Curentul Continuu In Electrodinamica

ALEGEREA ȘI VERIFICAREA APARATELOR ȘI CĂILOR DE CURENT DIN PUNCT DE VEDERE TERMIC ȘI ELECTRODINAMIC

Considerații generale

Echipamentul electric al unei instalații electrice trebuie astfel ales încât să satisfacă următoarele condiții:

parametrii nominali ai echipamentului să corespundă parametrilor locului în care se instalează;

să reziste supratensiunilor și curenților de scurtcircuit ce pot să apară în regimurile de avarie.

Curenții de scurtcircuit solicită elementele echipamentului din punct de vedere mecanic și termic; solicitarea electrodinamică este determinată de curentul de scurtcircuit de șoc, iar solicitarea termică de valoarea curentului de scurtcircuit și de durata acestuia.

Verificarea echipamentului electric la solicitări mecanice și termice în cazul curenților de scurtcircuit se face prin compararea mărimilor de calcul cu cele de încercare.

La alegerea și verificarea elementului respectiv, trebuie să se aleagă locul de scurtcircuit astfel, încât curentul ce rezultă să determine solicitarea maximă posibilă a elementului.

De menționat că generatoarele și transformatoarele nu se verifică la acțiunea curenților de scurtcircuit, deoarece acestea se asigură din acest punct de vedere prin construcția lor.

Aparatele electrice alese trebuie să satisfacă o serie de grupe de criterii tehnice, indicându-se valorile necesare determinate de solicitările din instalații și valorile garantate de fabricanți pentru toate aceste criterii. Se va ține seama că într-o stație electrică există mai multe tipuri de circuite, echiparea acestora putând fi diferită.

Criteriile tehnice de alegere a aparatelor electrice trebuie însoțite de criterii economice (investiții, costuri pentru întreținere și reparații etc.), precum și de criterii privind încadrarea în mediul ambiant (masă, gabarit, aspect estetic, poluare etc.).

Principalele grupe de criterii tehnice pentru alegerea aparatelor electrice sunt:

condiții ambientale;

caracteristici constructive;

caracteristici de izolație;

curent nominal;

frecvență nominală;

comportarea în regim de scurtcircuit;

criterii specifice.

Principalele caracteristici sunt: tensiunea nominală Un, tensiunea maximă de serviciu la care poate funcționa aparatul UM, curentul nominal In, capacitatea de rupere nominală Sr, sau Ir capacitatea de conectare Iî, curentul limită termic Ilt, timpul propriu de deschidere tpd, timpul total de deschidere ttd, timpul total de închidere tî, caracteristica de protecție (funcționare), mediul pentru stingerea arcului electric, locul de montare.

După funcțiunea pe care o îndeplinesc, se deosebesc următoarele categorii:

aparate de conectare (întreruptoare, separatoare, separatoare de sarcină);

aparate de protecție (siguranțe fuzibile, bobine de reactanță și de stingere, descărcătoare);

aparate de măsură (transformatoare de măsură).

Alegerea și verificarea aparatelor din punct de vedere termic și electrodinamic

Alegerea aparatelor și echipamentelor electrice se face ținând seama de următoarele condiții generale:

tipul instalației în care se montează, de exterior sau de interior;

Poate fi interior sau exterior (și se indică prin tema de proiectare). De regulă, pentru tensiuni nominale de peste 110 kV, majoritatea stațiilor electrice clasice se realizează tip exterior. Instalațiile de tip interior sunt protejate împotriva intemperiilor. În stațiile interioare nu se recomandă alegerea unor aparate cu volum mare de ulei, având în vedere riscul unor explozii și incendii care se pot produce în asemenea situații.

caracteristicile mediului ambiant (temperatura, umiditate) și altitudinea de montare;

De regulă, fabricanții de aparate garantează performanțele de catalog pentru înălțimi de funcționare a instalațiilor sub 1000 m. Pentru altitudini mai mari (de peste 1000 m), unele performanțe electrice și eventual, condițiile de stingere a arcului electric se înrăutățesc, constructorii de aparate indicând coeficienți pentru corecția acestora.

Caracteristicile mediului ambiant se referă la principalii factori meteo prevăzuți de normativul PE 101. Temperatura influențează condițiile de răcire și încărcările admisibile ale circuitelor; umiditatea și precipitațiile influențează comportarea izolației și stingerea arcului electric.

tensiunea nominală a aparatelor (echipamentelor) electrice trebuie să satisfacă relația:

(8.1)

unde: Unaparat – tensiunea nominală de serviciu pentru care a fost realizat aparatul (echipamentul) electric;

Uninstal – tensiunea nominală a instalației în locul de montare a echipamentului.

aparatele și echipamentele electrice care constituie și căi de curent, trebuie să respecte condiția:

(8.2)

unde: Imaxcalc = sarcina maximă de calcul determinată în proiectare pentru locul de montaj al aparatului (echipamentului) ;

Inapar = curentul nominal al aparatului (echipamentului), realizat prin construcția acestuia.

