Proectia Unei Statii Electrice DE 110 10 Kv Inpotriva Suprasarcinilor Atmosferice

Politehnica

Proectia Unei Statii Electrice DE 110 10 Kv Inpotriva Suprasarcinilor Atmosferice

Byadmin ianuarie 1, 2024

PROECTIA UNEI STATII ELECTRICE DE 110 / 10 kV

INPOTRIVA SUPRASARCINILOR

ATMOSFERICE

Cuprins

INTRODUCERE

1.Trăsnetul și efectele sale

1.1.Formarea condițiilor orajioase

1.2.Fenomenele premergătoare trăsnetului

1.3.Clasificarea loviturilor de trăsnet

2.Protecția teritoriului stației prin paratrăsnete

2.1.Paratrăsnete verticale. Zone de protecție

2.2.Realizarea constructivă a paratrăsnetelor

2.3.Protecția stațiilor prin paratrăsnete montate pe construcțiile stației

2.4.Funționarea paratrăsnetului cu dispozitiv de amorsare Prevectron

2.5.Protecția unei zone deschise cu Prevectron

2.6.Contor de lovituri de trăsnet

2.7.Teste în condiții reale de trăsnet. Confirmarea performanțelor

2.7.1.Rezultate înregistrate între 1998-2003

2.7.2. Avantajele unui sistem de protecție cu Prevectron

2.7.3.Concluzii

3.Protecția stației electrice prin prize de pământ

3.1.Realizarea instalației de legare la pământ a stațiilor electrice

3.2.Determinarea rezistenței de dispersie

4.Protecția prin descărcătoare cu rezistență variabilă

4.1.Realizarea constructivă a DRV-urilor

4.2.Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă de tip clasic

5.Măsuri de tehnică a securității muncii

1.Descrierea stației de 110/10 kV

2.Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor

2.1. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 110 kV

2.2. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 10 kV

3.Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă

3.1. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru liniile de 110 kV

3.2. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de 110 kV

3.3. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru protecția neutrului transformatorului

3.4. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de kV

3.5. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate pe barele de 10 kV

4.Instalația de legare la pământ a stației de 110 kV cu două linii de intrare

4.1. Realizarea prizei de pământ

4.2. Dimensionarea conductoarelor de legare la pământ

4.3. Determinarea rezistenței de dispersie

4.4. Verificarea stabilității termice

4.5. Determinarea coeficienților de atingere și de pas

5.Condiții pentru materiale, execuție și montaj

5.1. Descriere generală

5.2. Condiții pentru materiale

5.3. Condiții pentru execuție și montaj

5.4. Control. Probe. Verificări

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

În timpul exploatării izolația echipamentului electric este supusă la anumite încercări neprevăzute anterior, cunoscute sub denumirea de supratensiuni.

Supratensiunea, fiind o creștere anormală a tensiunii peste cea nominală, produce deranjamente și pune în pericol securitatea și buna funcționare a liniilor, a aparatelor și mașinilor electrice prin solicitările și deteriorările pe care le produce.

În funcție de proveniență, supratensiunile care pot apărea în rețea pot fi grupate în două mari categorii:

supratensiuni interne, datorate proceselor tranzitorii ce apar la comutările voluntare sau accidentale ale diferitelor elemente din rețea sau în cazul punerilor la pământ;

supratensiuni externe sau atmosferice, datorate căderii trăsnetului pe liniile electrice, pe teritoriul stațiilor sau în apropierea lor.

Izolația instalațiilor electrice este dimensionată în așa fel încât să poată suporta anumite supratensiuni fără străpungeri sau conturnări, însă supratensiunile atmosferice pot atinge valori atât de mari încât nu este economic să se dimensioneze izolația la nivelul supratensiunilor care pot să apară în instalații. Intensitatea curentului de trăsnet poate atinge și 200 kA iar supratensiunile care apar ca urmare a loviturii de trăsnet și care se propagă în rețea pot fi de ordinul megavolților. Astfel de supratensiuni vor provoca, fără îndoială străpungeri sau conturnări ale izolației instalației electrice. Pentru a se evita urmările supratensiunilor instalațiile electrice trebuie să fie protejate în mod corespunzător împotriva loviturilor directe de trăsnet.

Din punctul de vedere al siguranței în exploatare, protecția împotriva supratensiunilor atmosferice prezintă, deci, o importanță deosebită. Proiectul întocmit tratează protecția unei stații de transformare de 110/10 kV împotriva supratensiunilor de origine atmosferică, datorate, în principal, loviturilor directe de trăsnet.

Deoarece, din considerente economice, nivelul de izolație al aparatajului din centralele și stațiile electrice este inferior celui al liniilor, iar deteriorarea izlolației lui duce la avarii importante în sistem prin scurtcircuitele ce pot fi provocate și care pot duce chiar la scoaterea din funcțiune a întregii stații, este evident că se impune un calcul atent al protecției contra supratensiunilor atmosferice care să asigure o siguranță în funcționare căt mai ridicată.

Instalațiile complexe ale stațiilor electrice de transformare trebuie protejate atît împotriva loviturilor directe de trăsnet cât și împotriva undelor de supratensiune care sosesc în stații de pe liniile racordate la barele lor. Protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet este realizată de către sistemele de paratrăsnete, iar protecția împotriva undelor de supratensiune ce se propagă pe linii este realizată de către descărcătoarele cu rezistență variabilă DRV-uri. Pentru alegerea și amplasarea corectă a DRV-urilor sau pentru verificarea cuprinderii în zona de protecție a descărcătoarelor existente a tuturor instalațiilor din stație, cu un coeficient de siguranță suficient de mare, este necesar să se facă un studiu al supratensiunilor ce pot să apară în aceste instalații.

Lucrarea de față este structurată pe două părți:

prima parte este un studiu teoretic privind modalitățile de protejare a stațiilor electrice împotriva supratensiunilor atmosferice datorate loviturilor directe de trăsnet.

Se prezintă formarea descărcării de trăsnet și efectele sale, protecția teritoriului stației cu paratrăsnete (realizarea constructivă a paratrăsnetelor verticale, zonele lor de protecție, testarea în condiții reale de trăsnet, performanțele paratrăsnetelor moderne cu dispozitiv de amorsare Prevectron etc), protecția stației prin prize de pământ (modalitatea de realizare a instalației de legare la pământ și determinarea rezistenței de dispersie ), protecția prin descărcătoare cu rezistență variabilă (realizarea constructivă a DRV-urilor și alegerea tipului și locului de amplasare).

în partea a doua s-a făcut proiectarea instalațiilor de protecție la supratensiuni atmosferice a unei stații electrice de 110/10 kV.

S-a realizat:

calculul zonelor de protecție ale paratrăsnetelor verticale amplasate, verificând acoperirea întregului teritoriu al stației contra loviturilor directe de trăsnet, atât pe partea de 110 kV cât și pe cea de 10 kV;

alegerea și stabilirea locului de amplasare al descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru liniile de 110 kV, a celor montate la transformator și a celor montate pe bară;

calculul instalației de legare la pământ a stației (alegerea tipului de prize, dimensionarea conductoarelor de legare la pământ, determinarea rezistenței de dispersie, verificarea stabilității termice și determinarea coeficienților de atingere și de pas);

specificarea condițiilor de îndeplinit pentru materialele utilizate, modul de execuție și montaj al instalației de protecție etc.

I.STUDIUL MODALITĂȚILOR DE PROTEJARE A

STAȚIILOR ELECTRICE ÎMPOTRIVA

SUPRATENSIUNILOR ATMOSFERICE DATORATE LOVITURILOR DIRECTE DE TĂSNET

Trăsnetul și efectele sale

Formarea condițiilor orajoase

Fenomenele premergătoare trăsnetului

Clasificarea loviturilor de trăsnet

Protecția teritoriului stației prin paratrăsnete

Paratrăsnete verticale. Zone de protecție

Realizarea constructivă a paratrăsnetelor

Protecția stațiilor prin paratrăsnete montate pe construcțiile stației

Funționarea paratrăsnetului cu dispozitiv de amorsare Prevectron

Protecția unei zone deschise cu Prevectron

Contor de lovituri de trăsnet

Teste în condiții reale de trăsnet. Confirmarea performanțelor

Rezultate 1998-2003

Avantajele unui sistem de protecție cu Prevectron

Concluzii

Protecția stației electrice prin prize de pământ

Realizarea instalației de legare la pământ a stațiilor electrice

Determinarea rezistenței de dispersie

Protecția prin descărcătoare cu rezistență variabilă

Realizarea constructivă a DRV-urilor

Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă de tip clasic

Măsuri de tehnică a securității muncii

1.Trăsnetul și efectele sale

1.1.Formarea condițiilor orajoase

În anumite condiții atmosferice (umiditate, căldură, etc.), se observă formarea norilor caracteristici condițiilor orajoase. Acești nori, de o masă enormă, în general de tipul cumulonibus, sunt constituiți din picături de apă în partea lor inferiaoră și din cristale de gheață în partea lor superioară. Sub efectul curenților de aer interni ascendenți violenți, se efectuează o separare a particulelor de apă, ceea ce generează o concentrație pozitivă în partea superioară a acestor nori în timp ce baza lor este încărcată negativ. Câteodată o cantitate de sarcinii pozitive se inserează în baza negativă. Un nor orajos format deasupra solului va constitui cu acesta un larg dipol. Sub influența sarcinilor negative de la baza norului, câmpul electric redus care există în permanență la nivelul solului, se inversează și crește rapid, până atinge valori de la 10 până la 15 kV/m. În aceste condiții o descărcare la sol este iminentă.(Fig.1.1)

Fig.1.1. Descărcarea electrică

Fig. 1.2Distribuția sarcinilor electrice ȋn nor și valoarea cȃmpului electric la sol

1.2.Fenomenele premergătoare trăsnetului

Fig. 1.3 Fazele caracteristice ale unei lovituri de trăsnet negativ:

a – lider descendent, b – lider ascendent; c – lovitura de trăsnet

Prima fază a loviturii de trăsnet este o predescărcare, slab luminoasă (lider descendent), care se formează la mijlocul norului, și care progresează către sol în trepte de câțiva zeci de metrii.

