Instalatia de Impamantare

1. Stații electrice – generalități

1.1. Definiție și rol

Prin stație electrică se înțelege ansamblul de instalații și construcții anexe în care se realizează cel puțin una din următoarele operații: conectarea electrică a două sau a mai multor surse de energie electrică (generatoare sau centrale), conectarea electrică a două sau mai multor căi de curent pentru efectuarea unui tranzit de putere, distribuția energiei electrice la consumatori la aceeași tensiune sau alte tensiuni (prin intermediul transformatoarelor sau autotransformatoarelor).

Staița electrică este un nod electric în care se injectează, din care se distribuie sau se consumă energie electrică printr-o serie de derivații electrice.

Dupa rolul lor în sistemul electroenergetic:

stații de evacuare (SE) – sunt stațiile ale căror funcțiune este de a realiza injecția în sistemul electroenergetic a puterii datorită racordării directe la bare a unor blocuri generator-transformator;

stații de conexiuni (SC) – sunt stații a caror funcțiune este de a realiza tranzitul de putere între doua sau mai multe puncte ale sistemului electroenergetic, la aceași tensiune sau între diferite nivele de tensiune, în scopul injecției de putere pentru zonele de consum înconjuratoare, fără a alimenta direct consumatorii concentrați;

stații de distribuție (SD) – sunt stațiile ale caror funcțiune este de a alimenta direct consumatorii prin transformatoare montate în stație sau prin linii de racord adânc ;

stații cu funcții multiple – sunt stații care îndeplinesc mai multe funcțiuni ;

stații de racord adânc (SRA) – reprezinta un caz particular al stațiilor de distribuție, aceste stații sunt situate la consumatori, alimentarea făcându-se în aducerea directa a tensiunii înalte în apropierea centrului de sarcina al consumatorului, cu un număr minim de aparate și trepte de transformare intermediare.

După nivelurile tensiunilor la intrare și ieșire, StE pot fi ridicătoare sau coborâtoare de tensiune.

stații de transformare ridicatoare de tensiune (STR) – sunt amplasate in îmediata apropiere a centralelor electrice și au rolul de a ridica tensiunea în scopul transportului economic al energiei electrice prin intermediul liniilor de înaltă tensiune ;

stații de transformare coborâtoare de tensiune (STC) – au rolul de a coborî tensiunea pană la valoarea necesară pentru distribuirea ei prin rețelele de medie si joasă tensiune.

1.2. Soluții constructive pentru stații electrice

Cele mai importante criterii de diferențiere la StE de tip exterior sunt schema monofilară, restricțiile de teren și configurația în teren (tip înalt, înălțime medie, înălțime joasă și mixtă).

La StE de tip interior principalele criterii de diferențiere sunt influența BC și înteruptoarelor, tipurilor de celule prefabricate și tipului de material izolant. În marile aglomerări urbane primul criteriu de diferențiere este restricția de teren, tocmai din lipsa acestuia StE se construiesc din celule prefabricate care ocupă spațiu foarte redus.

1.2.1. Stații electrice de tip exterior

StE de tip exterior sunt realizate prin amplasarea în aer liber a instalațiilor și echipamentelor componente, astfel că acestea au ca mediu izolant aerul (AIS – air insulated switchgear).

Acest mod de dispunere, considerat clasic, este practicat cu precădere pentru tensiuni înalte și foarte înalte (peste 110 kV) și a fost adoptat inițial din motive preponderent economice.

Principalele avantaje ale realizării de stații exterioare cu izolația în aer sunt:

absența unei clădiri și deci, consum redus de materiale de construcții;

timpi de execuție mai reduși în comparație cu stațiile amplasate în clădiri;

posibilități de extindere relativ comode;

limitarea extinderii avariilor din cauza distanțelor mari între faze și circuite;

acces ușor la echipamente pentru exploatarea curentă și pentru înlocuire, vizibilitate bună a echipamentelor.

Dintre dezavantaje trebuie amintite în primul rând :

suprafețele mari de teren pe care le necesită;

expunerea echipamentelor la intemperii și poluare, deci cheltuieli mai mari de investiție și de exploatare.

În prezent, existența stațiilor capsulate, cu izolația în gaz (SF6), face ca, mai ales la tensiuni foarte înalte, motivația economică să nu mai fie favorabilă stațiilor exterioare cu izolația în aer.

Elemente care influențează realizarea stațiilor electrice de tip exterior:

schema monofilară;

restricțiile de teren.

a) schema monofilară

Schema de conexiuni a unei stații influențează în mod evident soluția constructivă, în primul rând prin numărul de echipamente pe care le conține și conexiunile pe care le realizează.

Sunt scheme care, de exemplu, au un număr redus de întreruptoare, deci și separatoare mai puține (într-o instalație de tensiune mare un întreruptor trebuie flancat de separatoare sau elemente de separare similare).

Sunt scheme cu număr mare de întreruptoare (de exemplu, câte două pe fiecare circuit), deci și cu multe separatoare. Ori, așa cum s-a arătat mai înainte, separatoarele influențează mult o soluție constructivă a unei stații electrice de tip exterior.

Un alt element al schemei de conexiuni care influențează mult soluția constructivă o reprezintă numărul de bare colectoare ale unei stații.

Pe lângă suprafața ocupată de barele colectoare, modul de racordare la bare a fiecărui circuit reprezintă o problemă care trebuie rezolvată deoarece implică mai multe separatoare și un anume mod de acces a legăturilor la bornele acestora.

Mai sunt și alte elemente ale schemei de conexiuni care influențează soluția constructivă ca, de exemplu, numărul total de circuite ale stației, prevederea posibilității de șuntare a întreruptorului, numărul circuitelor de cuplă, folosirea cuplelor combinate etc.

b) restricțiile de teren

Terenul pe care urmează să se amplaseze o StE poate influența soluția constructivă prin mărimea și forma sa.

Dacă suprafața de care se dispune este redusă atunci, în mod evident, soluția adoptată va trebui să fie o soluția compactă, care să necesite puțin teren. De exemplu, se poate adopta o soluție în care planul celor trei faze ale barelor colectoare să nu fie orizontal ci înclinat față de orizontală sau cele trei faze să formeze un triunghi . În astfel de situații se poate impune folosirea legăturilor conductoare rigide.

Forma terenului de care se dispune poate conduce la adoptarea unor soluții constructive corespunzătoare. De exemplu, un teren cu o formă alungită poate să nu permită amplasarea de celule față în față pe un același pas celular. Într-o astfel de situație, pentru a rezolva iesirile din stație în ambele părți, va trebui adoptată o soluție care să permită supratraversarea barelor colectoare.

1.2.2. Stații electrice de tip interior

Stațiile electrice de tip interior au următoarele avantaje în raport cu cele de tip exterior:

ocupă o suprafață de teren mult mai redusă;

instalațiile nu sunt expuse agenților atmosferici (praf, ploaie, zapadă, chiciură, vânt, etc);

condiții de muncă excelente pentru personalul operativ indiferent de anotimp.

Aceste avantaje se itilizează la medie tensiune și în mod excepțional la 110 sau 220 kV, din motive impuse de distanțe mari de izolație.

Clădirea unde se află stația interioară este divizată în celule, iar în fiecare celulă se instalează aparatajul corespunzător unui anumit circuit și legăturile corespunzătoare.

Celulele sunt înșirate de-a lungul clădirii fie pe un rând sau pe mai multe rânduri. În lungul șirului de celule se prevăd coridoare de acces și de manevră, de unde se poate executa manevrarea locală a aparatajului.

Clădirile stațiilor electrice de tip interior pot adăposti și transformatoare.

Barele colectoare:

Barele colectoare se execută din cupru, aluminiu sau oțel și totdeauna ele sunt rigide.

Cele mai recomandate sunt barele de cupru, care sunt folosite cu preponderență la instalațiile electrice de mare putere cu valori mari ale curenților.

Barele colectoare de obicei sunt neizolate și au o secțiune dreptunghiulară sau circulară.

La trecerea barelor prin pereții despărțitori ai clădirii stației electrice interioare, se utilizează izolatori de trecere interior –interior, sau interior-exterior.

Separatoare de bare:

Separatoarele de bare se montează în imediata apropiere a barelor colectoare.

În scopul de a evita extinderea arcului electric ce se formează la manevrarea greșită a unui separator de bare și la barele colectoare, între barele colectoare și separatoarele de bare se amplasează o placă din material neinflamabil.

Întreruptoare:

Întreruptoarele sunt elemente de bază ale stațiilor electrice, ele pot fi montate fie fix, fie pe cărucior debroșabil.

În cazul montării fixe a întreruptorului, spațiul din jurul lui trebuie să permită accesul personalului pentru deservire, revizii, reparații, etc.

În cazul montării întreruptorului pe un cărucior debroșabil, se renunță la spațiul de deservire a întreruptorului în celulă, deservirea lui executându-se când este scos din celulă.

Utilizarea întreruptoarelor debroșabile permite ca orice întreruptor din stație să fie foarte rapid înlocuit cu unul de rezervă în caz de defect.

Reactoare de limitare a curenților de scurtcircuit:

În cazul stațiilor electrice interioare se utilizează reactoare uscate spre deosebire de cele exterioare unde se recomandau reactoare izolate în ulei.

În cazul sistemelor trifazate pe fiecare fază se pune câte un reactor.

Reactoarele se plasează în compartimente separate, închise, la nivelul inferior al stațiilor electrice de tip interior.

Trebuie să se evite plasarea în apropierea reactoarelor a elementelor constructive metalice, deoarece câmpul magnetic creat de reactoare produce curenți turbionari în acestea și astfel duce la încălzirea exagerată a lor, sau în caz de scurtcircuit se pot induce în construcțiile metalice tensiuni de atingere periculoase.

Plecările în cablu:

Plecările în cablu din celule pot fi individuale sau pot fi realizate printr-un canal sau tunel de cabluri, amplasat la nivelul inferior al clădirii.

În cazul existenței unui canal de cabluri, acesta se acoperă cu plăci demontabile.

La un număr mare de cabluri se recomandă construirea unui tunel de cabluri.

Uneori în compartimentul plecării în cablu se mai amplasează și un separator de punere la pământ a liniei de plecare.

Transformatoarele:

Probleme care apar la amplasarea în interior a transformatoarelor sunt următoarele:

evacuarea căldurii degajate de transformator;

prevenirea și limitarea efectelor eventualelor incendii;

limitarea propagării vibrațiilor și zgomotelor.

În vederea intensificării răcirii se poate realiza o cameră superioară deasupra transformatorului.

Dacă tirajul natural nu este suficient pentru răcire, circulația aerului se poate intensifica prin ventilatoare.

La transformatoarele de puteri mari se recurge la instalații de răcire forțată a uleiului, acest lucru înseamnă trecerea forțată cu ajutorul pompelor a uleiului din cuva transformatorului prin radiatoare.

În vederea măririi siguranței împotriva incendiilor, într-o celulă se montează numai un singur transformator, dar în aceeași celulă se mai pot plasa: transformatorul suplimentar de reglare a tensiunii, cutii terminale de cablu și transformatoare de curent.

Plasarea în interior a transformatoarelor este economică numai până la puterea unitară de 5 MVA.

1.2.3. Stații electrice realizate din celule prefabricate

Celulele electrice prefabricate sunt instalații containerizate, conținând aparate cu funcțiuni de comutație, protecție și izolare (separare), materiale electrice, precum și aparataj de măsurare și automatizare, care se livrează complet pregătite și încercate electric, gata pentru a fi montate în instalații.

Celulele electrice prefabricate folosesc tensiuni cuprinse între 6 kV și 35 kV (medie tensiune).

Celulele electrice prefabricate funcționează în montaj fix și montaj debroșabil.

Montajul fix prezintă avantajul unei realizări simple, fără aparate sau blocaje speciale, dar conduce la dimensiuni mai mari ale celulelor.

Montajul debroșabil reduce volumul celulelor, timpul de înlocuire a unor aparate defecte și cel necesar reviziilor, reduce greșelile de manevră sub sarcină și contribuie sensibil la compactarea celulei.

Celulele prefabricate au ca mediu izolant aer, ulei, aer comprimat, SF6 (hexafluorura de sulf), cel mai folosit gaz ca mediu izolant și mediu de stingere al arcului electric.

Tipuri de celule de interior:

celule de linie CIL;

celule de transformator CIT;

celule de cuplă CIC;

celule de măsură CIM;

celule de descărcători CID;

celule de servicii interne CISI.

La aceste celule racordul se poate face fie aerian (CILA), fie în cablu (CILC).

O celulă de linie cu racord aerian și cu sistem simplu de bare se va numi CILAS, iar una cu sistem dublu de bare CILAD.

Tensiunile nominale ale acestor celule sunt: 7,2 kV ; 12  kV; 24 kV.

Curenții nominali sunt: 630 A; 1250 A; 2500 A; 4000 A.

Puterea de rupere la scurtcircuit este de 500 MVA.

Avantajele utilizării celulelor prefabricate moderne în comparație cu celulele prefabricate clasice:

dimensiuni reduse, care să permită realizări compacte ale stațiilor electrice;

securitate, fiabilitate și durată de viață ridicată;

insensibilitate la condiții de mediu;

întreținere redusă;

flexibilitate și posibilități de extindere;

vizibilitate și accesibilitate ridicată;

posibilități de instalare a diverse accesorii (de exemplu, pentru controlul permanent al temperaturii, indicatoare de tensiune, de succesiune a fazelor, detectoare de arc electric etc.);

monitorizarea funcționării părților active, cu declanșarea alarmei atunci când parametrii supravegheați se apropie de condițiile limită;

posibilități de telecomandă;

transport ușor, instalare simplă și rapidă.

noile generații de celule electrice prefabricate, deși mai scumpe decât cele clasice, au o fiabilitate sporită și cheltuieli reduse de exploatare (sunt practic fără întreținere), în special datorită folosirii întreruptoarelor cu SF6 sau vid, precum și datorită utilizării pe scară extinsă a unor materiale electroizolante cu proprietăți superioare (rășină epoxidică, siliconi, SF6);

prețul mai ridicat al echipamentului este compensat în multe cazuri de reducerea spațiului necesar execuției stațiilor, eliminarea pericolului de incendiu și explozie, simplificarea exploatării, insensibilitatea la condițiile de mediu.

Categorii constructive:

celule de tip deschis, care sunt delimitate n spaiu doar parial, persoanele fiind protejate numai mpotriva atingerii accidentale a prilor aflate sub tensiune;

celule de tip nchis, care sunt delimitate total prin perei plini, astfel ncât nici o parte aflat sub tensiune nu poate fi atins, iar învelișul metalic al celulei protejează persoanele împotriva efectelor termice ale arcului electric;

celule de tip capsulat, la care echipamentul este complet nchis n carcase de protecie, etane fa de aerul atmosferic; capsularea se poate realiza și prin blindare, în scopul asigurării unei protecții sporite la solicitări mecanice; n interior, izolarea poate fi obținut utilizând diferite fluide, n general, la presiuni superioare celei atmosferice; uneori capsularea poate fi realizat parțial, doar pentru anumite compartimente ale celulei (de regulă, cel destinat aparatajului de comutație).

Barele colectoare:

Barele colectoare ale unei celule prefabricate se formează prin asamblarea unor module standard, dotate cu o serie de accesorii (de racord, de control al vibrațiilor etc.).

Ele pot fi dispuse n partea de sus, de jos sau mediană a instalaiei.

Cele trei faze care formează sistemul de bare pot fi izolate monopolar sau tripolar. Problema capsulrii monofazate sau trifazate a barelor colectoare depinde n ultim instan de alegerea materialului pentru capsulare, de ncrcarea barei, precum i de posibilitile de uzinare de care dispune constructorul.

Întreruptoare:

Progresele pe plan mondial, înregistrate în ultimii ani în construcția aparatelor de comutație, condiționate de utilizarea unor tehnici noi și a unor materiale electroizolante cu proprietăți foarte bune de stingere a arcului electric au impus treptat diversificarea construcției celulelor prefabricate, actualmente utilizându-se mai ales întreruptoare cu hexafluorur de sulf sau cu vid, debroșabile sau în montaj fix.

Dacă în ceea ce privește comportarea în regim de scurtcircuit, întreruptoarele cu vid și SF6 sunt competitive, comparația este în favoarea vidului în ceea ce privește masa și gabaritul, precum și anduranța mecanică și cea electrică. Întreruptoarele cu vid sunt preferabile în situațiile cu comutații frecvente în regim normal de funcționare.

Separatoarele:

Pentru echiparea celulelor prefabricate pot fi folosite diferite tipuri constructive de separatoare sau acestea pot lipsi cu totul dac, de exemplu, celula prefabricat este cu simplu sistem de bare colectoare i ntreruptorul este debroabil (de tip casetă sau montat pe crucior). Construcția “fără separatoare” permite reducerea riscului unor greșeli de manevră cu separatorul (în general, însoțite de arc electric liber) și contribuie sensibil la compactarea celulei.

Atunci când este cazul, de exemplu pentru selectarea unuia dintre sistemele de bare, se utilizeaz separatoare cu cuit, prevzute cu blocaj electromagnetic sau mecanic. În soluțiile moderne, utilizându-se un cuțit rotitor cu trei poziții, cu același aparat de gabarit redus pot fi realizate atât funcțiile separatorului, cât și cele de legare la pământ.

1.3. Structura circuitelor primare ale unei stații electrice

1.3.1. Structura celulară a stațiilor electrice

Circuitele primare ale unei stații electrice conțin acele elemente și echipamente care realizează nemijlocit transferul energiei electrice, sau concură nemijlocit la realizarea acestui transfer.

Circuitele primare ale unei stații electrice sunt realizate fizic sub formă de celule.

