoac topirea metalului din zona arcului electric i extinderea plasmei n afar cu o

for extraordinar. Un incident tipic arcului electric poate fi nesemnificativ, dar teoretic ar putea

produce cu uurin o explozie mult mai sever.

Att Institutul de Inginerie Electric i Electronic ( IEEE ) ct i Naional Fire Protection

Association ( NFPA ) i-au unit forele ntr-o iniiativ de a finana i sprijini cercetarea i testarea

pentru a crete nelegerea fenomenelor ce se produc la apariia arcului electric. Rezultatele

2 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

acestui proiect de colaborare va furniza informaii care vor fi utilizate pentru a mbunti

standardele de siguran electric, pentru a prezice pericolele asociate cu defecte de arc nsoite

de explozii datorate efectelor arcului electric, i pentru a oferii garanii practice pentru angajaii de

la locul de munc.

Protecia care funcioneaz la apariia scurtcircuitelor de pe barele de MT este protectia

maximal de curent pe partea de MT a transformatoarelor de putere 110kV/MT. Pentru a realiza o

selectivitate n timp, cu protecia instantanee de curent a LEA/LES de MT, protectia maximal de

curent pe partea de MT aferent transformatoarelor de putere are un timp minim de declanare

de 400 milisecunde, timp mult prea mare pentru a evita posibilele efecte, generate de efectul

arcului electric, enumerate mai sus.

Efectele acestor defecte pot fi vzute pe pereii i la echipamentele din apropierea locului

arcului electric.

n plus fa de suflul exploziei, rezult de asemenea i o cantitate mare de cldur radiant

intens produs de arcul electric. Arcul de plasm de metal produce cantiti uriae de energie

luminoas. Suprafeele obiectelor din apropiere absorb aceast energie i sunt instantaneu nclzite

la temperaturi de vaporizare.

Exist dou tipuri de realizare a proteciilor de arc.

Primul tip se bazeaz pe detectarea luminii rezultate n urma apariiei arcului electric, iar al

doilea tip se bazeaz pe vibraiile i micarea clapetelor de la tubulatura de evacuare a gazelor

rezultate n urma arcului electric.

Protecia de arc care se bazeaz pe detectarea luminii, are ca element de demaraj trei

detectoare optice.

Detectoarele optice se afl n fiecare compartiment al fiecarei celule de MT (bare MT,

ntreruptor i cabluri de MT).

Pentru o funcionare cit mai corect, detectoarele optice de cele mai multe ori se combin

cu informaii despre demarajele proteciilor de supracurent, iar aceste protectii sa functioneze doar

cu demaraj de curent. Aceste demaraje se monitorizeaza la celulele de linie , pentru defecte in

compartimentul cablurilor de MT si la celulele de cuple MT si trafo MT pentru defectele din

compartimentul bare MT si ntreruptor MT.

Proteciile pe baz de lumin i curent pot fi realizate cu relee de protecie de arc dedicate,

sau prin utilizarea de relee de protecie normale echipate cu o opiune de arc - bli add -on .

La celulele de MT capsulate, arcul electric poate aprea n cele trei zone ale echipamentului

primar i anume, zona broelor superioare, zona broelor inferioare, i zona compartimentului

cablului de MT.

La apariia arcului electric, este necesar, n cel mai scurt timp posibil, a se ntrerupe sursa de

alimentare cu energie electric. In functie de zona in care a avut loc arcul electric, declaneaz

intreruptorul LEA daca defectul a avut loc in compartimentul cablului de MT, si declaneaz

3 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

intreruptorul din celula surs, cupl MT sau Trafo MT dac defectul a fost localizat n zona din

compartimentul bare MT sau ntreruptor MT.

In celulele de MT capsulate, efectele arcului electric, presiunea mare si gazele fierbini sunt

limitate prin dirijarea acestora n partea de sus a celulei, prin spatele compartimentului cu aparataj

secundar, printr-o fanta protejat cu o clapet (depresurizator), care comunic cu tubulatura

nchis, care se va racorda la exterior, astfel nct gazele fierbini vor fi evacuate n exterior. Pe

depresurizator este montat un limitator care sesizeaza deschiderea acestuia si care are acelasi rol sa

sesizeze presiunea creata de aparitia arcului electric in interiorul celulelor capsulate.