Simultan cu apropierea acestui lider descendent, crește câmpul electric atmosferic la nivelul solului. Se observă atunci apariția spontană a a unei ionizări naturale, la nivelul tuturor asperităților (piloane, paratrăsnete), sub forma unor scurgeri electrice de culoare albastră: acesta este efectul de vârf, sau efectul Corona, observat de marinari în timpul furtunilor sau de oamenii de la munte ei sesizând un zgomot caracteristic albinelor.

Odată cu apropierea liderului descendent de sol, ionizația datorită efectului Corona devine mai intensă, în mod particular la vârful asperităților, până când se transformă într-o descărcare ascendentă: acesta este liderul ascendent, care se dezvoltă în direcția norului.

Când unul dintre acești lidei ascendenți și liderul descendent se întâlnesc se creează un canal conductor, care permite curgerea unui curent de mare intensitate: aceasta este lovitura de trăsnet, caracterizată de o luminozitate intensă (trăsnetul) și un zgomot asurzitor (tunetul).

Lovitura de trăsnet poate să fie formată din descărcări succesive la câteva sutimi de secundă, toate în același canal puternic ionizat.

1.3.Clasificarea loviturilor de trăsnet

La clima noastră temperată, marea majoritate (în jur de 90%) a trăsnetelor sunt de tipul negativ descendente, deeoarece baza norului, încărcată negativ, se descarcă la sol.(Fig.1.4,a). Ocazional, mai ales iarna, se observă câteodată dezvoltarea unui lider descendent spre sol, pornit din zona încărcată pozitiv de la baza norului: acesta este trăsnet descendent pozitiv. (Fig.1.4,b).

Fig.1.4Clasificarea loviturilor de trăsnet: a – trăsnet descendent negativ; b – trăsnet descendent pozitiv; c – trăsnet ascendent pozitiv; d – trăsnet ascendent negativ

În anumite condiții de câmp electric, de obicei de la structuri de mare înălțime (vârf de munte, pilon de telecomunicație, imobil îa 15 kV/m. În aceste condiții o descărcare la sol este iminentă.(Fig.1.1)

Fig.1.1. Descărcarea electrică

Fig. 1.2Distribuția sarcinilor electrice ȋn nor și valoarea cȃmpului electric la sol

1.2.Fenomenele premergătoare trăsnetului

Fig. 1.3 Fazele caracteristice ale unei lovituri de trăsnet negativ:

a – lider descendent, b – lider ascendent; c – lovitura de trăsnet

Prima fază a loviturii de trăsnet este o predescărcare, slab luminoasă (lider descendent), care se formează la mijlocul norului, și care progresează către sol în trepte de câțiva zeci de metrii.

Simultan cu apropierea acestui lider descendent, crește câmpul electric atmosferic la nivelul solului. Se observă atunci apariția spontană a a unei ionizări naturale, la nivelul tuturor asperităților (piloane, paratrăsnete), sub forma unor scurgeri electrice de culoare albastră: acesta este efectul de vârf, sau efectul Corona, observat de marinari în timpul furtunilor sau de oamenii de la munte ei sesizând un zgomot caracteristic albinelor.

Odată cu apropierea liderului descendent de sol, ionizația datorită efectului Corona devine mai intensă, în mod particular la vârful asperităților, până când se transformă într-o descărcare ascendentă: acesta este liderul ascendent, care se dezvoltă în direcția norului.

Când unul dintre acești lidei ascendenți și liderul descendent se întâlnesc se creează un canal conductor, care permite curgerea unui curent de mare intensitate: aceasta este lovitura de trăsnet, caracterizată de o luminozitate intensă (trăsnetul) și un zgomot asurzitor (tunetul).

Lovitura de trăsnet poate să fie formată din descărcări succesive la câteva sutimi de secundă, toate în același canal puternic ionizat.

1.3.Clasificarea loviturilor de trăsnet

La clima noastră temperată, marea majoritate (în jur de 90%) a trăsnetelor sunt de tipul negativ descendente, deeoarece baza norului, încărcată negativ, se descarcă la sol.(Fig.1.4,a). Ocazional, mai ales iarna, se observă câteodată dezvoltarea unui lider descendent spre sol, pornit din zona încărcată pozitiv de la baza norului: acesta este trăsnet descendent pozitiv. (Fig.1.4,b).

Fig.1.4Clasificarea loviturilor de trăsnet: a – trăsnet descendent negativ; b – trăsnet descendent pozitiv; c – trăsnet ascendent pozitiv; d – trăsnet ascendent negativ

În anumite condiții de câmp electric, de obicei de la structuri de mare înălțime (vârf de munte, pilon de telecomunicație, imobil înalt) se ridică câteodată, spontan, un lider ascendent spre nor; în acest caz lovitura de trăsnet se numește ascendent pozitivă (Fig.1.4, c), sau foarte rar, ascendent negativă (Fig.1.4,d) în funcție de încărcarea norului.

2.Protecția teritoriului stației prin paratrăsnete

Pe teritoriul stațiilor electrice se află concentrate cele mai costisitoare aparate din rețea. Din această cauză trebuie să se ia măsurile de protecție necesare pentru a se evita loviturile directe în stație. Măsurile care trebuie luate sunt:

protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet;

protecția împotriva conturbărilor inverse pe echipamentul din stație.

Protecția împotriva loviturilor directe se realizează prin paratrăsnete.

Aceste pot fi:

verticale (de tip Franklin);

orizontale (conductoare de protecție).

Acestea sunt conectate la o priză de pământ prin conductoare de coborâre, care asigură scurgerea la pământ a curentului de trăsnet.

Efectul protector al paratrăsnetelor este bazat pe proprietatea trăsnetului de a lovi cu probabilitate mai mare obiectele conductoare mai înalte și bine legate la pământ, în comparație cu alte obiecte de înălțime mai mică, a căror protecție este astfel asigurată.

Efectul protector al paratrăsnetului se evaluează prin probabilitatea de pătrundere a trăsnetului pe lângă paratrăsnet, prin care se înțelege raportul între numărul de lovituri de trăsnet în obiectul protejat și numărul total de lovituri asupra ansamblului paratrăsnet – obiect.

Zona de protecție a unui paratrăsnet, sau a unui sistem de mai multe paratrăsnete reprezintă spațiul din jurul acestuia, respectiv cuprins între ele, în care un obiect este protejat, împotriva loviturilor directe de trăsnet, cu o anumită probabilitate. În practică se acceptă un risc de lovire a obiectului protejat de 0,1%.

2.1.Paratrăsnete verticale. Zone de protecție

Principiile de protecție a instalațiilor cu ajutorul paratrăsnetelor au rămas aproape neschimbate din anul 1750, când Benjamin Franklin a propus realizarea lui dintr-un stîlp înalt cu vârf ascuțit, metalic, legat la pământ. În acest domeniu progresul realizat se referă la cunoașterea mai exactă a mecanismului de dirijare a loviturii de trăsnet, de determinare a zonei de protecție a paratrăsnetului și de realizare a instalației de legare la pământ a acestuia.

La trecerea deasupra paratrăsnetului a unui nor cu sarcină negativă, paratrăsnetul, înălțindu-se mult deasupra solului și având potențialul pământului(considerat eagal cu zero), se va încărca prin inducție electrostatică, cu sarcină pozitivă. Datorită vârfului ascuțit, intensitatea câmpului electric în această zonă va fi foarte mare. Acest lucru favorizează formarea unui canal de descărcare dinspre paratrăsnet spre nor, care va întâni canalul ionizat care coboară dinspre nor spre pământ, orientând în acest fel lovitura de trăsnet spre paratrăsnet.

Lovitura de trăsnet este supusă legilor probabilității, fiind influențată de foarte multe elemente întâmplătoare. Din această cauză, chiar dacă s-a determinat cu toată exactitatea zona de orientare, care este proporțională cu înălțimea, nu se poate vorbi de o probabilitate de 100% a orientării trăsnetului spre paratrăsnet. Importantă este, deci numai înălțimea paratrăsnetului și legarea lui la o priză de pământ cu rezistență de dispersie căt mai mică, și nu forma vârfului paratrăsnetului.

Pentru ca un obiect sau o instalație să fie protejate contra loviturilor de trăsnet, este necesar ca să fie cuprinse în interiorul zonei de protecție a unui paratrăsnet. Prin zona de protecție a unui paratrăsnet vertical se înțelege spațiul cuprins în jurul paratrăsnetului, în care un obiect este protejat cu un factor de risc de 10-3 împotriva loviturilor directe de trăsnet, datorită orientării trăsnetului spre paratrăsnet.

Zona de protecție a unui paratrăsnet vertical se poate determina cu relația:

(2.1)

unde:

h – înălțimea paratrăsnetului;

rx – raza zonei de protecție la nivelul studiat hx;

hx – înălțimea obiectului protejat;

ha – h-hx – înălțimea activă a paratrăsnetului

p=1 pentru h30 m

p=5,5/h pentru 30 mh100 m

Se ține seama de înălțimea maximă de orientare a trăsnetului considerată 600 m pentru paratrăsnetele verticale și 300 m pentru cele orizontale.

Dacă două paratrăsnete egale ca înălțime sunt așezate în apropiere unul de altul, va exista o întrepătrundere a zonelor de orientare a acestora. Raza exterioară a zonei de protecție a două paratrăsnete verticale, se determină ca pentru un singur parametru vertical. Lățimea minimă a zonei de protecție bx la nivelul hx se determină conform diagramelor A.8.6 și A.8.7 din NTE 001/03/00.