Celula este o parte componentă a unei stații electrice care conține echipamentele aparținând unui singur circuit sau unui dispozitiv de măsurare sau de protecție și care constituie din punct de vedere funcțional, constructiv și al spațiului pe care îl ocupă o unitate distinctă. În general numele celulei este dat de circuitul ale cărui elemente alcătuiesc practic celula.

În schemele circuitelor primare, elementele pot fi grupate pe celule funcționale, concretizate adesea în unități constructiv – funcționale.

1.3.2. Sistemele de Bare colectoare (BC) ale stațiilor electrice

În fig.1.5. sunt reprezentate modurile de dispunere a fazelor într-o StE. La fazele asociate se poate vedea că există două sisteme de BC (BC1,BC2) cu trei faze separate asociate (R,S,T), la fazele separate există căte două sisteme de BC (BC1,BC2) pentru fiecare fază în parte (R,S,T), fazele fiind separate, iar la fazele mixte există căte două sisteme de BC (BC1,BC2) pentru fiecare fază în parte (R,S,T), fazele fiind și asociate și separate.

1.3.3. Celule sosire/plecare LE

1.3.4. Celule transformator/autotransformator

1.3.5. Celule cuplă

Cuplă longitudinală tip 1

Cuplă longitudinală și cu ocolire

Cuplă transversală

1.3.6. Celule compensare

1.4. Tipuri de scheme de conexiuni pentru stații electrice

1.4.1. Schema cu un sistem de bare colectoare cu 2 întreruptoare pe circuit

Este o schemă de conexiuni pentru stații electrice de UÎT, FÎT, ÎT: 750 kV, 400 kV, 220 kV respectiv 110 kV.

Schema prezinta flexibilitate foarte mare în timpul exploatării și disponibilitate mărită, deoarece:

în regim normal de funcționare, ambele sisteme de bare colectoare sunt menținute sub tensiune; toate comutațiile se fac prin întreruptoare, ceea ce reduce riscul unor avarii grave (însoțite de arc electric liber);

fiecare bară colectoare poate fi izolată în scopul executării lucrărilor de întreținere, fără întreruperea vreunui circuit; un incident pe un sistem de bare nu afectează nici un circuit, deci nu conduce la întreruperi în alimentare;

lucrările de revizie/reparații la celule se pot efectua fără întreruperea funcționării circuitului respectiv, deci fără daune de nelivrare.

Fig. 1.15. Schema cu un sistem de bare colectoare cu 2 întreruptoare pe circuit

W1, W2 – BC; Q1 – Q4,– întreruptoare; S1 – S4 – separatoare;

datorită avantajelor mai sus menționate, este redus considerabil timpul de întrerupere în alimentare și puterea nelivrată, nemaifiind necesare circuite suplimentare de cuplă transversală și de ocolire ;

principalul dezavantaj al unor astfel de scheme constă în creșterea investițiilor pentru echiparea stațiilor, atât din cauza numărului sporit de întreruptoare pe circuit, cât și ca urmare a costurilor mai ridicate pentru asigurarea protecțiilor.

prezintă avantajele unei duble alimentări;

ca urmare a dublării numărului de întreruptoare pe fiecare circuit, cresc însă sensibil cheltuielile de investiții pentru echiparea stației, precum și cheltuielile de întreținere.

1.4.2. Schema cu un sistem de bare colectoare cu 1,5 întreruptoare pe circuit

Este o schemă de conexiuni pentru stații electrice de UÎT, FÎT, ÎT: 750 kV, 400 kV respectiv 220 kV.

acest tip de schemă prezintă interes în cazul circuitelor pentru care trebuie asigurată o foarte mare siguranță în funcționare;

o cale de reducere a investițiilor, aplicată în cazul stațiilor de foarte înaltă tensiune, o constituie utilizarea a câte trei întreruptoare pentru două circuite ;

rămâne însă ca dezavantaj costul ridicat al realizării protecțiilor și al reanclanșării automate rapide, căci întreruptorul median trebuie să funcționeze independent în fiecare din direcțiile celor două plecări.

Fig. 1.16. Schema cu un sistem de bare colectoare cu 1,5 întreruptoare pe circuit

W1, W2 – BC; Q1 – Q6 – întreruptoare; S1, – S16 – separatoare;

T – transformatoare de putere; LEA – linii electrice aeriene

Calculele tehnico-economice arată că astfel de scheme pot rezulta eficiente din punct de vedere economic mai ales atunci când:

durata nelivrării de energie, ca urmare a lucrărilor de revizie/reparație în stații este mare;

sarcina electrică vehiculată pe circuite este mare (de regulă, în stații cu Un 220 kV);

există o mare sensibilitate la întreruperi a zonelor alimentate și circuitele nu sunt rezervate prin alte căi de alimentare.

1.4.3. Schema cu sistem poligonal, fără bare colectoare

Stația nu are bare colectoare.

Este o schemă de conexiuni pentru stații electrice de UÎT, FÎT, ÎT: 750 kV, 400 kV respectiv 220 kV.

Datorită conturului închis, deși unui circuit îi revine câte un singur întreruptor, schema prezintă avantajele conectării fiecărei plecări la rețea prin câte două întreruptoare, aceasta conduce la o mai mare flexibilitate, mai ales în ceea ce privește întreținerea întreruptoarelor, cu costuri mai reduse decât în cazul schemelor prezentate:

toate comutațiile se fac prin întreruptoare ceea ce reduce riscul unor avarii grave (însoțite de arc electric liber);

deconectarea/declanșarea oricărui întreruptor se face fără întreruperea sarcinii pe circuit, deci nu este necesară prevederea unui sistem de ocolire;

legăturile transversale între noduri sunt asigurate prin laturile poligonului (echipate cu întreruptoare), deci un circuit de cuplă transversală este inutil.

Fig. 1.17. Schema cu sistem poligonal, fără bare colectoare

Q1 – Q4 – întreruptoare; S1, – S12 – separatoare;

T1, T12 – transformatoare de putere; LEA1, LEA12 – linii electrice aeriene.

Printre dezavantajele schemelor poligonale se pot menționa:

amperaj mai mare pentru întreruptoare, care deservesc fiecare câte două circuite electrice; sub acest aspect, schema este mai indicată la Un 220 kV;

volum mai mare de protecții și scheme de circuite secundare mai complicate;

schemele poligonale constituie o alternativă importantă a schemelor cu 1,5 întreruptoare pe circuit pentru realizarea schemelor de conexiuni la stații electrice de foarte înaltă tensiune și ultra înaltă tensiune (spre exemplu, stația de 750 kV de la Isaccea este „un pătrat”)

1.4.4 Schema cu sistem tip H – superior, fără bare colectoare

Stația nu are bare colectoare.

denumirea provine din asemănarea schemei de conexiuni cu litera (majuscula) H, schema fiind obținută prin legarea a două celule bloc linie electrică – transformator de forță printr-o punte (cuplă longitudinală);

Fig. 1.18. Schema cu sistem tip H – superior, fără bare colectoare

Q1 – Q3 – întreruptoare; S1, – S4 – separatoare;

T1, T2 – transformatoare de putere; LEA1, LEA12 – linii electrice aeriene.

schema prezintă o disponibilitate mărită față de SRA (stații racord adânc) cu două celule bloc linie – transformator, deoarece în cazul indisponibilității unui circuit din structura blocului, funcționarea stației poate continua cu elementele rămase, prin intermediul punții (cuplei);

în cazul schemei H superior, manevrele de cuplare/decuplare a unui circuit de transformator se fac direct, prin comutația unui singur întreruptor și deci implică un număr mai mic de operații decât manevrele corespunzătoare cuplării/decuplării unui circuit de linie;

Este o schemă de conexiuni pentru stații electrice de UÎT, FÎT, ÎT: 750 kV, 400 kV respectiv 220 kV.

1.4.5. Schema cu sistem tip H – inferior, fără bare colectoare

Stația nu are bare colectoare.

denumirea provine din asemănarea schemei de conexiuni cu litera (majuscula) H, schema fiind obținută prin legarea a două celule bloc linie electrică – transformator de forță printr-o punte (cuplă longitudinală);

Fig.1.19. Schema cu sistem tip H – inferior, fără bare colectoare

Q1 – Q3 – întreruptoare; S1, – S9 – separatoare;

T1, T2 – transformatoare de putere; LEA1, LEA12 – linii electrice aeriene.

schema prezintă o disponibilitate mărită față de SRA (stații racord adânc) cu două celule bloc linie – transformator, deoarece în cazul indisponibilității unui circuit din structura blocului, funcționarea stației poate continua cu elementele rămase, prin intermediul punții (cuplei);

în cazul schemei H inferior, manevrele de cuplare/decuplare a unui circuit de linie se fac direct, prin comutația unui singur întreruptor, în timp ce manevra de scoatere în revizie a unui circuit de transformator implică cinci operații succesive

Este o schemă de conexiuni pentru stații electrice de UÎT, FÎT, ÎT: 750 kV, 400 kV respectiv 220 kV.

2.1. INSTALAȚIA DE FORȚĂ – GENERALITĂȚI

2.1.1 Descrierea generală a capitolului

Prezentul capitol își propune să realizeze proiectarea instalației de forță pentru o clădirea stației, care este alcătuită din 21 de incăperi cu diferite utilizări.

2.2. CONSIDERAȚII TEORETICE

2.2.1 Sarcini electrice de calcul

n cadrul instalațiilor electrice, sarcina electrică reprezintă mărimea care caracterizează consumul de energie electrică. Cele mai frecvent utilizate mărimi în acest scop sunt: puterea activă P, reactivă Q, aparentă S și curentul I.

n proiectarea instalațiilor electrice la consumatori este necesar să se cunoască în primul rând puterea activă P absorbită de către:

– receptoare, pentru dimensionarea circuitelor de receptor;

– utilaje, pentru dimensionarea circuitelor de utilaj;

-grupuri de receptoare și utilaje, pentru dimensionarea tablourilor de distribuție și a coloanelor de alimentare a acestora;

– secții ale întreprinderii și apoi de întreaga întreprindere, pentru dimensionarea posturilor de transformare, a liniilor de medie și înaltă tensiune și a stațiilor de distribuție sau transformare.

Caracteristicile tehnice nominale ale receptoarelor sunt următoarele:- puterea activă Pn, sau aparentă Sn, tensiunea Un, conexiunea fazelor, curentul In, randamentul n, factorul de putere cos n.

– relația dintre curentul de pornire Ip (conectare) și curentul nominal In, sub forma raportului Ip/In.

n cazul receptoarelor realizate pentru un regim de funcționare intermitent (motoare electrice), se specifică și durata relativă de acționare nominală DAn.

Puterea instalată Pi a unui receptor reprezintă puterea sa nominală raportată la durata de acționare de referință DA=1,

(2.1)

în care DAn este o mărime relativă, subunitară, care poate lua una din următoarele valori DAn=0,15; 0,25; 0,4; 0,6 și 1. Așadar, puterea instalată Pi a unui receptor este mai mică, cel mult egală cu puterea nominală Pn a acestuia.

n cazul receptoarelor caracterizate prin puterea aparentă nominală Sn, puterea instalată este dată de relația

(2.2)

Pentru un grup de n receptoare, puterea instalată totală se determină ca sumă a puterilor instalate a receptoarelor componente

(2.3)

în care puterile instalate individuale Pij rezultă din relațiile (2.1) sau (2.2).

Puterea activă absorbită, care se ia în considerare în calcul pentru grupuri cuprinzând cel puțin patru receptoare se numește putere cerută sau de calcul. Puterea cerută Pc reprezintă o putere activă convențională, de valoare constantă, care produce în elementele instalației electrice (conducte și echipamente) același efect termic ca și puterea variabilă reală, într-un interval de timp determinat (ex. 30 min.), în perioada de încărcare maximă.

Deoarece calculele trebuie efectuate la toate nivelele instalației electrice la consumator, începând de la cele inferioare (receptoare) și până la cele superioare (racordul de înaltă tensiune), atât pentru tensiunile joase, sub 1000 V, cât și pentru cele mai mari de 1000 V.

Principalele metode de determinare a puterilor cerute, în faza de proiectare, sunt:

– metoda coeficienților de cerere, aplicabilă la orice nivel și în special pentru grupuri mari de receptoare, reprezentând o secție sau o întreprindere;

– metoda analizei directe, aplicabilă pentru un număr mic de receptoare, la nivelul unor tablouri de distribuție cu plecări puține, inclusiv a tablourilor de utilaj, când se cunosc diagramele de funcționare și încărcare ale tuturor receptoarelor;

– metoda formulei binome, care dă rezultate acoperitoare pentru un grup restrâns de receptoare de forță având puteri mult diferite între ele. Această metodă este recomandată pentru calculul puterilor cerute în special la nivelul tablourilor de distribuție;

– metodele bazate pe consumuri specifice cu raportare la unitatea de produs sau la unitatea de suprafață productivă, utilizabile, datorită preciziei reduse, numai în faza notei de fundamentare;

– metodele bazate pe puterea medie și indicatori ai curbelor de sarcină. Acestea sunt recomandate pentru determinarea puterii cerute la nivelele superioare, de la barele de joasă tensiune ale posturilor de transformare, la liniile de racord în înaltă tensiune.

La instalații existente, puterea cerută se determină pe baza curbelor de sarcină.

2.2.2 Metoda coeficienților de cerere

Puterea activă cerută se determină prin înmulțirea puterii instalate cu un coeficient subunitar kc, denumit coeficient de cerere

(2.4)

iar puterea reactivă cerută QC – cu ajutorul factorului de putere cerut cos c

(2.5)

Coeficientul de cerere kc ține cont de randamentul al receptoarelor, de gradul de încărcare al acestora – prin coeficientul de încărcare ki, de simultaneitatea funcționării lor – prin coeficientul de simultaneitate ks și de randamentul r al porțiunii de rețea dintre receptoare și nivelul la care se calculează puterea cerută. Ca urmare, coeficientul de cerere este exprimat prin relația

(2.6)

Randamentul al receptoarelor se ia în considerare numai la acele receptoare pentru care puterea instalată Pi sau cea nominală Pn, semnifică puteri utile, cum este cazul motoarelor electrice, la care puterea nominală reprezintă puterea mecanică la arbore.

Factorul de putere cerut cos c exprimă consumul de putere reactivă al receptoarelor care absorb puterea activă Pc, în condițiile reflectate global prin coeficientul de cerere.

Coeficienții de cerere și factorii de putere ceruți sunt determinați experimental pe baze statistice, pentru diferite receptoare.

Pentru explicitarea modului de aplicare a metodei coeficienților de cerere, se consideră un consumator de calcul, adică un ansamblu de n receptoare, încadrate în m categorii; consumatorul de calcul poate fi reprezentat de totalitatea receptoarelor, care aparțin unui tablou de distribuție, unei secții sau unei întreprinderi. O categorie k cuprinde nk receptoare, astfel încât puterea instalată a acestora Pik este conform relației (2.3)

(2.7)

iar puterea instalată totală este (2.8)

Puterea cerută de receptoarele care fac parte dintr-o aceeași categorie k, este dată de relația

(2.9)

In care k/ck este coeficientul de cerere corectat al categoriei respective de receptoare.

Corecția ține seama de numărul total de receptoare

(2.10)

și se realizează prin intermediul coeficientului ka de influență a numărului de receptoare, conform relației

(2.11)

Fig. 2.1 – Nomogramă pentru determinarea coeficienților de influență kc și de cerere corectat k/c

în care kck este coeficientul de cerere pentru categoria de receptoare considerată.

Nomograma din figura 1.2 indică, în partea stângă, rezultă coeficientul de cerere corectat k/c, pe baza coeficienților kc și ka determinați; din partea dreaptă a nomogramei reiese dependența coeficientului de influență ka de numărul de receptoare n ale consumatorului de calcul.

Orice modificare a numărului de receptoare ale consumatorului de calcul implică necesitatea actualizării valorii coeficientului de influență ka și a determinării coeficienților de cerere corectați k/ck cu relația (2.11).

n cazul în care receptoarele au puteri mult diferite, se recomandă ca determinarea coeficientului de influență să se facă în raport cu numărul de receptoare.

(2.12)

în care s-a notat cu n0,5 – numărul receptoarelor celor mai mari, a căror putere instalată însumată este egală cu jumătate din puterea tuturor receptoarelor.

Cazurile limită ale corecției sunt următoarele:

a. n 4, când ka=1 și prin urmare k/c = 1, atunci puterea cerută este egală cu suma puterilor instalate ale receptoarelor. Un astfel de consumator de calcul se poate întâlni la nivelul tablourilor de utilaj sau al celor de distribuție care alimentează cel mult trei receptoare.

b. n 50, ka 10 și conform relației (2.5) se obține , ceea ce înseamnă că pentru un consumator de calcul care conține un număr foarte mare de receptoare, corecția coeficientului de cerere este nulă, astfel încât relația (2.11) devine:

(2.13)

Astfel de situații se întâlnesc la nivelul tablourilor generale din posturile de transformare sau al tablourilor de distribuție care alimentează un număr relativ mare de receptoare.

Având determinate puterile cerute de receptoarele din fiecare categorie, puterea cerută totală la nivelul consumatorului de calcul este

(2.14)

Dacă într-o secție alimentarea receptoarelor și utilajelor s-a organizat pe câteva (q) tablouri de distribuție și s-au calculat conform celor de mai sus puterile cerute la nivelurile secției Pcs și a tablourilor Pct este evident că

(2.15)

având în vedere că puterile cerute ale acestor consumatori de calcul au fost calculate pentru coeficienți de influență ka diferiți. Asemenea inegalități au loc între orice trepte consecutive pe care se organizează un consumator dat.

