Instalatii de Producere, Transport Si Distributie a Energiei Electrice
INTRODUCERE
Realizarea în țara noastră a unui număr impresionant de obiective civile și industriale, de o mare diversificare, corespunzător scopului, capacităților, caracteristicilor constructive etc, implică și realizarea unui însemnat volum de lucrări de instalații electrice de joasă tensiune, care să concure la asigurarea funcționalității construcțiilor.
Proiectarea și mai apoi execuția instalațiilor electrice pentru construcții sunt activități complexe, problemele ridicate fiind numeroase, de o mare varietate și cu un grad de tehnicitate ridicat. Legat de aceasta trebuie menționat că materialele folosite – aparatele electrice, în mod special – sunt în continuă înnoire; în execuție se introduc tehnologii cât mai adecvate, iar siguranța funcționării instalațiilor impune soluții îmbunătățite.
Prescripțiile tehnice care reglementează aspectele de bază ale multor probleme sunt foarte dispersate și ele suferă modificări, uneori destul de importante și la intervale relativ scurte.
Lucrarea de față are drept scop oferirea informațiilor tehnice privitoare la proiectarea și execuția instalațiilor electrice – la modul general dar și proiectarea unei instalații electrice complete pentru o întreprindere industrială (service auto+showroom).
CAPITOLUL 1
1.1 Generalități
Producerea și utilizarea energiei reprezintă un proces de transformare a energiei dintr-o formă în alta. Dintre toate formele de energie utilizate de om s-a impus în mod deosebit energia electrică.
Acesta are următoarele avantaje: energia electrică este produsă în centrale electrice, de puteri mari, cu randamente ridicate, amplasate lângă resursele energetice primare care permit valorificarea avantajoasă a cărbunilor inferiori, a căderilor de apă și a reacțiilor nucleare [1] se poate transporta ușor la mari distanțe, sigur și relativ ieftin, cu ajutorul liniilor electrice de transport care sunt în general linii aeriene dar și local, linii cablate se poate distribui economic, în cantități mici, unui număr mare de consumatori cu caracteristici diferite utilizarea energiei electrice la consumator este comodă, nu este însoțită de fenomene de poluare a mediului înconjurător, putându-se transforma în alte forme de energie în instalații cu randamente ridicate.
Singurul dezavantaj este acela ca energia electrică nu poate fi stocată în cantități mari, ea trebuind să fie consumată pe măsură ce se produce. În permanență trebuie să existe o egalitate între energia produsă și cea consumată, dar această egalitate se poate realiza la diferite nivele, consumatorul fiind acela care impune nivelul la care se stabilește echilibrul.
Un ansamblu de echipamente electrice – individuale sau grupate în unități funcționale – situate într-un spațiu dat, și interconectate într-un anumit scop funcțional, constituie o instalație electrică [1,6].
Instalațiile electrice pot fi:
Instalații de producere a energiei electrice (turbo și hidrogeneratoare din centralele electrice);
Instalații de transport a energiei electrice (linii aeriene și în cablu, stații de transformare ridicătoare și coborâtoare de tensiune);
Instalații de distribuție a energiei electrice (linii, stații de conexiuni fără transformatoare, posturi de transformare, tablouri de distribuție, coloane, circuite);
Instalații de utilizare a energiei electrice (receptoare electrice de joasă și medie tensiune).
Totalitatea instalațiilor de producere, transport și utilizare a energiei electrice și termice produse prin termoficare interconectate într-un anumit mod și având un regim comun și continuu de producere și consum de energie electrică și termică constituie sistemul electroenergetic [1,5].
În figura 1 [1] este prezentată o schemă de principiu care cuprinde instalații de producere, transport, distribuție și utilizare a energiei electrice.
Fig.1.1 Schema generală de principiu de producere, transport, distribuție și utilizare a energiei electrice [1]
CTE – centrale termoelectrice
CHE – centrale hidroelectrice
CNE – centrale nuclearoelectrice
STR – stație de transformare ridicătoare de tensiune(110, 220 sau 400kV)
LEA – linie electrică de transport aeriene
STC – stațiilor de transformare coborâtoare de tensiune(35, 20, 10 sau 6kV)
LEC – linie electrică în cablu
D – linie electrică în cablu, numită distribuitoare
PA – puncte de alimentare
F – linie electrică în cablu, numită fideri
R1 – receptoare de medie tensiune
TMT – tablou de medie tensiune
PT – posturi de transformare
TG – tabloul general
CP – coloanele principale
TP – tablourile principale
CS – coloanele secundare
TS – tablourile secundare
C – circuite
R2 – receptoare de joasă tensiune
Micii consumatori ce absorb puteri până la 100 kW se alimentează direct din rețeaua de joasă tensiune a furnizorului de energie electrică, dar consumatorii ce absorb puteri mari se alimentează dintr-un post de transformare propriu sau dintr-o stație de transformare de înaltă tensiune [2,4].
Ansamblul instalațiilor de producere, transport, distribuție și utilizare a energiei electrice și termice produse prin termoficare, interconectate într-un anumit mod și având un regim comun și continuu de producere și consum de energie electrică și termică, constituie sistemul electroenergetic numit uneori, pe scurt, și sistem electric.
Sistemul electroenergetic național SEN este realizat prin interconectarea sistemelor electroenergetice naționale create în jurul centralelor electrice amplasate în diferite zone geografice ale țării [3].Este un sistem tehnic care cuprinde ansamblul instalațiilor de extracție, prelucrare, conversie, transport, distribuție și utilizare a energiei, extins pe întregul teritoriu al țării.
Interconectarea sistemelor electroenergetice permite [1,3]:
Livrarea de energie electrică dintr-un sistem electroenergetic care dispune de centrale electrice de mare putere cu randamente ridicate, către sisteme electroenergetice cu deficit de energie electrică
Întrajutorarea temporară a sistemului electroenergetic în care a avut loc o avarie
Aplatizarea curbelor de sarcină în cazul sistemelor electroenergetice naționale situate pe aceeași paralelă a globului pământesc
Interconectarea instituie și restricții legate de asigurarea stabilității statice și dinamice a funcționării sistemelor electroenergetice interconectate [1,8].
Considerănd că alegerea procesului tehnologic propriu-zis constituie o etapă ce precede proiectarea sistemului electroenergetic industrial, problemele de bază care trebuie rezolvate de serviciile de proiectare și exploatare ale sistemului electroenergetic industrial privesc optimizrea acestor sisteme prin:
determinarea corectă a sarcinilor și a consumului de energie electrică pentru diferite; categorii de receptoare și pe ansamblul întreprinderii;
minimizarea resurselor disponibile pentru realizarea scopului propus;
observarea parametrilor de calitate a energiei electrice;
alegera corectă a tipului de rețea și a elementelor componente;
compensarea puterii reactive prin întroducerea unor baterii de condensatoare;
utilizarea cu maximă eficiență a surselor proprii de energie electrică;
corelarea funcționării sistemului electroenergetic industrial cu condițiile SEN;
conducerea operativă corectă în regim normal și de avarie.
Din motive de protecție a mediului, este necesar să se asigure atăt pentru lucrările de bază căt și pentru cele pregătitoare și de organizare, restrăngerea și utilizarea la maxim a suprafețelor de teren, comasarea funcțiunilor, executarea în comun a unor utilități și folosințe pentru a se realiza un grad ridicat de cooperare în incinte, zone și platforme industriale.
Pentru aceasta normativul menționat prevede că [1,2]:
racordarea consumatorului la SEN trebuie făcută de regulă printr-o singură linie de alimentare prevăzută cu un număr minim de circuite necesar transportului energiei electrice în condițiile economice și la parametrii de calitate și siguranță ceruți de consumatori
prevederea unor linii suplimentare, necesare pentru realizarea nivelului de siguranță optim în alimentare, să fie justificată distinct de beneficiar pe baza indicatorilor valorici ai daunelor provocate de abaterile în afara limitelor admise, a calității energiei electrice furnizată pentru o singură linie
stațiile de transformare să se realizeze de regulă în exterior cu numai două nivele de tensiune cu un volum minim construit și să fie amplasate cât mai aproape de centrul de greutate al sarcinilor întreprinderii
organizarea rețelei de distribuție
alimentarea receptoarelor să se prevadă la nivele diferențiale de siguranță în funcție de importanța procesului
1.2 Rețele de distribuție a energiei electrice în cazul intreprinderilor industriale [1]
Sistemul de alimentare cu energie electrică în acest caz se compune din următoarele elemente caracteristice:
sistemul extern, reprezentat de rețeaua zonală a sistemului electroenergetic și care aparține furnizorului de energie electrică
punctele de primire a energiei electrice care pot aparține și (sau) consumatorului
rețele de distribuție interioară
sursele proprii de energie electrică
Rețelele de distribuție interioare constituite din căi de distribuție și alimentare, de medie și joasă tensiune realizate în linii aeriene, cabluri sau bare conductoare. Rețelele de distribuție interioare pot fi alcătuite din: rețeaua propriu-zisă constituită din căi de distribuție și alimentare de joasă tensiune și medie tensiune, realizate în linii aeriene, cabluri sau bare conductoare, stații de distribuție care distribuie energia electrică spre PT de secție la aceeași tensiune la care o primesc de la stația principală; posturi de transformare de secții care constă în conectarea/deconectarea separată a corpurilor de iluminat aferente diverselor porțiuni ale planului util.
1.2.1 Clasificarea rețelelor electrice în funcție de tensiunea nominală [2]
Prin tensiune nominală a unei rețele electrice se înțelege valoarea nominală a tensiunii eficace între conductoarele active ale rețelei, între conductorul de dus și conductorul de întors în cazul rețelelor de curent continuu și în cazul rețelelor de curent alternativ monofazat și a tensiunii dintre faze (tensiunea de linie) în cazul rețelelor trifazate.
În prezent în instalațiile electrice se folosește o plajă mare de tensiuni nominale începând cu câțiva volți și până la peste un milion de volți.
Instalațiile electrice și deci și rețelele electrice, în funcție de valoarea tensiunii nominale au fost împărțite în 5 categorii:
Instalații de foarte joasă tensiune având tensiuni nominale mai mici de 110 V inclusiv;
Instalații de joasă tensiune având tensiuni nominale cuprinse între 110 și 1000 V inclusiv.
Instalații de medie tensiune cu tensiuni nominale cuprinse între 1000 și 35000 volți inclusiv. Rețelele electrice existente în țara noastră au tensiunile nominale: 6, 10, 20 și 35kV;
Instalații de înaltă tensiune cu tensiuni nominale cuprinse între 35 și 230kV; Din această categorie fac parte rețelele existente cu tensiuni nominale de 110 și 220kV.
Instalații de foarte înaltă tensiune având tensiuni nominale mai mari de 230kV. Ele cuprind rețelele electrice existente cu tensiuni nominale de 400 și 750kV.
Rețelele de foarte joasă tensiune sunt utilizate în încăperi cu pericol mare de producere a șocurilor electrice, cum ar fi încăperile umede, cu degajări de praf electroconductor sau având pardoseli metalice.
Rețelele de joasă tensiune sunt cele mai răspândite, servind la alimentarea marii majorități a receptoarelor electrice.