Pentru un număr mai mare de paratrăsnete, zonele de protecție se calculează în exterior ca un singur paratrăsnet.

Fig.2.2 Zona de protecție a patru paratrăsnete verticale care realizează un patrulater regulat

unde:

a’, a” – distanța dintre două paratrăsnete;

b’, b’’ – lățimea zonei de protecție a două paratrăsnete;

Odată cu apropierea liderului descendent de sol, ionizația datorită efectului Corona devine mai intensă, în mod particular la vârful asperităților, până când se transformă într-o descărcare ascendentă: acesta este liderul ascendent, care se dezvoltă în direcția norului.

Dimensiunile bx se calculează conform diagramelor A.8.6 și A.8.7 din NTE 001/03/00, ca pentru cazul a două paratrăsnete. Condiția pentru asigurarea protecției întregii suprafețe interioare este:

(2.2)

unde: D este diagonala patrulaterului regulat format din urmele celor patru paratrăsnete (Fig.2.2), iar pentru așezarea în triunghi sau patrulater neregulat, este diametrul cercului care trece prin axele a trei paratrăsnete.

2.2.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, para trăsnetele 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 a 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 unei armături, căreia i se asigură prin sudură continuitatea pe toată înălțimea stâlpului;

la stâlpii metalici, prin însăși construcția stâlpului;

la stâlpii din lemn, prin folosirea unei benzi de oțel zincat la cald, cu o secțiune minimă 202,5 mm2 din OL38. Pentru oțel nezincat, grosimea benzii va fi cu 50% mai mare.

2.3.Protecția stațiilor prin paratrăsnete montate pe construcțiile stației

Istalarea paratrăsnetelor independente devine dificilă odată cu creșterea tensiunii de exploatare a stațiilor și cu mărimea teritoriului ocupat de acesta.

De aceea s-a căutat să se instaleze paratrăsnetele direct pe construcția protejată. Instalarea unor paratrăsnete pe construcția stațiilor exterioare este legată direct de protecția izolației acesteia împotriva conturnării inverse.

Deoarece transformatoarele din stații au nivelul de izolație cel mai scăzut și au înfășurări de medie sau joasă tensiune, pe cât posibil este indicată evitarea montării de paratrăsnete pe cadrele transformatoarelor.

Dacă acest lucru nu se poate evita, este necesară montarea unor descărcătoare cu rezistență variabilă.

Distanța în aer între părțile legate la pământ ale construcțiilor pe care sunt instalate paratrăsnetele și părțile conductoare de curent, trebuie să fie cel puțin egale cu lungimea unui lanț de izolatoare.

2.4.Funționarea paratrăsnetului cu dispozitiv de amorsare Prevectron

Paratrăsnetul cu dispozitiv de amorsare (PDA) tip Prevectron, prezentat în figura 2.3., diferă de tija simplă prin faptul că el creează artificial o ionizare suplimentară la vârful său. Când lovitura de trăsnet este iminentă, Prevectron reacționează primul, înaintea tuturor vârfurilor vecine, asigurând o zonă de protecție mult superioară tijei simple.

Prevectron funcționează în trei trepte:

stand – bay;

control;

amorsare.

STAND – BAY: Dispozitivul de amorsare se încarcă cu ajutorul electrozilor inferiori, obținând energia necesară din câmpul electric atmosferic (câțiva zeci de kV/m în timpul furtunilor ). Acesta înseamnă că Prevectron este total autonom, nu necesită alimentare exterioară cu energie electrică.

CONTROL: Prevectron reacționează automat și instantaneu la orice creștere bruscă a câmpului electric.

Dispozitivul de amorsare electronic controlează precis funcționarea Prevectron, pentru ca acesta să lanseze un lider ascendent numai în momentul cel mai critic, mai bine zis în momentul imediat premergător descărcării principale.

AMORSARE: Când lovitura de trăsnet este iminentă, descărcând energia acumulată în faza stand-by, Prevectron va amorsa anticipat un lider ascendent la vârful său, înaintea tuturor vârfurilor vecine. Astfel Prevectron va fi punctul de impact preferențial al loviturii de de trăsnet din zona protejată.

Fig.2.3.Paratrăsnetul cu dispozitiv de amorsare Prevectron

2.5.Protecția unei zone deschise cu Prevectron

Modalitatea de realizare a protecției unei zone deschise cu paratrăsnetul Prevectron este indicată în figura 2.4.

Fig.2.4 .Protecția unei zone deschise cu Prevectron

2.6.Contor de lovituri de trăsnet

Contorul de lovituri de trăsnet (Fig.2.5) este utilizat pentru contorizarea și afișarea num ărului de lovituri de trăsnet de o instalație de paratrăsnet.

Afișajul digital permite citirea ușoară a numărului de lovituri de trăsnet captate de instalație. Înregistrarea și memorarea se face independent de alimentare, nu sunt influențate de durata de viață a bateriei. Numai afișajul digital, comandat de un buton, este alimentat de la bateria de litiu.

Se instalează pe conductorul de coborâre al paratrăsnetului, fixarea se face cu ajutorul a două bride.

Simplu, compact și universal, acest contor poate fi utilizat atât la instalații existente cât și la instalații noi.

Plajă largă de detecție: de la 1 la 100 kA.

Fig.2.5.Contor de lovituri trăsnet

2.7.Teste în condiții reale de trăsnet. Confirmarea performanțelor

Toate testele (Fig.2.6) efectuate în diferitele locații (Florida, Franța, Japonia, Brazilia) au ca obiective:

validarea principiului de funcționare al Prevectron (lansarea liderului ascendent în funcție de creșterea câmpului electric);

compararea evenimentelor ce au loc la descărcare, între tija simplă și Prevectron

măsurarea curentului generat de liderul ascendent pentru tija simplă Prevectron;

evaluarea fiabilitții Prevectron-ului supus la descărcări reale de trăsnet;

demostrarea fiabilitții Prevectron-ului pentru o gamă largă de situații reprezentative, inclusiv lovituri de trăsnet ascendente, condiții meteorologice extreme (îngheț, ploaie, tropicală).

Fig.2.6.Lovituri de trăsnet înregistrate

2.7.1.Rezultate înregistrate între 1998-2003

Pentru prima dată o imagine video ( figura 2.7) a permis cercetătorilor să vadă modul în care se dezvoltă liderul ascendent la vârful Prevectron-ului, în timp ce în condiții de câmp electric identice, vârful tijei simple nu prezintă nici o activitate. Imaginile alăturate au fost înregistrate în timpul unei descărcări nedeclanșate și ilustrează că sistemul de ionizare al Prevectron asigură lansarea anticipată a liderului ascendent.

Informațiile colectate evidențiază construcția robustă a Prevectron-ului, capabil să reziste la multiple lovituri de trăsnet de mare intensitate: intensitatea medie măsurată la loviturile ,,declanșate” a fost de 27 kA ( comparat cu cel de numai 13,5 kA obínut în Florida), cu o medie de șase descărcări în retur (cu intensitate de peste 3 kA). Fiecare Prevectron a fost și controlat după testări, și a fost găsit în perfectă stare de funcționare.

Fig. 2.7. Demonstrarea preciziei: activare numai în caz de risc iminent de lovitură de trăsnet

2.7.2. Avantajele unui sistem de protecție cu Prevectron

înlocuiește un sistem complicat cu un sistem simplu;

asigură flexibilitate în conceperea și în aplicarea sistemului;

asigură o protecție eficientă la un preț redus.

2.7.3.Concluzii

Rezultatele numeroaselor teste efectuate în laborator respectiv în condiții reale de trăsnet , experiența acumulată din zecile de mii de instalații Prevectron din toate colțurile lumii, stau la baza dezvoltării unei game complete de paratrăsnete cu dispozitiv de amorsare, oferind o serie de avantaje:

paratrăsnetul devine activ numai la creșterea bruscă a câmpului electric (în momentul imediat premergător loviturii de trăsnet);

precizie remarcabilă asigurată de dispozitivul electronic de amorsare;

funcționare total autonomă, pentru toate tipurile posibile de lovituri de trăsnet;

continuitate electrică permanentă de la vârf până la pământ;

fiabilitate și în condiții climatice extreme (ploaie tropicală, îngheț)

design robust, capabil să reziste la numeroase lovituri de trăsnet (în cursul testelor de la Nadachi – Japonia, un Prevectron a captat numeroase lovituri de trăsnet, cu intensității de peste 100 kA).

3.Protecția stației electrice prin prize de pământ

Priza de pământ este un ansamblu de elemente conductive în contact cu pământul, caracterizat prin rezistența sa de dispersie în sol.

Prizele de pământ ale paratrăsnetelor servesc pentru a conduce la pământ curenții de trăsnet.

Legarea la pământ a instalațiilor energetice are ca scop atât asigurarea unei funcționări normale a instalației, cât și protecția persoanelor împotriva electrocutării în cazul defectelor de izolație.

Stațiile de conexiune și transformare exterioare îngrădite, se încadrează în categoria instalațiilor electrice cu circulație redusă (în incintă), iar zonele din exterior, în funcție de distanța față de marginea drumurilor sau a îngrădirilor locuințelor, vor intra fie în categoria instalațiilor din zona cu circulație redusă, fie în categoria celor cu circulație frecventă.

Se realizează întotdeauna o priză de pământ artificială și o instalație de dirijare a potențialelor în jurul echipamentelor electrice, pentru a respecta limitele admise pentru tensiunea de pas (parte din tensiunea unei instalații de legare la pământ, la care este supus omul când atinge concomitent două puncte de pe sol, aflate la distanța de 0,8 m între ele, în apropierea unui obiect racordat la instalația respectivă) și tensiunea de atingere (parte din tensiunea unei instalații de legare la pământ, la care este supus omul aflat la o distanță de 0,8 m față de obiceiul atins).