Aceste condiții se aplică la alegerea tuturor echipamentelor și aparatelor electrice, întreruptoare, separatoare, transformatoare de curent și de tensiune.

Întreruptoarele sunt aparate prin care se realizează atât conectarea – deconectarea curenților de sarcină, cât și întreruperea curenților de scurtcircuit; în acest ultim caz, întreruptoarele trebuie să îndeplinească condiția:

curentul de rupere trebuie să fie mai mare decât curentul de scurtcircuit în punctul în care se montează aparatul:

(8.3)

unde: Ir = curentul nominal de rupere a întreruptoarelor,

Isc = curentul de scurtcircuit în locul de montare a întreruptorului.

Verificarea aparatelor se face din punct de vedere termic și electrodinamic, ele trebuind să satisfacă anumite condiții specifice fiecărui tip de aparat în parte. Aceste condiții vor fi prezentate pentru fiecare aparat în parte, în cadrul subcapitolelor care urmează.

Singurele aparate care nu se verifică la stabilitate termică și electrodinamică sunt transformatoarele de măsurare de tensiune, deoarece ele nu sunt supuse acțiunii curenților de scurtcircuit.

Alegerea și verificarea întreruptoarelor

Întreruptorul este cel mai important aparat de comutație din circuitele primare. După principiul de stingere al arcului, întreruptoarele pot fi cu: ulei mult, ulei puțin, aer comprimat, hexafluorură de sulf, suflaj magnetic și cu vid.

Întreruptoarele cu ulei mult — IUM, sunt tot mai puțin folosite în prezent din cauza pericolului de explozie și incendiu. Au o construcție simplă și sigură și o comportare bună în exploatare. Vor fi totuși evitate pe cât posibil, rămânând să fie folosite la posturi de transformare și la stații electrice de importanță redusă, de preferință numai în instalații exterioare.

Întreruptoarele cu ulei puțin — IUP, sunt foarte răspândite până la cele mai mari tensiuni și puteri de rupere. Au o construcție simplă și robustă, comportare bună în exploatare revizia este ușoară și rapidă. Aceste întreruptoare sunt indicate pentru condițiile din țara noastră.

Întreruptoarele cu aer comprimat sunt de asemenea foarte răspândite până la cele mai mari tensiuni și puteri de rupere. Au o construcție mai complicată și necesită în plus o instalație de aer comprimat de mare presiune. Pentru condițiile din țara noastră, pot fi folosite la puteri de rupere foarte mari sau în condiții de funcționare speciale.

Întreruptoarele cu hexafluorură de sulf se răspândesc tot mai mult datorită calităților lor excepționale. Au o capacitate mărită de stingere a arcului și de refacere a rigidității dielectrice.

Întreruptoarele cu suflaj magnetic sunt simple, robuste și se comportă bine în exploatare; se fabrică în prezent pentru tensiuni medii. La curenți mici, efectul de suflaj magnetic este insuficient pentru ruperea arcului din care cauză în aceste condiții se prevăd dispozitive suplimentare (suflaj cu aer).

Întreruptoarele cu vid folosesc proprietățile vidului pentru stingerea arcului electric. Vidul înaintat (10-4. . .10-5 torr) are o mare rigiditate dielectrică, iar arcul electric se stinge de la sine în vid înainte de trecerea curentului prin zero.

Dispozitivele de acționare ale întreruptoarelor pot fi :

— cu acționare unilaterală, când realizează numai închiderea întreruptorului, deschiderea acestuia făcându-se cu ajutorul unui resort de deschidere. Este cazul dispozitivelor de tipul MR, MRI, DRI, DSI, etc, folosite la întreruptoarele cu ulei puțin (tip IUP) de medie tensiune ;

— cu acționare bilaterală, când realizează atât închiderea, cât și deschiderea întreruptorului, fără să mai fie nevoie de resorturi pentru deschidere. Este cazul întreruptoarelor de înaltă tensiune care folosesc dispozitive de tipul MOP (IO – 110, 220, 400) sau înglobate în ele (IUP — 35) etc.

În funcție de energia folosită, dispozitivele de acționare pot fi cu resorturi (tipurile MR, DR), cu acționare pneumatică (tipul DPI), electromagnetice (tipul DSI), manuale (tipul DMI).

Alegerea întreruptoarelor se face conform celor enunțate în subcapitolul 8.2 respectându-se relațiile 8.1, 8.2 și 8.3.

Verificarea întreruptoarelor se va face ținând cont de valoarea curentului de scurtcircuit trifazat simetric urmărind cele enunțate mai jos.

Întreruptoarele sunt aparate prin care se realizează atât conectarea – deconectarea curenților de sarcină, cât și întreruperea curenților de scurtcircuit; în acest ultim caz, întreruptoarele trebuie să îndeplinească condiția:

(8.4)

unde: Sr = puterea nominală de rupere a întreruptoarelor,

Ssc = puterea de scurtcircuit în locul de montare a întreruptorului.