Protecia de arc de tip LAD

Senzorii de detecie a arcului electric sunt legai de sistemul de protecie de tip LAD cu fibra

optic ceea ce permite proteciei o funcionare rapid si sigura necesar ntreruperii alimentrii cu

energie a celulei de medie tensiune. Avnd n vedere timpul de declanare a ntreruptoarelor

utilizate n prezent la celulele de medie tensiune capsulate este de 30-50 ms, sistemul de protecie

de tip LAD garanteaz c declanarea aparatelor de comutaie se va produce intr-un timp de de

pn la 60ms, reducnd astfel la minimum efectele produse la apariia arcului electric.

Mai mult dect att, la caracteristicile sistemului de protecie de tip LAD includ posibilitatea de

declanare selectiv a intreruptoarelor aferente celulelor ce cumpun un sistem de bare de medie

tensiune.

Senzorii cu fibr optic, sunt imuni la interferene electromagnetice, i nu conduc curentul

electric, astfel ca acetia pot fi folosii n locaii unde exist tensiuni foarte nalte sau materiale

inflamabile. Aceti senzori pot fi, proiectai s reziste la temperaturi foarte nalte.

Utilizarea unui singur releu de protecie de tip LAD este capabil s acopere toate

compartimentele unei ceule de medie tensiune capsulate (ntreruptor, bare de medie tensiune,

cablu de medie tensiune) acestea fiind monitorzate de la distan cu ajutorul cablurilor din fibr

optic.

4 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

Echiparea unei celule sau a unei staii de transformare cu sisteme de protecie de tip LAD

este optim pentru a satisface cerinele standardelor n domeniul asigurrii de proteciei

personalului i a echipamentelor mpotriva efectele nocive ce apar la apariia arculi electric.

FUNCII

Detectorul de arc de tip LAD, are pn la trei canale independente pentru detectarea arcului

electric. Pe partea frontal a dispozitivului se gsesc trei LED-uri verzi pentru indicarea strii ,,n

funciune a fiecrui canal pregtit s reacioneze la apariia arcului electric.

Timpul total de rspuns de la detectarea arcului electric este mai mic de 10 ms.

Detectarea arcului electric se face de ctre un receptor optic sensibil la radiaii IR i lumin,

informaia de la acesta fiind transmis releului prin intermediul fibrei optice permind astfel o

cablare simpl ntre partea de detecie a arcului electric i dispozitivul LAD. La apariia unui arc

electric intr-unul din compartimentele celulei contactul releului i schimb starea i rmne n

aceast situaie timp de 200ms, pentru a permite declanarea ntrerupatorului (ntreruptoarelor).

Cerine pentru dispozitivele de siguran.

Diagrama linie afieaz toate componentele majore ale sistemului de putere, care sunt

implicate n calcularea nivelurilor pericolului in cazul arcului electric. Cutiile gri indic nivelul de

pericol la acea locaie, cu numrul de eticheta, nivelul de incidente i energie disipata n J/cm2.

5 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

Fig. 1 Exemplu de diagrama pentru calculul energiei disipate la apariia arcului electric

Fig. 2 Schema de racordare a modulului LAD in circuitele secundare ale unei celule MT

6 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

7 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

8 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

9 | P a g e Instruire PRAM 2015: Protectia de arc electric la celulele de medie tensiune

Bibliografie

KM Kowalski-Trakofler, EA Barrett, CW Urban, GT Homce. "Arc Flash Awareness: Information

and Discussion Topics for Electrical Workers". DHHS (NIOSH) Publication No. 2007-116D.

Accessed January 10, 2013.

Hoagland, Hugh (2009-08-03). Arc Flash Training & PPE Protection. Occupational Health &

Safety. Retrieved 2011-02-22.

J. Phillips. Electrical Contractor. U.S. Accessed April 20, 2010.

NFPA 70E - Electrical Safety in the workplace

Zeller, M.; Scheer, G. (2008). "Add Trip Security to Arc-Flash Detection for Safety and

Reliability, Proceedings of the 35rd Annual Western Protective Relay Conference, Spokane,

WA".

Homce, Gerald T. and James C. Cawley. "Understanding and Quantifying Arc Flash Hazards in

the Mining Industry". NIOSHTIC-2 No. 20032720. U.S. DHHS, CDC, NIOSH. Accessed October 27,

2008.

IEEE/NFPA Collaborative Research Project

CSA Electrical Safety Conference

IEEE 1584 Working Group website

Dispozitie DCO privind logica de functionare a protectiei de arc

Intocmit,

Ing. Bobina Andrei

CE 110 kV Tg-Jiu