3.1.Realizarea instalației de legare la pământ a stațiilor electrice

Instalația de legare la pământ a stațiilor electrice exterioare, realizată din prize de pământ și conductoarele de legătură dintre elementele instalației și aceste prize servește la punerea la pământ a neutrului sistemului (când este cazul) și la punerile la pământ de protecție, care în condiții normale de funcționare nu se află sub tensiune, dar care pot ajunge sub tensiune în urma unui defect de izolație.

Pentru realizarea instalațiilor de legare la pământ se pot folosi fie prize de pământ naturale, fie prize de pământ artificiale.

Prizele de pământ naturale sunt construcții metalice, suporții instalațiilor de distribuție și stâlpii metalici în contact cu solul, conductele metalice subterane pentru diferite fluide (cu excepția celor pentru lichide și gaze inflamabile).

Fig.3.1 Priză simplă verticală: a) având partea superioară la nivelul suprafeței solului; b) având partea superioară la adâncimea h față de suprafața solului

Pentru prizele de pământ artificiale, cel mai des se utilizează țevi de oțel plantate vertical în sol, mai rar se utilizează barele rotunde de oțel sau bare de oțel profilate. Priza artificială trebuie să cuprindă cel puțin două țevi, dar în general numărul țevilor rste mai mare. Țevile se leagă între ele prin benzi de oțel, care se sudează la barele superioare ale țevilor. Astfel benzile de oțel formează o centură de-a lungul conturului stației.

Fig.3.2. Priză orizontală cu electrod inelar: a) la nivelul suprafeței solului; b) îngropat la adâncimea t față de suprafața solului

La trecerea unui curent prin priză, apare o tensiune intre priză, respectiv părțile metalice legate la priză și un punct de pe sol suficient de depărtat, deci de potențialul nul. Deci o persoană atingând o carcasă legată la priză va fi supusă unei tensiuni de atigere care poate fi periculoasă.

3.2.Determinarea rezistenței de dispersie

Pentru determinarea rezistenței de dispersie a unei prize complexe (formată din priza de pământ artificială legată în paralel cu priza de pământ orizontală, destinată dirijării distribuției potențialelor), trebuie având în vedere:

rezistența rezultantă Rp a prizelor de pământ artificiale verticale;

rezistența rezultantă Rp0 a prizelor de pământ artificiale orizontale;

rezistența rezultantă Rpd a prizelor pentru dirijarea distribuției potențialelor;

rezistența rezultantă Rsc a sistemelor constitu ite din conductoarele de protecție și prizele liniilor electrice aeriene.

În cele ce urmează se stabilește secțiunea conductoarelor de legare la pământ luându-se în calcul valoarea Id a curentului total de scurtcircuit monofazat în stație, și apoi se va face o verificare la stabilitatea termică, unde se va lua în calcul valoarea Ip din curentul de scurtcircuit monofazat care se închide efectiv prin electronii prizei de pământ.

Fig.3.3Exemplu de realizare a instalației de legare la pământ pentru stații electrice exterioare

4.Protecția prin descărcătoare cu rezistență variabilă

Descărcătoarele cu rezistență variabilă se utilizează la protecția stațiilor, posturilor de transformare, etc. Ele au în principal două elemente de bază, montate în serie – intervalul de amorsare și rezisteța neliniară.

Intervalul de amorsare are rolul ca în regim normal de funcționare să asigure izolarea față de pământ, să amorseze atunci când în instalație apare o supratensiune care depășește o valoare dată și să contribuie la stingerea curentului de însoțire ( care se scurge prin descărcător datorită tensiunii rețelei).

După modul cum intervalul de amorsare asigură stingerea curentului de însoțire se deosebesc următoarele tipuri de descărcătoare:

descărcătoare de tip normal la care stingerea curentului de însoțire se face prin împărțirea arcului în mai multe segmente ca urmare a utilizării unui număr mare de eclatoare, montate în serie;

descărcătoare cu suflarea forțată a arcului, utilizarea suflajului permite mărirea curentului de însoțire care poate fi stins de descărcător.

Rezistența neliniară are rolul de a limita tensiunea pe descărcător și de a reduce curentul de însoțire până la valori pe care le pot stinge intervalele de protecție.

În regim normal de funcționare a rețelei, rezistența neliniară este izolată de rețea nefiind astfel parcursă de curent.

Atunci când pe linie apare o undă de supratensiune care depășește tensiunea de amorsare intervalului de amorsare, descărcătorul este parcurs de un impuls de curent.

Creșterea curentului prin rezistență conduce la creșterea corespunzătoare a tensiunii la bornele descărcătorului; acesta solicită izolația aparatajului. Pentru ca tensiunea la bornele descărcătorului să nu crească peste o valoare maxim admisă este necesar ca o dată cu creșterea curentului de impuls rezistența discurilor să scadă.

4.1.Realizarea constructivă a DRV-urilor

Constructiv un descărcător este alcătuit de regula dintr-un dispozitiv care să permită amorsarea arcului în cazul supratensiunilor și dintr-un dispozitiv de stingerea a curentului de însoțire, de frecvență industrială. El este reprezentat de obicei print-un eclator cu distanța dintre electrozi reglabilă și cu un dispozitiv pentru stingerea ulterioară a arcului electric, a cărui realizare depinde de tipul descărcătorului.

4.2.Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă de tip clasic

Alegerea descărcătoarelor cu rezistența variabilă de tip clasic se face luându-se în considerare următorii parametrii:

Tensiunea maximă admisibilă pe descărcător:

Tnesiunea maximă care poate apărea la bornele descărcătorului trebuie să fie mai mică decât tensiunea maximă admisă descărcătorului (care corespunde tensiunii de stingere a descărcătorului).

În rețelele cu neutrul izolat și neutrul tratat prin bobină de compensare sau prin rezistență, tensiunea maximă pe descărcător apare în cazul punerii la pământ a unei faze. În aceste condiții tensiunea maximă pe descărcător trebuie să fie cel puțin egală cu tensiunea cea mai ridicată a rețelei, Us:

(4.1)

În rețelele cu neutrul izolat și neutrul tratat prin bobină de compensare sau prin rezistență, tensiunea maximă apare în timpul punerii la pământ a unei faze. În aceste condiții tensiunea maximă pe descărcătorul montat pentru protejarea punctului neutru se determină cu relația:

(4.2)

În rețelele cu neutrul efectiv legat la pământ, drept tensiune maximă ce poate apărea pe descărcător trebuie considerată tensiunea pe faza neafectată de defect în momentul unui scurtcircuit monofazat. Pentru calcularea acestei tensiuni este necesar să se determine raporturile Xh / Xd în punctul în care urmează să se monteze descărcătorul și să se utilizeze curbele creșterii tensiunii pe fazele neafectate în cazul unui scurtcircuit monofazat.În mod obijnuit, pentru rețelele cu neutrul efectiv legat la pământ (raportul Xh /Xd cuprins între 1 și 3), tensiunea maximă admisibilă pe descărcător ia valori între limitele (0,8 0,85)Us.

B) Nivelul de protecție la supratensiuni de trăsnet este determinat de cea mai mare dintre următoarele valori:

tensiunea de amorsare 100% la impuls de tensiune de trăsnet (1,2/50 s);

tensiunea reziduală la curent nominal de descărcare.

Nivelul de protecție la supratensiuni cu front lent este tensiunea de amorsare 100% la impuls de tensiune de comutație.

Valorile nivelurilor de protecție pe care trebuie să le asigure descărcătorul trebuie să fie mai mici decât nivelurile de ținere ale echipamentelor, avându-se în vedere un anumit coeficient de siguranță.

C)La alegerea unui descărcător se va verifica capacitatea de descărcare a acestuia la deconectarea liniilor în gol, și anume se va verifica dacă energia care poate fi descărcată de descărcător (capacitatea de descărcare a acestuia) este mai mare decât energia capacitivă a liniei, calculată la tensiunea de amorsare la frecvența industrială a descărcătorului.

Capacitatea de descărcare a descărcătorului cu suflaj magnetic se calculează cu formula:

(4.3)

unde:

Ua – tensiunea de amorsare la frecvență industrială, în V;

Id – curentul maxim admis pe descărcător la timpul de 2000 s, în A;

t – timpul= 2000 s, în s.

D) Curentul nominal al descărcătorului trebuie să fie mare decât curentul de impuls de trăsnet, care poate să apară la locul de montare al descărcătorului.

E)Descărcătoarele cu rezistență variabilă alese pentru protecția neutrelor transformatoarelor, funcționând cu neutrul izolat într-o rețea cu neutrul efectiv legat la pământ, trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

tensiunea maximă admisibilă descărcătorului (tensiunea de stingere) trebuie să fie mai mare sau egală cu: , pentru transformaroarele a căror comutație se realizează cu întreruptoare cu acționare trifazată; , pentru transformaroarele a căror comutație se realizează cu întreruptoare cu acționare pe fiecare fază;

tensiunea de amorsare la frecvență industrială trebuie să fie mai mică decât a neutrului transformatorului;

nivelul de protecție la supratensiuni cu front rapid trebuie să fie cu circa (2030)% mai mic decât nivelul nominal de ținere la impuls de trăsnet a izolației neutrului;

în cazul în care se indică tensiunea de amorsare la supratensiuni cu front lent adescărcătorului, aceasta trebuie să fie mai mică decât 0,72 din tensiunea nominală de ținere la impuls de comutație a izolației neutrului;

curentul nominal la unde rectangulare de 2000 s trebuie să fie cel puțin egal cu 500 A.

5.Măsuri de tehnică a securității muncii

5.1. Instalațiile noi sau subansamblurile acestora (celule, utilaje, aparate), trebuie astfel concepute, încât să permită desfășurarea în condiții de siguranță a activității de exploatare și întreținere.