Din punct de vedere al stabilității termice la scurtcircuit, întreruptoarele trebuie să respecte condiția:

(8.5)

unde: Ilimt = curentul limită termic pentru o secundă dat de fabricant;

Iscm = curentul mediu echivalent al scurtcircuitului;

= durata pentru care se verifică termic (pentru o altă durată decât cea de o secundă).

Valoarea curentului mediu echivalent de scurtcircuit se determină cu relația :

(8.6)

unde: m = coeficient care ține seama de aportul componentei aperiodice a curentului de scurtcircuit; acesta se determină grafic în funcție de durata defectului (tsc) și de coeficientul de șoc kșoc (figura 8.1, a);

n = coeficient care ține seama de variația în timp a componentei periodice; acesta se determină în funcție de timpul total al defectului (tsc) și de raportul dintre curentul de scurtcircuit la t = 0 și curentul permanent de scurtcircuit la t = ∞ (figura 8.1, b);

tsc = timpul total al defectului (durata scurtcircuitului); se compune din timpul de acționare al protecției prin relee și timpul de deschidere al întreruptoarelor.

Figura 8.1 Nomograme pentru calculul curentului mediu echivalent al scurtcircuitului.

Din punct de vedere al solicitării electrodinamice, întreruptoarele trebuie să verifice relația:

(8.7)

unde: Ilimd = curentul limită dinamic al întreruptorului dat de fabricant.

Alegerea și verificarea întreruptoarelor de înaltă tensiune

Pe parte de înaltă tensiune, racordarea primarelor transformatoarelor de putere se face prin intermediul a două întreruptoare.

Conform condițiilor de alegere exprimate prin relațiile 8.1, 8.2 și 8.3 se aleg întreruptoare de înaltă tensiune, cu hexafluorură de sulf, tip H – 14 ale căror caracteristici sunt notate în tabelul 8.1.

Tabelul 8.1

Se observă, urmărind datele din tabel, că relațiile de condiționare a alegerii întreruptoarelor sunt îndeplinite.

Se trece mai departe la verificarea întreruptoarelor la puterea de rupere, din punct de vedere termic și electrodinamic.

Puterea de scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV este trecută în tabelul 6.2 și are valoarea = 1193,2 MVA. Puterea de rupere a întreruptoarelor este Sr = 6000 MVA, deci relația 8.4 este verificată, întreruptorul fiind capabil să rupă curentul de defect al unui scurtcircuit pe bara de 110 kV.

Pentru a verifica întreruptoarele din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV.

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

În primul caz pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec și pentru un coeficient de șoc kșoc = 1,8, din nomograma din figura 8.1, a, obținem un coeficient n = 0. Pentru scurtcircuitul pe bara de 110 kV raportul β = 1,7 și pentru același timp de defect de 2,5 sec din nomograma din figura 8.1, b, obținem un coeficient m = 0,7.

Valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec, este dată de relația 8.6:

kA

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este Iscm = 14,10 kA, iar = 63 kA relația 8.5 este verificată, deci întreruptoarele sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 110 kV.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec și pentru un coeficient de șoc kșoc = 1,8, din nomograma din figura 8.1, a, obținem un coeficient n = 0,1. Pentru scurtcircuitul pe bara de 110 kV raportul β = 1,7 și pentru același timp de defect de 0,5 sec din nomograma din figura 8.1, b, obținem un coeficient m = 0,9.

Valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec, este dată de relația 8.6:

kA

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este Iscm = 7,53 kA, iar = 28 kA relația 8.5 este verificată, deci întreruptoarele sunt stabile termic și în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 110 kV.

Din punct de vedere al solicitării electrodinamice, întreruptoarele trebuie să verifice relația 8.7. Ținând cont de faptul că valoarea instantanee a curentului de șoc, în cazul unui scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV, este ișoc = 15,91 kA, iar valoarea curentului limită dinamic, dat în tabelul 8.1, este Ild = 100 kA, se constată că relația 8.7 este verificată deci întreruptoarele de înaltă tensiune tip H – 14 sunt stabile din punct de vedere electrodinamic în cazul unui scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV a stației de transformare ST – C.

Alegerea și verificarea întreruptoarelor de medie tensiune

Pe parte de medie tensiune, racordarea secundarelor transformatoarelor de putere, la bara de 20 kV, se face tot prin intermediul a două întreruptoare.

Conform condițiilor de alegere exprimate prin relațiile 8.1, 8.2 și 8.3 se aleg întreruptoare de medie tensiune, cu hexafluorură de sulf, tip HF(D) ale căror caracteristici sunt notate în tabelul 8.2.

Tabelul 8.2

Se observă, urmărind datele din tabel, că relațiile de condiționare a alegerii întreruptoarelor sunt îndeplinite.

Verificarea întreruptoarelor se va face pentru scurtcircuit pe bara de 20 kV în regim maxim de funcționare (cu ambele transformatoare în funcțiune), deoarece în acest caz curentul de scurtcircuit este mai mare și dacă echipamentele vor rezista din punct de vedere termic și electrodinamic acestui regim de defect atunci automat vor fi apte și pentru celălalt regimul de funcționare minim (cu un transformator în funcțiune).