Calculul puterilor reactive cerute se face, de asemenea, pentru fiecare categorie în parte

(2.16)

puterea reactivă totală rezultând

(2.17)

Puterea aparentă totală absorbită de consumatorul de calcul este

(2.18)

Dacă rezultatul obținut se încadrează între valorile

400 kVA Sc 1 600 kVA, (2.19)

la componentele activă și reactivă se aplică reduceri prin intermediul coeficienților de reducere kra, pentru puterea activă și krr – pentru puterea reactivă, conform relațiilor

(2.20)

în care kra = 0,9, iar krr = 0,95. Reducerea nu se aplică dacă Sc 400 kVA.

n cazul în care consumatorul de calcul este o secție sau întrega întreprindere, puterea aparentă de calcul servește ca bază pentru alegerea transformatorului de alimentare

(2.21)

în care SnT reprezintă puterea aparentă nominală a transformatorului.

Dacă sarcina nu poate fi preluată de un singur transformator (S/c 1 600 kVA), se grupează receptoarele pe două sau mai multe transformatoare de puteri corespunzătoare, urmând ca la puterile cerute ale fiecărui grup de receptoare să se aplice coeficienții de reducere menționați.

Pentru determinarea puterilor cerute Pct și Qct din rețeaua de medie tensiune, la totalul obținut după aplicarea reducerilor se adaugă pierderile active Pr, respectiv reactive Qr din transformatoare ,conform relațiilor

(2.22)

(2.23)

în care Qbc reprezintă puterea surselor instalate pentru compensarea puterii reactive.

n lipsa unor date de catalog, pierderile de putere din transformatoare se pot calcula cu relațiile

(2.24)

în care cu Sr s-a notat suma puterilor nominale ale transformatoarelor.

n cazul consumatorilor de calcul alimentați prin nr transformatoare, se recomandă ca valorilor determinate cu relațiile (2.22) și (2.23), să li se aplice coeficienții de simultaneitate ksa – pentru puterea activă și ksr – pentru puterea reactivă, rezultând puterile cerute pe partea de medie tensiune

(2.25)

Coeficienții de simultaneitate sunt dați în tabelul 1.4, în funcție de numărul de transformatoare. Valorile mai mari ale coeficienților se aplică în industriile (metalurgică, chimică) cu receptoare funcționând în mare parte în sarcină continuă.

Coeficientul mediu de cerere al consumatorului este

(2.26)

Puterea aparentă cerută totală

(2.27)

permite determinarea factorului de putere mediu

(2.28)

care în situația că puterea reactivă totală Q/ct a fost calculată fără a se ține cont de reducerea datorată puterii reactive a surselor de compensare, se numește factor de putere natural.

2.3 Instalații electrice de joasă tensiune

2.3.1 Generalități

Instalațiile electrice de joasă tensiune realizează distribuția energiei electrice la receptoare îndeplinind astfel scopul final al întregului proces de producere, transport și distribuție a energiei electrice.

Cerințele impuse de funcționarea corespunzătoare a receptoarelor, din punct de vedere tehnic și economic, trebuie satisfăcute între anumite limite admisibile, de către instalația de distribuție în joasă tensiune.

Rețelele electrice de joasă tensiune sunt constituite din totalitatea coloanelor și circuitelor de utilaj sau receptor. Prin coloană se denumește ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimentează un tablou de distribuție, iar prin circuit ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimentează unul (circuit de receptor) sau mai multe receptoare (circuit de utilaj).

n cadrul rețelelor electrice de joasă tensiune se pot face următoarele grupări:

– rețele de alimentare, care leagă barele de joasă tensiune ale posturilor de transformare la punctele de distribuție (tablouri), cuprinzând totalitatea coloanelor electrice;

– rețele de distribuție, care fac legătura între punctele de distribuție și receptoare sau utilaje, incluzând totalitatea circuitelor de receptor, respectiv utilaj.

Punctele de alimentare sunt reprezentate, în cazul instalațiilor electrice de joasă tensiune, de tablourile de distribuție care pot fi:

– tablouri generale, primind energia electrică de la postul de transformare sau direct din rețeaua furnizorului;

– tablouri principale, alimentate dintr-un tablou general și care distribuie energia electrică la tablouri secundare;

– tablouri secundare, de la care energia electrică se distribuie la receptoare și utilaje.

Instalațiilor electrice de joasă tensiune le este specific și un anumit echipament electric. De obicei echipamentul electric se montează concentrat, în vecinătatea punctelor de alimentare (în TD) putând fi însă amplasat și pe traseul unor coloane (cazul magistralelor din bare capsulate) sau al unor circuite (aparatele de conectare).

2.3.2 Protecția instalațiilor electrice de joasă tensiune

Prin laturile rețelelor electrice de joasă tensiune pot circula în mod accidental, în afara curenților ceruți și de vârf, supracurenți datorați unor cauze ca:

– scurtcircuite, constând în scăderea bruscă a valorii impedanței sau rezistenței echivalente din circuit;

– suprasarcini, constând în solicitarea receptoarelor la puteri mai mari decât cele nominale sau peste durata de acționare normală, fie din motive tehnologice, fie datorită unor variații prelungite a tensiunii la bornele acestora în raport cu tensiunea nominală.

Se poate considera că domeniul de valori pentru curenții de suprasarcină este (1,05 … 1,50) Ic, în raport cu intensitatea curentului cerut, iar curenții de scurtcircuit sunt mai mari decât 2 Ic.

mpotriva acestor curenți accidentali, instalațiile electrice trebuie protejate prin dispozitive de protecție corespunzătoare.

Protecția împotriva curenților de scurtcircuit are semnificația unei protecții a rețelelor de joasă tensiune, deoarece numai acestea sunt solicitate la scurtcircuit. n asemenea situații, receptoarele electrice fie că sunt cauza însăși a producerii scurtcircuitului, datorită producerii unui defect interior de izolație, fie că le scade la zero tensiunea de alimentare, astfel încât problema protecției lor este în ambele cazuri nesemnificativă.

n ceea ce privește protecția împotriva curenților de suprasarcină, aceasta are în schimb semnificația unei protecții a receptoarelor, deoarece curenții de suprasarcină nu reprezintă o solicitare deosebită pentru rețelele dimensionate a rezista la acțiunea curenților de scurtcircuit.

Alte protecții destinate receptoarelor sunt:

contra lipsei de tensiune sau a scăderilor acesteia (tensiune minimă);

contra măririi exagerate a turației, în cazurile când această mărire ar putea provoca pagube importante sau ar primejdui viața oamenilor (la motoarele de curent continuu cu excitație serie);

contra funcționării în două faze.

2.3.3 Condiții de prevedere a protecției receptoarelor

Principala protecție a receptoarelor electrice de forță este împotriva curenților de suprasarcină. Aceasta se realizează prin dispozitive de protecție cu relee termice, cum sunt contactoarele automate de joasă tensiune cu relee termice.

Caracteristica de funcționare a releului termic trebuie să asigure acționarea contactorului înainte de apariția pericolului de deteriorare a receptorului protejat. Pe de altă parte, protecția nu trebuie să acționeze la suprasarcini de scurtă durată, normale, ca de exemplu curenții de pornire ai motoarelor electrice, vârfurile de curent date de procesul tehnologic etc.

Protecția contra suprasarcinii prin dispozitive automate nu este obligatorie în următoarele situații:

– când nu există posibilitatea apariției unor suprasarcini, fie datorită însăși principiului de funcționare a receptoarelor (de ex. sursele de lumină), fie datorită nesimultaneității regimurilor lor de suprasarcină (cazul coloanelor și al circuitelor de utilaj);

– la motoarele electrice cu puteri mai mici de 1,1 kW, în cazurile când acestea au un regim de funcționare intermitent sau de scurtă durată sau în cazurile de regim de lungă durată, dacă supraîncărcarea lor nu este posibilă (de ex. la aeroterme, ventilatoare etc.).

2.3.4 Selectivitatea protecției

2.3.4.1 Generalități

Rețelele electrice de joasă tensiune conțin un număr mare de dispozitive de protecție, de același tip sau tipuri diferite, unele dintre ele fiind plasate în serie, în sensul distribuției de energie. Aceste dispozitive de protecție, trebuie să funcționeze selectiv, adică în cazul unei avarii, este necesar să acționeze protecția cea mai apropiată de locul avariei și care este destinată naturii avariei produse, izolându-se astfel numai porțiunea respectivă de rețea, restul receptoarelor continuând să fie alimentate.

Selectivitatea protecției, între dispozitive de același tip sau de tipuri diferite, trebuie asigurată în condițiile că acestea realizează:

– protecții similare, fie contra curenților de scurtcircuit (selectivitatea între două siguranțe fuzibile, între două întreruptoare automate cu relee sau declanșatoare electromagnetice sau între o siguranță și un întreruptor automat), fie contra curenților de suprasarcină (selectivitatea între două relee sau două declanșatoare termice sau între un releu și un declanșator termic);

– protecții diferite, un dispozitiv realizând protecția împotriva curenților de scurtcircuit și celălalt împotriva curenților de suprasarcină (selectivitatea dintre siguranță fuzibilă și releu sau declanșator termic, dintre relee sau declanșatoare electromagnetice și termice).

n cazul în care protecția este realizată prin dispozitive de același tip și fabricație, curenții nominali ai fuzibililor siguranțelor, respectiv timpii de declanșare ai întreruptoarelor automate vor fi în creștere, în sensul de parcurgere a instalației electrice de la receptor spre sursă.

2.3.4.2 Criterii de apreciere a selectivității

Funcționarea selectivă a protecției se studiază în mod riguros prin trasarea caracteristicilor de protecție pentru dispozitivele care lucrează în serie și determinarea diferențelor de timp t între timpii de acționare la anumite valori ale curenților. Selectivitatea este asigurată atunci când aceste diferențe de timp au valori egale sau mai mari decât cele care sunt indicate.

Selectivitatea între două întreruptoare automate, q1 și q2 (fig. 3.1), având curenții nominali In1 > In2 este asigurată, în general, în domeniul curenților de suprasarcină; la curenții de scurtcircuit, declanșatoarele (sau releele) electromagnetice ale ambelor întreruptoare declanșează practic simultan, deci neselectiv.

a b

Fig. 3.1 – Explicativă pentru selectivitatea dintre o două întreruptoare automate:

a – schema de alimentare a circuitului; b – caracteristicile de protecție.

Pentru obținerea selectivității este necesar ca acțiunea dispozitivului de protecție electromagnetic al întreruptorului a1 să fie temporizată cu treapta de timp t 0,15 s (posibilă la întreruptorul OROMAX cu declanșator tip Ksi).

2.3.5 Alegerea aparatelor de protecție și comutație

2.3.5.1 Precizări generale

n proiectarea rețelelor electrice de joasă tensiune este indicat ca, după stabilirea schemei generale de alimentare, să se treacă la alegerea aparatelor de protecție și comutație. Această cerință este logică deoarece:

– protecția la suprasarcină, ca protecție a receptoarelor, poate fi dimensionată direct în funcție de caracteristicile tehnice ale acestora;

– protecția la scurtcircuit, deși reprezintă o protecție a rețelelor, este recomandabil să fie dimensionată înainte de alegerea secțiunii conductoarelor, pentru a nu se ajunge la situația în care ansamblul relațiilor de calcul pentru curenții nominali ai fuzibilelor sau pentru curenții de reglaj ai releelor electromagnetice să definească o mulțime vidă. n acest fel, se elimină unele reveniri în mersul de proiectare.

Pentru a rezolva cu prilejul alegerii aparatelor și problema selectivității protecției, se începe cu rețelele de distribuție și se continuă cu cele de alimentare, până la coloana generală din postul de transformare.

n general, la alegerea aparatelor, ca și a materialelor, nu pot fi luate în considerare toate condițiile și solicitările pe care trebuie să le satisfacă, deoarece unele nu pot fi determinate decât după depășirea unei prime etape – de alegere pentru regimul de funcționare normal.

Alegerea aparatelor pentru regimul de funcționare normal se face pe baza următoarelor considerente:

– rolul funcțional la locul de montare și modul de acționare (dacă este cazul);

– categoriile în care se încadrează încăperea, spațiul, locul sau zona respectivă din punct de vedere al caracteristicilor mediului, al pericolului de electrocutare și al pericolului de incendiu;

– caracteristicile electrice nominale să aibă valori identice sau acoperitoare cu mărimile electrice corespunzătoare, pe care trebuie să le satisfacă în regim de funcționare normal.

n cele ce urmează, nu se va mai reveni asupra primelor trei aspecte enumerate mai sus, acestea fiind presupuse ca luate în considerare, la fel ca unele caracteristici nominale mai generale, printre care se enumeră, tensiunea, frecvența și numărul de faze.

2.3.5.2 Alegerea protecției receptoarelor și circuitelor

Variantele de echipare a circuitelor cu dispozitive de protecție și comutație, conform cu condițiile de prevedere a protecției, sunt prezentate în figura 3.2 :

A b c

Fig 3.2– Variantele de echipare a circuitelor cu dispozitive de protecție și comutație :

a – cu siguranțe fuzibile și contactor cu relee termice ; b – cu siguranțe fuzibile ; c – cu întreruptor automat.

Se constată că există un număr de trei situații posibile:

– pentru un receptor m1 cu regim posibil de funcționare la suprasarcină (fig. 3.2, a) circuitul cuprinde siguranțele fuzibile e1 pentru protecția la scurtcircuit, releul termic e2 pentru protecția la suprasarcină și contactorul c1 care asigură comutația, precum și întreruperea regimului de suprasarcină când primește comanda de la e2.

– pentru un receptor h1 la care regimul de suprasarcină nu este posibil (fig. 3.2 b), circuitul cuprinde numai siguranțele e1 și întreruptorul manual a1, cu rol de comutație. La receptoare de iluminat sau prize, siguranțele e1 pot fi înlocuite prin întreruptoare automate mici;

– pentru un receptor protejat printr-un întreruptor automat a2 (fig. 3.2, c), circuitul mai cuprinde în afara declanșatoarelor sau releelor electromagnetice e1 și termice e2, care de obicei intră în compunerea întreruptorului automat și întreruptorul manual a1 cu rol de separator.

n timp ce siguranțele fuzibile, întreruptoarele automate și separatoarele se dispun în cadrul tabloului de distribuție de la care se ramifică circuitul respectiv, contactoarele și întreruptoarele manuale cu rol de comutație se pot dispune după caz, fie la tablou, fie în vacinătatea receptorului. Siguranțele fuzibile e1 din figura 3.2, a ș b pot asigura o separare vizibilă și sigură a circuitului prin extragerea patronului fuzibil.

n continuare, alegerea aparatelor se organizează nu după configurația circuitului, ci după felurile protecțiilor asigurate. Principalele mărimi caracteristice ale aparatelor, care intervin în alegerea lor, sunt indicate alăturat simbolurilor acestora în figura 3.2.

1) Dimensionarea protecției la suprasarcină

Releul termic pentru protecția receptorului împotriva curenților de suprasarcină se alege în funcție de serviciu Is, care trebuie să îndeplinească condiția.

Is In (3.1)

In fiind curentul nominal al receptorului protejat.

Reglajul releului termic ales, caracterizat prin curentul de reglaj Irt, trebuie să țină cont pe de o parte de domeniul curenților de suprasarcină admiși de receptor, iar pe de altă parte de domeniul reglajului posibil al releului termic, din punct de vedere constructiv.

Conform primei condiții, curentul de reglaj trebuie să aparțină intervalului

Irt = (1,0 … 1,2)In, (3.2)

fiind de preferat reglajul releului termic, pe curentul nominal al receptorului sau cât mai apropiat de acesta .

n cazul receptoarelor dimensionate pentru un regim de lucru intermitent, în locul curentului nominal In, din relațiile (3.1) și (3.2) se va considera curentul cerut Ic .

Cea de-a doua condiție, a posibilității concrete de reglaj, este determinată de tipul constructiv al aparatului. Astfel pentru relee termice tip TSA domeniul reglajului posibil este, în general

Irt = (0,6 … 1) ktoIs, (3.3)

în care kto este un coeficient de corecție funcție de temperatură, având valoarea kto = 1 dacă temperatura mediului ambiant este în intervalul tao = (10 … 35)oC.

Pentru declanșatoarele termice ale întreruptoarelor USOL și cele tip Ksi ale întreruptoarelor OROMAX, domeniul de reglaj este

Irt = (0,8 … 1,25) kto Is, (3.4)

iar pentru declanșatoarele termice tip H (pentru OROMAX) –

Irt = (0,5 … 1) kto Is, (3.5)

valorile coeficienților de corecție pentru aceste declanșatoare nu se indică în mod explicit, considerându-se suficientă precizarea domeniului de reglaj la diferite temperaturi.

n final se alege un curent de reglaj, care să aparțină intersecției dintre domeniile de valori definite de relația (3.2) și una dintre relațiile (3.3), (3.4) sau (3.5) și să se respecte condițiile suplimentare expuse mai sus.

2) Dimensionarea protecției la scurtcircuit

Aceasta constă în stabilirea curentului nominal al fuzibilului sau a curenților de serviciu și reglaj pentru relee sau declanșatoarele electromagnetice.