5.2. Toate instalațiile electrice trebuie proiectate, construite, montate, exploatate, întreținute și reparate, astfel încât să prevină accidentele tehnice sau umane, a accesului persoanelor neavizate în instalații. În acest scop:

a) Liniile electrice aeriene trebuie să respecte gabaritele prevăzute și să aibă indicatoare de securitate, la interzicere a accesului la elementele sub tensiune sau de atingere a stâlpilor și a conductoarelor căzute.

b) Instalațiile de tip interior sau cele exteriaore îngrădite, trebuie menținute încuiate și să fie prevăzute cu indicatoare de securitate, de avertizare.

c) Dispozitivele de acționare a aparatajului de comutare (situate în puncte accesibile persoanelor neavizate) trebuie blocate și încuiate, pentru a nu permite acționarea accidentală.

5.3. Proiectele, inclusiv cele de tipizare pentru extinderea sau reparația capitală a instalațiilor, vor conține măsuri de protecție a muncii.

5.4. Comisiile de recepție stabilite, nu vor permite punerea în funcțiune a instalațiilor noi sau reparate capital, dacă acestea nu corespund condițiilor prevăzute în norme, privind partea tehnică și dotările necesare.

5.5. Instalațiile electrice provizorii sau în fază de experimentare trebuie să îndeplinească aceleași condiții de protecție împotriva accidentelor de muncă ca și instalațiile definitive.

II. PROIECTAREA INSTALAȚIILOR DE PROTECȚIE LA SUPRATENSIUNI ATMOSFERICE UNEI STAȚII DE 110/10 KV

1.Descrierea stației de 110/10 kV

2.Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor

2.1. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 110 kV

2.2. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 10 kV

3.Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă

3.1. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru liniile de 110 kV

3.2. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de 110 kV

3.3. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru protecția neutrului transformatorului

3.4. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de 10 kV

3.5. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate pe barele de 10 kV

4.Instalația de legare la pământ a stației de 110 kV cu două linii de intrare

4.1. Realizarea prizei de pământ

4.2. Dimensionarea conductoarelor de legare la pământ

4.3. Determinarea rezistenței de dispersie

4.4. Verificarea stabilității termice

4.5. Determinarea coeficienților de atingere și de pas

5.Condiții pentru materiale, execuție și montaj

5.1. Descriere generală

5.2. Condiții pentru materiale

5.3. Condiții pentru execuție și montaj

5.4. Control. Probe. Verificări

1.Descrierea stației de 110/10 kV

Alimentarea consumatorului A se face de la o stație de 110/10 kV de la care pleacă două linii electrice aeriene LEA 100 kV, cu circuit simplu din OL – AL 3 x 185 mm2, echipate la ambele capete cu celule complete de linie formată din: separatoare de linie STE (P) – 110, separatoare de bară STE (P) – 110, întreruptaore IL – 110, reductoare de curent CESU – 110, care au rol de protecție și de măsurare a energiei, reductoare de tensiune TECU – 110, descărcătoare cu rezistență variabilă VA – 108/10.2.

Reductoarele de tensiune servesc pentru măsurarea tensiunii în circuitele de tensiune și pentru alimentarea aparatelor de protecție. Liniile sunt prevăzute și cu descărcătoare deoarece acestea au rolul de a proteja echipamentul de pe linie împotriva supratensiunilor atmosferice, iar uneori și împotriva supratensiunilor de comutație.

Liniile sunt racordate la unul dintre capete la o bară de 110 kV, echipată la rândul ei cu un separator de legare la pământ și un reductor de tensiune TECU – 110 kV.

La bara de 110 kV este racordat un transformator TTUS – FS 110/10 kV cu o putere de 32 MVA, și cu neutrul legat la pământ printr-un descărcător VA 72,5 / 10,2. Deoarece neutrul transformatorului este legat la pământ, are loc un scurtcircuit, protecția deconectează automat circuitul, iar defectul este înlăturat. 110/10 kV

Stația este prevăzută cu un singur transformator, deoarece puterea acestuia acoperă necesarul întregului consum, iar barele de medie tensiune, în cazul defectării transformatorului, pot fi alimentate, prin cele cinci linii radiale, care se pot bucla cu o altă stație de alimentare.

Transformatorul TTUS – FS 110/10 kV, este un transformator trifazat în ulei, cu două înfășurări, cu reglaj sub sarcină, și care este ocupat cu celule complete, formate din separatoare de bară STE – 110, întreruptor IO – 110, separator de bară STI – 10 și întreruptor IO – 10. Separatoarele sunt alese în funcție de curentul maxim nominal admis de transformator la tensiunile de 110 kV și 10 kV. De asemenea transformatorul este prevăzut de o parte și de alta cu VA 108/10,2 și VA – 12, pentru a putea elimina supratensiunile de comutație care pot să apară.

Pe partea de medie tensiune, avem un sistem dublu de bare de 10 kV, pentru a avea o flexibilitate și o siguranță mai bună în funcționarea sistemului. Cele două bare sunt prevăzute cu o cuplă transversală cu întrerupător IO – 10, cuplă care intersectează practic barele, și care permite limitarea curenților de scurtcircuit, precum și separarea unei porțiuni de instalație defectă, de rest. Punând astfel o parte din linii pe un sistem, iar restul pe alt sistem și reglând în consecință protecția prin relee la cuplă, este posibil ca la apariția unui defect, cupla să declanșeze, iar defectul să se recupereze numai asupra unei porțiuni din sistem, restul nefiind periclitat.

Barele de medie tensiune sunt prevăzute cu descărcătoare VA – 12 și reductoare de tensiune cu siguranțe fuzibile TRIBO 10/0,1 kV, siguranțele având rolul de a proteja transformatorul de tensiune împotriva curenților de scurtcircuit. Barele de medie tensiune sunt echipate în continuare cu două transformatoare de servicii interne cu rolul de a alimenta un curent alternativ stația și care la rândul lor sunt prevăzute cu bobine de stingere care servesc la compensarea curenților capacitivi de punere la pământ, favorizând astfel stingerea arcului electric de la locul defectului. Compensarea curentului capacitiv de punere la pământ se face prin egalarea lui cu curentul inductiv al bobinei de stingere. Astfel, bobinele de stingere sunt prevăzute cu dispozitive de reglaj care să permită variația inductanței lor, astfel încât curentul inductiv să fie cât mai apropiat de valoarea curentului capacitiv.

Prin intermediul liniilor radiale care pleacă de la barele de medie tensiune se alimentează în continuare o serie de consumatori.

Loviturile directe de trăsnet produc de cele de mai multe ori, curenții electrici de intensitate ridicată, care parcurg obiectele lovite și apar efecte electrodinamice și termice cu caracter distructiv.

Din acest motiv instalațiile industriale trebuie protejate împotriva loviturilor directe de trăsnet. Protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet sau asupra tensiunilor atmosferice se realizează prin intermediul paratrăsnetelor, a descărcătoarelor cu rezistență variabilă și a prizelor de pământ (pentru curgerea curenților de trăsnet).

2.Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor

2.1. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 110 kV

Toate paratrăsnetele dispuse pe teritoriul stației de 110/10 kV, sunt considerate ca având aceeași înălșime.

Știind că pasul celulei stației de 110 kV este de 9000 mm, putem considera că raza de protecție a paratrăsnetelor este rx= 6 m. Înălțimea stației de protejat, conform IPSE este:

hx = 11,6 m.

Vom determina înălțimea paratrăsnetelor verticale, pe care le vom monta în colțuri ale stației, respectiv în punctele 1,2,3,4, utilizând monograma pentru calculul zonei de protecție a unui paratrăsnet vertical cu înălțimea h 30 m (nonograma fiind prezentă în normativul NTE 001/03/00).

Fig. 2.1. Nomograma pentru calculul zonei de protecție a unui paratrăsnet vertical cu înălțimea mai mică de 30 m.

Astfel unind print-o dreaptă punctele hx și rx, pe scările respective se obține pe axa z:

(2.1)

Pentru a putea calcula înălțimea paratrăsnetelor folosim formula de mai jos:

[m] (2.2)

Considerăm că înălțimea paratrăsnetelor este: h = 18 m.

Astfel, cunoscând înălțimea paratrăsnetelor și înălțimea stației de protejat, se poate determina înălțimea activă a paratrăsnetului sau supraînălțimea paratrăsnetului deasupra nivelului cercetat hx:

[m] (2.3)

În continuare se determină lățimea zonei de protecție la nivelul cercetat, a două paratrăsnete verticale, în acest caz paratrăsnetele 1 și 2, paratrăsnete egale ca înălțime și așezate în apropiere unul de celălalt.

Distanța dintre cele două paratrăsnete este egală cu distanța dintre paratrăsnetele 3 și 4, deoarece ele sunt astfel dispuse, încât formează un dreptunghi:

[m] (2.4)

(2.5)

(2.6)

În continuare calculăm lățimea zonei de protecție a paratrăsnetelor 1 și 2 folosind graficul prezent in figura 2.2.