Pe baza unor studii tehnico-economice, luând în considerare pierderile de tensiune și putere, eficacitatea luminoasă a lămpilor cu incandescență, sensibilitatea omului la acțiunea curentului electric etc., sa găsit că cea mai convenabilă valoare a tensiunii de alimentare a receptoarelor de joasă tensiune este cea de 230/400V. În prezent, în alte țări, se studiază și utilizarea tensiunii de 400/690V în industria grea și marile imobile comerciale.
Rețelele de medie tensiune sunt, în general, rețele de distribuție urbane sau rurale, putând transporta puteri de până la câțiva zeci de MVA.
Rețelele de înaltă tensiune au avut, la început, funcția de rețele de transport a energiei electrice, vehiculând puteri de până la câteva sute de MVA. În prezent ele sunt rețele de distribuție.
Rețelele de foarte înaltă tensiune servesc la transportul, la mari distanțe, a puterilor de ordinul miilor de MVA sau îndeplinesc funcția de legătură între sistemele electroenergetice naționale.
1.2.2 Caracterizarea receptoarelor electrice
Utilizarea energiei electrice în întreprinderile industriale prezintă o mare diversitate: acționare utilaje și mecanisme (transformare în energie mecanică), procese electrotermice, producerea aerului comprimat, iluminat etc. Fiecare proces tehnolgic care utilizează energia electrică prezintă o funcție proprie de răspuns în cazul discontinuității în alimentarea cu această formă de energie [1,2], funcție care se materializează printr-o gamă largă de efecte începănd cu perturbări neesențiale ale producției și putănd ajunge pănă la distrugerea de utilaje și periclitarea vieții personalului de exploatare.
Cunoașterea caracteristicilor de întrerupere a fiecărui proces tehnologic industrial este un element deosebit de important pentru determinarea nivelului de siguranță optim în alimentarea cu energie electrică. Astfel de caracteristici se obțin, de regulă, prin analize și probe speciale în instalații și, ca atare, nu pot fi întotdeanua disponibile la proiectarea noilor instalații. Din acest motiv, în practică se recurge la clasificarea receptoarelor de energie electrică, în anumite categorii, în funcție de natura efectelor produse de întreruperile în alimentare.
În țara noastră, în conformitate cu reglementările actuale, receptoarele consumatorilor industriali se împart în următoarele categorii [2,5]:
Categoria Zero la care întreruperea în alimentarea cu energia electrică pe un timp determinat, poate duce la explozii, incendii, distrugeri, de utilaje sau pierderea de vieți omenești. Alimentarea din surse electrice a receptoarelor în această categorie se admite numai în cazul în care utilizarea altor forme de energie nu este eficientă tehnic și economic în comparație cu acționarea electrică, precum și în situațiile în care măsurile de prevenire de natură tehnologică nu sunt posible.
Categoria I la care întreruperea alimentării conduce la:
– dereglarea proceselor tehnologice în flux continuu, necesitând perioade lungi pentru reluarea activității la parametrii cantitativi și calitativi existenți în momentul întreruperii
– pierderi materiale importante de materii prime, materii auxiliare, scule tehnologice, semifabricate
– pierderi materiale importante prin nerealizarea producției planificate și imposibilitatea recuperării acesteia
Categoria a II-a la care întreruperea alimentării conduce la nerealizări de producție, practic numai pe durata întreruperii, iar producția nerealizată poate fi de regulă, recuperată.
Categoria a III-a, care cuprinde receptoarele ce nu se încadrează în categoriile precedente.
Clasificrea receptoarelor pe categorii și stabilirea duratei întreruperilor admisibile în alimentarea pentru procesele tehnologice noi se efectuează, de regulă, după o consultare a beneficiarului investiției și proiectantului de specialitate cu furnizorul de echipamente. La stabilirea categoriei se ține seama de:
cerințele de continuitate a receptoarelor
cerințele speciale în ceea ce privește calitatea tensiunii și frecvenței din sistemul de alimentare
indicatorii valorici ai daunelor provocate de întreruperile în alimentarea cu energie electrică
Clasificarea corectă a receptoarelor de energie electrică, în scopul asigurării nivelului apropiat de siguranță în alimentare, constituie un criteriu de bază pentru alegerea unei scheme electrice raționale [2,5]. În acest scop la proiectarea noilor obiective, determinarea sarcinii de calcul este oportun să fie efectuată pe categorii de receptoare în vederea reducerii volumului instalațiilor de rezervă și a asigurării regimului economic de funcționare a rețelelor electrice de alimentare.
CAPITOLUL 2
Proiectarea instalațiilor de iluminat și siguranță pentru service-ul auto
2.1 Descrierea generală a construcției
Arhitectura construcției
Constructia supusă proiectării este o clădire situată în Mun. Focșani pe B-dul Brăilei și este compusă din două corpuri cuprinse în același volum după cum urmează:
1. Corp administrativ și showroom;
La parter construcția prezintă :
windfang cu suprafața s=11 m2 ;
show-room cu suprafața s=600 m2;
caserie cu suprafața s=12,00 m2;
grup sanitar cu suprafața s=6,00 m2;
casa scării cu suprafața s= 15,00m2;
centrală termică cu suprafața s= 23,00m2;
La etaj construcția prezintă :
café- bar cu suprafața s=52,00m2 ;
birou agenți cu suprafața s=88,00m2 ;
camera de protocol cu suprafața s=23,00 m2;
baie cu suprafața s=4,5m2 ;
grup sanitar cu suprafața s= 6,00m2;
birou nr.1 cu suprafața s= 15,50m2;
birou nr.2 cu suprafața s=11,50m2 ;
birou nr.3 cu suprafața s= 24,50m2;
birou nr.4 cu suprafața s=11,50m2;
birou nr.5 cu suprafața s=15,50 m2;
birou nr.7 cu suprafața s=10,50m2;
2. Hala service auto
Hala propriu-zisă este alcătuită dintr-o singură încăpere ăn care se desfasoară procesul de producție, reparații autoturisme și camioane, având suprafața s= 849,50 m2. Ca o dotare funcțională, hala conține o secție de diagnoză (stație ITP-inspecții tehnice periodice pentru mașini) cu suprafața s=127,60 m2, iar la etaj, deasupra secției de diagnoză, un birou nr. 6 cu suprafața s= 19,00m2, vestiar femei cu suprafața s=12,50m2, grup sanitar femei cu suprafața s=5,00m2, vestiar bărbați cu suprafața s=32,20 m2 si magazie piese auto cu suprafața s=31,10m2.
Planurile pentru cele două ansambluri sunt prezentate în Anexa 1.
Descrierea soluției arhitecturale
Structural clădirea este o construcție cu regim de înălțime, parter, cu etaj parțial în zona administrativă, cu înălțimea variabilă, pe structură metalică, fundații izolate din beton sub stâlpi, pereți de închidere și învelitoare din tablă cutată la exterior și interior și termoizolație din vată minerală cu grosimea de 8cm.
În zona corpului administrativ structura este din beton armat ce dublează structura metalică generală. La etaj compartimentările se execută din pereți de gips- carton.
Accesul principal în corpul administrativ se face pe ușa principală de acces situată în windfang-ul de pe fațada din axul 1.
Circulația între nivele se face pe două scări interioare, una situată în zona accesului pentru personal și cealaltă situată în holul principal de acces . Legătura dintre cele două corpuri se face la nivelul parterului prin ușile de acces situate în peretele din axul 3 (acces al personalului la vestiare prin casa scării) și respectiv prin ușa din axul B, între showroom și diagnoză.
Accesul în hală se face pe ușile carosabile secționale prevăzute cu uși pietonale pentru personal. Accesul carosabil (pt.turisme și camioane) se face din aleea carosabilă perimetrală.
Iluminatul natural și ventilația naturală a încăperilor din corpul administrativ se face prin peretele cortină de închidere ce este prevăzut cu ochiuri mobile la fiecare încăpere.
Iluminatul natural și ventilația naturală a halei service se face prin ferestrele montate în pereții laterali ai halei, ferestre prevăzute cu câte un ochi mobil.
Dată fiind suprafața mare a halei, iluminatul perimetral se suplimentează cu luminatoare din policarbonat celular montate în acoperișul halei (luminatoare).
Încălzirea halei de producție se rezolvă cu corpuri radiante și aeroterme cu aer cald.
Închideri, finisaje și izolații
Tâmplarie
– corp administrativ- tâmplaria exterioară este rezolvată pe sistemul perete cortină cu elemente din aluminiu și geam termoizolant; ușile interioare vor fi din lemn.
– hala service ferestrele și ușile exterioare este prevăzută a fi tâmplarie din aluminiu cu geam termoizolator.
Pardoseli : – gresie ceramică la holuri, anexe, vestiar, grupuri sanitare, mochetă la birouri; beton în hala sevice.
Finisaje la pereți : – panouri din tablă cutată termoizolantă la hală și perete cortină la corpul administrativ. La interior suprafețele de zidărie sunt tencuite și gletuite împreună cu suprafețele pereților de gipscarton zugrăvite cu vopsea lavabilă. Grupurile sanitare sunt placate cu faianță cu înălțimea de 2,10 m.
Invelitoarea : – panouri din tabla cutată “Lindab” cu vată minerală la interior. Scurgerea apelor meteorice de pe acoperiș se face cu elementele de drenaj – jgheaburi și burlane racordate la canalizarea fluvială din incintă.
Izolații : – soclul din beton pozat pe conturul halei sub panourile de închidere din tablă cutată se va termoiza la exterior cu polisteren expandat de 2,5 cm.
Izolația termică a clădirii se rezolva prin elementele de închidere folosite și anume :
– pereții exteriori la corpul administrativ izolați cu termoizolație de 8 cm din vată minerală și peretele cortină cu geam termoizolator, iar hala din panouri din tablă cutată termoizolate cu vată minerală și ferestre din aluminiu cu geam termoizolator.
– acoperișul este din panouri din tablă cutată cu termoizolație din vată minerală.
Prezentul proiect tratează următoarele instalații electrice la nivel de PT +DE
– Instalații electrice de iluminat interior de 24V, 230V, evacuare și iluminat exterior, rețea interioară de telefonie, rețea de date .
– Instalații electrice de prize 24V, 230V si 400V.
– Instalatii electrice de forță și legare la pământ.
– Instalație împotriva paratrăsnetului și priza de pământ.
Fig. 2.1 Amplasarea clădirii în planul orașului
2.2 Proiectarea instalației electrice de iluminat interior de 24V, 230V, evacuare și iluminat exterior
Alimentarea cu energie electrică a obiectivului de mai sus nu face obiectul prezentului proiect, aceasta realizându-se in conformitate cu Avizul de racordare care trebuie eliberat de către S.C. FDEE ELECTRICA DISTRIBUTIE S.A. în baza documentației depuse de către beneficiarul acestei construcții.
Alimentarea receptorilor aferenți obiectivului este realizată cu un Tablou Electric General de distibutie montat în hală, pe peretele dinspre casa scărilor, alimentat de la grupul de măsură GM care este prevăzut în proiectul de alimentare cu energie electrică.
Datele tehnice, mărimile nominale ale instalației electrice ce urmează a fi proiectată, stabilite în funcție de tipul de consumatori existenți în obiectivul prezentat în caietul de sarcini SERVICE AUTO și de numărul acestora.
În proiectarea instalațiilor electrice la consumatori este necesar să se cunoască în primul rând puterea activă absorbită de receptoarele din instalație.