Se trece mai departe la verificarea întreruptoarelor la puterea de rupere, din punct de vedere termic și electrodinamic.

Puterea de scurtcircuit trifazat pe bara de 20 kV în regim maxim de funcționare este trecută în tabelul 6.4 și are valoarea = 158,76 MVA. Puterea de rupere a întreruptoarelor este Sr = 550 MVA, deci relația 8.4 este verificată, întreruptorul fiind capabil să rupă curentul de defect al unui scurtcircuit pe bara de 20 kV.

Pentru a verifica întreruptoarele din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV.

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

În primul caz pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec și pentru un coeficient de șoc kșoc = 1,8, din nomograma din figura 8.1, a, obținem un coeficient n = 0. Pentru scurtcircuitul pe bara de 20 kV raportul β = 1 și pentru același timp de defect de 2,5 sec din nomograma din figura 8.1, b, obținem un coeficient m = 0,9.

Valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec, este dată de relația 8.6:

kA

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV este Iscm = 6,55 kA, iar = 31,62 kA relația 8.5 este verificată, deci întreruptoarele sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 20 kV, în regim maxim de funcționare.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec și pentru un coeficient de șoc kșoc = 1,8, din nomograma din figura 8.1, a, obținem un coeficient n = 0,1. Pentru scurtcircuitul pe bara de 20 kV raportul β = 1 și pentru același timp de defect de 0,5 sec din nomograma din figura 8.1, b, obținem un coeficient m = 0,95.

Valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec, este dată de relația 8.6:

kA

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV este Iscm = 3,16 kA, iar = 14,14 kA relația 8.5 este verificată, deci întreruptoarele sunt stabile termic și în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 20 kV, în regim maxim de funcționare.

Din punct de vedere al solicitării electrodinamice, întreruptoarele trebuie să verifice relația 8.7. Ținând cont de faptul că valoarea instantanee a curentului de șoc, în cazul unui scurtcircuit trifazat, în regim maxim de funcționare, pe bara de 20 kV, este ișoc = 11,09 kA, iar valoarea curentului limită dinamic, dat în tabelul 8.2, este Ild = 63 kA, se constată că relația 8.7 este verificată, deci întreruptoarele de medie tensiune tip HF(D) sunt stabile din punct de vedere electrodinamic în cazul unui scurtcircuit trifazat, în regim maxim de funcționare, pe bara de 20 kV a stației de transformare ST – C.

Alegerea și verificarea separatoarelor

Separatoarele sunt aparate de conectare care asigură pentru motive de securitate, în poziția deschis, o distanță de izolare vizibilă în cadrul circuitului electric din care fac parte.

Separatorul neavând dispozitiv de stingere a arcului electric, nu se deschide sub sarcină; deschiderea separatorului trebuie să fie precedată de deconectarea întreruptorului corespunzător.

Se pot face mai multe clasificări ale separatoarelor, după cum urmează.

După locul în care se montează, separatoarele pot fi: de tip interior (la instalații interioare) sau de tip exterior (la instalații exterioare).

După numărul de poli: monopolare, bipolare, tripolare.

După modul de deplasare al contactelor mobile: separatoare cuțit, având un contact fix și un contact mobil tip cuțit; separatoare rotative, având două contacte mobile; separatoare basculante, la care contactul mobil basculează împreună cu un izolator suport în planul axelor izolatoarelor suport ale polului; separatoare pantograf, la care contactul mobil, de o construcție specială, execută o mișcare după direcția axei izolatorului suport.

După absența sau prezența dispozitivului de legare la pământ există separatoare cu sau fără cuțite de legare la pământ.

Sistemul de acționare: dispozitive de acționare manuală – cu prăjini (până la 75 kV inclusiv) sau cu pârghie (tip AME și AMI); dispozitive pneumatice (tip AP); cu acționare electrică (tip ASE).

Există și o categorie specială de separatoare numite separatoarele de sarcină (STIS) care sunt aparate de conectare capabile să întrerupă curentul nominal al unui circuit și care în poziția deschis asigură o distanță minimă între contactul fix și cel mobil întocmai ca și separatoarele normale.

Se utilizează în următoarele scopuri:

pentru conectarea și deconectarea bateriilor de condensatoare, până la puteri de circa l 200 kVAr și tensiuni de 20 kV;

pentru înlocuirea întreruptorului, în punctele rețelei unde puterea de scurtcircuit este redusă (sub 30 MVA) ;

la conectarea și deconectarea liniilor în gol și a cablurilor în gol;

ca aparat de conectare în rețelele buclate, având rolul de a închide sau deschide bucla la sarcina nominală.

Protecția instalației este asigurată prin siguranțe fuzibile de înaltă tensiune cu mare putere de rupere montate în serie cu separatorul de sarcină.

Separatorul de sarcină are ca element de bază separatorul propriu-zis, căruia i se adaugă un cuțit de rupere și o cameră de stingere din material gazogen, de formă plată sau cilindrică.