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Deoarece pararatrăsnetele 1,2,3 și 4 sunt dispuse astfel încât să formeze un dreptunghi, adică sunt dispuse la capetele riglelor de susținere a liniilor și barelor, rezultă că lățimea zonei de protecție pentru paratrăsnetele 3 și 4, este aceeași ca și pentru paratrăsnetele 1 și 2, adică:

(2.0)

Fig.2.2. Graficul valorii lățimii minime bx a zonei de protecție a două paratrăsnete verticale cu înălțimea h 30 m, pentru a/ha =07

Distanța dintre paratrăsnetele 1 și 4, respectiv 2 și 3 este:

[m] (2.11)

(2.12)

(2.13)

Din graficul prezent in figura 2.2 rezultă:

(2.14)

[m] (2.15)

[m] (2.16)

Condiția necesară pentru ca întreaga suprafață interioară, adică aria dreptunghiului 1,2,3,4 să fie protejată este:

[m] (2.17)

unde:

D – în cazul a patru paratrăsnete, este diagonala patrulaterului regulat format din cele patru paratrăsnete;

p – este un factor prin care se ține seama de înălțimea maximă de orientare a trăsnetului, considerată de 600 m pentru paratrăsnetele verticale. Acest factor are valoarea p=1, pentru paratrăsnete verticale cu înălțimea h 30m și valoare , pentru paratrăsnete cu înălțimea 30 mh100m;

ha – înălțimea activă a paratrăsnetului sau supraînălțimea paratrăsnetului deasupra nivelului cercetat hx;

În cazul de față, D reprezintă diagonala dreptunghiului 1234 (din figura 2.2 partea I), și anume:

[m] (2.18)

[m] (2.19)

34,51 m 51,2 [m] (2.20)

Deci aria dreptunghiului 1,2,3,4 este complet protejată

2.2. Determinarea zonei de protecție a paratrăsnetelor dispuse pe cadrele stației de 10 kV

Știind că înălțimea paratrăsnetelor este h=18m, și înălțimea stației de protejat (10kV) este conform I.P.S.E. hx=8m, se poate determina la fel ca și în cazul anterior înălțimea activă a paratrăsnetului sau supraînălțimea paratrăsnetului deasupra nivelului cercetat hx și anume:

[m]

Se cunosc toate înălțimile și astfel putem determina în continuare raza de protecție a paratrăsnetelor cu h30m.

(2.21)

(2.22)

[m] (2.23)

Se consideră raza de protecție a paratrăsnetelor:

[m] (2.24)

În continuare se determină lățimea zonei de protecție la nivulul cercetat hx, a două paratrăsnete vericale așezate în apropiere unul de celălalt, în acest caz paratrăsnetele 5 și 6.

Distanța dintre cele 2 paratrăsnete este:

[m] (2.25)

(2.26)

(2.27)

Din graficul prezent în figura 2.2 rezultă:

(2.28)

[m] (2.29)

[m] (2.30)

Se determină în continuare lățimea zonei de protecție la nivelul cercetat hx, a paratrăsnetelor 6 și 3.

Distanța dintre cele două paratrăsnete este:

[m] (2.31)

(2.32)

(2.33)

Din graficul prezent în figura 2.2 rezultă:

(2.34)

[m] (2.35)

[m] (2.36)

Pentru paratrăsnetele 5 și 4 se determină în continuare lățimea zonei de protecție la nivelul cercetat hx.

Distanța dintre cele două paratrăsnete este:

[m] (2.37)

(2.38)

(2.39)

Din graficul prezent în figura 2.2 rezultă:

(2.40)

[m] (2.41)

[m] (2.42)

Pentru paratrăsnetele 3 și 4 se determină în continuare lățimea zonei de protecție la nivelul cercetat hx.

Distanța dintre cele două paratrăsnete este:

[m] (2.43)

(2.44)

(2.45)

Din graficul prezent în figura 2.2 rezultă:

(2.46)

[m] (2.47)

[m] (2.48)

Condiția necesară pentru ca întreaga suprafață interioară, adică aria dreptunghiului 3,4,,5,6 să fie protejată este:

[m] (2.49)

unde:

D – în cazul a patru paratrăsnete, este diagonala patrulaterului regulat format din cele patru paratrăsnete;

p – este un factor prin care se ține seama de înălțimea maximă de orientare a trăsnetului, considerată de 600 m pentru paratrăsnetele verticale;

ha – înălțimea activă a paratrăsnetului sau supraînălțimea paratrăsnetului deasupra nivelului cercetat hx;

În cazul de față, D reprezintă diagonala dreptunghiului 1234 (din figura 2.2 partea I), și anume:

[m] (2.50)

[m] (2.51)

39,18 m 80 [m] (2.52)

Deci aria dreptunghiului 3,4,5,6 este complet protejată

3.Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă

3.1. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru liniile de 110 kV

Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pe bază de carbură de siliciu, ce urmează să fie montată pe o linie electrică aeriană LEA 110 kV se va face respectând următoarele condiții:

tensiunea cea mai ridicată a rețelei: Us=123 [kV];

susceptanța liniei: [s/km];

tensiunea nominală de ținere la impuls de tensiune de trăsnet (1,2/50 s) a echipamentului: 550 kV sau 450 kV.

a)În conformitate cu indicațiile date în memoriul tehnic, tensiunea maximă admisibilă pe descărcător este:

[kV] (3.1)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/30/00 se aleg: VA 108/10,2 și VA 108/10,3 fabricate în GER.

b)Tensiunea de amorsare 100% la impuls de trăsnet (1,2/50 s) este de:

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

260 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

c)Tensiunea reziduală la curent nominal de descărcare este :

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

270 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

d)Tensiunea de amorsare pe frontul undei de impuls de trăsnet:

355 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

295 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

e)Nivelul de protecție asigurat este:

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

270 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

f)Tensiunea de amorsare la impuls de tensiune de comutație este:

290 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

302 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

g)Capacitatea de descărcare a descărcătoarelor alese este:

[Ws] (3.2)

unde:

Ua – tensiunea de amorsare la frecvență industrială. În V;

Id – curentul maxim admis pe descărcător la timpul de 2000 s, în A;

t – timpul = 2000 s, în s.

Din tabelul A.5.2./NTE 001/03/00 se alege:

pentru descărcătorul VA 108/10,2:

[A] (3.3)

[kV] (3.4)

[kJ] (3.5)

pentru descărcătorul VA 108/10,3:

[A] (3.6)

[kV] (3.7)

[kJ] (3.8)

h)Energia capacitivă a liniei este:

(3.9)

unde:

Ua – tensiunea de amorsare la frecvență industrială;

– pulsația;

t – timpul = 2000 s, în s.

[rad/sec] (3.10)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/03/00 se alege:

pentru descărcătorul VA 108/10,2:

[kV] (3.11)

[kJ] (3.12)

pentru descărcătorul VA 108/10,3:

[kV] (3.13)

[kJ] (3.14)

Prin compararea energiei capacitive a liniei cu capacitățile de descărcare a descărcătoarelor, se observă că această linie poate fi descărcată atât de descărcătoarele de tip VA 108/10,2 cât și de descărcătoarele tip VA 108/10,3.

Desccărcătoarele tip VA 108/10,2 corespund cel mai bine cerințelor pentru a fi montate pe linie.

Alegerea acestui tip de descărcător ține seama atât de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de trăsnet, cât și de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de comutație.

3.2. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de 110 kV

Alegerea descărcătorului cu rezistență variabilă care urmează să fie montat la bornele unui transformator 110/10 kV și 16 MVA trebuie să respecte următoarele condiții:

tensiunea cea mai ridicată a rețelei: Us=123 [kV];

raportul X0/X+=3;

tensiunea nominală de ținere la impuls de tensiune de trăsnet (1,2/50 s) a echipamentului: 550 kV sau 450 kV.

a)În conformitate cu indicațiile date în memoriul tehnic, tensiunea maximă admisibilă pe descărcător este:

[kV] (3.15)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/30/00 se observă că descărcătoarele: VA 108/10,2 și VA 108/10,3 fabricate în GER au valorile tensiunii maxime apropiate de valoarea calculată mai sus.

b)Tensiunea de amorsare 100% la impuls de tensiune trăsnet (1,2/50 s) este de:

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

260 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

c)Tensiunea reziduală la curent nominal de descărcare este :

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

270 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

e)Nivelul de protecție asigurat este:

244 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,2;

270 kV pentru descărcătoarele VA 108/10,3;

Desccărcătoarele tip VA 108/10,2 corespund cel mai bine cerințelor pentru a fi montate la bornele transformatorului.

Alegerea acestui tip de descărcător ține seama atât de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de trăsnet, cât și de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de comutație.

3.3. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă pentru protecția neutrului transformatorului

Descărcătoarele cu rezistență variabilă alese pentru protecția neutrelor transformatoarelor, funcționând cu neutrul izolat într-o rețea cu neutrul legat efectiv la pământ, trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

a)Tensiunea maximă admisibilă a descărcătorului (tensiunea de stingere) trebuie să fie mai mare sau egală:

– pentru transformatoarele a căror comutație se realizează cu întreruptoare cu acționare trifazată;

– pentru transformatoarele a căror comutație se realizează cu întreruptoare cu acționare pe fiecare fază;

[kV] (3.16)

Din tabelul A.5.1./NTE 001/30/00 se alege: VA 72,5/10,2.

b)Tensiunea de amorsare la frecvență industrială trebuie să fie mai mică decât tensiunea de încercare la frecvență industrială a neutrului transformatorului. Aceasta are valoarea:

115 kV pentru un descărcător de tipul VA 72,5/10,2.

c)Nivelul de protecție la supratensiuni cu front rapid trebuie să fie cu circa (20-30)% mai mic decât nivelul nominal de ținere la impuls de trăsnet a izolației neutrului.

Nivelul de protecție la supratensiuni de trăsnet este de 130 kV mai mic decât nivelul nominal de ținere la impuls a izolației neutrului care este de 290 kV (conform tabelului A.5.4./NTE 001/30/00).

d)În cazul în care se indică tensiunea de amorsare la supratensiuni cu front lent a descărcătorului, aceasta trebuie să fie mai mică decât 0,72 din tensiunea nominală de ținere la impuls de comutație a izolației neutrului care este de 290 kV (conform tabelului A.5.4./NTE 001/30/00).

e)Curentul nominal la unde rectangulare de 2000 s trebuie să fie cel puțin egal cu 500 A.