Receptoarele existente în construcție sunt: corpuri de iluminat, compresor, 7 elevatoare, punct detectare jocuri, sistem exhaustare, sistem montare /demontare anvelope turism și camioane, centrala termică cu tablou electric propriu, uși cu acționare electrică, bariere, modul UPS, centrală efractie, instalație de compensare a factorului de putere (baterie de condensatoare).
Puterile active absorbite de acestea sunt precizate în schema electrică monofilară a tabloului electric general TEG, din Anexa 4 unde sunt prezentate si nomenclatoarele elementelor componente din structura instalațiilor de iluminat, prize și forță.
Datele tehnice, mărimile nominale ale instalației electrice ce urmează a fi proiectată, stabilite în funcție de tipul de consumatori existenți în obiectivul SERVICE AUTO și de numărul acestora, sunt următoarele :
Sistemul de alimentare al instalației este 400V/230V/50 Hz .
Puterea instalată: Pi = 119 kW ;
Puterea cerută : Pc = 62,5 kW ;
Factorul (coeficientul) de cerere: Kc = 0,525;
Intensitatea curentului de calcul: Ic = 103 A;
2.2.1 Noțiuni generale de luminotehnică
Luminotehnica este un domeniu al științei care se ocupă cu studiul iluminatului. Acesta este deosebit de important în activitatea omului. Începând din a doua jumatate a sec. al XIX- lea, au apărut primele surse de lumină electrice, care s-au perfecționat astfel încât în prezent iluminatul artificial este practic în totalitate electric.
Din studiile care s-au făcut, a rezultat că iluminatul influențează direct calitatea muncii depuse de om. Astfel, un iluminat bun (corect dimensionat, executat și întreținut) contribuie la diminuarea oboselii în timpul lucrului, la ridicarea calității produselor realizate, la mărimea productivității muncii, la diminuarea numărului de accidente de muncă .
Prin studii și cercetări s-au stabilit condițiile concrete – cantitative si calitative – pe care trebuie să le îndeplinească iluminatul, pentru fiecare loc de muncă.
Instalația de iluminat trebuie astfel dimensionată, încât pe planul pe care se lucrează să se realizeze o anumită valoare a iluminării.
Lumina reprezintă radiațiile electromagnetice care au proprietatea de a impresiona retina ochiului. Experimental, s-a constatat că aceste radiații au lungime de undă cuprinsă în intervalul 0,38 µm0,76µm . Ele mai poartă denumirea de radiații vizibile [10].
Dacă pe retina ochiului ajung radiații de o singură lungime de undă, omul are senzația de culoare, care depinde de lungimea de undă. Astfel, pentru λ= 0,38µm, senzatia este de violet, pentru λ= 0,76µm – de rosu, pentru λ= 0,556µm – de galben- verzui etc. O astfel de lumină, în care sunt radiații de o singură lungime de undă, se numește lumină monocromatică.
Din practică, s-a constatat că ochiul omului nu percepe la fel radiațiile monocromatice, cu aceeași putere de emisie. Astfel pentru lungimea de undă λ0 = 0,556 µm ochiul are cea mai mare sensibilitate. Dacă ochiul privește simultan două surse de aceeași putere (Pλ0 ), care emit radiații luminoase, una pe lungime de undă λ0 și alta pe o lungime de undă oarecare λ, prima dintre ele va părea ochiului mai strălucitoare. Ca senzația luminoasă să fie aceeași, este necesar să se mărească puterea sursei a doua (care emite pe lungimea de undă λ ) de la Pλ0 la Pλ [1,2].
2.2.2 Mărimi și unități fotometrice
Fluxul luminos. Intensitatea luminoasă. Iluminarea [2]
Dacă o sursă de lumină emite simultan radiații luminoase pe mai multe lungimi de undă λ1,λ2,λ3,… λn cu puterile respectiv Pλ1, Pλ2, Pλ3,…, Pλn , aceasta va crea o senzație de aceeași intensitate ca și puterea , emisă pe lungimea de undă λo:
= [Wl], (2.1)
unde V-sensibilitatea relativă spectrală corespunzătoare lungimii de undă λi ;
V= (raport subunitar) (2.2)
Puterea se numește flux luminos.
Unitatea de măsură este wattul luminos (Wl). În fotometrie , în sistemul internațional se utilizează o altă unitate de măsură, lumenul (lm), care este de 680 de ori mai mică decât wattul luminos. De aceea fluxul luminos, exprimat în lumeni, este dat de relația :
Φ = 680, [lm] (2.3)
Dacă puterea totală a sursei de lumină este P(sursa de lumină emite în afară de radiații luminoase și alte radiații electromagnetice, în special infraroșii), atunci randamentul sursei este :
η= , [ ] (2.4)
Pentru sursele cu filament incandescent η=1,5 2,5% iar pentru sursele fluorescente η= 5 10 %.
Se utilizează în locul randamentului eficacitatea luminoasă care este dată de relația :
e= Φ/ P, [ ] (2.5)
Intensitatea luminoasă
Sursele de lumină sunt montate în corpuri de iluminat. Corpurile de iluminat au fluxul luminos uniform distribuit în toate direcțiile. Pentru a putea cunoaște această distribuție a fluxului luminos, s-a introdus noțiunea de intensitate luminoasă (Iα,β ).
Intensitatea luminoasă reprezintă mărimea fluxului luminos pe o direcție (α,β) în spațiu, pornind de la centrul sursei ( sau a corpului de iluminat). Matematic, acesta se exprimă prin raportul:
Iα,β = Δ Φ/ Δ Ω, [cd] (2.6)
Unde: Δ Ω este un unghi solid mic în jurul direcției (α,β)
Δ Φ este fluxul luminos cuprins în acest unghi solid.
Reprezentarea grafică a unui unghi solid este:
Fig. 2.2 Reprezentarea grafică a unghiului solid [1]
Iluminarea
Este o măsură a fluxului luminos care luminează o suprafață. Se exprimă prin raportul dintre fluxul luminos și aria pe care cade acesta:
E= ΔΦ/ ΔS [ lx ] (2.7)
Unitatea de măsură este luxul (lx), care reprezintă fluxul luminos de 1 lm, raportat la o arie de 1 m2 .
Dacă fluxul luminos ΔΦ este trimis pe suprafața ΔS de unul sau mai multe corpuri de iluminat ( flux direct), iluminarea E este o iluminare directă. Când ΔΦ este un flux reflectat de pereții și tavanul din încăpere, iluminarea E este o iluminare reflectată, iar când ΔΦ este o sumă de fluxuri direct și reflectat, iluminarea E este iluminarea totală (și reprezintă suma tuturor iluminărilor directe și reflectate).
Instalațiile de iluminat trebuie astfel dimensionate, încât pe planul pe care se lucrează să se realizeze o anumită valoare a iluminării. Aceste valori sunt indicate în normative în funcție de activitatea care se desfășoară în încăpere.
2.3 Calculul fotometric al instalațiilor de iluminat general interior
La proiectarea instalațiilor electrice interioare de iluminat, calculul fotometric se poate face prin două metode și anume:
1) – metoda factorului de utilizare;
2) – metoda punct cu punct;
1) Metoda factorului de utilizare se aplică pentru determinarea fluxului luminos în toate cazurile de iluminat interior [8].
În încăperile cu dimensiuni mici sau medii și înălțimi normale (până la 4 m), calculul prin metoda factorului de utilizare este suficientă.
În cazul încăperilor cu dimensiuni mari peste 4m, calculul prin metoda factorului de utilizare dă erori și din acest motiv în asemenea cazuri se folosește numai pentru determinarea aproximativă a fluxului necesar.
Pe baza fluxului determinat cu aproximație se amplasează corpurile de iluminat în plafonul încăperii și se trece la calculul prin metoda punct cu punct.
În cazul în care pereții și plafonul încăperii au factori de reflexie de valori mici, medii sau mari (construcții civile în general), trebuie luată în considerare și componenta reflectată a iluminării care se adaugă la valoarea componentei directe determinate prin metoda punct cu punct.
Dacă pereții și plafonul au factori de reflexie foarte mici ( încăperi cu pereți și plafoane de sticlă sau alte materiale cu coeficient mare de transmisie a luminii, sau este cazul încăperilor industriale cu pereți de culoare închisă datorită degajărilor de praf), atunci componenta reflectată a iluminării este foarte mică și se neglijează în raport cu valoarea componentei directe.
Metoda factorului de utilizare (cea mai utilizată și mai operativă)
Fluxul luminos total se determină cu relația :
ΦT= , (2.8)
în care
ΦT -fluxul luminos, total în lm;
Emed -iluminarea orizontală medie în lx;
S -aria care luminează, în m2;
Δ -factorul de depreciere;
u – factorul de utilizare;
Valorile factorului de utilizare u sunt stabilite în funcție de indicele încăperii i, coeficienții de reflexie ai tavanului și ai pereților, precum și de parametrii luminotehnici ai corpurilor de iluminat.
Indicele încăperii i se determină cu relația :
i = , (2.9)
în care
a- lățimea încăperii (halei)
b-lungimea încăperii (halei)
h- înălțimea izvorului luminos deasupra planului util
Pt. hala service :
a= 21m;
b= 44m;
h= 4,5- 0,8 = 3,7 m;
Emed = 400 lx; (din tabelul de valori normate de iluminare pentru categorii de lucrări din industrie –reparații auto);
u=0,48 (din tabelul cu factori de utilizare pentru iluminat cu lămpi fluorescente tubulare, în funcție de indicele încăperii i și de factorii de reflexie) ;
Δ=1,50 (din tabelul cu factori de depreciere pentru iluminat cu lămpi fluorescente tubulare-cu descărcări) – pentru încăperi cu degajare medie de praf fum sau funingine – estimativ- ;
i =6,91 indicele încăperii (calculat după formula de mai sus );
cp= 0,5 (coeficient de reflexie al pereților-tablă vopsită gri);
ct=0,7 (coeficient de reflexie al tavanului-tablă gri cu ferestre); cpar=0,3 (coeficient de reflexie al pardoselii-ciment);
Δ’= 1,50 (din tabelul cu factori de utilizare pentru iluminat cu lămpi fluorescente tubulare) -estimativ-.
Pentru că la factorul de utilizare luat din tabele, corespunde un factor de depreciere Δ’ precizat în aceleași tabele, este necesară o corecție de depreciere folosind relația de mai jos, în calcularea fluxului total:
ΦT = [lm] (2.10)
ΦT= = 551641,79 lm (2.11)
Numărul lămpilor necesare se obține din relația de mai jos, având ΦL , fluxul luminos inițial al lămpii. Numărul lămpilor rezultat din calcul se rotunjește până la o valoare ce trebuie să convingă astfel ca instalația de iluminat să se poată amplasa simetric și uniform pe plafon.
N=ΦT / ΦL= = 551641,79/ 5200=106 lămpi (2.12)
ΦL= 5200 lm( fluxul unei lămpi) = 106 = 53 corpuri de iluminat ( fiecare cu 2 lămpi);
– se definitivează numărul de corpuri de iluminat N= 60, de tip FIPAD- 04-258, IP65, complet echipat cu startere, balast și 2 lămpi 58W/840(4000 K).
F- tub fluorescent; I- de interior; P- protejat la umiditate și praf ;
D- cu dispersor; tip 04 constructiv ; cu 2 lămpi de 58 W fiecare.