Alegerea separatoarelor se face conform celor enunțate în subcapitolul 8.2 respectându-se relațiile 8.1 și 8.2. Se renunță la criteriul de alegere funcție de curentul de rupere deoarece separatoarele nu sunt aparate capabile să rupă curenții de scurtcircuit.

Verificarea separatoarelor se face numai din punct de vedere al stabilității termice și electrodinamice la a acțiunea curenților de scurtcircuit, renunțându-se de asemenea la verificarea aparatului la puterea de rupere, din motive lesne de înțeles.

Verificarea din punct de vedere al stabilității termice și electrodinamice se face în același mod ca verificarea întreruptoarelor, utilizând relațiile 8.5, 8.6 și 8.7.

Alegerea și verificarea separatoarelor de înaltă tensiune

Pe parte de înaltă tensiune, racordarea primarelor transformatoarelor de putere la bara de 110 kV se face prin intermediul a două separatoare de bară, racordarea liniilor electrice de alimentare a stației de transformare ST – C din linia electrică de repartiție, se face prin intermediul a două separatoare de linie. Stația ST – C este o stație cu simplu sistem de bare colectoare, cu dublă secționare prin două separatoare de bare, pe partea de 110 kV.

Conform condițiilor de alegere exprimate prin relațiile 8.1 și 8.2 se aleg separatoare tripolare de înaltă tensiune, tip STEP – 110 kV, de exterior și care prezintă cuțite de legare la pământ, ale căror caracteristici sunt notate în tabelul 8.3.

Tabelul 8.3

* dispozitiv de acționare manuală cu pârghie.

Se observă, urmărind datele din tabel, că relațiile de condiționare a alegerii separatoarelor sunt îndeplinite.

Se trece mai departe la verificarea separatoarelor din punct de vedere termic și electrodinamic.

Pentru a verifica întreruptorul din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV.

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

Calculul valorii curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este identic cu cel de la verificarea întreruptoarelor, subcapitolul 8.2.1.1, deoarece coeficienții m și n sunt aceeași, deci Iscm = 14,10 kA,

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este Iscm = 14,10 kA, iar = 63 kA relația 8.5 este verificată, deci separatoarele sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 110 kV.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec, valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este de asemenea egală cu cea calculată la verificarea întreruptoarelor, în cadrul subcapitolului 8.2.1.1, deci Iscm = 7,53 kA.

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 110 kV este Iscm = 7,53 kA, iar = 28 kA relația 8.5 este verificată, deci separatoarele sunt stabile termic și în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 110 kV.

Din punct de vedere al solicitării electrodinamice, separatoarele, trebuie să verifice relația 8.7. Ținând cont de faptul că valoarea instantanee a curentului de șoc, în cazul unui scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV, este ișoc = 15,91 kA, iar valoarea curentului limită dinamic, dat în tabelul 8.3, este Ild = 100 kA, se constată că relația 8.7 este verificată deci separatoarele de înaltă tensiune tip STEP – 110 sunt stabile din punct de vedere electrodinamic în cazul unui scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV a stației de transformare ST – C.

Alegerea și verificarea separatoarelor de medie tensiune

Pe parte de medie tensiune, racordarea secundarelor transformatoarelor de putere la bara de 20 kV, se face prin intermediul a două separatoare.

Conform condițiilor de alegere exprimate prin relațiile 8.1 și 8.2 se aleg separatoare tripolare de medie tensiune, tip STIn – 20 kV, de interior, ale căror caracteristici sunt notate în tabelul 8.4.

Tabelul 8.4

* dispozitiv de acționare manuală cu pârghie.

Se observă, urmărind datele din tabel, că relațiile de condiționare a alegerii separatoarelor sunt îndeplinite.

Verificarea separatoarelor se va face pentru scurtcircuit pe bara de 20 kV în regim maxim de funcționare (cu ambele transformatoare în funcțiune), deoarece în acest caz curentul de scurtcircuit este mai mare și dacă echipamentele vor rezista din punct de vedere termic și electrodinamic acestui regim de defect atunci automat vor fi apte și pentru celălalt regimul de funcționare minim (cu un transformator în funcțiune).

Se trece mai departe la verificarea separatoarelor din punct de vedere termic și electrodinamic..

Pentru a verifica întreruptorul din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV.

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

Calculul valorii curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV este identic cu cel de la verificarea întreruptoarelor de medie tensiune, subcapitolul 8.2.1.2, deoarece coeficienții m și n sunt aceeași, deci Iscm = 6,55 kA,

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV este Iscm = 6,55 kA, iar = 15,81 kA relația 8.5 este verificată, deci separatoarele de medie tensiune sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 20 kV.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec, valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului pe bara de 20 kV este de asemenea egală cu cea calculată la verificarea întreruptoarelor de medie tensiune, în cadrul subcapitolului 8.2.1.2, deci Iscm = 3,16 kA.