Curentul nominal al fuzibilului Inf se determină în baza următoarelor condiții:

– siguranțele fuzibile (lente sau rapide) trebuie să suporte curentul de durată al receptorului

Inf In; (3.6)

– siguranțele fuzibile trebuie să reziste la acțiunea curentului de pornire pe toată durata sa, care se exprimă în cazul siguranțelor cu topire rapidă prin relația

(3.7)

în care c este un coeficient de siguranță egal cu 2,5 pentru porniri rare și ușoare (durata pornirii este 5 s); c = (1,6 … 2) pentru motoarele cu pornire grea și de durată (timpul de pornire 5 … 10 s) sau pentru motoarele cu porniri ușoare dar dese; c = 1,5 pentru porniri foarte grele (durata pornirii > 10 s). ndeplinirea acestei condiții presupune și satisfacerea condiției de a rezista sub acțiunea suprasarcinilor accidentale de scurtă durată;

– protecția la scurtcircuit prin siguranțe fuzibile trebuie să fie selectivă cu protecția la suprasarcină prin relee termice, ceea ce înseamnă ca la stabilirea curentului nominal al fuzibilului să se aibă în vedere relațiile

Inf 3Irt (3.8)

iar dacă siguranța este de tip MPR (mare putere de rupere),

(Inf)MPR 2,5 Irt (3.9)

Curentul de serviciu Is al releului sau declanșatorului electromagnetic este identic cu cel al dispozitivului de protecție termic, deoarece acestea se fabrică de obicei asociate, sub forma blocurilor de relee sau a declanșatoarelor. Pentru a corespunde condițiilor de funcționare, curentul de serviciu al releului (declanșatorului) electromagnetic trebuie să se încadreze în domeniul definit de relația:

, (3.10)

în care Ip este curentul de pornire al receptorului alimentat prin circuitul protejat;

kpe – coeficient de siguranță la pornire, cu valori în intervalul (1,2 … 1,4) pentru relee și respectiv (1,4 … 1,6) pentru declanșatoare;

kre – coeficientul domeniului de reglaj, având valori diferite în funcție de tipul releului sau declanșatorului.

Deoarece dispozitivele de protecție termice se vor regla pentru protecția la suprasarcină, a doua condiție care trebuie impusă la alegerea curentului de serviciu Is este

Is Ic (3.11)

Dacă curentul de reglaj Ire al dispozitivelor electromagnetice de protecție are o singură valoare (reglaj fix făcut de furnizor), atunci se verifică îndeplinirea condiției de nedeclanșare la curentul de pornire cu relația:

Ire kpe . Ip, (3.12)

iar dacă se dispune de un domeniu de valori pentru coeficientul kre al domeniului de reglaj și reglajul este posibil la diferite valori

Ire = kre Is, (3.13)

atunci se alege acea valoare Ire care să verifice relația (3.11).

3) Alegerea aparatelor de comutație

Contactoarele și întreruptoarele automate propriu-zise (fără relee) se aleg ținând seama de valorile nominale ale tensiunii, de curentul Inc respectiv Ina al contactelor principale

Inc 1,1 In, (3.14)

în care In este curentul nominal al receptorului, de capacitatea și frecvența de conectare și de deconectare în regim normal și accidental, de tensiunea de serviciu a bobinei de acționare; toate aceste caracteristici trebuie să satisfacă mărimile nominale și de serviciu ale circuitelor deservite.

Separatoarele se aleg pe baza tensiunii și curentului lor nominal, care trebuie să aibă valori cel puțin egale cu ale circuitelor deservite.

ntreruptoarele neautomate (cu pârghie, cu manetă sau pachet) se aleg de asemenea pe baza tensiunii și curentului lor nominal, dar ținând seama și de curenții de conectare și deconectare în regim normal de funcționare (manevra acestor aparate nu este admisă în timpul unui scurtcircuit

Se recomandă ca aparatele de comutație să fie astfel montate, încât contactele lor mobile să nu fie sub tensiune atunci când aparatele sunt deschise și să nu poată închide sau deschide sub efectul vibrațiilor, la lovirea aparatelor sau datorită greutății proprii a părților mobile. Aceste contacte trebuie să întrerupă simultan toate conductele de fază ale circuitului (trifazat, bifazat sau monofazat) pe care îl deservesc. ntreruperea conductei de nul de lucru se admite numai la instalațiile în care aceasta nu este utilizată și pentru protecție.

Pentru curenții mici, sub 63 A, se pot alege fie întreruptoare cu pârghie, fie de tip pachet, în funcție de caracteristicile lor corelate cu considerentele de gabarit și de protecție a omului. Astfel întreruptoarele pachet au gabarit redus (recomandate la tablouri mici, de ex. cele capsulate) și curent de rupere mare.

Aparatele de conectare folosite pentru circuitele electrice ale lămpilor fluorescente se recomandă să aibă un curent nominal de minimum 10 A.

2.3.5.3 Alegerea protecției coloanelor

Principalele variante de echipare a coloanelor cu dispozitive de protecție și comutație, prezentate în figura 3.7 , sunt:

– coloană protejată la plecare prin siguranțele fuzibile e1 și prevăzută la intrarea în tabloul de distribuție TD alimentat cu un separator a1 (fig. 3.7, a);

– coloană protejată prin întreruptorul automat a2 care realizează o dublă protecție la scurtcircuit și la suprasarcină, fiind prevăzută cu separatoarele a1 și a3, la plecare, respectiv la intrarea în tabloul de distribuție alimentat (fig. 3.7, b).

a b

Fig 3.3 – Variantele de echipare a coloanelor : a – cu siguranțe fuzibile ; b – cu întreruptor automat.

Ca dispozitive cu rol de separator pot servi și întreruptoarele neautomate (cu pârghie, cu manetă) sau comutatoarele (pachet). Prevederea lor este necesară, în general, pentru a se asigura controlul vizual direct al separației și în special, la intrarea în tablourile de distribuție.

Coloane având configurațiile din figura 3.7 fac legătura între tabloul general și tablourile principale, între tabloul principal și cele secundare sau între coloane magistrale și tablouri secundare. Echipări asemănătoare cu cele din figura 3.7, a și b se recomandă pentru circuitele de utilaj, cu deosebirea că, întreruptoarele de la intrările tablourilor de utilaj (a1 respectiv a3) pot lipsi, datorită faptului că tablourile de utilaj sunt prevăzute, în general, cu întreruptoare generale la intrare.

a) Protecția la scurtcircuit constituie protecția principală a coloanelor.

Dacă protecția este realizată prin siguranțe fuzibile (fig. 3.3, a), curentul nominal al acestora se determină cu relațiile

Inf > Ic (3.15)

(3.16)

similare relațiilor (3.8), respectiv (3.9), din cazul protecției circuitelor. După cum se observă din relația (3.16), numai componenta tranzitorie Ivt (Iv =Ivt +Ivp ) a curentului de vârf se reduce prin împărțire la coeficientul de siguranță c.

Având în vedere expresiile concrete ale curentului de vârf,

, (3.17)

în care

și (3.18)

(3.19)

în care reprezintă curentul de pornire al motorului pentru care () are valoarea maximă.

(3.20)

respectiv

(3.21)

Curentul de serviciu Is al declanșatoarelor sau releelor de protecție se alege similar, ca în cazul circuitelor, cu deosebirea că în locul curentului de pornire, din relația (3.10), se utilizează curentul de vârf

(3.22)

(3.23)

coeficienții kpe și kre având aceleași semnificații și valori.

Reglajul releelor electromagnetice se stabilește în mod identic la valoarea

Ire = kre Is, (3.24)

în care kre poate avea o singură valoare sau un domeniu de valori și se verifică la condiția de nedeclanșare pentru curentul de vârf

Ire kpe Iv (3.25)

Se recomandă ca alegerea sau reglarea dispozitivelor de protecție la scurtcircuit, după relațiile (3.15), (3.16) respectiv (3.25), să se efectueze cât mai aproape de limita inferioară admisă .

b) Reglarea protecției la suprasarcină se face numai pentru coloanele protejate la scurtcircuit prin întreruptoare automate (fig. 3.7, b).

n cazul coloanelor, curentul de reglaj al releului termic este necesar să se încadreze în intervalul

Irt = (1,0 … 1,2) Ic, (3.26)

care definește domeniul curenților de suprasarcină ai coloanelor.

n ceea ce privește reglajul posibil, acesta se stabilește conform relațiilor (3.3), (3.4) sau (3.5).

Curentul de reglaj se obține și în cazul coloanelor prin intersecția domeniului de valori dat de relația (3.26) cu domeniul corespunzător reglajului posibil, în baza acelorași indicații de la protecția receptoarelor. Se menține valabilitatea recomandării de mai sus, ca reglajul să se facă apropiat de limita inferioară admisă de relația (3.26).

Definitivarea protecției coloanelor se poate face numai după analiza selectivității acesteia în raport cu dispozitivele de protecție cele mai mari, de pe plecările tablourilor de distribuție alimentate. e aceea, este indicat ca în alegerea protecției coloanelor, să se urmeze succesiunea: circuite de utilaj, coloane secundare, coloane principale, magistrale.

2.3.6 Alegerea conductelor electrice

2.3.6.1 Precizări generale

Alegerea conductelor electrice implică examinarea și respectarea unui șir de posibilități și condiții, care se încheie prin determinarea corespunzătoare a secțiunii conductoarelor.

a) Materialul conductoarelor, utilizate în instalațiile electrice de joasă tensiune, poate fi: cuprul, aluminiul, oțelul-aluminiu și oțelul.

Folosirea cuprului în instalațiile electrice industriale sub formă de conducte neizolate și izolate, bare sau cabluri, se permite numai în următoarele situații:

– la circuitele care alimentează receptoare de importanță deosebită cum sunt pompele de incendiu, consumatorii de siguranță din centrale electrice, corpurile instalației de iluminat de siguranță pentru evacuare de tip 1 și 2, dar numai dacă secțiunea conductoarelor de aluminiu ar rezulta mai mică de 10 mm2;

– la circuitele care alimentează receptoare amplasate în medii cu pericol de explozie (în cazurile precizate în prescripțiile specifice);

– în încăperi și spații din exterior cu mediu coroziv, în cazurile în care stabilitatea chimică a aluminiului sau oțelului nu este corespunzătoare și numai dacă instalațiile nu pot fi realizate în execuție etanșă;

– la instalațiile de pe utilaje mobile (de ex. pe macarale, poduri rulante, vibratoare etc.);

– la instalațiile de pe utilaje supuse șocurilor sau vibrațiilor permanente, care se pot transmite conductelor electrice (de ex. de pe cajele laminoarelor);

– la instalațiile de protecție prin legare la pământ sau la nul ;

– la circuitele de comandă, automatizate, măsură și semnalizare, cu excepția circuitelor de alimentare cu curent operativ a tablourilor de comandă, atunci când secțiunea conductelor din aluminiu rezultă mai mare de 10 mm2 sau a unor receptoare electrice mai puțin importante, prevăzute numai cu comandă locală și care nu fac parte din sistemul de automatizare a instalației respective.

De asemenea, folosirea conductelor electrice de orice tip cu conductoare din cupru se limitează numai în zonele în care se impune acest lucru.

n afara situațiilor de mai sus, se folosesc conductoare de aluminiu. Conductoarele de oțel-aluminiu sunt destinate liniilor electrice aeriene, iar cele de oțel – instalațiilor de protecție (prin legare la pământ, împotriva trăsnetelor).

b) Felul izolației trebuie luat în considerare în corelație cu categoriile de încadrare a încăperii sau a locului de montare din punct de vedere al caracteristicilor mediului și al pericolului de incendiu și explozie, având în vedere și dezideratul de a utiliza cu precădere izolații din materiale plastice, apreciate ca greu combustibile .

c) Domeniul de utilizare reprezintă un criteriu fundamental pentru alegerea conductelor. Din acest punct de vedere interesează în principal următoarele tipuri de conducte:

– pentru transportul energiei electrice (neizolate sau izolate);

– pentru instalații fixe;

– pentru instalații mobile;

– pentru ascensoare;

– pentru branșamente la construcții indistriale;

– pentru sudare electrică;

– de comandă, măsură, semnalizare și control.

d) Modul de montare se corelează cu tipul conductei din punct de vedere al domeniului de utilizare, cu felul izolației și cu categorii de încadrare a încăperii sau a locului de montare .

n cazul barelor, modul de montare poate fi:

– pe izolatoare, în execuție deschisă;

– pe izolatoare, în execuție acoperită (canal, șanț);

– protejat în cutii;

– capsulat.

Conductele neizolate se montează pe izolatoare, iar cele izolate – fie pe izolatoare, fie în tuburi sau țevi de protecție. n ceea ce privește tuburile sau țevile de protecție, acestea pot fi amplasate – pe construcție, pe console sau îngropat.

Se recomandă utilizarea cu prioritate a tuburilor din materiale plastice, cu excepția interdicțiilor menționate în .

Cablurile electrice se pot instala în următoarele feluri: aparent pe construcție, pe console, îngropat în tub, prin canal, tunel, pod sau canal cu nisip.

n general, trebuie să se mai cunoască dacă montarea se face în interior, exterior sau sub tencuială, modul de montare influențând într-o măsură hotărâtoare condițiile de răcire ale conductoarelor și prin aceasta alegerea secțiunii, determinând în același timp, tehnologia de execuție a instalației.

e) Numărul conductoarelor pe anumite tronsoane se determină din schema de alimentare și schema cu amplasamente. Interesează astfel numărul conductelor dintr-un tub, al conductoarelor dintr-un cablu sau cordon și al barelor în paralel pe pol sau fază.

f) Frecvența curentului (curent continuu sau alternativ) se cere specificată mai ales în cazul barelor și cablurilor.

g) Secțiunea minimă admisă pentru conductoare este prevăzută prin normativ , fiind obligatorie chiar dacă din calculele de încălzire sau a pierderilor de tensiune rezultă secțiuni inferioare.

2.3.6.2 Determinarea secțiunii conductoarelor

Pentru a nu periclita starea izolației conductelor electrice, este necesar ca temperatura acestora să nu depășească anumite valori maxim admise. Luând ca punct de referință temperatura pe conductor, valorile maxim admise tocadm pentru diversele conducte de joasă tensiune sunt după cum urmează:

– bare de oțel, conducte cu izolație de PVC …………………………………. +70oC;

– cabluri cu izolație și manta de PVC ………………………………………….. +70oC;

– cabluri cu izolație de hârtie, bare de cupru și aluminiu ………………… +65oC;

– conducte și cabluri cu izolație din cauciuc …………………………………. +60oC.

Solicitarea termică a conductelor este datorată curenților de sarcină de durată (regim permanent), de suprasarcină de scurtă (la pornire) și lungă durată și de scurtcircuit.

Secțiunile conductoarelor electrice se dimensionează pentru a satisface condiția de stabilitate termică la încălzire în regim permanent sau intermittent. Secțiunile determinate se verifică apoi la condițiile de încălzire în regim de scurtă durată (la curenții de vârf), de pierdere de tensiune și de rezistență mecanică.

n regim permanent, cantitatea de căldură degajată în conductor prin efectul Joule-Lenz este cedată integral, prin suprafața conductei, mediului ambiant, distribuția temperaturilor pe secțiunea conductei rămânând constantă.

Relația echilibrului este

(3.27)

în care: Ic – este curentul de durată prin conductor;

– rezistivitatea conductorului la temperatura de referință tor = 20oC;

k– coeficientul de creștere a rezistivității cu temperatura;

toc – temperatura medie a conductorului;

l,s – lungimea și secțiunea conductorului;

– transmisivitatea termică (coeficientul de transmitere a căldurii prin convecție și radiație) de la suprafața conductei;

A – suprafața (laterală) de cedare a căldurii;

– temperatura de la suprafața conductei;

– temperatura mediului ambiant.

Dacă se atribuie temperaturii medii a conductorului valorile maxim admise tocadm indicate mai sus, pe baza relației (3.24) se pot determina intensitățile maxime admise Ic adm ale curenților în regim permanent pentru diverse tipuri de conducte

(3.28)

n practică nu se lucrează cu relația (4.32), datorită dificultăților de apreciere a condițiilor de răcire în ansamblul lor, dată fiind diversitatea situațiilor de montare.

A. Determinarea secțiunii conductoarelor pentru a satisface condiția de stabilitate termică la încălzire în regim permanent sau intermitent (în funcție de regimul de lucru al consumatorilor și receptoarelor) se face cu relația

(3.29)

în care: Ic – este curentul cerut de receptor sau de consumatorul de calcul;

a – coeficientul de corecție al regimului de lucru;

K – coeficientul de corecție al condițiilor de răcire, dependente de tipul conductei, de condițiile de instalare și de mediu.

Coeficientul de corecție al regimului de lucru are valoarea a = 1 pentru regimuri permanente și

(3.30)

pentru regimuri intermitente de lucru, cu durata totală a ciclului de minimum 10 minute și durata de funcționare de maximum 4 minute; DA reprezintă durata relativă de anclanșare (conectare), adică raportul dintre durata de funcționare și durata totală a ciclului. Aplicarea coeficientului supraunitar dat de relația (3.30) este admisă numai pentru conductoare de cupru cu secțiuni peste 10 mm2 sau de aluminiu – peste 16 mm2 , ceea ce revine la curenți ceruți în regim intermitent după cum urmează:

– Ic > 70 A, dacă se folosesc conducte izolate cu PVC sau cauciuc;

– Ic > 110 A, dacă se folosesc conducte neizolate, cordoane sau cabluri în curent alternativ;

– Ic > 140 A, dacă se folosesc cabluri în curent continuu.

Pentru situațiile limită, cărora le-ar corespunde în urma corecției cu coeficientul a, secțiuni mai mici decât cele menționate mai sus, alegerea se va face considerând în final ă = 1.