Se folosesc corpuri de iluminat de tip :
FIPAD- 04-258, IP65, complet echipat cu startere, balast și 2 lămpi – 58W/840(4000 K) montate în hală pe șina precablată (hală).
FIRA-02-418, IP20 complet echipat cu startere, balast și 4 lămpi 18W/840 (4000K), montate în birouri, în tavan fals casetat.
FIA-11-236, IP20, complet echipat cu startere, balast și 2 lămpi 36/ 840 (4000K).
Corp de iluminat tip spot luminos cu halogen 230V/50W montat îngropat în tavan casetat (pentru showroom).
Aplică incandescentă AA-100-IP45, cl. I, 230V/60W, complet echipată cu lampă 60W.
Circuitele vor fi realizate din cabluri CYY 3×2,5 mm2, montate pe șina precablată și cu conductoare 3FY1,5mm2 protejate în tub IPEY 16mm2 montat în perete de gipscarton, aparent deasupra plafoanelor false și protejate la plecarea din TEG cu întreruptoare automate DPNa, P+N-16A, curba C.
Fig. 2.3 Tipuri de lămpi utilizate în cazul instalațiilor de iluminat interior
a) FIPAD-04-258; b) FIRA-02-418; c) FIA-11-236; d) AA-100
Comanda circuitelor de iluminat general 230V se face prin întreruptoare, comutatoare, întreruptoare cap-scară și comutatoare cruce 230V,10A IP55 (fig. 2.3) montate pe perete aparent și îngropat, în funcție de zona de montare, la h=1,2m. Instalația de iluminat local de 24V este destinată iluminatului canalelor de vizitare auto și va fi alimentată din secundarul transformatorului 400V/24V/1000VA montat în tabloul electric general TEG.
Fig. 2.4 Tipuri de aparate de comutație utilizate în cazul comenzii instalațiilor de iluminat
a) întreruptor 10A/IP55; b) întreruptor cap scară 10A/IP55; c) comutator cruce 10A/IP55;
Iluminatul 24V
Va fi asigurat de corpuri de iluminat incandescent tip aplică, 24V/25W, IP55, cl.II. Circuitele de iluminat 24V sunt formate din cablu CYY 2x4mm2 montat pe jgheab metalic și în tub de protecție și cu disjunctor bipolar având curentul nominal In=6A.
Fig. 2.5 Echipamente utilizate în cazul iluminatului cu tensiune redusă 24V
a) Aplică 24V/25W; b) disjunctor bipolar In=6A
Iluminatul de siguranță pentru evacuare
Iluminatul de siguranță pentru evacuare este de tip 4, conform normativului pentru iluminatul de evacuare, articol 7.13.15, litera I7, pentru încăperi de producție cu parter și etaj , cu un număr de persoane < 200 .Se va prevedea pe căile de evacuare și la ieșirile din încăperi. Capacitatea bateriilor de acumulatoare pentru alimentarea instalațiilor electrice pentru iluminatul de evacuare se va dimensiona astfel încât aceasta să asigure funcționarea continuă a tuturor lămpilor pentru evacuare pe timp de cel puțin 1 h.
Soluția tehnică adoptată în acest caz, pentru service este următoarea :
– instalația electrică de iluminat de evacuare va fi alimentată din coloana tabloului general sau din coloana tabloului de forță al clădirii, racordarea făcându-se înaintea întreruptorului general al TEG, după cum prevede normativul, de un circuit format din cablu CYY 3×1,5mm2 protejat la plecarea din TEG cu un întreruptor automat DPNa, P+N-16A, curba C.
-circuitul de alimentare a iluminatului de evacuare va fi montat în jgheab metalic și aparent pe pereți și pe plafoane.
-corpurile de iluminat de evacuare vor fi de tip CISA 02, complet echipate cu lampă 8W, acumulator având autonomie de funcționare de1,5h și dispersor inscripționat „ IEȘIRE ” și vor fi montate deasupra ușilor de evacuare și suspendate pe jgheab metalic la h=2,5m.
Întreaga schemă electrică monofilară este prezentată în Anexa 4.
Fig. 2.6 Echipamente utilizate în cazul iluminatului de siguranță
a) Corp de iluminat; b) Întreruptor automat P+N-16A, curba C.
Instalația electrică de iluminat exterior
Prin sistem de iluminat exterior se definește ansamblul realizat de corpurile de iluminat sau proiectoare (echipate cu surse de lumină corespunzătoare) amplasate într-o anumită dispunere logică, în general de-a lungul perimetrului suprafeței de iluminat, în scopul realizării unui microclimat luminos confortabil, corespunzător desfășurării activității umane cerute.
În cazul acesta, iluminatul exterior trebuie să asigure circulația rutieră (parcări, deplasări), siguranța pe timp de noapte, iluminatul de pază.
Va fi realizată cu 18 corpuri de iluminat tip Dienergy IP44, cl. I, echipat cu LED-uri, tensiunea de alimentare 230V iar puterea 16W, cu driver electronic încorporat, montate pe hală la h=6m, pe suport din țeavă de oțel 1x1m și cu 8 corpuri de iluminat cu LED-uri 230V/250W montate pe stâlpi metalici zincați h=5m fixați cu buloane metalice pe fundație de beton B150 0,6×0,6×1,2m, în zona din spatele obiectivului.
Corpurile de iluminat de pe hală vor fi alimentate de pe un circuit format din cablu CYY 3×1,5mm2 protejat la plecarea din TEG cu un întreruptor automat DPNa, P+N-16A, curba C, ce va fi montat în jgheab metalic și aparent pe pereți și pe plafoane.
Stâlpii de iluminat exterior vor fi alimentați de pe un circuit format din cablu CYY 3x4mm2 protejat la plecarea din TEG cu un întreruptor automat DPN 1P-VIGI 16 A, montat în jgheab metalic și aparent pe pereți și pe plafoane de la TEG până la ieșirea din hală și îngropat în pământ la h=-0,8m și în tub de protecție d = 50mm montat îngropat în pământ la h=-0,8m.
Fig. 2.7 Echipamente utilizate pentru iluminatul exterior al halei
a) Corp de iluminat LED Dienergy; b) Corp iluminat LED montat pe stâlpii exteriori
c) Întreruptor automat DPN 1P-VIGI 16 A.
Comanda iluminatului zi/noapte de pe hală, se va face de la o celulă fotoelectrică montată pe hală la h=4,5m și de la un buton cu revenire montat în hală, lângă TEG, la h=1,2m.
Comanda corpurilor de iluminat montate pe stâlpii de iluminat exterior se va face de la un buton cu revenire montat în hală, lângă TEG, la h=1,2m.Celula fotoelectrică (prin întreruptorul crepuscular) și cele două butoane cu revenire, acționează 2 teleruptoare TL-16A montate în tablou pentru cele 2 circuite de iluminat exterior.
2.4 Dimensionarea circuitelor și coloanelor de iluminat
Determinarea secțiunii conductoarelor electrice folosite în circuitele și coloanele pentru iluminat, rezultă din condiția de stabilitate la încălzire. Secțiunile astfel determinate vor fi verificate la pierderea de tensiune.
Dimensionarea se realizează în două etape:
1) Alegerea secțiunii la încălzire
2) Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune
Alegerea secțiunii la încălzire
Determinarea curentului nominal se realizează cu formulele de calcul de mai jos:
Pentru circuite monofazate:
In = (2.13)
Pentru circuite trifazate:
In = (2.14)
Pentru coloane monofazate :
In = (2.15)
Pentru coloane trifazate :
In = (2.16)
unde: In – curentul nominal, în A;
P – puterea instalată, în W;
ks -factor de simultaneitate;
Uf –tensiunea de fază, în V;
Ul – tensiunea de linie, în V;
cos –factor de putere cu următoarele valori:
cos = 1 pentru iluminat incandescent ;
cos = 0,95 pentru iluminat fluorescent compensat;
cos = 0,55 pentru iluminat fluorescent necompensat;
Pe baza curentului nominal determinat cu formulele de mai sus, se alege secțiunea conductoarelor folosind tabelul cu secțiuni din [2] cu următoarele precizări:
– temperatura mediului ambiant s-a considerat + 250 C;
– temperatura maximă admisă pe conductoare cu izolație din PVC; +70 C0;
– temperatura maximă admisă pe conductoare cu izolație de cauciuc: +60 C0;
– intensitățile maxime admise de curent pentru 3 conductoare în tub sunt valabile și pentru circuite trifazate cu nul de lucru și nul de protecție ( 4 sau 5 conductoare în același tub, din care 3 sunt conductoare active );
– intensitățile maxime admise de curent pentru conductoare cu izolații și manta vor fi în cazul conductoarelor cu 2, respectiv 3 conductoare, cele pentru 2 și respectiv 3 conductoare montate în tub la secțiunile corespunzătoare.
Alegerea secțiunii se face astfel încât :
In ≤ I max ad
I max ad – este curentul maxim admisibil pentru conductorul respectiv, în A;
În cazul montării conductoarelor la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +250C, intensitățile maxime ale curenților din tabel, din [2] Ghid de proiectare, se vor înmulți cu coeficienți de corecție din tabel, din [2].
2.4.1 Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune
Aleasă secțiunea conductorului, aceasta trebuie verificată prin calcularea pierderii de tensiune.
– Pentru circuite monofazate:
ΔU% = (2.17)
-Pentru circuite trifazate:
ΔU% = (2.18)
-Pentru coloane monofazate :
ΔU% = (2.19)
– Pentru coloane trifazate :
ΔU% = (2.20)
S-au făcut următoarele notații :
ΔU% – pierderea de tensiune, în %;
γ – conductibilitatea materialului, în m/ Ωmm2;
Uf -tensiunea de fază, în V;
Ul – tensiunea de linie, în V;
Pi -puterea instalată corespunzătoare tronsonului de circuit, respectiv de coloană, în W;
li – lungimea tronsonului de circuit, respectiv de coloană, în m ;
Si – secțiunea conductoarelor, în mm2;
Ks – coeficient de simultaneitate.
Pentru secțiunea aleasă, pierderea de tensiune admisă de la punctul de intrare în clădire al branșamentului și până la ultimul receptor nu trebuie să depășească următoarele valori :
3% în cazul alimentării din rețeaua de joasă tensiune publică;
8% în cazul alimentării din posturi de transformare sau centrale proprii (cazul de față) conform normativului I7/2011.
Observații:
Pentru alimentarea unor lămpi izolate și îndepărtate se admite o pierdere de tensiune de maxim 10% din tensiunea nominala de utilizare.
La instalațiile de iluminat care funcționează la tensiune redusă (sub 24V) se admit pierderi de tensiune de maximum 10% din tensiunea nominală de utilizare.
Prin calcul se determină secțiunea conductorului activ (de fază) care în cazul distribuției monofazate este egală cu secțiunea conductorului de nul.
Pentru circuitele de iluminat trifazate cu patru conductoare până la o secțiune de 16mm2 a conductoarelor de fază , secțiunea conductoarelor de fază este egală cu secțiunea conductorului de nul.
Secțiunile conductoarelor determinate prin calcul nu vor fi mai mici decât secțiunile minime admise indicate în tabelul de dimensionare.