Valoarea curentul limită termic al întreruptorului, pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec este:

kA

Datorită faptului că valoarea curentului mediu echivalent al scurtcircuitului, în regim maxim de funcționare, pe bara de 20 kV este Iscm = 3,16 kA, iar = 7,07 kA relația 8.5 este verificată, deci separatoarele sunt stabile termic și în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 20 kV.

Din punct de vedere al solicitării electrodinamice, separatoarele, trebuie să verifice relația 8.7. Ținând cont de faptul că valoarea instantanee a curentului de șoc, în cazul unui scurtcircuit trifazat, în regim maxim de funcționare, pe bara de 20 kV, este ișoc = 11,09 kA, iar valoarea curentului limită dinamic, dat în tabelul 8.3, este Ild = 25 kA, se constată că relația 8.7 este verificată deci separatoarele de medie tensiune tip STIn – 20 sunt stabile din punct de vedere electrodinamic în cazul unui scurtcircuit trifazat pe bara de 20 kV a stației de transformare ST – C.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de măsură

Transformatoarele de măsură sunt aparate electromagnetice care transformă valorile curentului și tensiunii la valori convenabile pentru alimentarea aparatelor de măsură, de protecție și de reglare , cum ar fi tensiuni de 100 sau 110 V, respectiv curenți de 5 sau l A.

Transformatoarele de măsură se clasifică după mai multe criterii.

1. În funcție de parametrul a cărui valoare o reduc, există:

transformatoare de curent (TC) a căror înfășurare primară se conectează în serie cu circuitul primar, iar bobinajul secundar alimentează releele de curent, ampermetrele, bobinele de curent ale wattmetrelor, contoarelor, fazmetrelor etc.; curentul nominal primar I1n poate fi 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 750, l 000, l 500, 2 000, 3 000, 4 000 sau 5 000 A; curentul nominal secundar I2n este de 5 A, iar puterile nominale secundare P2n sunt de 5, 10, 15, 30, 60, 90 VA;

transformatoare de tensiune (TT) a căror înfășurare primară se conectează în paralel cu circuitul primar, iar înfășurarea secundară alimentează releele de tensiune, voltmetrele, bobinele de tensiune ale wattmetrelor, contoarelor, fazmetrelor etc.; tensiunea nominală primară este egală cu tensiunile normalizate la noi în țară, iar tensiunea nominală secundară este egală cu 100 sau 100/; puterile nominale secundare sunt de 10, 15, 30, 60, 90, 120, 180, 240, 300, 480, 600, 900 sau l 000 VA.

2. După numărul înfășurărilor secundare :

cu o singură înfășurare secundară;

cu două sau mai multe înfășurări secundare.

3. După felul instalației în care se pot monta:

transformatoare de tip interior – simbol I;

transformatoare de tip exterior – simbol E.

4. După modul în care se montează:

transformatoare de trecere, simbol T (numai pentru cele de curent);

transformatoare tip suport, simbol S.

5. După felul izolației dintre înfășurări:

transformatoare cu aer sau uscate;

transformatoare cu izolație în ulei, simbol U;

transformatoare cu izolație de porțelan, simbol P;

transformatoare cu izolație de hexafluorură de sulf H;

transformatoare cu izolație de rășini sintetice turnate, simbol R.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de curent

Tensiunea nominală U1n și curentul nominal primar I1n se aleg ca și la întreruptoare sau separatoare. Felul și tipul sunt impuse de locul în care se montează.

Clasa de precizie se alege în funcție de aparatele montate în circuitul secundar și anume:

clasa 0,2 se folosește la măsurători de precizie;

clasa 0,5 pentru contoarele de energie electrică;

clasa l pentru măsurători normale de exploatare și pentru relee de distanță și putere;

clasa 3 pentru relee de curent, diferențiale și de semnalizări.

Clasa de precizie indicată în cataloagele transformatoarelor de curent se respectă dacă curentul prin transformator este cel nominal și dacă sarcina secundară este cuprinsă între 25% și 100% din cea indicată în catalog.

După alegerea transformatoarelor de curent astfel ca ele să corespundă condițiilor generale, ele trebuie verificate la stabilitate termică și electrodinamică după cum urmează.

Verificarea la stabilitate electrodinamică impune îndeplinirea condiției:

(8.8)

unde: Ilimd = curentul limită dinamic indicat în catalogul da fabricație al transformatoarelor de curent.

Verificarea la stabilitate termică se face pe baza condiției:

(8.10)

unde: Ilt = curentul limită termic al transformatorului de curent pentru un timp de defect de o secundă;

tf = timpul fictiv total tf = tfp + tfa;

tfp = timpul fictiv periodic, care se determină din diagrama din figura 8.2, funcție de durata scurtcircuitului tsc, și de raportul ;

tfa = timpul fictiv aperiodic, care se determină cu relația tfa = 0,05 ∙ β2.