Coeficientul de corecție K al condițiilor de răcire se determină în mod diferit, după tipul conductei.

a) n cazul conductelor neizolate și izolate, pozate la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +25oC, coeficientul de corelație al condițiilor de răcire este

K = K1 (3.31)

în care K1 este coeficientul de corecție pentru temperaturi ale mediului ambiant diferite de +25oC.

b) Pentru bare, intensitățile maxime admise sunt valabile următoarele condiții de funcționare și montaj:

– conductivitățile de referință sunt CU = 56 m/mm2 pentru cupru și AL = 35,1 m/mm2 pentru aluminiu;

– barele dreptunghiulare sunt montate pe muchie, iar traseul este orizontal;

– temperatura mediului ambiant barelor este de 35oC, iar temperatura barelor este de 65oC;

– barele sunt montate distanțat, astfel încât efectul de vecinătate nu se manifestă;

– altitudinea este de maximum 1000 m;

– disiparea căldurii se face în mod natural etc.

n figura 4.42, sunt reprezentate două situații de amplasare a barelor în pachete și sunt indicate notații pentru mărimile caracteristice.

Alte condiții de funcționare și montaj se iau în considerare în relația (3.29), prin calcularea coeficientului de corecție al condițiilor de răcire cu formula:

K = K1 K2 K3 K4 K5 K6 (3.32)

în care: K1 este coeficientul de corecție pentru variația conductivității barelor;

K2 – coeficient de corecție pentru reducerea sarcinii la așezarea barelor cu lățimea pe orizontală sau pentru un traseu vertical mai lung de 2 m

K3 – coeficientul de corecție pentru temperaturi ale mediului ambiant și a barelor diferite de cele de referință;

K4 – coeficient de corecție ținând seamă de efectul de vecinătate al curenților din bare amplasate la distanțe mici între ele;

K5 – coeficient de corecție pentru altitudini mai mari de 1000 m;

K6 – coeficient de corecție pentru bare răcite prin curenți de aer.

Pentru barele având secțiuni diferite de cele indicate în tabele sau grafice, însă ale căror perimetre nu diferă sau diferă puțin ca formă și valoare de ale acestora, încărcările admisibile se pot determina cu aproximație cu relația

(3.33)

în care: ICadm2 este curentul admisibil al unei bare (dreptunghiulare sau țeavă) sau al unui pachet de n bare (dreptunghiulare) în paralel pentru care nu au putut fi aplicate direct corecțiile;

ICadm1 – curentul admisibil al unei bare sau al unui pachet de bare similare, pentru care corecțiile pot fi determinate direct din tabele sau grafice;

p1, p2 – perimetrele secțiunilor a câte unei singure bare dintre cele care se găsesc, respectiv nu se găsesc în tabele sau grafice;

s1, s2 – ariile secțiunilor corespunzătoare, conform semnificațiilor indicilor.

Relația (3.33) este aplicabilă barelor cu secțiuni dreptunghiulare având aceeași lățime și o grosime care diferă cu cel mult 50% de cea a secțiunilor din tabele, precum și barelor țeavă având același diametru exterior însă grosimea peretelui diferind cu cel mult 50% de cea a secțiunilor din tabele.

La barele capsulate, coeficientul de corecție calculat conform relației (3.32) se multiplică prin factorul 0,8, pentru a ține seamă de condițiile speciale de răcire.

c) n cazul cablurilor, aplicarea corecției referitoare la condițiile de răcire se face diferențiat, după natura mediului – pământ, aer sau apă – în care se pozează cablurile.

Pentru cablurile pozate în pământ, corecția se determină cu relația

K = Kc1 Kc2 Kc3, (3.34)

în care: Kc1 este coeficientul de corecție în funcție de rezistența termică specifică a solului.

Temperatura solului se consideră egală cu valoarea medie a temperaturilor maxime din lunile de vară, la adâncimea de pozare. Dacă nu există date precise, această temperatură se adoptă astfel:

+24oC – pentru regiunile de șes;

+15oC – pentru regiunile de deal și de munte.

Se consideră neglijabilă variația temperaturii solului, în funcție de adâncimea de pozare, în domeniul 70 … 120 cm. Pentru cablurile pozate mai aproape de nivelul solului decât 70 cm, se consideră o temperatură superioară cu 5oC față de temperatura de calcul.

Pentru pozare alăturată în aer, în diferite moduri și la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +30oC, coeficientul de corecție al condițiilor de răcire este

(3.35)

în care: K’c1 este coeficientul de corecție în funcție de modul de pozare;

K’c2 – coeficientul de corecție în funcție de temperatura mediului ambiant.

n cazul cablurilor expuse razelor solare, se va aplica suplimentar un coeficient de reducere egal cu 0,9.

Pentru cablurile de energie pozate în canale și tuneluri aglomerate, se recomandă verificarea condiției ca temperatura calculată a conductoarelor să fie inferioară temperaturii maxime admisibile; mersul de calcul al temperaturii conductoarelor este indicat în .

Dacă pozarea se face în apă, se consideră K = 1,15.

Secțiunea se poate schimba la trecerea cablului din apă în pământ sau în aer, în funcție de rezultatele calculelor.

B. Determinarea secțiunii conductelor din condiția de stabilitate termică la supracurenții accidentali reprezintă o etapă de calcul, care se asociază celei corespunzătoare încălzirii în regim permanent (pct.A).

a) Stabilitatea termică a conductelor la curenți de suprasarcină, se consideră asigurată dacă

(3.36)

Irt fiind curentul de reglaj al releului sau declanșatorului termic montat pe porțiunea de rețea considerată (numai la circuite și coloane protejate prin relee sau declanșatoare termice).

b) Pentru curenții de scurtcircuit, condiția de stabilitate termică se exprimă diferit, în funcție de felul dispozitivului de protecție.

Astfel, dacă protecția este asigurată prin siguranțe fuzibile, condiția de stabilitate termică este dată, în cazul instalațiilor electrice de forță, de relația:

(3.37)

iar în cazul instalațiilor electrice de iluminat și prize

(3.38)

daca posibilitatea apariției suprasarcinilor este minimă la anumite instalații electrice de iluminat și prize (de ex. în cazul utilizării corpurilor de iluminat cu tuburi flourescente), intensitatea maxim admisă a curentului permanent prin conductoare se obține cu relația

(3.39)

n cazul protecției la scurtcircuit realizate prin întreruptoare automate cu relee sau declanșatoare electromagnetice cu acțiune instantanee, stabilitatea termică a conductelor este asigurată dacă

(3.40)

Intensitățile maxim admise prin conducte se determină din condițiile (3.26), (3.33) și una din relațiile (3.29) … (3.36) , apoi din tabele speciale rezultă secțiunea conductoarelor.

C. Verificarea secțiunii conductelor se face într-o primă etapă la următoarele solicitări:

– rezistența mecanică, exprimată prin secțiunile minime admise ;

– încălzirea în regim de scurtă durată la pornire, care se verifică prin intermediul densității de curent la pornire

(3.41)

sau

(3.42)

și care trebuie să fie pentru conductoare din aluminiu

(3.43)

iar pentru conductoare din cupru

(3.44)

O ultimă verificare pentru secțiunile determinate se realizează prin calculul pierderilor de tensiune .

D. Secțiunea conductorului de nul de lucru se stabilește în corelație cu cea a conductoarelor de fază, după cum urmează:

– egală cu secțiunea conductorului de fază în cazul circuitelor de lumină trifazate cu patru conductoare, până la o secțiune de 16 mm2 a conductoarelor de fază și a circuitelor monofazate ;

– cel puțin 50% din secțiunea conductoarelor de fază și astfel încât să corespundă intensității maxime de curent posibile în conductele respective, în cazul instalațiilor de forță;

– pentru circuite de lumină trifazate cu patru conductoare, începând cu secțiunea conductorului de fază de 25 mm2.

Cap. 3. Instalația de împământare

3.1 Funcțiile instalațiilor de legare la pământ

Instalația de legare la pământ constituie mijlocul tehnic cu ajutorul căruia se poate obține folosirea solului drept conductor electric pentru trecerea unor anumiți curenți normali de lucru sau de defect.

Instalațiile de legare la pământ sunt componente importante ale marii majorități a instalațiilor electrice, având numeroase funcții de protecție (împotriva electrocutărilor și supratensiunilor atmosferice) și de lucru (tehnologice).

De buna funcționare a instalației de legare la pământ depinde în mare măsură și siguranța în funcționare a instalației electrice pe care o deservește. Pe de altă parte, eficiența protecției împotriva electrocutărilor, în componența căreia intră o instalație de legare la pământ, depinde de buna dimensionare a acesteia din urmă. Ca regulă generală, o instalație de legare la pământ trebuie să fie folosită în comun pentru mai multe, sau chiar pentru toate funcțiile de protecție și de lucru necesare la instalațiile electrice dintr-o incintă sau de pe o platformă.

Practica a scos în evidență faptul că pentru dimensionarea unei instalații de legare la pământ folosită în comun, predomină condițiile impuse de protecția împotriva șocurilor electrice periculoase (electrocutărilor), și anume condițiile impuse pentru limitatea tensiunilor de atingere și de pas sub limitele maxime admise normate în legislația tehnică. Cazurile de folosire în aceeași incintă, platformă sau localitate a unor instalații de legare la pământ separate între ele constituie o excepție impusă de anumite condiții specifice.

Necesitatea obținerii unor tensiuni de atingere și de pas sub anumite limite admise conduce la condiții cu atât mai grele cu cât tensiunea de serviciu a instalației electrice și cu cât curenții de defect sunt mai mari. Creșterea puterii centralelor electrice și a sistemelor energetice interconectate conduce inerent la creșterea accentuată a valorilor curenților de defect care trec prin elementele instalațiilor de legare la pământ. Astfel, în rețelele de înaltă tensiunune, există riscul real ca prin electrozii prizelor de pământ și prin conductoarele de racordare la acestea să treacă curenți de punere la pământ de ordinul a 30.000 A și chiar mai mult. În rețelele de medie tensiune, puterile de scurcircuit pot fi, de asemenea, foarte mari; curenții de punere dublă la pământ pot atinge valori de ordinul a 15.000 A și uneori chiar mai mult.

Responsabilitatea îndeplinirii condițiilor de stabilitate termică a diferitelor componente ale unei instalații de legare la pământ, conduc deseori la determinarea dimensiunilor acestora (în funcție de curenții de calcul, de durata acestora și densitățile de curent maxime admise).

Cele de mai sus impun o atenție și rigurozitate mult sporită la dimensionarea, executarea și verificarea instalațiilor de legare la pământ.

Instalația de legare la pământ constituie ansamblul de conductoare și electrozi prin care se realizează legătura voită a unor elemente conductive dintr-o instalație electrică cu solul, considerat conductor pentru trecerea unui curent electric.

Toate instalațiile electroenergetice de producere, transport, distribuție sau de utilizare a energiei electrice dispun de instalații de legare la pământ pentru diferite scopuri, respectiv pentru funcții multiple de asigurare a unei exploatări normale a instalațiilor și echipamentelor electrice, fără pericole de avarii sau de accidente.

Valorile mari ale curenților de defect și noile prevederi în vigoare privind deconectările în caz de defect impun ca la dimensionarea instalațiilor de legare la pământ să se aibă în vedere, în afară de asigurarea unei anumite valori pentru rezistența de dispersie a prizelor de pământ, și alte mijloace de atenuare a tensiunilor de atingere și de pas cum sunt: dirijarea distribuției potențialelor, sau izolarea amplasamentelor în zonele de acces a unor persoane. Completarea cu alte mijloace de protecție are în vederea obținerea unor protecții eficiente și economice, în funcție de timpul de acționare a protecției prevăzute pentru deconectarea în caz de defect și de probabilitatea suprapunerii unor situații nefavorabile de accidentare.

Dacă se prevede și o dirijare a distribuției potențialelor, în calcule, în afară de rezistența de dispersie rp, trebuie să se considere și coeficienții de atingere ka și de pas kpas ai instalației de dirijare, precum și coeficienții αa și αpas de amplasament, care țin seama de izolarea amplasamnetelor în zonele de circulație și de deservire a echipamentelor electrice.

ka = Ua / Up (3.1)

unde:

Ua – tensiunea de atingere;

Up – tensiunea prizei de pământ.

kpas = Upas / Up (3.2)

Upas – tensiunea de pas;

Up – tensiunea prizei de pământ.

a = (Rda +Rh) / Rh (3.3)

Rda – rezistența de dispersie de atingere;

Rh – rezistența de calcul a corpului omului.

pas = (Rdpas +Rh) / Rh (3.4)

Rdpas – rezistența de dispersie de pas;

Rh – rezistența de calcul a corpului omului.

Metodologia actuală cea mai larg folosită, indicată și de legislația în vigoare pentru dimensionarea instalațiilor de legare la pământ, are la bază în special condițiile de limitare a tensiunilor de atingere și de pas sub anumite valori maxime admise, precum și condițiile de stabilitate termică, care sunt determinate în funcție de timpul de acționare al protecțiilor de defect și de categoria instalației electrice (zona de amplasare, accesul persoanelor, tensiunea de lucru, etc).

În principal, se au în vedere următorii factori, care trebuie să stea la baza concepției și dimensionării instalației de legare la pământ:

– gradul de siguranță în declanșarea circuitului la timpii considerați de acționarea protecției în caz de defect;

– gradul de selectivitate a protecției;

– gradul de izolare a amplasamentului omului;

– rapiditatea în acționarea dispozitivelor de protecție (micșorarea accentuată a timpului) în condițiile unei selectivități ridicate etc.

Prin rezolvarea problemelor legate de aspectele expuse mai sus, se preconizează în final să se reducă investițiile și volumul de lucru pentru realizarea instalațiilor de legare la pământ.

Valorile admise ale tensiunilor de atingere și de pas, țin seama de valorile limită ale curenților admiși prin corpul omului, de timpul de acționare al protecțiilor prin relee, respectiv de timpul cât se află omul sub acțiunea curentului electric, cât și în funcție de probabilitatea accidentului, respectiv de gradul de siguranță al acțiunii de declanșare în caz de defect.

Funcțiunile principale ale instalațiilor de legare la pământ sunt următoarele:

a) – asigurarea securității personalului de deservire sau a altor persoane care ating diferite carcase, elemente de susținere sau de îngrădire ale instalațiilor și echipamnetelor electrice care pot intra accidental sub tensiune; se urmărește atât realizarea deconectării rapide a sectorului în care a avut loc defectul cu punere la pământ, cât și limitarea tensiunilor de atingere și de pas sub valorile maxime admise, prin folosirea solului drept cale de trecere a curentului de defect;

b) – legarea la pământ a unor puncte aparținând circuitelor normale de lucru, ca de exemplu legarea la pământ a punctelor neutre a unor rețele trifazate, a punctelor unor transformatoare de măsură, etc.;

c) – realizarea unor circuite de impedanță corespunzătoare pentru funcționarea protecțiilor împotriva defectelor cu punere la pământ în instalațiia sau echipamentul electric în funcțiune de modul de tratare a neutrului rețelelor electrice;

d) – realizarea protecției împotriva supratensiunilor atmosferice sau împotriva celor datorită unor cauze interne cum sunt, de exemplu, supratensiunile de comutație;

e) – legarea la pământ a unor elemente, făcând parte din circuitele curenților de lucru ale instalației, scoase de sub tensiune pentru lucrări, în vederea descărcării de sarcinile capacitive și pentru evitarea apariției unei tensiuni periculoase (neprevăzute) în timpul executării lucrării.

În conformitate cu prescripțiile în vigoare, sunt patru categorii de instalații de legare la pământ în care se pot încadra funcțiile de mai sus, și anume:

– instalații de legare la pământ de protecție împotriva electrocutărilor; în această categorie intră cele cu funcțiile a) și e) de mai sus;

– instalații de legare la pământ de exploatare, destinate legăturii la pământ a unor elemente făcând parte din circuitele normale de lucru; în această categorie intră cele cu funcțiile b) și c) de mai sus;

– instalații de legare la pământ de protecție împotriva supratensiunilor;

– instalații de legare la pământ folosite în comun, destinate atât pentru scopuri de protecție cât și pentru scopuri de exploatare a instalațiilor electrice; astfel de instalații pot îndeplini și toate funcțiile menționate (a ÷ e), dacă sunt dimensionate corespunzător, respectiv îndeplinesc concomitent condițiile impuse de fiecare funcție în parte.

Legarea la pământ de protecție are în vedere racordarea la pământ a unui punct sau a mai multor puncte ale rețelei electrice, ale instalației electrice sau ale unui echipament electric pentru realizarea securității persoanelor.

Legarea la pământ de exploatare (funcțională) are în vedere racordarea la pământ a unui punct sau a mai multor puncte ale unui circuit al unei instalației electrice sau ale unui echipament electric pentru alte scopuri decât cele de realizare a securității persoanelor.

În cele mai numeroase cazuri, condițiile cele mai grele de dimensionare rezultă pentru instalațiile de legare la pământ de protecție împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă. Astfel, o instalație dimensionată considerând valorile curenților de defect posibili și timpii acestora prezintă, în general, parametrii acoperitori și pentru folosirea în scopuri de exploatare sau pentru protecția împotriva supratensiunilor atmosferice sau de natură internă. În marea majoritate a cazurilor întâlnite în practică, instalațiile de legare la pământ sunt folosite în comun pentru diferite scopuri, iar dimensionarea lor este determinată de protecția împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă.