2.5 Dimensionarea circuitului de iluminat C4 : birou+GS+CT
Întregul circuit de iluminat se prezintă în Anexele 4 si 5. Întrucât există multe circuite de iluminat s-au ales pentru dimensionare cele mai încărcate respectiv îndepărtate de sursa de alimentare.
Alegerea secțiunii pentru circuitul de iluminat C4 (din schema monofilară a TEG- Anexa 4). Circuitul de iluminat C4 alimentează corpurile de iluminat din spațiul birou+grup sanitar + centrala termică :
– puterea instalată maximă pe acest circuit este P = 1,1 kW
– tensiunea nominală este Uf = 230 V ;
– factorul de putere (iluminat fluorescent compensat) cos= 0,95;
– intensitatea curentului nominal este:
In = = 5,03 A (2.21)
– din tabelul cu valorile maxime ale curenților [2] se determină
In = 5,03≤ I max ad =20 A pentru o secțiune s= 2,5 mm2
Concluzie
Se utilizează pentru circuitul C4 de iluminat, conductoare de Cu CYY 3×2,5 mm2, izolate cu PVC plasate câte 3 în tubul de protecție, ales pentru montaj aparent, în jgheab metalic pe perete.
Verificarea secțiunii alese la pierderea de tensiune
Circuitul C4 de iluminat este un circuit monofazat :
ΔU% = (2.22)
unde γ =56 m/ Ωmm2 (pt. Cu);
Uf = 230 V;
Pi = 1,1 kW;
li =50 m;
S =2,5 mm2;
respectiv ΔU%==1,48% < 8% (2.23)
(alimentare din post de transformare propriu).
Secțiunea aleasă se încadrează în limite.
Din tabelul de dimensionare (normativul I7) [5] pentru circuitul ales , secțiunea rezultată din calcule S= 2,5 mm2 nu este mai mică decât secțiunea minim admisă indicată (S= 1,5 mm2), pentru Cu.
Fig. 2.8 Schema monofilară a circuitului de iluminat C4 conform Anexei 4
2.6 Dimensionarea circuitului de iluminat C11 : parter- birouri
Alegerea secțiunii pentru circuitul de iluminat C11 : parter- birouri
Circuitul de iluminat C11 alimentează corpurile de iluminat din spațiul: birourile de la parter.
– puterea instalată maximă pe acest circuit este P=1,2 kW
-tensiunea nominală este Uf =230 V ;
-factorul de putere (iluminat fluorescent compensat) cos φ = 0,95;
-intensitatea curentului nominal este:
In = = 5,49 A (2.24)
-din tabelul cu valorile maxime ale curenților se determină
In = 5,49 A ≤ I max ad =20 A , pentru o secțiune s= 2,5 mm2
Se utilizează pentru circuitul C11 de iluminat, conductoare de Cu CYY 3×2,5 mm2, izolate cu PVC plasate câte 3 în tubul de protecție, ales pentru montaj aparent, în jgheab metalic pe perete.
Verificarea secțiunii alese la pierderea de tensiune
Circuitul C4 de iluminat este un circuit monofazat :
ΔU% = (2.25)
unde γ =56 m/ Ωmm2 (pt. Cu);
Uf = 230 V;
Pi = 1,2 kW;
li =50 m;
S =2,5 mm2;
respectiv ΔU%==1,62% < 8% (2.26)
(alimentare din post de transformare propriu)
Concluzie secțiunea aleasă este admisă .
Din tabelul de dimensionare [6], pentru circuitul ales, secțiunea rezultată din calcule S= 2,5 mm2 nu este mai mică decât secțiunea minim admisă indicată (S= 1,5 mm2), pentru Cu.
Fig. 2.9 Schema monofilară a circuitului de iluminat C11 conform Anexei 4
2.7 Protecția circuitelor și a coloanelor de iluminat
Circuitele și coloanele de iluminat și prize se vor proteja împotriva supracurenților care apar datorită scurtcircuitelor sau suprasarcinilor.
Protecția s-a realizat cu disjunctoare (întreruptoare automate) : DPNa și C60N conform specificațiilor menționate în subpunctele anterioare și în anexe.
Valoarea curentului nominal al întreruptorului automat este cel mult egală cu valoarea curentului maxim admis în conductoarele ce trebuie protejate.
In < Imaxad , (2.27)
în care In – curentul nominal al disjunctorului ;
Imaxad – curentul maxim admis în conductoarele protejate.
Valoarea curentului nominal al fuzibilului siguranței Infuz va fi egală cu cel puțin 80%, dar nu mai puțin de 60% din valoarea curentului maxim admis în regim permanent în conductoarele de protejat Imaxad:
0,6 Imaxad < Infuz <0,8 Imaxad (2.28)
Se admite la instalațiile de iluminat și prize, la care posibilitatea apariției suprasarcinilor este minimă (iluminatul fluorescent), ca valoarea curentului nominal al fuzibilului siguranței să fie cel mult egală cu valoarea curentului maxim admis în conductoare,
Infuz < Imaxad (2.29)
Dispozitivele de protecție se vor monta în următoarele locuri [3]:
– la intrarea în tablourile de distribuție cu putere instalată mai mare de 8 kW;
– la plecările din tablourile de distribuție;
– la intrarea în tablourile de iluminat cu mai mult de 5 circuite alimentate direct din rețeaua de joasă tensiune a furnizorului;
– la ieșirea din contorul de tarifare, dacă lungimea coloanei până la tabloul de distribuție este mai mare de 20 m;
– în toate punctele în care secțiunea coloanei descrește. Fac excepție de la această prevedere cazurile în care dispozitivul de protecție din amonte de punctul respectiv, asigură secțiunea cea mai mică a ramificației.
– la plecările racordate la tablouri de distribuție înaintea siguranțelor generale sau direct la bornele de intrare în tablou (coloana sau circuitul de iluminat de siguranță);
– la plecările pentru circuitele secundare de comandă, protecție și semnalizare.
Dispozitivele de protecție sunt interzise în următoarele situații [2,3]:
– pe conductoarele instalaței de protecție (pământ, nul);
– pe conductoarele utilizate ca nul de lucru. Fac excepție instalațiile de distribuție monofazate la care se vor monta dispozitive de protecție și pe conductorul pentru nul de lucru.
CAPITOLUL 3
Proiectarea instalațiilor de forță pentru construcția dată
3.1 Dimensionarea circuitelor de forță
Determinarea secțiunii circuitelor de forță se face pe baza stabilității termice la încălzire, iar secțiunea rezultată va fi verificată la pierderea de tensiune.
Alegerea secțiunii la încălzire
Determinarea curentului nominal pentru electromotoare:
pentru electromotoare monofazate cu funcționare continuă:
In = [A] (3.1)
– pentru electromotoare trifazate cu funcționare continuă :
In = [A] (3.2)
unde In – curentul nominal absorbit, în A;
Pn- puterea nominală, în W;
Uf – tensiunea nominală de fază, în V;
Ul – tensiunea nominală de linie, în V;
cos – factorul de putere la sarcină nominală ;
η – randamentul la sarcină nominală.
Alegerea secțiunii conductorului se face astfel încât să se respecte relația:
In < Imaxad (3.3)
unde Imaxad este curentul maxim admisibil pentru conductorul respectiv, determinat din tabelul prezentat în normativul I7/2011 și la dimensionarea circuitelor și coloanelor de iluminat.
Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune
Determinarea pierderii de tensiune :
– pentru circuite monofazate :
ΔU% = 2 [%] (3.4)
-pentru circuite trifazate :
ΔU% = [%] (3.5)
unde:
ΔU% – pierderea de tensiune, în procente;
Pn –puterea motorului, în W;
l -lungimea circuitului, în m.
γ- conductibilitatea materialului, în m/ Ωmm2, cu valoarea de 34 pentru Al și 56 pentru Cu;
Uf – tensiunea nominală de fază, în V;
Ul – tensiunea nominală de linie, în V;
S – secțiunea conductorului, în mm2;
Observație : În momentul pornirii, pierderea de tensiune se determină folosind în formulele de mai sus valoarea puterii la pornirea motoarelor.
– pentru circuite monofazate :
ΔU% = 2 , [%] (3.6)
-pentru circuite trifazate:
ΔU% = , [%] (3.7)
La pornire, pierderea de tensiune în procente (ΔUp% ) nu trebuie să fie mai mare de 12%. Pentru secțiunea aleasă, pierderea de tensiune admisă de la cofret până la ultimul receptor de forță nu trebuie să depășească următoarele valori:
5% în cazul alimentării din rețeaua de joasă tensiune publică;
10% în cazul alimentării din posturi de transformare sau centrale proprii.
3.2 Dimensionarea coloanelor de forță
În mod similar cu circuitele de forță, coloanele se dimensionează pe baza stabilității termice la încălzire, iar secțiunea rezultată se verifică la pierderea de tensiune.
Alegerea secțiunii la încălzire
Pentru coloane electrice care alimentează tablouri de distribuție cu mai multe circuite, pentru determinarea curentului de calcul se folosește în mod obișnuit metoda coeficientului de cerere Kc.
Determinarea curentului de calcul (Ic) pentru coloane:
-pentru motoare cu funcționare continuă :
-coloane monofazate:
Ic = [A] (3.8)
– coloane trifazate:
Ic = [A] (3.9)
unde Uf –tensiunea de fază, în V;
Ul – tensiunea de linie, în V;
Pn- puterea nominală a motorului, în W;
Kc– coeficientul de cerere luat din tabele pentru diferite categorii de consumatori;
Ka- coeficient în funcție de numărul motoarelor n, conform tabelului de mai jos [2,7];
Tabelul 3.1 Alegerea coeficientului de corecție Ka în funcție de numărul motoarelor
coeficientul de cerere se calculează cu relația :
Kc = < 1 (3.10)
unde Pa – puterea maximă absorbită, în W;
Pi –puterea totală instalată, în W;
Alegerea secțiunii conductorului se face astfel încât să se respecte relația :
Ic < Imaxad , (3.11)
în care :
Imaxad – este curentul maxim admisibil pentru secțiunea aleasă, determinat din tabelul prezentat la dimensionarea circuitelor și coloanelor de iluminat. Secțiunea aleasă din condiția de stabilitate termică va fi verificată la pierderea de tensiune.
Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune
Determinarea pierderii de tensiune :
pentru coloane monofazate :
ΔU% = 2 , [%] (3.12)
pentru coloane trifazate :
ΔU% = , [%] (3.13)
unde : Kc – coeficient de cerere ;
Pi – puterea instalată, în W;
l – lungimea coloanei, în m;
Determinarea pierderii de tensiune la pornire:
pentru coloane monofazate :
ΔU% = 2 , [%] (3.14)
pentru coloane trifazate :
ΔU% = , [%] (3.15)
Pp – puterea pe coloană la pornire, în W ;
Pentru determinarea puterii la pornire Pp , se consideră că pornește motorul electric care dă puterea la pornire cea mai mare, suprapus peste celelalte electromotoare care funcționează la sarcina normală.
Pp = Ppm +K, (3.16)
în care :
Ppm – puterea la pornire a motorului electric care produce curentul maxim la pornire;
K – coeficient de cerere ;
– suma puterilor celorlalte motoare electrice ce funcționează în sarcină;
n – numărul motoarelor electrice alimentate de la tablou.
Verificarea la pierderea de tensiune se face pentru traseul cel mai lung și mai încărcat.