Figura 8.2 Diagrama pentru determinarea timpului fictiv periodic tfp.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de curent pentru celulele de înaltă tensiune

Conform criteriilor de alegere a transformatoarelor de curent, pentru tensiunea nominală a rețelei Un = 110 kV și pentru curentul maxim care ar tranzita rețeaua în cazul în care transformatoarele ar funcționa încărcate la maxim = 52,5 A, celulele de 110 kV se vor echipa cu transformatoare de curent cu hexafluorură de sulf, exterioare, tip CEH – 123 ale căror caracteristici sunt trecute în tabelul 8.5.

Tabelul 8.5

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

Pentru a verifica transformatoarele de curent din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea timpului fictiv total.

În primul caz pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec și pentru raportul din diagrama din figura 8.2 se determină timpul fictiv periodic tfp = 3 sec. Valoarea timpului fictiv aperiodic este tfa = 0,05 ∙ β2 = 0,05 ∙ 1,72 = 0,145 sec. În acest caz timpul fictiv total este tf = tfp + tfa = 3 + 0,145 = 3,145 sec.

Verificarea la stabilitate termică se face în baza condiției enunțate în relația 8.10:

Din relația de mai sus relația se observă că relația 8.10 este verificată, deci transformatoarele de curent, alese, sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 110 kV.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec și pentru raportul din diagrama din figura 8.2 se determină timpul fictiv periodic tfp = 1 sec. Valoarea timpului fictiv aperiodic este tfa = 0,05 ∙ β2 = 0,05 ∙ 1,72 = 0,145 sec. În acest caz timpul fictiv total este tf = tfp + tfa = 1 + 0,145 = 1,145 sec.

Verificarea la stabilitate termică se face în baza condiției enunțate în relația 8.10:

Din relația de mai sus relația se observă că relația 8.10 este verificată, deci transformatoarele de curent, alese, sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 110 kV.

Verificarea la stabilitate electrodinamică impune îndeplinirea condiției impuse prin relația 8.8. Având în vedere că valoarea instantanee a curentului de șoc, pentru scurtcircuit trifazat pe bara de 110 kV este ișoc = 15,91 kA, relația 8.8 este verificată (), deci transformatoarele de curent tip CEH – 123, alese, sunt stabile din punct de vedere electrodinamic la un scurtcircuit pe bara de 110 kV.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de curent pentru celulele de medie tensiune

Conform criteriilor de alegere a transformatoarelor de curent, pentru tensiunea nominală a rețelei Un = 20 kV și pentru curentul maxim care ar tranzita rețeaua de medie tensiune, în cazul în care transformatoarele ar funcționa încărcate la maxim = 288 A, celulele de 20 kV se vor echipa cu transformatoare de curent cu izolație în rășină , montaj interior, tip CIRS – 20 ale căror caracteristici sunt trecute în tabelul 8.6.

Tabelul 8.6

Verificarea transformatoarelor de curent se va face pentru scurtcircuit pe bara de 20 kV în regim maxim de funcționare (cu ambele transformatoare în funcțiune), deoarece în acest caz curentul de scurtcircuit este mai mare și dacă echipamentele vor rezista din punct de vedere termic și electrodinamic acestui regim de defect atunci automat vor fi apte și pentru celălalt regimul de funcționare minim (cu un transformator în funcțiune).

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

Pentru a verifica transformatoarele de curent din punct de vedere termic este necesar să calculăm valoarea timpului fictiv total.

În primul caz pentru un timp de defect de tsc = 2,5 sec și pentru raportul din diagrama din figura 8.2 se determină timpul fictiv periodic tfp = 2 sec. Valoarea timpului fictiv aperiodic este tfa = 0,05 ∙ β2 = 0,05 ∙ 12 = 0,05 sec. În acest caz timpul fictiv total este tf = tfp + tfa = 2 + 0,05 = 2,05 sec.

Verificarea la stabilitate termică se face în baza condiției enunțate în relația 8.10:

Din relația de mai sus relația se observă că relația 8.10 este verificată, deci transformatoarele de curent, alese, sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 2,5 secunde, pe bara de 20 kV.

În cel de-al doilea caz pentru un timp de defect de tsc = 0,5 sec și pentru raportul din diagrama din figura 8.2 se determină timpul fictiv periodic tfp = 0,5 sec. Valoarea timpului fictiv aperiodic este tfa = 0,05 ∙ β2 = 0,05 ∙ 12 = 0,05 sec. În acest caz timpul fictiv total este tf = tfp + tfa = 0,5 + 0,05 = 0,55 sec.

Verificarea la stabilitate termică se face în baza condiției enunțate în relația 8.10:

Din relația de mai sus relația se observă că relația 8.10 este verificată, deci transformatoarele de curent, alese, sunt stabile termic în cazul unui defect, cu durata de 0,5 secunde, pe bara de 20 kV.

Verificarea la stabilitate electrodinamică impune îndeplinirea condiției impuse prin relația 8.8. Având în vedere că valoarea instantanee a curentului de șoc, pentru scurtcircuit trifazat pe bara de 20 kV în regim maxim de funcționare este ișoc = 11,09 kA, relația 8.8 este verificată (kA), deci transformatoarele de curent tip CIRS – 20, alese, sunt stabile din punct de vedere electrodinamic la un scurtcircuit pe bara de 20 kV, în regim maxim de funcționare.