Deci descărcătorul VA 72,5/10,2 având următoarele caracteristici:

tensiunea de ținere a izolației neutrului la impuls (1,2/50 s) de 290 kV și la frecvență industrială de 130 kV;

tensiunea maximă adimisibilă pe descărcător de 72,5 kV;

tensiunea de amorsare la impuls (1,2/50 s) de 180 kV;

tensiunea de amorsare la frecvență industrială de 115 kV;

tensiunea reziduală nominală de 164 kV (la 5 kA).

Corespunde cel mai bine cerinței de a fi montat pe nulul transformatorului.

3.4. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate la transformator pe partea de 10 kV

Alegerea descărcătorului cu rezistență variabilă care urmează să fie montat la bornele unui transformator 110/10 kV și 16 MVA trebuie să respecte următoarele condiții:

tensiunea cea mai ridicată a rețelei: Us=12 [kV];

raportul X0/X+=3;

tensiunea nominală de ținere la impuls de tensiune de trăsnet (1,2/50 s) a echipamentului: 75 kV sau 60 kV.

a)În conformitate cu indicațiile date în memoriul tehnic, tensiunea maximă admisibilă pe descărcător este:

[kV] (3.17)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/30/00 se observă că descărcătoarele: VA 12 și Gza-12 fabricate în POL respectiv Electrim au valorile tensiunii maxime apropiate de valoarea calculată mai sus.

b)Tensiunea de amorsare 100% la impuls de tensiune trăsnet (1,2/50 s) este de:

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

c)Tensiunea reziduală la curent nominal de descărcare este :

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

d)Nivelul de protecție asigurat este:

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

Desccărcătoarele tip VA 12 corespund cel mai bine cerințelor pentru a fi montate la bornele transformatorului.

3.5. Alegerea descărcătoarelor cu rezistență variabilă montate pe barele de 10 kV

Alegerea descărcătorului cu rezistență variabilă pe bază de carbură și siliciu, care urmează să fie montat pe barele de 10 kV se va face respectând următoarele condiții:

tensiunea cea mai ridicată a rețelei: Us=12 [kV];

raportul X0/X+=3;

susceptanța liniei: [s/km];

tensiunea nominală de ținere la impuls de tensiune de trăsnet (1,2/50 s) a echipamentului: 75 kV sau 60 kV.

a)În conformitate cu indicațiile date în memoriul tehnic, tensiunea maximă admisibilă pe descărcător este:

[kV] (3.18)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/30/00 se observă că descărcătoarele: VA 12 și Gza-12 fabricate în POL respectiv Electrim au valorile tensiunii maxime apropiate de valoarea calculată mai sus.

b)Tensiunea de amorsare 100% la impuls de tensiune trăsnet (1,2/50 s) este de:

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

c)Tensiunea reziduală la curent nominal de descărcare este :

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

d)Tensiunea de amorsare pe frontul undei de impuls de trăsnet:

40 kV pentru descărcătoarele VA 12;

41 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

e)Nivelul de protecție asigurat este:

50 kV pentru descărcătoarele VA 12;

47 kV pentru descărcătoarele Gza-12;

f)Capacitatea de descărcare a descărcătoarelor alese este:

[J] (3.19)

unde:

Ua – tensiunea de amorsare la frecvență industrială. În V;

Id – curentul maxim admis pe descărcător la timpul de 2000 s, în A;

t – timpul = 2000 s, în s.

Din tabelul A.5.2./NTE 001/03/00 se alege:

pentru descărcătorul VA 12:

[A] (3.20)

[kV] (3.21)

[kJ] (3.22)

pentru descărcătorul Gza-12:

[A] (3.23)

[kV] (3.24)

[kJ] (3.25)

g)Energia capacitivă a liniei este:

(3.26)

unde:

Ua – tensiunea de amorsare la frecvență industrială;

– pulsația;

C – capacitatea liniei;

t – timpul = 2000 s, în s.

[rad/sec] (3.27)

Din tabelul A.5.2./NTE 001/03/00 se alege:

pentru descărcătorul VA 12:

[kV] (3.28)

[kJ] (3.29)

pentru descărcătorul Gza-12:

[kV] (3.30)

[kJ] (3.31)

Prin compararea energiei capacitive a liniei cu capacitățile de descărcare a descărcătoarelor, se observă că această linie poate fi descărcată atât de descărcătoarele de tip VA 12 cât și de descărcătoarele tip Gza-12.

Desccărcătoarele tip VA 12 corespund cel mai bine cerințelor pentru a fi montate pe bare.

Alegerea acestui tip de descărcător ține seama atât de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de trăsnet, cât și de condițiile impuse pentru protecția împotriva supratensiunilor de comutație.

4.Instalația de legare la pământ a stației de 110 kV cu două linii de intrare

Date inițiale:

curentul de scurtcircuit monofazat maxim:

(4.1)

[kA] (4.2)

curentul maxim prin priza de pământ:

Ip=9 kA

timpul protecției de bază:

tb=0,4

timpul protecției de rezervă:

tr=2,5 s

timpul de deschidere al întreruptorului:

ti=0,038 s

suprafața de teren îngrădită ocupată de stație:

59 x 52 m

rezistivitatea solului:

= 100 Ωm (pământ argilos)

4.1. Realizarea prizei de pământ

Pe un contur situat la 1,5 m față de gard, în interiorul îngrădirii se vor introduce în pământ electrozi verticali.

Perimetrul acestui contur va fi:

[m] (4.3)

Electrozii verticali vor fi confecționați din țeavă de oțel zincat cu diametru de 60 mm și lungimea l=3m și vor fi îngropați la o adâncime h=0,9 m măsurată de la suprafața solului până la capătul superior.

Electrozii se vor dispune uniform pe conturul prizei la distanța a=12= 6 [m].

Astfel numărul de electrozi verticali va fi:

[bucăți] (4.4)

Legătura între electrozii verticali se face cu un conductor din oțel lat, zincat, a cărui secțiune se stabilește mai jos.

Adâncimea de îngropare a conductoarelor de legătură va fi h1 = 1 m.

Astfel electrozii verticali împreună cu conductoarele de legătură formează priza de pământ artificială.

În interiorul conturului prizei artificiale la distanța de 3 m de aceasta și la o adâncime de 0,5 m, se va realiza priza de dirijare a potențialelor. Această priză va fi realizată din conductoare principale de legare la pământ și conductoare de ramificație.

Deci suprafața ocupată de priza de dirijare a distribuției potențialelor trebuie să aibă dimensiunile: 43 x 50 m.

Conductoarele principale de legare la pământ vor fi dispuse în medie la distanță a1=5 m unul față de altul. Astfel numărul lor va fi:

[bucăți] (4.5)

Între priza artificială de legare la pământ și priza de dirijare a distribuției potențialelor (rețeaua conductoarelor de legare la pământ) se vor executa legături prin intermediul unor piese de separație.

4.2. Dimensionarea conductoarelor de legare la pământ

Deoarece valoarea curentului Id=12 kA nu se încadează în tabelul A.5.1./1RE-Ip 30/2004, atunci secțiunea conductoarelor se calculează cu ajutorul relației de mai jos:

Secțiunea necesară este:

[mm2] (4.6)

unde:

Im – curentul de defect mediu echivalent, în [A];

J – densitatea de current admisă, în [A/mm2] pentru tipul de 1s;

pentru oțel j=70 [A/mm2]

(4.7)

unde:

Id – valoarea efectivă a curentului de defect stabilizat, în [A];

tf – timpul fictive de trecere a curentului de defect, în [s];

[s] (4.8)

Deci:

[kA] (4.9)

Rezultă:

[kA] (4.10)

Se vor folosi în aceste condiții, conductoare din olețel lat de 50 x 6 mm2.

Conductoarele de legătură între electrozii prizei artificiale și dintre acesta și piesele de separație, cu aceași secțiune ca și conductoarele principale de legare la pământ, vor fi din oțel zincat de 50 x 6 mm2.

4.3. Determinarea rezistenței de dispersie

Rezistența unei prize simple verticale este:

(4.11)

unde:

t – adâncimea de la suparafața solului pâna la mijlocul electrodului;

l – lungimea unui electrod; l= 3 m;

d – diametrul exterior al țevilor; d= 60mm;

– rezistivitatea solului; =100 Ωm;

(4.12)

unde:

h – distanța de la sol până la capătul superior al electrodului; h= 9 m.

Deci:

[m] (4.13)

Astfel:

(4.14)

(4.15)

(4.16)

[Ω] (4.17)

Coeficientul de utilizare pentru un număr de 35 de electrozi dispuși la o distanță a= 2 între ei este: uv=0,59 conform tabelului A.5.1./1RE-Ip 30/2004.

Rezistența unei prize cu electrozi verticali va fi:

(4.18)

(4.19)

[Ω] (4.20)

Rezistența unei prize orizontale singulare, constituită din conductorul de legare dintre două prize verticale este:

(4.21)

unde:

b – electrodului sau latura mare secțiunii dreptunghiulare (lățimea benzii); b= 0,050[m];

tl – adâncimea de îngropare a prizei orizontale; tl= 1 [m];

ll – distanța dintre electrozii verticali; ll=a=6 [m];

Deci:

(4.22)

(4.23)

[Ω] (4.24)

Coeficientul de utilizare pentru un număr de 35 de prize orizontale dispuse pe un contur închis, este: uo= 0,29 conform tabelului A.5.1./1RE-Ip 30/2004.

Rezistența echivalentă a prizelor de pământ orizontale va fi:

(4.25)

(4.26)

[Ω] (4.27)

Prizele de pământ orizontale, destinate dirijării distribuției potențialelor, împreună cu diferitele prize naturale cu care sunt în contact electric (construcții de beton armat, conducte, învelișuri metalice ale cablurilor etc, aflate pe întinderea respectivă), constituie o priză complexă, care poate asimila pentru calculele acoperitoare privind rezistența de trecere la pământ cu o priză dintr-o placă așezată pe suprafața solului și având dimensiunile suprafeței ocupate cu prizele pentru dirijarea distribuției potențialelor, folosindu-se relația:

(4.28)

unde:

– rezistivitatea solului, în Ωm;

S – suprafața, în m2.