Secțiunea minimă admisă pentru conductorul de lucru al coloanelor trifazate de forță va fi astfel încât să corespundă cel puțin curentului maxim admis în conductoarele respective, dar cel puțin 50% din secțiunea conductoarelor de fază.
La pornire, densitatea de curent maximă admisă va fi:
-pentru conductoare de cupru : 35 A/mm2 ( cazul de față)
-pentru conductoare de aluminiu : 20 A/mm2
Pentru secțiunea aleasă a coloanelor de forță se va ține seama de pierderea de tensiune între cofret și ultimul receptor. Această pierdere de tensiune nu va depăși valoarea de 5% în cazul alimentării din rețeaua de joasă tensiune publică și 10% în cazul alimentării din posturi de transformare sau centrale proprii (cazul de față).
3.3 Dimensionarea circuitului de forță pentru alimentarea compresorului (C57)
Alegerea secțiunii la încălzire
In = (3.17)
unde:
Pn= 7,5 kW (puterea nominală);
Ul= 400 V (tensiunea nominală de linie);
cos = 0,84 (factorul de putere la sarcina nominală) ;
η = 0,85 (randamentul la sarcina nominală).
deci In = =15,26 A (3.18)
Alegerea secțiunii conductorului se face astfel încat să se respecte relația:
In =15,26 < Imaxad= 24 A (3.19)
Pentru un astfel de curent, se alege o secțiune S= 4 mm2 , circuitul având 3 conductoare active și nulul de lucru.
Soluția aleasă este un cablu de Cu CYY 4X4 mm2..
Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune
Verificarea secțiunii la pierderea de tensiune se determină:
(circuit trifazat) :
ΔU% = % (3.20)
unde Pn = 7,5 kW (puterea motorului);
l =50 m (lungimea circuitului);
γ=56 m/ Ωmm2 (conductibilitatea pentru Cu) ;
Ul =400V ( tensiunea nominală de linie);
S = 4 mm2 ( secțiunea conductorului);
Deci:
ΔU% = = 1,04% < 10% (alimentare din post propriu de transformare)
Concluzie: secțiunea aleasă pentru conductoarele circuitului de forță ce alimentează compresorul, cu numărul C57 este corect dimensionată.
Fig. 3.1 Schema monofilară a circuitului de forță pentru alimentarea compresorului (C57)
3.4 Dimensionarea coloanei generale de alimentare a tabloului general TEG de la grupul de măsură GM
Alegerea secțiunii la încălzire
Determinarea curentului de calcul (In) pentru această coloană trifazată:
In = ==145,65 A (3.21)
unde Pn = 119 kW;
cos = 0,95;
Ul = 400 V;
Ks = 0,8; din tabelul cu valorile maxime ale curenților care se regăsește în normativul I7/2011 se determină secțiunea S astfel încât In=145,65A ;
Rezultă secțiunea S=150 mm2 pentru conductoarele de fază, iar pentru nulul de lucru corespunzător, S= 70 mm2 .
TEG este alimentat cu un cablu CYABY 3×150 mm2 +70 mm2
Verificarea secțiunii alese la pierderea de tensiune
ΔU% = (3.22)
γ =56 m/ Ωmm2 (conductibilitatea pentru Cu) ;
Ul = 400V (tensiunea de linie);
Pi = 119 kW (puterea instalată corespunzătoare tronsonului de coloană);
li = 50 m (lungimea tronsonului de coloană);
Si = 150 mm2 (secțiunea conductoarelor);
Ks =0,8 (coeficient de simultaneitate).
ΔU% == 3,5% < 8% ( alimentare din GM) (3.23)
Secțiunea aleasă este admisă, se verifică și la pierderea de tensiune.
Fig. 3.2 Schema monofilară a coloanei generale de alimentare a tabloului electric TEG de la grupul de măsură
3.5 Instalațiile electrice de prize 24V, 230V și 400V
Circuitele electrice de prize sunt :
– de foarte joasă tensiune – 24V
– monofazate – 230V
– trifazate – 400V
La canalele de vizitare auto ale service-ului și la punctele de lucru PL1-PL10 (Anexa 2) se vor monta prize P+N 24V-10A, de culoare albastră și inscripționate ‘24V’. Circuitele de prize 24V vor fi alimentate din secundarul transformatorului 400V/24V/1000VA montat în tabloul electric TEG cu cabluri CYY 2×4 mm2 montate pe jgheab metalic și în tub de protecție montat în pardoseală și protejate la plecarea din TEG cu separator automat,având curentul nominal In=25A și disjunctor automat având curentul nominal In= 4 A 25A.
Prizele 230V vor fi de tip P+N+PE 230V,16A IP 55 pentru montaj aparent și vor fi de culoare albă și inscripționate ‘230V’. Prizele 230V din birou vor fi de tip P+N+PE 230V,16A IP 40 pentru montaj îngropat, de culoare albă și inscripționate ‘230V’.
Circuitele de prize 230V vor fi realizate din cabluri CYY 3×4/3×2,5 mm2, montate pe jgheab metalic și aparent pe perete și protejate la plecarea din TEG cu întreruptoare automate DPNa, P+N-25A, curba C.
Prizele 400V vor fi de tip 3P+N+PE 400V,16A IP 55 pentru montaj aparent și vor fi de culoare roșie și inscripționate ‘400V’.
Circuitele de prize 400V vor fi realizate din cabluri CYY 5×2,5 mm2, montate pe jgheab metalic și aparent pe perete și protejate la plecarea din TEG cu întreruptoare automate C60N, 4P-20A, curba C. Schemele monofilare aferente sunt prezentate în Anexele 3 și 4.
3.6 Instalațiile electrice de forță și legare la pământ
Receptoarele de forță vor fi alimentate din TEG cu cabluri CYY de diverse secțiuni, în funcție de puterea instalată a fiecărui receptor, montate pe jgheab metalic și aparent pe perete și protejate la plecarea din TEG conform secțiunii cablurilor de alimentare.
Tabloul electric TE-PA al puțului de apă aferent obiectivului, situat în exteriorul clădirii, va fi alimentat din TEG cu un cablu CYY 4×4 mm2 montat în jgheab metalic și aparent pe pereți și pe plafoane de la TEG până la ieșirea din hală și îngropat în pământ la h= – 0,8m și în tub de protecție d = 50mm montat îngropat în pământ la h= – 0,8m în exteriorul clădirii. Cablul de alimentare al TE-PA va fi protejat la plecarea din TEG cu un întreruptor automat C60N, 3P-32A, curba C.
În vederea alimentării casei și garajului prevăzute a fi construite în spatele halei a fost prevăzută montarea unui cablu de alimentare CYY 4×10 mm2 montat în jgheab metalic și aparent pe pereți și pe plafoane de la TEG până la ieșirea din hala și îngropat în pământ la h=-0,8m și în tub de protecție d=50mm montat îngropat în pământ la h=-0,8m în exteriorul clădirii. Cablul de alimentare va fi protejat la plecarea din TEG cu un întreruptor automat C60N, 4P-50A, curba C.
În vederea legării la pământ a tuturor receptoarelor a fost prevăzut un conductor principal de legare la pământ format din bandă din oțel zincat 25x4mm montată pe jgheab metalic și aparent pe perete. Conductorul principal de legare la pământ va fi legat la barele de PE ale tablourilor electrice TEG și TE-CT și va fi racordat în 2 puncte la priza de pământ prin piese de separație.
Legătura de la fiecare receptor la conductorul principal de legare la pământ va fi facută prin cablu CYY 1×10 mm2 de culoare galben-verde montat pe jgheab metalic, în tub de protecție și aparent pe perete.
Jgheabul metalic va fi legat la conductorul principal de legare la pământ cu banda de oțel zincat 25x4mm și șuruburi zincate. Întregul circuit este prezentat în Anexele 3 și 4.
CAPITOLUL 4
Proiectarea instalațiilor de compensare a factorului de putere, legare la pământ și paratrăsnet pentru unitatea proiectată
4.1 Instalația de îmbunătățire a factorului de putere
Factorul de putere este raportul dintre puterea activă (reală) P și puterea aparentă S într-un circuit de curent alternativ.
Într-un regim sinusoidal, în cazul unui circuit monofazat, avem [2,7]:
– puterea reală este egală cu produsul valorii efective a tensiunii prin valoarea efectivă a componentei curentului în fază cu ea,
P = UIcos [W] (4.1)
în care φ reprezintă unghiul de defazaj între tensiune și curent
– puterea aparentă reprezintă produsul
S = UI [VA] (4.2)
mărime utilizată pentru dimensionarea anumitor elemente ale circuitelor electrice.
– puterea reactivă este produsul dintre tensiune și componenta curentului în cuadratură cu ea.
Q = UI sin [VAr] (4.3)
Relația dintre ele fiind:
S= (4.4)
Factorul de putere devine
K= cos == (4.5)
În sistem trifazic, echilibrat și ca tensiune și ca și curent, avem:
P= 3Uf I cos sau P = UlI cos (4.6)
Q= 3 Uf I cos sau Q =UlI sin (4.7)
S= 3 Uf I sau S= UlI (4.8)
Uf – valoarea efectivă a tensiunii de fază;
Ul – valoarea efectivă a tensiunii de linie (între faze);
I – valoarea efectivă a curentului de linie;
– defazajul între valoarea efectivă a tensiunii de fază și valoarea efectivă a curentului de linie .
În orice regim nedeformant, puterea aparentă are forma:
S= (4.9)
Cauzele scăderii factorului de putere
Scăderea factorului de putere în rețelele electrice este determinată de puterile reactive consumate de diferite receptoare din rețele.
Receptoarele de putere reactivă se pot împărți în două grupe [4,8]:
1. Receptoare care consumă puterea reactivă necesară producerii câmpurilor magnetice (motoare asincrone, transformatoare);
2. Receptoare care produc puterea reactivă (condensatoare statice, mașini sincrone supraexcitate, linii electrice aeriene de înaltă tensiune sau linii electrice în cablu funcționând cu sarcină redusă și având un efect predominant capacitiv.
Principalele cauze ale scăderii factorului de putere în exploatare sunt:
– funcționarea motoarelor asincrone cu o sarcină medie sau mai mică decât cea nominală.
– funcționarea motoarelor asincrone în gol, în anumite perioade,
– modificarea caracteristicilor nominale de funcționare ale motoarelor, datorită reparațiilor necorespunzătoare,
– funcționarea cu sarcină redusă a transformatoarelor.
Efecte ale scăderii factorului de putere
Pentru a alimenta un receptor trifazat de putere activă P și de factor de putere cosφ, linia electrică trebuie să transporte un curent I:
I= (4.10)
Dacă scade cos crește curentul I
apare necesitatea măririi secțiunii conductoarelor
apare necesitatea supradimensionării aparatajului de acționare și de protecție
Exemplu : I1 == =123,9 A, pentru cos=0,95 (4.11)
I2= ==168,18 A, pentru cos=0,70 (4.12)
Concluzie: curentul absorbit în cazul factorului de putere mai scăzut este de 33,7% mai mare, ceea ce presupune alegerea unei secțiuni de Cu mai mare , având influență și asupra pierderii de putere din rețelele de distribuție și de transport:
Δp= 3rI2, sau Δp = (4.13)
Datorită creșterii pierderii de putere pe rețelele electrice de distribuție și de transport este necesar ca agregatele din centralele electrice să fie supradimensionate pentru a acoperi și acest consum suplimentar.