Alegerea și verificarea transformatoarelor de tensiune

Alegerea transformatoarelor de tensiune se face în funcție de tensiunea de alimentare. Ținând cont de aceasta, pentru celulele de înaltă tensiune se vor alege transformatoare de tensiune, montaj exterior, cu hexafluorură de sulf, tip TECH – 123 kV, iar pentru celulele de medie tensiune se vor alege transformatoare de tensiune, montaj interior, tip TIRMO – 20 kV, ale căror caracteristici sunt trecute în tabelul 8.7.

Tabelul 8.7

Transformatoarele de tensiune nu constituie căi de curent deci ele nu vor fi influențate de curentul de scurtcircuit, verificarea lor la stabilitate termică și electrodinamică ne mai fiind necesară.

Verificarea căilor de curent la curenții de scurtcircuit

Verificarea barelor la curenții de scurtcircuit

Barele (căile de curent) rigide sunt supuse, în cazul parcurgerii lor de către curenții de scurtcircuit la eforturi mecanice, datorită forțelor electrodinamice care apar între faze sau între căile de curent ale aceleiași faze.

Pentru barele colectoare și racordurile transformatoarelor de putere se aleg bare rigide din Al 1 x (80 x10) mm2 așezate pe lat, cu Iadm = 1435 A.

Barele rigide se vor verifica la regimul de scurtcircuit, pe bara de 110 kV, deoarece acesta este un regim de defect cu curenții de scurtcircuit cei mai mari.

Forța totală care apare, se poate calcula, având în vedere mărimile geometrice ale barelor, cu relația:

daN (8.11)

unde: L = lungimea deschiderii, considerată între două puncte de sprijin (izolatoare suport);

a = distanța dintre axele fazelor, a = A + b = 250 + 80 = 0,33 m;

Pentru o lungime a deschiderii, considerată L = 1,1 m și o distanță între axele fazelor de a = 0,33 m, se calculează forța totală care apare cu ajutorul relației 8.11:

daN

Stabilitatea la eforturile electrodinamice se verifică dacă se respectă condiția:

(8.12)

unde: σadm = efortul unitar admisibil la încovoiere specific unui anumit material; pentru aluminiu σadm = 700 daN/cm3;

Valoarea eforturilor electrodinamice se calculează cu relația:

daN/cm3 (8.13)

unde: W = modulul de rezistență al barelor;

Valoarea modulului de rezistență se determină funcție de modul de așezare al barelor, numărul de bare și profilul acestora. În lucrarea de față modulul rezistenței barelor se determină cu relația:

(8.14)

Pentru valorile lui b și h considerate a fi, funcție de caracteristicile barelor, b = 8 și h = 1 se calculează valoare modulului de rezistență cu relația 8.14:

cm3

Cunoscând valoarea forței electrodinamice totale F, care apare între faze sau între căile de curent ale aceleiași faze și valoarea modulului de rezistență, se poate calcula valoarea efortului unitar de încovoiere cu ajutorul relației 8.13:

daN/cm3

Pentru valoarea efortului unitar de încovoiere calculată cu relația 8.13, σ = 116 daN/cm3, condiția de stabilitate la eforturile electrodinamice este îndeplinită conform relației 8.12, pentru efortului unitar de încovoiere specific aluminiului σadm = 700 daN/cm3, deci barele de aluminiu alese sunt stabile din punct de vedere al eforturilor electrodinamice în cazul unui scurtcircuit pa barele de 110 kV.

Verificarea stabilității termice a barelor colectoare are ca scop verificarea secțiunii adoptate, în condițiile în care aceasta este parcursă de curentul de scurtcircuit. Pe durata scurtcircuitului temperatura căii de curent poate depăși de câteva ori valoarea admisibilă în condiții normale de funcționare. Pentru ca temperatura căii de curent să nu depășească limita admisă de norme, trebuie ca secțiunea acesteia să verifice relația:

(8.15)

unde: s = secțiunea barei (căii de curent);

c = coeficient care depinde de tipul căii de curent și de materialul acesteia; pentru bare de aluminiu c = 90.

Verificarea din punct de vedere termic se va face pentru două cazuri:

Timpul de defect este tsc = 2,5 secunde, corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.

Timpul de defect este tsc = 0,5 secunde, corespunzător protecției de gaze sau protecției diferențiale de curent.

Ținând cont că secțiunea barelor este s = 800 mm2 condiția de stabilitate termică a barelor colectoare este satisfăcută.

Verificarea secțiunii conductoarelor LEA la curenții de scurtcircuit

Verificarea secțiunii LEA 110 kV la stabilitatea termică la curentul de scurtcircuit nu este necesară, deoarece fiind linie electrică aeriană conductoarele din care este alcătuită sunt bine răcite, ne mai existând pericolul deteriorării acestora la un curent de scurtcircuit care durează câteva momente, până la maxim 2,5 secunde timpul corespunzător duratei de funcționare a protecției maximale de curent.