Pentru calcularea rezistenței de trecere la pământ a prizei de pământ în care se include și o priză de pământ artificială, se consideră un coeficient de utilizare = 0,8 și, deci, realația de mai sus de vine:

(4.29)

(4.30)

[Ω] (4.31)

Rezistența echivalentă a instalației de legare la pământ compusă din: Rpv, Rpo, Rpd și rezistențele Rsc ale sistemelor constituite din conductoarele de protecție ale LEA 110 kV și a prizelor de pământ de la stâlpii LEA (considerate a fi 2Ω pentru fiecare LEA) va fi:

(4.32)

(4.33)

(4.34)

[Ω] (4.35)

Deoarece Rp=0,37<1<1Ω, atunci se admite folosirea în comun a prizelor pentru instalațiile de protecție împotriva electrocutarii și pentru instalațiile de paratrăsnete.

Atunci:

(4.36)

(4.37)

[V] (4.38)

4.4. Verificarea stabilității termice

Suprafața laterală a electrozilor trebuie să îndeplinească condiția:

(4.39)

(4.40)

[m2] (4.41)

Pentru un calcul acoperitor se consideră numai priza artificială:

(4.42)

unde:

Sv,So – suma suprafețelor laterale ale electrozilor verticali, respectiv orizontali;

(4.43)

(4.44)

[m2] (4.45)

(4.46)

[m2] (4.47)

Astfel:

(4.48)

[m2] (4.49)

Deci priza de pământ va fi stabilă termic.

4.5. Determinarea coeficienților de atingere și de pas

Lungimea unei benzi: l2= 50 [m]

Distanța medie între două benzi: a1=5 [m]

Numărul de benzi de legătură între conductoarele de legare la pământ și electrozii verticali:

[bucăți] (4.50)

Lungimea însumată a tuturor benzilor orizontale:

[m] (4.51)

Adâncimea de îngropare a benzilor:

[m] (4.52)

Lățimea unei benzi:

[m] (4.53)

Diamentrul benzilor:

[m] (4.54)

(4.55)

unde:

l3 – lungimea mare a dreptunghiului în care se scrie rețeaua de dirijare;

a – distanța dintre doi electrozi verticali paraleli;

n – numărul de benzi paralele

(4.56)

(4.57)

[Ω] (4.58)

Astfel coeficientul de atingere devine:

(4.59)

(4.60)

(4.61)

Tensiunea de atingere și de pas:

(4.62)

(4.63)

[V] (4.64)

Durata de întrerupere a curentului de punere la pământ la acționarea protecție de bază este:

(4.65)

(4.66)

[s] (4.67)

[s] (4.68)

unde:

t’ – timpul după care încep să funcționeze protecțiile.

Conform tabelului 2.3/RE-Ip 30/2004 în zonele cu circulație redusă, cum este considerată incinta stației, se admite:

[V] (4.69)

Deci tensiunile de atingere și de pas din interiorul incintei se încadrează în limitele admise de standard.

La marginea prizei rezultă:

(4.70)

unde:

(4.71)

(4.72)

(4.73)

(4.74)

(4.75)

(4.76)

(4.77)

Deci:

(4.78)

(4.79)

Deci:

(4.80)

(4.81)

(4.82)

Deoarece tensiunea maximă admisă este de 165 [V], este necesar ca zona de la marginea prizei până la gard să fie acoperită cu un strat de piatră spartă (balast) de granulație marea(3 [cm]) curată, fără pământ, într-un strat de cel puțin 15 cm.

Astfel tensiunea de atingere și de pas este:

(4.83)

Deci tensiunile de atingere și de pas de la marginea prizei se încadrează în limitele admise de standard.

5.Condiții pentru materiale, execuție și montaj

5.1. Descriere generală

Paratrăsnetele verticale sunt alcătuite dintr-un element de captare care este standardizat și un element de coborâre de la elementul de captare la priza de pământ care se realizează la stâlpii de lemn prin folosirea unei benzi de oțel zincat cu o secțiune minimă 20×2,5 OL 38.

Descărcătorul cu rezistență variabilă este realizat de regulă dintr-un dispozitiv care să permită amorsarea arcului în cazul supratensiunilor și dintr-un dispozitiv de stingere a curentului de însoțire de frecvență industrială.

Priza de pământ este realizată prin următoarele elemente: priză de pământ naturală, priză de pământ artificială și conductoare de legare la pământ.

Priza de pământ artificială se va realiza la o distanță de 1,5 m față de gardul stației, iar conductoarele de legare la pământ, destinate dirijării distribuției potențialelor se vor realiza la o distanță de 3 m față de priza artificială.

5.2. Condiții pentru materiale

Toate materialele folosite la execuția instalațiilor vor corespunde prescripțiilor NTE 001/03/00 și RE-Ip 30/2004.

Nu se admit derogări de la calitatea materialelor decât cu avizul scris al proiectantului.

Calitatea materialelor utilizate va fi certificată conform standardelor și normelor în vigoare.

Se vor respecta cu strictețe condițiile de ambalare, transpor, depozitare și montare, pentru toate tipurile de aparate, acordându-se o atenție deosebită aparatajului de măsură și protecție.

5.3. Condiții pentru execuție și montaj

Înainte de lansarea execuției, întreprinderea constructoare va efectua velificarea proiectului din punct de vedere funcțional și al calității aparatelor și materialelor prevăzute, semnalând proiectantului orice nepotrivire sau omisiune în vederea remedierii.

Toate paratrăsnetele, descărcătoarele cu rezistență variabilă, prizele de pământ și toată aparatura stației se va executa, monta și încerca în regim de unicat.

La execuția tuturor reperelor se va respecta dimensiunile și condițiile tehnice prevăzute în desene, standarde și norme.

În funcție de aparatele real procurate se vor putea face adaptările necesare numai cu avizul scris al proiectantului.

Calitatea aparatulor și materialelor se controlează după certificatele de calitate ale intreprinderilor furnizoare.

Se recomandă ca montarea descărcătoarelor cu rezistență variabilă să se execute numai după ce s-a verificat integritatea elementelor constructive ale descărcătoarelor și s-a respectat ordinea de montaj a elementelor indicate de firma furnizoare.

Se recomandă ca legarea paratrăsnetelor la priza de pământ să se facă prin mai multe conductoare dispuse radial.

Se recomandă ca în stațiile electrice, atât de interior cât și de exterior, descărcătoarele cu rezistență variabilă să se conecteze în poziție verticală, pe suporți metalici, cât mai apropiați de liniile aeriene la care se racordează.

În cazul în care descărcătoarele cu rezistență variabilă se montează pe nulul transformatoarelor, drept suport al descărcătoarelor se poate lua chiar cuva transformatorului.

Se recomandă utilizarea de preferință a prizelor de pământ cat mai conectate.

Se recomandă ca conductoarele de legătură de la obiectele ce se racordează la priză până la aceasta din urmă să fie cât mai scurte.

5.4. Control. Probe. Verificări

Controlul vizual la descărcătoare trebuie să se facă după fiecare furtună însoțită de descărcări atmosferice.

Controlul periodic al descărcătoarelor, se face odată cu revizia aparatelor din stație.

Controlul periodic al izolatoarelor, racordurilor la rețea și pământările se execută periodic.

După fiecare furtună însoțită de descărcări atmosferice trebuie să se verifice la contorul de înregistrare dacă descărcătorul a funcționat, menționându-se într-un registru special numărul de funcționări.

Prizele de pământ pot suferii modificări ale valorii ca urmare a corodării sau deteriorării, de aceea este necesară măsurarea lor periodică și refacerea celor ale căror valori depășesc limitele normate.

Se recomandă ca verificarea legării la pământ să se facă odată cu controlul periodic al instalației.

Controlul conductorului de protecție trebuie să se facă odată cu controlul periodic al liniei.

BIBLIOGRAFIE

Comșa, D.; Maier V. – Proiectarea instalațiilor electrice industriale,București, Editura Didactică și Pedagogică, 1987.

Cristescu, D., Olah, R. – Supratensiuni și izolația rețelelor electrice,București, Editura Didactică și Pedagogică, 1983.

Cristescu, D., – Centrale și rețele electrice, București, Editura Didactică și Pedagogică, 1982.

Drăgan, G. – Tehnica tensiunilor înalte, vol. I, București, Editura Litografia, 1987.

Gavrilaj, N. ș.a. – Tehnica tensiunilor înalte. Supratensiuni în sistemele electroenergetice,Iași, Lit. Universității tehnice ,,Gh. Asachi” din Iași, 1996.

Gușă, M. – Tehnica tensiunilor înalte.Aplicații, Iași, Casa de editură Venus, 2006.

Mark, D.; Popa, B. – Protecția instalațiilor electrice împotriva supratensiunilor atmosferice, E.T. București, 1967.

Negru, V. – Tehnica tensiunilor înalte, Timișoara, Litografia Universității Politehnica Timișoara, 1981.

Nicoară, B. – La practique des Hautes Tensions,București, Editura ICPE București, 1998.

Tușaliu, P. – Insolations et solicitations electrique,Craiova, Editura Universitaria, 2006.

Vădan, I.; Maier, V.; Cziker, A. – Stații și posturi de transformare,Cluj-Napoca, Mediamira, 2003.

Icemenerg – Normativ privind alegerea izolației, coordonarea izolației și protecției instalațiilor electroenergetice împotriva supratensiunilor PE 109-92.

Icemenerg – Îndreptar de proiectare și execuție a instalațiilor de legare la pământ, IRE – Ip 30-90.

ProEnerg, Sisteme de protecție la trăsnete. Ghid tehnic, ProEnerg Oradea, reprezentant exclusiv al firmei Indelec Franța, 2007.