Mijloace de ameliorare a factorului de putere
1. Mijloace naturale pentru mărirea factorului de putere (fără instalații speciale);
2. Mijloace artificiale pentru mărirea factorului de putere (condensatoare statice sub formă de baterii de condensatoare);
Avantaje ale bateriilor de condensatoare :
– au pierderi mici și constante în timp;
– nu au mecanisme în mișcare și uzura este foarte mică;
– se pot monta foarte ușor;
– întreținerea este deosebit de simplă;
– se fabrică într-o gamă de putere destul de largă.
Dezavantaje ale bateriilor de condensatoare:
imposibilitatea realizării unui reglaj fin al factorului de putere, el făcându-se numai în trepte;
spațiul mare pe care îl ocupă, în special la puteri mari, din suprafața tabloului electric.
Se dorește ca valoarea factorului de putere să fie de cos = 0,93, numit factor de putere neutral.
Legarea bateriilor de condensatoare
În cazul de față soluția adoptată este de tip centralizat, nu pentru fiecare receptor mic de putere sau mare în parte, ci la bornele tabloului electric.
Bateria de condensatoare utilizată în cadrul proiectului este de tip VARSET 52831 (30kVAr) produsă de Schneider Electric comutabilă prin regulator automat.
Fig. 4.1 Baterie de condensatoare VARSET 52831
Caracteristicile tehnice ale acestui tip de baterie sunt prezentate în tabelul 4.1
Tabelul 4.1 Caracteristicile tehnice ale bateriei de condensatoare VARSET 52831
4.2 Dimensionarea prizei de pământ
4.2.1 Aspecte generale
În rețelele cu neutrul legat direct la pământ (schema TN), este obligatorie realizarea unei prize de împământare cu rezistența de dispersie de cel mult 4 ohmi ( I.7-2012).
Pentru realizarea acestei prize, în curent alternativ se vor folosi în mod obligatoriu și prizele naturale oferite de construcții, cum sunt fundațiile armate și structurile metalice ale construcțiilor, conductele de apă îngropate în pământ, etc. În curent continuu însă, este interzisă utilizarea acestor prize naturale (din cauza procesului de coroziune electrolitică facilitat de curentul continuu) [9,10].
Prizele de pământ artificiale se vor prevedea numai în cazul în care nu se pot folosi prize naturale sau când acestea nu asigură realizarea valorii prescrise pentru rezistența de dispersie a prizei de împământare.
4.2.2 Determinarea rezistenței prizei de împământare naturale [2,10]
Fundația de beton armată cu bare de oțel și îngropată destinată construcțiilor este asimilată unei prize de împământare semisferice, îngropate, cu diametrul la suprafața solului. Rezistența de dispersie a acestei semisfere este dată de relația Rp = ρ/πD, unde ρ este rezistivitatea solului, în [ohmi.m], iar D este diametrul semisferei, în [m]. Din echivalarea celor două volume, a armăturii metalice a fundației și a semisferei, se deduce diametrul semisferei ce intră în relația rezistenței de dispersie.
De exemplu, pentru fundația tip pahar, armată, a unui stâlp de beton de susținere al unei hale (fig. 4.2), cu dimensiunile AxBxH în [m] și în care se consideră inclusă și grosimea betonului de acoperire a armăturii (apreciată la 3 cm), volumul util al armăturii fundației de stâlp este [11]:
, [mc] (4.14)
iar raza semisferei echivalente este:
[m] și deci [m]. (4.15)
de unde rezultă rezistența de dispersie [2]
[Ω] (4.16)
Rezistivitatea ρ a solului [Ω.m] poate fi cunoscută prin efectuarea de măsurători prealabile pe teren sau prin aprecierea acesteia pe baza informațiilor extrase din studiul geotehnic al terenului de fundare.
Fig. 4.2 Secțiune prin soclul fundației tip pahar a stâlpului de hală, și prin priza semisferică echivalentă de împământare
Considerând toate cele n fundații ale stâlpilor halei ca fiind identice și legate în derivație (prin legarea armăturilor lor la conductorul principal de împământare) și având un coeficent de utilizare ηu, rezistența de dispersie echivalentă -denumită rezistența prizei naturale echivalente- se obține cu relația [11]:
(4.17)
4.2.3 Determinarea rezistenței prizei de împământare artificiale
Pentru obținerea rezistenței echivalente de împământare normate Rp ≤ 4 ohmi, valoarea necesară pentru rezistența prizei artificiale Rart, considerată legată în derivație cu priza naturală Rnat, se deduce din relațiile de mai jos, unde : ku =1,1…1,25 este coeficientul de utilizare a celor două prize legate în paralel [2]:
de unde rezultă (4.18)
4.2.4 Alegerea tipului de priză artificială și relațiile de dimensionare a electrozilor
Priza artificială se realizează de obicei, în cazul obiectivelor industriale, din platbandă de oțel zincat (Ol-Zn) îngropată în pământ la 0,6-0,8 m adâncime, pe un contur în jurul construcției zidite, la distanța de minimum 1m de pereții construcției. La această centură îngropată se leagă, cu platbandă Ol-Zn [9,10] de aceeași grosime, armătura fundațiilor de stâlpi. În cazul în care rezistența de dispersie a celor două prize, naturală și artificială, nu realizează împreună cel mult 4 ohmi, se efectuează o îmbunătățire a rezistenței de dispersie echivalente prin plantarea de prize realizate cu electrozi din țeavă Ol-Zn, îngropați vertical în sol pe conturul prizei orizontale.
Relațiile de calcul pentru rezistența de dispersie a cele două tipuri de electrozi, orizontali (cu platbandă) și verticali (din țeavă) sunt prezentate mai jos [10]:
pentru electrodul platbandă îngropat orizontal, într-un sol cu rezistivitatea ρ [Ωm], la adâncimea t [m] față de nivelul solului, de lungime L [m] și cu dimensiunea mare b [m] a secțiunii platbenzii:
(4.19)
pentru electrodul țeavă îngropat vertical, la adâncimea q[m] considerată de la capătul superior al țevii îngropate și până la nivelul solului, de lungime L [m] și cu diametrul exterior d [m], unde t = q+0,5L:
(4.20)
În cazul utilizării unui număr n de electrozi țeavă verticali, plantați în linie la distanța a unul față de celălalt, rezistența lor echivalentă de dispersie se calculează cu relația:
(4.21)
unde:- rtv este rezistența de dispersie a unui electrod țeavă, în ohmi;
– n este numărul electrozilor țeavă;
– ηu este un coeficient subunitar de utilizare a electrozilor țeavă. Acest coeficient depinde de numărul n al electrozilor și de raportul dintre distanța a dintre electrozi și lungimea L a electrodului.
Cu relația de mai sus și lungimea L a conturului prizei orizontale obținută din măsurători pe planul halei, se determină rezistența de dispersie a prizei artificiale. Dacă valoarea obținută depășește valoarea limită stabilită se calculează, ținând seama de valoarea unei prize verticale tip țeavă determinate cu relația 4.20, numărul n de electrozi verticali necesar de plantat pentru realizarea valorii rezistenței Rpv. Rezistența echivalentă a celor două prize în paralel, orizontală Rph=rph și verticală Rpv trebuie să realizeze condiția: de unde rezultă condiția
și numărul țevilor (4.22)
4.2.5 Alegerea secțiunii elementelor prizei de împământare
Secțiunea minimă a conductorului din oțel folosit pentru centura de împământare (electrodul orizontal) va fi (I.7-2012) de 100 mp și în grosime de 3 mm, în cazul înglobării lui în betonul fundației. În cazul îngropării acestuia direct în pământ, se respectă valorile de secțiune și material în funcție de ph-ul solului, prezentate în normativul I7/2012 [10].
Secțiunea minimă a conductorului principal de împământare, a conductoarelor de legare la priză și între electrozi sunt date în tabelul 4.2.
Tabelul 4.2 Secțiunea minimă a conductoarelor instalației de împământare [9]
Tabelul 4.3 Rezistivități ale diferitelor soluri și ape [9]
Tabelul 4.4 Coeficienții de utilizare ai prizelor de împământare complexe [9,10]
Notă:
În raportul a/l, a reprezintă distanța pe orizontală dintre doi electrozi vecini, iar l reprezintă lungimea electrodului, ambele valori fiind exprimate în metri.
Dimensionarea prizei de împământare
Se consideră următoarele dimensiuni ale halei (service+birouri+showroom):
A= 60 m (lungime);
B = 20 m (lățime);
H= 10 m (înălțime).
Se consideră, de asemenea, că terenul pe care se amplasează hala este alcătuit dintr-un pământ cu pietris și deci cu o rezistivitate egală cu 200 Ω.m.
Volumul util al fundației de stâlp este:
mc (4.23)
iar raza semisferei echivalente este:
m (4.24)
respectiv m. (4.25)
de unde rezultă că rezistența de dispersie a unei fundații este:
Ω. (4.26)
Cele 7 fundații de stâlpi ai halei, considerate ca fiind identice și legate în derivație (prin legarea armăturilor lor la conductorul principal de împământare) și având un coeficient de utilizare ηu,=0,795 au rezistența de dispersie echivalentă egală cu:
Ω > 1 Ω. (4.27)
Conform normativului I7/2011 în cazul prizelor de pământ comune cu paratrăsnetul valoarea rezistenței de dispersie trebuie sa fie ≤ 1Ω.
Se impune deci o priză artificială. Valoarea prizei de împământare artificiale trebuie să fie:
Ω. (4.28)
Lungimea electrodului orizontal al prizei artificiale de împământare îngropat, la adâncimea de t=0,6 m. pe conturul întregii construcții este de 2(40+2) m + 2(45+2) m = 178 m. Rezistența de dispersie obținută cu acest electrod este:
Ω. (4.29)
Cum Ω rezultă că nu mai sunt necesari electrozi verticali [10].
Rezistența de dispersie obținută este:
(4.30)
Reprezentarea la nivel schematic al instalațiilor de legare la pământ și paratrăsnet sunt prezentate în Anexa 3.
4.3 Dimensionarea instalației de protecție la trăsnet (IPT)
Instalația de protecție la trăsnet trebuie să capteze loviturile de trăsnet, să conducă curentul de trăsnet între punctul de impact și pământ și să-l disipeze fără deteriorări termice sau mecanice, pentru construcția de protejat și fără supratensiuni periculoase pentru persoane și conținutul construcțiilor.
Stabilirea necesității prevederii unei IPT
La evaluarea riscului de trăsnet se ține seama de următorii factori :
mediul înconjurător al construcției ;
tipul construcției;
conținutul construcției ;
gradul de ocupare al construcției ;
consecințele trăsnetului.
Stabilirea necesității de a se prevedea IPT pentru un caz dat, cu excepția celor de la art.2.2 din normativul I7 (caz în care echiparea este obligatorie) și alegerea nivelului de protecție pentru IEPT (instalație exterioară de protecție împotriva trăsnetului) se bazează pe determinarea frecvenței prevăzute de lovituri de trăsnet directe pe construcție sau pe volumul de protejat Nd și a frecvenței anuale de lovituri de trăsnet NC și pe compararea valorilor obținute pentru Nd si NC.