3.2 DIMENSIONAREA PRIZELOR DE PĂMÂNT. RELAȚII DE CALCUL PENTRU DETERMINAREA REZISTENȚEI DE DISPERSIE

3.2.1 Componentele unei instalații de legare la pământ și categori/tipuri de prize de pământ

O instalație de legare la pământ cu funcții de protecție împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă, se compune din următoarele cinci elemente (a se vedea figurile 3.1 și 3.2):

– conductoare de ramificație, prin care se racordează masele echipamentelor/aparatelor electrice la conductorul principal de legare la pământ;

– conductorul principal de legare la pământ, la care se racordează toate conductoarele de ramificație;

– conductoarele de legare a conductorului principal la priza de pământ a instalației;

– electrozii prizei de pământ aflate în contact cu solul prin care se disipează curentul electric (trecerea curentului în solul folosit drept conductor electric);

– conductoarele de legătură între electrozii prizei de pământ; aceste conductoare, dacă sunt îngropate în sol, pot fi considerate electrozi ai prizei de pământ (în acest caz constituie elemente componente ale prizei de pământ).

În figura 3.1 se prezintă schema electrică de principiu a unei instalații de legare la pământ. În figura 3.2 se prezintă schema electrică de principiu a unei instalații de legare la pământ care deservește un obiect singular, de exemplu un stâlp al unei linii electrice aeriene (LEA), la care conductorul de legare a stâlpului la electrodul prizei de pământ îndeplinește, cumulativ, funcțiile de:

– conductor de ramificație;

– conductor principal de legare la pământ;

– conductor de legare la electrodul prizei de pământ.

3.1.2. Prizele de pământ folosite pentru realizarea unei instalații de legare la pământ se împart în două mari categorii, și anume:

– prize de pământ artificiale, special construite pentru realizarea instalațiilor de legare la pământ;

– prize de pământ naturale.

În cele mai multe cazuri, se folosesc cu prioritate prizele de pământ naturale, în special cele constituite de fundațiile de beton armat ale construcțiilor.

3.1.3. Prizele de pământ artificiale sunt constituite din electrozi metalici introduși în pământ, special destinați pentru trecerea curenților electrici și care nu permit folosirea lor în alte scopuri. Prizele de pământ artificiale se folosesc în următoarele cazuri:

– nu există la dispoziție o priză de pământ naturală;

– există o priză de pământ naturală, dar aceasta nu are o rezistență de dispersie suficient de mică și necesită completarea ei cu o priză de pământ artificială;

– utilizarea prizei de pământ naturale este dificilă din punct de vedere tehnic și economic;

– folosirea prizei de pământ artificiale este impusă expres de legislația tehnică.

3.1.4. Prizele de pământ naturale sunt constituite din elemente bune conducătoare de electricitate, în contact electric permanent cu solul, care sunt destinate diferitor scopuri dar pot fi folosite, în același timp, și pentru trecerea curenților electrici prin pământ. Ca prize de pământ naturale pot fi utilizate:

– elementele metalice ale construcțiilor îngropate în pământ, direct sau cuprinse în fundații de beton și beton armat sau sprijinite pe pământ (tălpi de fundații, estacade, elevatoare etc.);

– conductele metalice pentru apă sau alte fluide, îngropate în pământ, cu excepția celor care transportă fluide care prezintă pericole de încendiu sau de explozie;

– fundațiile stâlpilor sau ale altor construcții de beton armat, în contact electric cu pământ;

– învelișurile metalice ale cablurilor electrice armate îngropate în sol;

– șinele de cale ferată.

3.1.5. Prizele de pământ folosite pentru realizarea unei instalații de legare la pământ, atât cele naturale cât și cele artificiale; se pot încadra în următoarele categorii constructive:

– priză de pământ simplă (numită uneori singulară), constuite dintr-un singur electrod:

– priză de pământ cu electrod orizontal (rotund, platbandă, placă sau alte profile, învelișurile metalice (mantale, armături) neizolate electric ale cablurilor electrice);

– priză de pământ cu electrod vertical (tijă, placă sau alte profile);

– priză de pământ cu electrod inelar orizontal (în formă de inel);

– priză de pământ multiplă, constuită din mai multe prize de pământ simple de același fel legate între ele:

– priză de pământ multiplă orizontală, constituită din mai multe prize de pământ simple orizontale de același fel (priză de pământ cu electrozi orizontali, inclusiv priză de pământ realizată ca o plasă/rețea);

– priză de pământ multiplă verticală, constituită din mai multe prize de pământ simple cu electrozi verticali de același fel (priză de pământ cu electrozi verticali);

– priză de pământ complexă, constuită din mai multe prize de pământ simple și/sau multiple de tipuri diferite, legate electric între ele.

3.2.2 Parametrii electrici principali ai unei instalații de legare la pământ

3.2.1. Parametrii electrici principali ai unei instalații de legare la pământ sunt următorii:

– rezistența electrică a instalației de legare la pământ, care are simbolul generic Rp;

– tensiunea instalației de legare la pământ Up (a se vedea definiția de la pct.1.3.1.58);

– tensiunea de atingere Ua (partea din tensiunea unei instalații de legare la pământ, la care este supus omul aflat la o distanță de 0,8 m de obiectul atins {în cazul verificărilor prin măsurări se consideră 1 m});

– tensiunea de pas Upas (partea din tensiunea unei instalații de legare la pământ, la care este supus omul când atinge concomitent două puncte de pe sol aflate la o distanță de 0,8 m între ele {în cazul verificărilor prin măsurări se consideră 1 m}).

3.2.2. Rezistența electrică a unei instalații de legare la pământ Rp are două componente, și anume:

– rezistența de dispersie rp a prizei de pământ care reprezintă rezistența electrică a solului între electrozii prizei de pământ și zona de potențial nul, denumită zona de referință;

– rezistența rc a conductoarelor de legare la pământ, respectiv a conductoarelor de legătură dintre elementele care trebuie racordate la priza de pământ și aceasta din urmă.

Tensiunea instalației de legare la pământ Up este determinată de căderea de tensiune pe conductoarele de legare la pământ simbol ∆uc și tensiunea totală a prizei de pământ up față de un punct din zona de potențial nul (zona de referință).

Rezistența rc este uneori mult mai mică decât rezistența de dispersie rp astfel încât în aceste cazuri se obișnuiește să se considere rezistența instalației de legare la pământ Rp că este egală cu rezistența de dispersie rp a prizei de pământ. Rezistența electrică a prizei de pământ este denumită, de regulă, rezistența de dispersie a acesteia, cu referire directă la dispersia curentului în pământ prin electrozii prizei.

În circuitele de curent alternativ ar trebui să se considere impedanța de legare la pământ Zp, care este impedanța dintre instalația de legare la pământ și zona de referință, la frecvența de lucru dată. Pentru frecvențe mici (cum este frecvența industrială, de 50 Hz), se consideră, cu aproximație acceptabilă, că impedanța de legare la pământ Zp este egală cu rezistența de dispersie a prizei de pământ, rp:

(3.6)

3.2.3. Rezistența de dispersie rp a unei prize de pământ depinde determinant de rezistivitatea solului ρ , precum și de dimensiunile și configurația electrozilor prizei de pământ. Pentru a obține valori cât mai scăzute ale rezistenței de dispersie rp, este necesar ca densitatea j a curentului Ip care trece spre pământ prin electrozii metalici ai prizei de pământ metalici să fie cât mai redusă, respectiv secțiunea (suprafața) S prin care trece acest curent în pământ să fie cât mai mare posibil, considerând relația cunoscută pentru densitatea de curent:

(3.7)

Pe măsura îndepărtării de electrozii prizei de pământ densitatea de curent j devine din ce în ce mai mică datorită creșterii valorii suprafețelor S de trecere a curentului Ip. Zona în care densitatea curentului j este practic nulă este considerată zonă de potențial nul, respectiv zonă de referință. În apropierea electrozilor, scăderea densității de curent depinde determinant de dimensiunile și configurația acestora.

3.2.4. Calculul rezistenței de dispersie rp a unei prize de pământ, uzual, are la bază presupunerea că pământul are forma unei semisfere infinite cu o structură uniformă, având o valoare dată a rezistivității solului ρ, fiind astfel posibilă stabilirea unor relații riguroase pentru rezistența de dispersie a prizei de pământ cu electrozi de anumite forme.

Inexactitatea în determinarea valorii rezistivității solului ρ are o influență semnificativă asupra valorii reale a rezistenței prizelor de pământ. Relațiile teoretice exacte ale rezistenței prizei de pământ sunt utilizate în special pentru structuri simple ale acesteia în scopul ilustrării dependenței dintre tensiunea prizei de pământ up, repartiția potențialului la suprafața solului și curentul de punere la pământ Ip. Pentru prize de suprafață mare, de exemplu cele în categoria care intră și cel de tip plasă (rețea), se utilizează relații cu aproximații acceptabile pentru determinarea rezistenței prizei de pământ.

3.2.5. Un model de bază utilizat în scopul punerii în evidență a proprietăților electrice fundamentale ale unei prize de pământ, îl reprezintă o semisferă metalică îngropată la suprafața solului (figura 3.3). Căile curentului de punere la pământ care trece printr-un astfel de electrod spre zonele înconjurătoare se presupune a fi radiale. Suprafața semisferei, ca și o secțiune transversală semisferică dx prin pământ, se presupun a fi echipotențiale și prin urmare, liniile de curent sunt perpendiculare pe aceste suprafețe. În aceste condiții, rezistența elementului semisferic de grosime dx se exprimă prin relația (în ipoteza că ρ este constant, respectiv în ipoteza unui sol omogen):

(3.8)

Rezistența prizei cu electrod cu semisferic fiind dată astfel de relația:

(3.9)

Fig. 3.3.- Ilustrarea noțiunilor de distribuție a potențialului electric la suprafața solului, tensiune de atingere și de tensiune de pas în cazul unui electrod de pământ semisferic.

r – raza electrodului;

x – distanța de la centrul electrodului;

U – valoarea relativă a repartiției de potențial;

Ua și Upas – tensiunea de atingere și respectiv de pas.

Rezistența de dispersie rp a unei prize de pământ depinde în mod semnificativ de adâncimea de îngropare a electrodului, dat fiind diferențele mari ale valorilor rezistivității solului ρ la diferite adâncini datorită, în special, gradului de umiditate și a stabilității în timp. Conținutul de umiditate este mai mare și mai stabil pentru straturile mai adânci decât pentru cele superficiale. Straturile din apropierea suprafeței solului sunt influențate mai puternic de variațiile meteorologice sezoniere și pe termen scurt și pot fi supuse înghețului. Această problemă poate fi evidențiată semnificativ, în special, pentru electrozi verticali, la care se observă o reducere apreciabilă a rezistenței prizei pe măsură ce adâncimea de îngropare crește. Totuși, din considerente geologice, nu este întotdeauna posibil să se amplaseze electrozii la adâncimea dorită, de exemplu acolo unde există piatră sau alte obstrucții în apropierea suprafeței solului sau acolo unde priza de pământ acoperă o suprafață mare.

3.3 Rețele legate la pământ care funcționează în schema TT (respectiv T1T) cu neutrul legat direct la pământ

2.5.1. Rețelele cu tensiune înaltă de lucru care funcționează cu neutrul legat direct la pământ sunt în general cele care au tensiunea nominală de 110 kV, 220 kV și de 400 kV (rețeaua este cu neutrul legat la pământ simbol T, iar sistemul de protecție împotriva electrocutărilor prin atingere indirectă constă în legarea la pământ simbol T). Se consideră că, de regulă, la aceste rețele se dispune de un singur sistem de protecție, încadrându-se astfel în schema T1T. Sunt rare cazurile în care o rețea electrică de MT funcționează în schema T1T, (respectiv legată direct la pământ și se dispune de un singur sistem de protecție).

2.5.2. Conform reglementărilor din legislația tehnică în vigoare, pentru schemele care funcționează în schema T1T, la defecte cu punere la pământ (la masă), pentru evitarea avariilor și accidentelor prin electrocutare acționează protecțile automate la scurtcircuit.

Pentru dimensionarea instalațiilor de legare la pământ, avându-se în vedere defectele cu puneri la pământ, se consideră:

– curentul de scurtcircuit monofazat metalic Isc m pentru determinarea secțiunii conductoarelor de legare la pământ (conductoarele de ramificație, conductoarele principale, conductoarele de legare la prizele de pământ);

– curentul de punere la pământ prin prizele de pământ Ip pentru dimensionarea acestora, obținut din relația:

(3.10)

în care: Isc m este curentul total de scurtcircuit monofazat;

IN – curentul care se închide prin neutrele transformatoarelor legate direct la pământ;

Icp – curentul care se închide prin conductoarele de protecție ale LEA sau prin ecranele (învelișurile) cablurilor electrice legate la capetele acestora la prizele de pământ ale stațiilor electrice (de la capetele liniilor electrice LEA sau LES).

2.5.3. În cazul rețelelor cu neutrul legat direct la pământ care funcționează în schema TT (respectiv în schema de funcționare T1T), dimensionarea instalaților de legare la pământ va fi astfel efectuată, încât tensiunile de atingere Ua și de pas Upas să fie mai mici sau cel mult egale cu valorile maxime admise de

reglementările în vigoare, respectiv cele date în tabelul 3.1, în funcție de timpul de declanșare la acționarea protecției de bază tb și de categoria rețelei.

Tabelul 3.1 – Valorile maxime admise ale tensiunilor de atingere Ua și de pas Upas

în rețelele care funcțonează în schema TT (respectiv în schema T1T).

La stabilirea protecției de bază, se are în vedere situația de ansamblu a protecțiilor din rețea și se consideră acea protecție care trebuie să acționeze în mod normal cel mai rapid (prima) la o punere la pământ (scurtcircuit monofazat).

2.5.4. Stațiile electrice exterioare îngrădite se încadrează în categoria instalațiilor electrice cu circulație redusă (pentru toate zonele din incinta îngrădită). Zonele din exteriorul stațiilor, vor fi încadrate fie în categoria instalațiilor electrice cu circulație redusă, fie în categoria celor cu circulație frecventă, în funcție de distanța față de marginea drumurilor, a șoselelor sau a îngrădirilor locuințelor. Astfel, pentru incintele stațiilor de conexiuni și transformare exterioare, tensiunile de atingere și de pas maxime vor fi cele din tabelul 3.1 pentru zonele cu circulație redusă, corespunzătoare unuia din cele două cazuri și anume cu sau fără organizarea folosirii de către toate persoanele care au acces în incinta stației a mijloacelor individuale de protecție izolante (în timpul accesului, respectiv a efectuării lucrărilor).

Pentru respectarea limitelor admise ale tensiunilor de atingere și de pas, se aplică întotdeauna următoarele măsuri:

a) se realizează o instalație de legare la pământ folosind prizele de pământ naturale, în special armăturile tuturor fundațiilor de beton armat și alte construcții metalice îngropate, precum și o priză de pământ artificială pentru completarea prizelor de pământ naturale, dacă rezultă necesar pentru obținerea valorii determinate a rezistenței de dispersie Rp (valoarea de calcul) (se justifică în proiectul instalației respective utilizarea și a prizei de pământ artificiale);

b) se realizează o instalație de dirijare a distribuției potențialelor în apropierea echipamentelor electrice și la extremitățile incintei;

c) se realizează izolarea amplasamentelor în zonele de acces din apropierea echipamentelor electrice în cazul în care cu mijloacele a) și b) de mai sus nu se pot obține valorile admise ale tensiunilor de atingere și de pas.

Trebuie avut în vedere și protecția împotriva transmiterii de tensiuni periculoase în afara incintei stației prin: șine de cale ferată, cabluri, conducte metalice lungi (de exemplu, conductele de apă etc.).

Dirijarea distribuției potențialelor (pct.b) și/sau izolarea amplasamentelor (pct.c) se aplică în situația în care nu este posibil să se obțină cu mijloace justificate economic o tensiune a instalației de legare la pământ Up mai mică sau cel mult egală cu valoarea maximă admisă pentru tensiunea de atingere Ua și de pas Upas.

Stabilirea eficacității unei instalații de dirijare a distribuției potențialelor se face prin determinarea coeficienților de atingere ka și de pas kpas definiți prin rapoartele:

(3.11)

și

(3.12)

Dacă Ua și Upas sunt mai mici sau cel mult egale cu valorile maxime admise, instalația de dirijare a distribuției potențialelor se consideră corespunzătoare.

Izolarea amplasamentelor se va aplica în cazul în care Ua și Upas rezultate în urma dirijării distribuției potențialelor depășesc valorile tensiunilor de atingere și de pas admise.

Izolarea amplasamentelor se va realiza prin acoperirea zonelor de circulație și de deservire a echipamentelor cu straturi din materiale cu rezistivități mai mari decât cea a solului ρ de exemplu cu piatră spartă, cu plăci din beton sau cu asfalt. Eficacitatea izolării amplasamentelor se exprimă prin coeficienții de amplasament corespunzători parametrilor Ua și Upas; astfel, pentru determinarea tensiunii de atingere corespunde coeficientul αa, iar pentru tensiunea de pas corespunde coeficientul αpas.

Față de cele de mai sus, condițiile pentru asigurarea unor tensiuni de atingere și de pas sub limitele admise, devin:

(3.13)

(3.14)

respectiv,

(3.15)

(3.16)

în care: Ua (Upas) este tensiunea de atingere (de pas) maximă admisă, conform tabelului 3.1, în V;

Rp – rezistența instalației de legare la pământ de protecție, în Ω;

Ip – curentul de punere la pământ care trece efectiv prin priza de pământ, în A;

ka (kpas) – coeficientul de atingere (respectiv de pas) corespunzător prizelor de dirijare a distribuției potențialelor;

αa – coeficientul de izolare a amplasamentului, considerat pentru determinarea tensiunilor de atingere; dacă nu sunt determinări pentru cazul respectiv se vor considera în calcule următoarele valori:

αa = 2, pentru balast (piatră spartă) de 15 cm grosime;

αa = 3, pentru dale de beton;

αa = 5, pentru asfalt de 2 cm grosime pe strat de pietriș;

αpas – coeficientul de izolare a amplasamentului considerat pentru determinarea tensiunilor de pas;

dacă nu sunt determinări pentru cazul respectiv se vor considera în calcule următoarele valori;

αpas = 5, pentru balast (piatră spartă) de 15 cm grosime;

αpas = 9, pentru dale de beton;

αpas = 17, pentru asfalt de 2 cm grosime pe strat de pietriș;

aceste valori sunt determinate din relația de corespondență:

αpas = 4·αa – 3 (3.17)

2.5.5. În toate situațiile când nu se adaugă un strat izolant (piatră, dale de beton sau asfalt) se poate considera în calcul rezistența electrică pe care o prezintă solul la trecerea curentului prin tălpile omului Rd. Se consideră suprafața unei plăci echivalentă cu suprafața considerată convențional a tălpii rezultând rezistența de dispersie Rd.

La un singur picior Rd ≈ 3·ρ unde ρ este rezistivitatea solului din punctul considerat.

În cazul tensiunilor de atingere, rezistența de dispersie prin tălpile omului este:

(3.18)

respectiv

(3.19)

fiind două rezistențe Rd în paralel.

2.5.7. Conform celor arătate la pct.2.5.4, pentru respectarea limitelor admise pentru tensiunile de atingere și de pas, se vor realiza următoarele:

– o instalație de legare la pământ folosind prizele de pământ naturale, în special armăturile tuturor fundațiilor de beton armat și alte construcții metalice îngropate;

– o priză de pământ artificială numai pentru completarea prizelor de pământ naturale și numai dacă este necesar pe baza unor justificări tehnice și economice;

– o instalație de dirijare a distribuției potențialelor în jurul echipamentelor electrice.

În cazul în care cu aceste mijloace nu se pot obține valorile admise ale tensiunilor de atingere și de pas, se va realiza și izolarea amplasamentelor în zonele de acces din apropierea echipamentelor electrice.

De asemenea trebuie avute în vedere măsurile de protecție împotriva transmiterii de tensiuni periculoase în afara incintei stației prin obiecte lungi cum sunt șinele de cale ferată, cabluri, conducte metalice lungi (de exemplu, conductele de apă etc.).

Dirijarea distribuției potențialelor se aplică în situația în care nu va fi posibil să se obțină cu mijloace justificate economic o tensiune a instalației de legare la pământ Up mai mică sau cel mult egală cu valoarea maximă admisă pentru tensiunea de atingere Ua și de pas Upas.

Stabilirea eficacității unei instalații de dirijare a distribuției potențialelor se va face prin determinarea coeficienților de atingere ka și de pas kpas , tensiunile de atingere și de pas fiind obținute din relațiile:

U’a = ka · Up (3.20)

respectiv

U’pas = kpas · Up (3.21)

Dacă U’a și U’pas sunt mai mici sau cel mult egale cu valorile maxime admise, instalația de dirijare a distribuției potențialelor se consideră corespunzătoare.

Indiferent de rezultatele calculelor trebuie îndeplinită condiția Rp ≤ 1 Ω pentru a se putea folosi în comun instalația de legare la pământ și pentru instalațiile de protecție împotriva descărcărilor atmosferice.

Deci, în cazurile în care din calcule rezultă Rp > 1 Ω este necesar să se corecteze schema prizei de pământ în ansamblu și respectiv de dirijare a distribuției potențialelor, astfel încât Rp ≤ 1 Ω. Aceasta înseamnă că se pot mări coeficienți de atingere sau de pas din cazurile respective, cu reducerea corespunzătoare a prizelor de dirijare (micșorarea numărului de electrozi paraleli prin creșterea distanțelor dintre aceștia).

3.4 Instalația de împământare a unei stații electrice

Principalele elemente componente ale instalației de legare la pământ a stației electrice sunt următoarele:

– prizele de pământ naturale și artificiale (dacă este cazul);

– conductoarele de legare la pământ (principale, de ramificație și de legare la prizele de pământ).

De regulă, priza de pământ artificială se realizează în modul următor:

În incinta stației, pe un contur situat la cel puțin 1 m de îngrădire, se prevede o centură alcătuită din electrozi verticali (de lungime “l”), distribuiți uniform pe contur (legați între ei prin electrozi orizontali) deoarece au un rol important în micșorarea tensiunilor de pas la marginea prizei de pământ a stației.

Adâncimea de îngropare a electrozilor verticali trebuie să fie h ≥ 0,8 m, considerată de la capătul superior al electrodului până la suprafața solului. La aceeași rezistivitate, cu cât adâncimea de îngropare va fi mai mare, cu atât coeficienții de pas de la marginea prizei vor fi mai mici, iar rezistența de dispersie de trecere la pământ în general va scădea.

De regulă, distanța între electrozi este

a ≥ 2·l (3.22)

În condiții speciale această distanță se poate micșora dar ea nu poate fi mai mică decât a = l. Cu cât distanța “a” dintre electrozii prizei de pământ este mai mare cu atât coeficienții de ecranare vor fi mai mari, ceea ce determină la același număr de electrozi, o rezistența de dispersie rezultantă mai mică.

Adâncimea de îngropare a electrozilor orizontali va fi de preferință de 0,8 – 1,0 m, avându-se în vedere faptul că prin mărirea adâncimii de îngropare rezistența prizei de pământ se micșorează și este mai puțin influențată de condițiile atmosferice; de asemenea, se micșorează și coeficienții de pas la marginea prizei.

Drept prize de pământ naturale și legături la aceste prize, se folosesc:

– armăturile metalice ale construcțiilor de beton armat, stâlpii, fundațiile cadrelor și ale aparatelor etc.;

– construcțiile metalice permanente;

– conductele metalice de apă;

– învelișurile metalice ale cablurilor îngropate;

– țevile pentru forare.

Se interzice luarea în considerare la dimensionarea instalației de legare la pământ, a următoarelor elemente:

– conductele prin care trec fluide combustibile;

– elementele care nu prezintă o secțiune suficient de mare;

– elementele care prin demontarea lor în timpul operațiilor de exploatare și întreținere, ar putea întrerupe circuitul de protecție.

Aceste elemente se vor racorda însă la instalația de legare la pământ, în vederea egalizării potențialelor.

În cazul conductelor prin care trec fluide combustibile, locurile de întrerupere vor fi în prealabil șuntate.

Conductele metalice pentru apă îngropate în pământ, mantalele și armăturile metalice ale cablurilor, țevile metalice de tubaje etc., vor fi folosite, de regulă, ca prize de pământ ajutătoare, în special pentru a contribui la dirijarea potențialelor.

Pentru folosirea construcțiilor de beton armat drept prize de pământ naturale, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

– realizarea unor legături electrice (de preferința prin sudură) între barele verticale de armare din construcția stâlpilor; aceste legături se pot executa cu o bară orizontală (etrier);

– realizarea unor legături electrice între barele verticale de armare ale stâlpilor (pilonilor) și armăturile metalice ale fundațiilor (îngropate);

– prevederea unor piese metalice aparente de racordare, legate la barele verticale, pentru executarea legăturilor cu conductoarele principale de legare la pământ.

Dacă barele verticale ale stâlpilor de susținere sunt în contact cu armăturile metalice ale elementelor pe care le susțin (grinzi, stelaje etc.), realizându-se astfel o priză multiplă, conductoarele principale de legare la pământ nu trebuie să se lege la toți stâlpii. Se vor lega însă la cel puțin doi stâlpi care fac parte din priza multiplă realizată.

Pentru folosirea armăturilor unei construcții de beton armat drept priză de pământ naturală, se va prevedea încă din faza de proiectare și se va asigura prin execuție, continuitatea electrică a acestor armături, până la piesa de racordare menționată mai sus, fixată aparent în construcția respectivă și accesibilă pentru racordarea conductoarelor de legare la pământ.

Această piesă de racordare va fi din profil bandă sau cornier având grosimea de cel puțin 3 mm și lățimea de cel puțin 40 mm.

Piesa de legătură (de racordare) va fi marcată prin vopsire cu semnul de legare la pământ.

Secțiunea echivalentă minimă a armăturilor fiecărui element de beton armat sau metalic folosit drept priză naturală de pământ sau conductor de legare la pământ, trebuie să fie de 100 mm2 oțel.

Toate elementele care constituie prize de pământ naturale se vor lega la rețeaua conductoarelor principale de legare la pământ.

În stațiile electrice exterioare, aceste conductoare sunt alcătuite de regulă din electrozii orizontali destinați dirijării distribuției potențialelor.

Pentru micșorarea tensiunilor de atingere și de pas în incinta stației, instalația de dirijare a distribuției potențialelor se realizează în interiorul conturului prizei de pământ artificiale (dispusă la extremitățile stației) și va cuprinde următoarele elemente (a se vedea figura 2.10):

– rețeaua electrozilor pentru dirijarea distribuției potențialelor, care are și rolul rețelei conductoarelor principale de legare la pământ;

– prizele de pământ naturale și celelalte elemente legate pentru egalizarea potențialelor în stație;

– conductoarele de ramificație pentru racordarea la conductoarele principale de legare la pământ.

În stația exterioară, electrozii orizontali pentru dirijarea potențialelor pot fi considerați că au o dispunere sub forma unor benzi paralele la o distanță de circa 0,6 m de echipamente care trec prin zonele de deservire ale acestora și sunt îngropați în stratul superficial al solului.

Acești electrozi fac parte din instalația de legare la pământ, participând la micșorarea rezistenței de dispersie Rp și constituind, totodată, rețeaua conductoarelor principale de legare la pământ la care sunt racordate conductoarele de ramificație pentru legarea la pământ a maselor.

Rețeaua acestor electrozi se va lega deci la priza de pământ artificială și va avea legături cu toate obiectele prin intermediul conductoarelor de ramificație (figura 2.10).

Fig. 3.5 – Exemple de realizare a instalației de legare la pământ pentru stații electrice exterioare:

a)- clădirea stației la interiorul incintei;

b)- clădirea stației la marginea incintei;

c)- clădirea stației la marginea incintei.

Electrozii destinați micșorării tensiunilor de atingere trebuie să aibă o adâncime de îngropare de cel mult 0,6 m. Se menționează în mod expres în documentația instalației să nu se depășească această adâncime, deoarece ar conduce la creșterea coeficienților de atingere.

O micșorare mai accentuată a coeficienților de atingere în apropierea unor anumite obiecte se va putea obține prin îngroparea unor electrozi orizontali suplimentari la adâncimi variind între 0,1 m și 0,4 m pe o distanță de 0,8 m (cel mult 1m) față de obiect. Electrozii se vor dispune după un contur în formă de inel, pătrat, dreptunghi sau sub forma unor benzi paralele.

O micșorare mai accentuată a tensiunilor de pas la marginea prizei artificiale, se va obține prin electrozi suplimentari cu o adâncime de îngropare crescătoare până la cel mult 1,2 m. Electrozii suplimentari se vor racorda, de asemenea, la priza de pământ complexă a stației.

În jurul clădirilor aflate în incinta stației exterioare va fi prevăzută, la o distanță de circa 0,8 m de fundație, un contur de electrozi legați cu restul instalației. La acest contur se vor racorda conductoarele principale de legare la pământ din interiorul clădirii, precum și armăturile metalice din stâlpii și fundațiile de beton armat ale clădirii.

De regulă, îngrădirile care delimitează incinta unei stații nu trebuie să fie racordate la instalația de legare la pământ, deoarece se consideră o probabilitate foarte mică ca îngrădirile care nu au montate pe acestea echipamente electrice (nu sunt în contact cu echipamente electrice) să intre accidental sub tensiune.

În cazul în care se constată, în afara incintei, tensiuni de atingere care depășesc valorile maxime admise, se vor executa prize suplimentare de dirijare a distribuției potențialelor în afara stației, care vor fi legate numai cu îngrădirea (nu vor fi racordate cu instalația de legare la pământ din incintă).

Pentru legarea carcaselor echipamentelor electrice și a elementelor de sustinere la conductoarele principale de legare la pământ, se vor folosi, de regulă, două conductoare de ramificație pentru fiecare aparat sau cadru ale căror secțiuni însumate să corespundă condițiilor de stabilitate termică. Aceste conductoare de ramificație se vor racorda la doi electrozi (două benzi) de dirijare în vederea reducerii coeficientului de atingere și de pas prin realizarea unor caroiaje (plasă de disipare).

Drept conductoare de ramificație (de coborâre de la aparate sau cadre) se pot folosi armăturile metalice sau corpul metalic al elementelor respective de susținere, asigurându-se continuitatea electrică necesară.

Se admite prevederea unor conductoare suplimentare de coborâre, numai pentru completarea secțiunii în vederea asigurării stabilității termice la scurtcircuit.

Dacă un aparat sau cadru are doi sau mai mulți stâlpi de susținere, pentru legarea la conductorul principal, sunt suficiente, numai două legături de ramificație dispuse la doi dintre stâlpii respectivi cu condiția ca armăturile metalice ale acestora să aibă o legătură electrică între ele.

În cazul în care în apropierea stației se află clădirea pentru locuința personalului de deservire, este necesar să se ia măsuri pentru evitarea transmiterii unor tensiuni periculoase în cazul unei puneri la pământ în stație, astfel:

a) cazul în care locuința se află în imediata apropiere; se realizează o priză de dirijare cu trei contururi în jurul clădirii racordate la priza de dirijare (respectiv, instalația de legare la pământ) a stației prin cel puțin două legături;

b) cazul în care locuința se află la o distanță mai mare de 5 m de gardul stației; este necesar ca alimentarea cu energie electrică a locuinței (la joasă tensiune) să se separe de instalațiile din stație fie folosind o altă sursă (rețea) de racordare, fie folosind un transformator de separare galvanică; în aceste cazuri se realizează la locuința personalului o priză de pământ pentru instalațiile electrice de joasă tensiune din clădirea respectivă.

Din cele de mai sus rezultă că în incinta stației electrice, prizele de pământ artificiale legate în paralel cu prizele de pământ naturale și cu prizele de pământ orizontale destinate dirijării distribuției potențialelor, formează o priză de pământ complexă. Astfel, la determinarea rezistenței de dispersie a prizei de pământ complexe rp se vor avea în vedere rezistențele de dispersie ale prizelor de pământ legate electric între ele cum sunt:

– rpv – rezistența de dispersie a prizelor de pământ artificiale verticale;

– rpo – rezistența de dispersie a prizelor de pământ artificiale orizontale;

– rpd – rezistența de dispersie a prizelor de pământ pentru dirijarea distribuției potențialelor;

– rpn – rezistența de dispersie a prizelor naturale;

– rpcp – rezistența de dispersie a sistemelor constituite din conductoarele de protecție ale liniilor electrice aeriene (care trebuie legate în toate cazurile la priza de pământ complexă a stației electrice) și prizele de pământ ale stâlpilor legați la acestea; se are în vedere prevederea ca, la rețeaua electrozilor și conductoarelor principale de legare la pământ, să se racordeze totdeauna conductoarele de protecție ale liniilor electrice aeriene, care vin sau pleacă din stație.

Aceste legături se realizează fie prin prelungirea conductoarelor de protecție până la cadrele stației, fie prin prevederea unor conductoare îngropate la o adâncime de cel puțin 1,2 m care realizează legăturile electrice între stâlpii din imediata vecinătate (legați la conductoarele de protecție) și rețeaua conductoarelor principale de legare la pământ a stației. Conductoarele îngropate vor avea o secțiune echivalentă cu secțiunea conductorului de protecție, însă nu mai puțin de cea impusă conductoarelor de legare la pământ îngropate.

Rezistențele de dispersie rpv, rpo, rpd și rpn se vor determina, luându-se în calcul coeficienții respectivi de utilizare (a se vedea cap.3 din prezentele instrucțiuni).

Pentru simplificarea calculelor, cu aproximarea admisibilă în cazul stațiilor exterioare, prizele de pământ orizontale destinate dirijării distribuției potențialelor, împreună cu diferitele prize naturale cu care sunt în contact electric (construcții de beton armat, conducte, învelișurile metalice ale cablurilor aflate în incinta respectivă), vor fi considerate o priză complexă, care se va asimila (pentru calculul rezistenței de dispersie) cu o priză constituită dintr-o placă așezată pe suprafața solului și având dimensiunile suprafeței cuprinse în conturul exterior al electrozilor pentru dirijarea distribuției potențialelor.

Rezistența de dispersie a instalației de legare la pământ complexe se va verifica prin măsurări, înainte de darea în funcțiune, considerându-se componenta din circuitul de scurtcircuit monofazat care se închide efectiv prin prizele de pământ.

La dimensionarea prizelor de dirijare a distribuției potentialelor, se va avea în vedere că micșorarea coeficienților de atingere și de pas depinde de următorii factori:

– numărul prizelor orizontale “n” și distanța dintre acestea “a”; pe aceeași suprafață, cu cât “n” este mai mare (și deci, “a” devine mai mic) cu atât coeficienții de atingere și de pas vor fi mai mici;

– adâncimea de îngropare “h” a electrozilor orizontali; cu cât “h” va fi mai mic, cu atât coeficienții de atingere vor fi mai mici; la marginea prizei, cu cât “h” este mai mare cu atât coeficienții de pas în afara prizei vor fi mai mici;

– rezistivitatea ρ a stratului superficial al solului în care se află electrozii prizei de dirijare a distribuției potențialelor; cu cât această rezistivitate este mai mică în raport cu cea a straturilor mai adânci, cu atât coeficienții de atingere și de pas sunt mai mici și invers (într-un sol omogen, coeficienții nu depind de rezistivitatea acestuia);

– întinderea prizelor de pământ; cu cât aceasta este mai mare, cu atât coeficienții de pas în afara zonei ocupate de priză sunt mai mici.