Determinarea parametrilor Nd –frecvența loviturilor directe de trăsnet și NC- frecvența anuala acceptată de lovituri de trăsnet
Frecvența loviturilor de trăsnet Nd
Densitatea trăsnetelor la sol exprimată în număr de lovituri de trăsnet pe km2 și an se poate determina utilizând harta keraunică din anexa nr. 11 și cu relația :
Ng = 0,04 x Nk1,25 (nr. impact/ km2an) (4.31)
unde Nk este indicile keraunic din harta keraunică.
Valorile Ng în funcție de indicele keraunic sunt date în tabelul de mai jos :
Din harta keraunică (service-ul situat în Focșani) se stabilește numărul de zile cu descărcări atmosferice de 40, adică Nk=40 .
Corespunzător formulei date, se calculează Ng=0,04 x 401,25 = 4,02 [nr. impact / km2 an], valoare care se reflectă și din tabelul de mai sus.
deci Ng =4,02 [nr. impact/km2 an]
-frecvența loviturilor directe de trăsnet Nd pe o construcție se determină cu relația :
Nd = Ng x Ae x C1 x 10-6 [ lovituri / an ] (4.32)
unde Ae =suprafata echivalentă de captare a construcției (m2)
C1= este un coeficient ce ține seama de mediul înconjurător al construcției.
Ae=L x l+6 x h(L+l) +9 x 3,14xH2 (4.33)
Construcția service-ului are :
L= 60 m ; (lungimea)
l =20 m ; (lățimea)
H=10 m ; (înălțimea)
deci Ae= 60×20+6×10(60+20)+9×3,14×100= 8826 m2
Ae=8826 m2
Coeficientul C1 se determina ținând cont de mediul înconjurător.
Se determină din tabelul de valori [9]:
se alege C1=1
deci Nd =4,02 x 8826 x1 x 10-6 = 0,03 frecvența loviturilor de trăsnet , directe pe an .
Frecvența anuală acceptată de lovituri de trăsnet NC :
Acest coeficient (factor) se calculează ținând cont de :
-tipul construcției ;
-conținutul construcției ;
-gradul de ocupare a construcției ;
– consecințele trăsnetului ;
Se determină cu relația : NC=(5,5 x 10-3)/C (4.34)
în care C= C2 x C3 x C4 x C5 (4.35)
Valorile coeficientului C2 se determină în funcție de natura construcției, din tabelul de mai jos [9] :
Valoarea lui C2 este : C2= 0,5 ;
Valorile coeficientului C3 se determină în funcție de conținutul construcției, din tabelul de mai jos [9] :
Valoarea lui C3 este : C3=1 ;
Valorile coeficientului C4 se determină în funcție de gradul de ocupare al construcției, din tabelul de mai jos
Valoarea lui C4 este : C4 = 1 ;
Valorile coeficientului C5 se determină în funcție de consecințele trăsnetului, din tabelul de mai jos :
Valoarea lui C5 este : C5=1 ;
În concluzie : C = 0,5
Iar factorul NC= (5,5 x 10-3)/0,5= 0, 01 (4.36)
deci NC=0,01
Adică : Nd=0,03 > NC=0,01 → este necesară instalarea unei IPT a cărei eficacitate se determină cu relația :
E>1- NC/ Nd (4.37)
E= 1-0,01/0,03=0,67
Determinarea nivelului de protecție al IPT în funcție de eficacitatea E calculată (E= 0,67) se realizează din tabelul de mai jos :
CONCLUZIE : Instalația de paratrăsnet a halei se va calcula pentru un tip de protecție NORMAL IV.
4.4 Construcția IPT
Instalația exterioară de IPT, este compusă în general din următoarele elemente legate între ele :
– dispozitivul sau instalația de captare cu sau fără unul sau mai multe PDA (protecție cu dispozitiv de amorsare)
– conductoare de coborâre ;
– piese de separație pentru fiecare coborâre ;
– priza de pământ tip IPT ;
– legături între prizele de pământ ;
– legături echipotențiale ;
– legături echipotențiale prin intermediul eclatoarelor la suportul antenei.
Se va realiza (conform Anexei 3) o IPT cu grad de protecție NORMAL IV cu ochiuri de rețea de max. 20 x 20 m (elementul de captare este de tip rețea conform tabelului de mai jos). Soluția aleasă pentru dispozitivul de captare, ceea de tip rețea, se justifică având în vedere forma construcției, acoperiș aproape plat.
O singura tijă de captare pe o construcție nu poate asigura decât protecția construcției respective, cu excepția utilizării unei IPT cu PDA (protecție cu dispozitiv de amorsare), soluție neutilizată în acest caz.
Un dispozitiv de captare este corect amplasat și va putea asigura nivelul de protecție cerut pentru întregul volum care trebuie protejat dacă sunt îndeplinite cerințele din tabelul următor [2]:
Instalația de captare paratrăsnet se va executa cu oțel rotund zincat Rd8 montat pe acoperiș și pe pereții halei pentru coborâri. Conductoarele de coborâre se realizează astfel încât apariția descărcărilor să fie cât mai redusă. Se urmărește să circule curentul pe mai multe trasee în paralel, iar lungimea traseelor să fie cât mai scurtă posibil spre pământ, cât mai direct.
Coborârile se vor racorda la priza de pământ prin piese de separație. Ele se vor monta la o înălțime de cca. 2 m de la nivelul solului. Se vor marca vizibil ca aparțin IPT și să poarte simbolul de priză de pământ.
Pentru protejarea coșului de fum împotriva descărcărilor atmosferice a fost prevăzută o tijă captare paratrăsnet din OlZn cu h= 1,5m, d=16mm tip 101/G-DIN cod 5402158, furnizor Obo Bettermann, montată pe coșul de fum cu bride metalice.
Tija de captare va fi legată la rețeaua de captare de pe acoperiș cu oțel rotund zincat Rd8.
Pentru legarea la pământ a carcaselor metalice aferente instalației electrice interioare care în mod normal nu sunt sub tensiune dar care pot fi puse în mod accidental și pentru instalația de captare paratrăsnet, este prevăzută o priză de pământ formată din bandă de oțel zincat 40x4mm montată îngropat la h= – 0,8m și la distanta de min. 1m – max. 5m față de clădire.
La priza de pământ se va racorda și armatura metalică a fundației stâlpilor obiectivului cu bandă din oțel zincat 40x4mm, racordarea făcându-se prin sudură, în punctele indicate în desen. Sudarea se execută pe toate laturile având o grosime de cel puțin 3 mm.
Se vor mai racorda la priza de pământ cu banda din oțel zincat 25x4mm prin piese de separație: stâlpii de iluminat exterior și bara de PE a tabloului electric aferent puțului de apă TE-PA.
Priza de pământ a obiectivului se va interconecta cu priza de pământ aferenta postului de transformare printr-o bandă de oțel zincat 40x4mm.
La priza de pământ se vor racorda în 2 puncte prin intermediul a 2 piese de separație barele de PE ale tabloulurilor electrice TEG și TE-CT.
Protecția împotriva coroziunii
Protecția materialelor elementelor IPT ( conductoare, suporturi, piese de fixare, de protecție etc.) se poate asigura în medii cu agresivitate normală ținându-se seama de datele din tabelul de mai jos privind domeniile de utilizare permise și comportarea la coroziune pentru diferitele materiale.
Clasa de agresivitate a mediului se stabilește conform SR ISO1925, C139.
Pentru prizele de pământ se aplică măsurile de protecție anticorozivă prevăzute în normative conexiunile în pământ se protejează prin acoperire cu un strat de bitum.
Concluzii finale
Obiectivul principal al lucrării a fost proiectarea instalației electrice de iluminat și forță pentru o hală industrială care găzduiește în interior un spațiu de producție denumit și service auto (+stație diagnoză) , un showroom și birouri. Clădirea administrativă de birouri este situată la etaj respectiv parter (după cum se poate observa și în Anexe).
Datorită multitudinii de funcții ce vor trebui efectuate la nivel de clădire, proiectarea instalației electrice necesită metode de calcul foarte laborioase care din acest raționament nu au fost în totalitate expuse la partea teoretică, acestea fiind regăsite în Anexe. Atât pentru partea de iluminat cât și de forță s-au expus calculele/dimensionările pentru circuitele cele mai solicitate din punct de vedere electric, mecanic și termic.
Toate determinările s-au efectuat conform normativelor în vigoare iar valorile rezultate sunt verificate de aceleași documente. În cazul instalațiilor de supraveghere video, alarmă și rețelistică s-a preferat înglobarea materialelor și a schemelor electrice sub formă de anexe pentru a evita extinderea fizică a proiectului.
Din același motiv pentru celelalte instalații toate datele au fost centralizate tot la partea de anexe prezentându-se și caracteristicile aparatajului de comandă și comutație precum și a conductoarelor de alimentare.
Din punct de vedere al proiectării, acest proiect cuprinde toate cerințele prescrise (calcule, listă de materiale electrice+mecanice), instalații de curenți tari, curenți slabi, instalații de siguranță. Toate aceste sisteme sunt interconectate pentru a satisface cerințele beneficiarului în vederea stabilirii unui randament de lucru bun la un preț total de execuție acceptabil.
Bibliografie
Cilinghir, V, Alimentarea cu energie electrica a întreprinderilor, vol I. Editura Universității “Transilvania”, Brașov ,2000.
Cilinghir, V, Alimentarea cu energie electrica a întreprinderilor, vol II. Editura Universității “Transilvania”, Brașov, 2002
Balan, D., Popescu, I., Zaharia, I., Caracterisiticile regimului deformant, vol 3, Sesiunea jubiliara de comunicari stiintifice, Iași, Septembrie 1994.
Antoniu, Ion,S., Bazele electrotehnicii, vol 1 si vol 2, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1974.
Golovanov N., Postolache P. Eficiența și calitatea energiei electrice, Editura Agir, București, 2007. 308p.
Gheorghe, St. Monitorizarea calității energiei electrice, București, 2001.
Hermina, Albert ș.a., Considerații privind calitatea energiei electrice livrate, RENEL-GSCI, București, 1998.
Dan Sabin, Mark Mc Granaghan, Ashok Sundaram, A systems approach of Power Quality monitoring for performance assessment , Power Systems World Conference 7 noiembrie 1999, Chicago.
Schneider Electric ,Manualul instalațiilor electrice, 2010.
Normativ I7/2012.
ANEXE
Anexa 1 (A1) Plan etaj + parter birouri
Anexa 2 (A2) Schemele monofilare ale instalației de iluminat și prize -24V
Anexa 3 (A3) Schemele monofilare pentru instalația de paratrăsnet și priza de pământ
Anexa 4 (A4) Schema electrică monofilară pentru instalațiile de iluminat prize și forță
Anexa 5 (A5) Plan hală iluminat și trasee
Anexa 6 (A6) Plan hală prize și forță
Anexa 7 (A7) Schema electrică monofilară a rețelei de date
Anexa8 (A8) Schema electrică monofilară a rețelei de telefonie
Anexa9 (A9) Schema electrică monofilară a instalației de antiefracție
Anexa10 (A10) Schema electrică monofilară a instalației de supraveghere video
Anexa11 (A11) Harta keraunică a României
Anexa12 (A12) Devizul de materiale al lucrării
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Instalatii de Producere, Transport Si Distributie a Energiei Electrice (ID: 162644)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.