Pe suprafața ocupată de instalația de dirijare a distribuției potențialelor, coeficienții de pas kpas sunt mai mici decât coeficienții de atingere ka; coeficienții de pas pot fi mai mari decât coeficientul maxim de atingere de pe această suprafață la marginea acesteia, respectiv în afara instalației de dirijare; micșorarea coeficienților de pas sub limitele admise în această zonă se va obține prin prevederea unor electrozi suplimentari în acest scop.

Se vor verifica întotdeauna coeficienții de atingere ka și de pas kpas prin măsurări, înainte de darea în funcțiune a instalației de legare la pământ exterioare. Dacă la măsurări se constată valori care le depășesc pe cele propuse, atunci se vor îmbunătății instalațiile de protecție prin adăugarea unor prize orizontale suplimentare sau se va executa o izolare a amplasamentelor prin acoperiri cu materiale de rezistivitate mare.

4. PROTECȚIA INSTALAȚIILOR ELECTRICE DE EXTERIOR

ÎMPOTRIVA LOVITURILOR DIRECTE DE TRĂSNET

4.1. Considerații generale

Protecția instalațiilor electrice de pe teritoriul stațiilor electrice împotriva loviturilor directe de trăsnet trebuie să se realizeze cu paratrăsnete verticale sau orizontale.

Protecția împotriva conturnărilor inverse ale echipamentului din stație, ca urmare a loviturilor directe de trăsnet, trebuie să se realizeze prin alegerea unor distanțe în aer, care să nu permită amorsarea unei descărcări între elementele legate la pământ ale construcțiilor pe care sunt instalate paratrăsnetele și elementele sub tensiune ale instalației.

4.2. Realizarea constructivă a paratrăsnetelor

Paratrăsnetele verticale trebuie să se realizeze prin fixarea pe vârful unui stâlp a unei tije metalice de captare. În stațiile electrice, paratrăsnetele verticale se montează pe

– stâlpi de beton armat centrifugat

– stâlpi metalici, în instalațiile la care este necesară realizarea unei înălțimi mari a

paratrăsnetului;

– stâlpi de lemn de brad impregnat, în instalațiile provizorii.

Elementul de captare al unui paratrăsnet se realizează conform indicațiilor din normativul I 20/2000.

Elementul de coborâre de la elementul de captare la priza de pământ se realizează

– la stâlpii de beton armat, prin folosirea uneia din armături, căreia i se asigură prin sudură

continuitatea pe toată înălțimea stâlpului;

– la stâlpii metalici, prin însăși construcția stâlpului;

– la stâlpii de lemn, prin folosirea unei benzi de oțel zincat la cald, cu o secțiune minimă

202,5 mm2 din OL38. Pentru oțelul nezincat, grosimea benzii va fi cu 50% mai mare.

Paratrăsnetele orizontale trebuie să se realizeze din următoarele materiale

– conductoare funie de oțel cu o secțiune de 35 ÷ 95 mm2, în funcție de deschiderea dintre

stâlpi;

– conductoare de oțel-aluminiu;

– benzi de oțel-aluminiu;

– benzi de oțel întinse pe conturul clădirii;

– oțel rotund sub formă de balustradă.

Este necesară o bună legare la pământ a elementelor de captare.

4.3. Determinarea zonei de protecție a unui paratrăsnet

Zona de protecție a unui paratrăsnet vertical. Dimensiunile zonei de protecție se determină cu următoarele formule

a) pentru un paratrăsnet vertical cu înălțimea h 30 m

(4.1)

unde

h este înălțimea paratrăsnetului

rx – raza zonei de protecție la nivelul cercetat, hx

ha – supratensiunea paratrăsnetului deasupra nivelului cercetat, hx (înălțimea activă a paratrăsnetului ha = h – hx).

b) pentru un paratrăsnet vertical cu înălțimea 30 m < h < 100 m

(4.2)

unde

(4.3)

Prin factorul p se ține seama de înălțimea maximă de orientare a trăsnetului, considerată de 600 m pentru paratrăsnetele verticale și de 300 m pentru cele orizontale.

Zona de protecție a două paratrăsnete verticale, egale ca înălțime și așezate în apropiere unul de celălalt, este prezentată în figura 4.2. Notațiile din figură au următoarele semnificații

a este distanța dintre paratrăsnete

2 bx – lățimea minimă a zonei de protecție la nivelul cercetat hx

rx – raza de protecție a unui paratrăsnet la nivelul cercetat hx

R – raza circumferinței care trece prin vârfurile paratrăsnetelor și punctul O, dispuse la

nivelul ho.

Pentru spațiile exterioare ale zonei de protecție, raza de protecție rx se determină ca pentru un singur paratrăsnet vertical.

Distanța a la care zonele de protecție ale paratrăsnetelor se mai intersectează (bx = 0) este 7ha pentru paratrăsnetele având înălțimea h 30 m și 7pha pentru paratrăsnetele cu înălțimi mai mari de 30 m (h > 30 m).

Dimensiunile bx se calculează conform indicațiilor din anexa 8.

Zona de protecție a trei sau patru paratrăsnete verticale egale ca înălțime la nivelul de cercetat hx au fost reprezentate în figurile 4.3, 4.4 și 4.5, zonele de protecție din exteriorul fiecărui paratrăsnet calculându-se ca pentru un singur paratrăsnet.

Dimensiunile bx se calculează (conform indicațiilor din anexa 8) ca pentru două paratrăsnete, iar condiția necesară pentru ca întreaga suprafață interioară să fie protejată este

D 8 ha p (4.4)

unde D, în cazul a patru paratrăsnete, este diagonala patrulaterului regulat format din cele patru paratrăsnete (figura 4.4), iar pentru așezarea în triunghi (figura 4.3) sau patrulater neregulat (figura 4.5) este diametrul cercului care trece prin axele a trei paratrăsnete.

Zona de protecție a paratrăsnetelor de înălțimi diferite se determină prin metoda paratrăsnetului fictiv (figura 4.6).

Astfel, se trasează în mod obișnuit zona de protecție a paratrăsnetului mai înalt (1). Se duce o linie orizontală din vârful celui de-al doilea paratrăsnet (2), până la intersecția cu zona de protecție a primului paratrăsnet. În acest punct se consideră un paratrăsnet fictiv (1), de înălțime egală cu a paratrăsnetului (2) și pentru cele două paratrăsnete (1) și (2), situate la distanțe a` , se trasează în mod obișnuit zona, conform figurii 4.2. Condiția de închidere a zonei între cele două paratrăsnete se verifică deci, în acest caz, pentru distanța a’.

4.4. Modul de amplasare a paratrăsnetelor și alegerea tipurilor lor

Paratrăsnetele independente trebuie racordate, după caz

a) La centura de punere la pământ a stației printr-o legătură cât mai scurtă, în cazul respectării prevederilor de la pct. 7.1.2.

Racordarea se va realiza prin mai multe căi dispuse radial (2÷3 direcții), cu prevederea unor electrozi verticali suplimentari în locul de racordare a legăturii la pământ și care să realizeze la frecvență industrială o rezistență de maximum 25 .

Locul de racordare a legăturii la priza stației trebuie să fie la o distanță pe calea de curent mai mare de 15 m de locul de racordare la priza stației a transformatorului.

b) La o priză independentă, în cazul în care rezistența prizei instalației protejate este mai mare de 1 , iar clasa de tensiune a izolației este mai mică de 110 kV.

Rezistența prizei proprii de legare la pământ nu trebuie să fie mai mare de 80 .

Distanța, în aer Sa (m) între un paratrăsnet independent și instalația de protejat se calculează cu relația

Sa 0,3 Ri + 0,1 L (fiind cel puțin 5 m) (4.5)

unde Ri este rezistența de legare la pământ la impuls a prizei paratrăsnetului

independent, în ;

L – înălțimea instalației protejate de paratrăsnetul respectiv, în m.

Distanța în pământ Sp (m) între priza separată a unui paratrăsnet și punctul cel mai apropiat al instalației de legare la pământ a stației se calculează cu relația

Sp 0,3 Ri (4.6)

fiind de cel puțin 3 m.

c) Paratrăsnetele independente se pot monta și pe stâlpii de susținere a reflectoarelor de iluminat, care trebuie racordate la priza de legare la pământ a stației. În acest caz, suplimentar față de cerințele generale specificate la pct. 12.4 a), trebuie respectate următoarele condiții

– la distanța de 5 m de paratrăsnet trebuie instalați trei-patru electrozi verticali cu lungimea de 3÷5 m;

– dacă distanța pe magistrala de legare la pământ de la locul de racordare la priza stației până la locul de racordare a transformatorului (reactorului) depășește 15 m, dar nu mai mult de

40 m, la bornele de până la 35 kV ale transformatorului trebuie instalate descărcătoare cu

rezistență variabilă;

– distanța în aer Sa (m) de la paratrăsnetul care se leagă la priza stației la părțile parcurse de curent trebuie să fie

Sa 0,1 l + m (4.7)

unde l (m) este înălțimea părții parcurse de curent, iar m (m) este lungimea lanțului de

izolatoare.

Pentru evitarea inducerii în rețeaua de iluminat a unor tensiuni periculoase, provocate de trecerea curenților de trăsnet prin paratrăsnet, cablurile de alimentare ale lămpilor trebuie să fie armate și, începând de la baza stâlpului, trebuie să parcurgă cel puțin 10 m prin pământ înainte de a intra în canalele de cabluri.

Paratrăsnetele montate pe construcțiile stației nu diferă constructiv de paratrăsnetele independente. Modul de proiectare și executare a acestor instalații este indicat în „Normativul pentru proiectarea și executarea instalațiilor de paratrăsnete pentru construcții” I 20/2000.

4.5. Instalațiile de legare la pământ a paratrăsnetelor

Paratrăsnetele se leagă, de regulă, la o aceeași priză de pământ, care poate fi separată sau comună cu priza de legare la pământ pentru instalațiile electrice.

Valoarea maximă a rezistențelor prizelor de pământ ale stațiilor, centralelor și posturilor de transformare rezultă din STAS 12604/4-5-90.

Valoarea rezistenței de dispersie a prizei de pământ pentru o instalație de paratrăsnete, în cazul în care priza se execută separat față de prizele de pământ pentru instalațiile electrice, trebuie să fie cel mult

– 5 pentru prize de pământ naturale

– 10 pentru prize de pământ artificiale.

Verificarea valorii rezistenței prizei de pământ se face prin măsurători și, în cazul în care acest lucru este necesar, priza de pământ se va completa cu un număr corespunzător de electrozi până la realizarea valorii rezistenței de dispersie prescrise.

Paratrăsnetele pot fi legate la priza de pământ a instalației electrice, cu condiția ca valoarea rezistenței de dispersie a prizei de pământ comune să fie cel mult 1 , iar conductoarele de legare la pământ până la priză să fie separate pentru fiecare categorie de instalație.

În cazul folosirii în comun a unei prize de pământ (naturală sau artificială) se impune, de asemenea, verificarea acesteia prin măsurări și completarea, în caz de necesitate, cu electrozi, până când rezistența ei de dispersie atinge valoarea de 1 .

5. Breviar de calcul al instalației de forță

5.1 Considerații generale

Lucrarea de față își propune să realizeze proiectarea instalației de forță și iluminat pentru o clădirea stației electrice de transformare si evacuare, care este alcătuită din 17 incăperi cu diferite utilizări,după cum urmează:

cameră celule medie tensiune;

cameră servicii interne;

oficiu;

cameră pompă;

cameră banc WT;

cameră depozit echipamente WT;

cameră instrumente și comunicații;

cămară consumabile;

hol;

toalete și dușuri;

vestiar;

cameră generator diesel;

cameră TSI;

cameră operații, mentenanță;

depozit scule;

arhivă.

Pentru proiectarea instalației de iluminat s-a ținut cont de reglementările cuprinse în „Normativul I 7/2002 pentru proiectarea și executarea instalațiilor electrice cu tensiuni pana la 1000 V c.a. și 1500 V c.c.”, NP 061-2002, NP 062-2002, I 18-1-2001, I 20-2000,GP 052-2000. Conform amintitelor normative, la gruparea corpurilor de iluminat pe circuite se ține cont de următoarele restricții:

la circuitele monofazate nu se va depăși o putere instalată maximă de 3 kW;

la circuitele trifazate nu se va depăși o putere instalată maximă de 8 kW;

numărul maxim de corpuri de iluminat racordate la o fază este de 30, in cazul instalațiilor de iluminat industriale;

în clădirile de locuit, un circuit de lumină nu va depăși puterea instalată de 1 kW și va fi încărcat cu maximum 12 corpuri de iluminat, exceptie făcând circuitele de lumină de la spațiile comune( ex. holuri, scări, etc.) la care se admit 15 corpuri de iluminat pe circuit;

prevederea protecției se va face in baza condițiilor ce vor fi prezentate în lucrarea de fata în subcapitolul 2.2;

5.2 Instalația electrică de distribuție

5.2.1 Dimensionarea circuitelor electrice de iluminat

Conform ultimelor reglementări ale Comisiei Internaționale de Iluminat(CIE), prezente în “Ghidul CIE de iluminat interior pentru locurile de muncă”, în fiecare încăpere s-a realizat un nivel mediu al iluminării care sa respecte următoarele valori:

– în birouri și săli de expoziție se consideră un nivel minim al iluminării medii de 500 lx;

– în săli de mese, vestiare, grupuri sanitare si oficii se consideră un nivel minim al iluminarii medii de 200 lx;

– în holuri,coridoare și alte zone de acces se consideră un nivel minim al iluminării medii de 100 lx;

In toate incăperile clădirii se vor utilizate aparate de iluminat cu tuburi fluorescente, iar în zonele de acces spre subsol și în cazul intrării principale in cladire se vor utiliza pentru iluminatul de siguranță corpuri de iluminat de tip aplică cu lampă incandescentă.

Curentul cerut într-o instalație electrică de iluminat , se calculează cu relația:

(5.1)

Unde:

– se consideră egal cu 0.95 pentru lămpi fluorescente;

– U este tensiunea de fază egală cu 230 V.

– este puterea instalata însumată a tuturor corpurilor de iluminat de pe fiecare circuit. Avem ca obiectiv atingerea unui nivel mediu de iluminat pentru fiecare tip de încăpere ,așa cum s-a prezentat mai sus, utilizând programul de calcul Dialux 4.6.

Pe baza curentului calculat se determină secțiunea conductoarelor folosind tabelele cu intensitățile maxime Imax admise ale curenților în regim permanent. Alegerea secțiunii se face ținând cont de Imax ad Ic .Conform tabelului 4.9 din Normativul I 7/2002 și a tabelelor, se alege secțiunea minimă admisă pentru conductoarele utilizate în instalațiile electrice din interiorul clădirilor.

5.2.2 Dimensionarea circuitelor electrice de prize monofazate:

Fiecare circuit de prize are o putere instalata Pi=2 kW respectând condiția de a avea maxim 15 prize simple pe un circuit. Pentru prize monofazate de utilizare generală se considera un factor de putere =0,8 precum și o eficiență η=0,8.

Determinarea secțiunii circuitelor de prize monofazate rezultă din condiția de stabilitate termică la încălzire.

Determinarea curentului pentru circuitele de prize se face utilizând formula:

(5.2)

Conform tabelului 4.9 din Normativul I 7/2002 se alege secțiunea minimă admisă pentru circuitul de priză conductorul de faza cupru 2×2,5 mm2.

Rezultatele dimensionării circuitelor de iluminat și prize monofazate au fost trecute in tabelul

Tabelul 5.1 – Dimensionarea cicuitelor de receptor aferente Tabloului TLPF+TIL

Tabelul 5.2 – Dimensionarea cicuitelor de receptor aferente Tabloului TLPF 1+TIL 1

Aparatele de protecție de tip AD sunt disjunctoare cu blocuri diferențiale asociate, cu doi poli, având curba de declanșare de tip C (pentru protecție generală).

S-au ales conducte electrice de cupru de tip IPEY cu grosimi alese in funcție de intensitatea curentului cerut.

5.2.3 Dimensionarea coloanelor de alimentare a Tablourilor

Relația de calcul pentru curent este :

(5.3)

unde:

Cs – coeficient de simultaneitate, având valoarea de 0,85 conform normativului GP 052/2000;

Ci – coeficient de incărcare, care , este 0,8, conform normativului GP 052/2000;

Pi – puterea instalată;

U = 400 V – tensiunea nominală;

Cosφ = 0,9 – factorul de putere;

Astfel, in primul caz de față, puterea instalată are valoarea Pi = 56,55 kW. Conform formulei (5.3) curentul cerut are valoarea Ic = 77,97 A.

Pentru realizarea protecției s-a optat pentru Întreruptorul automat cu blocuri diferențiale asociate , de tip CF480D, cu 4 poli, având IN= 80 A.

Tabelul 5.3 – Dimensionarea coloanelor de alimentare ale tablourilor electrice

6. Breviar de calcul

Instalația de legare la pământ

Date și rezultate

Dimensionarea instalației de legare la pământ a Stației 33/110 kV s-a facut pornind de la următoarele date :

Rezistivitatea de calcul a terenului în zona prevăzută pentru instalare: ρ =75 Ωm

Curentul de scurtcircuit monofazat(curent de defect): Id = 15 kA

Curentul prin priza de pamant: Ip=0,7xId= 10,5 kA

Timpul de decuplare a protectiei de baza: tb= 0,2 s

Timpul de eliminare al defectului la pământ: tmax=0,29 s

7. Breviar calcul

Instalație împotriva loviturilor de trăsnet

Tabel 7.1 –

Tabel 7.2 – Dimensiunile conform figurii 4.5

Tabel 7.3 –