1

CAPITOLUL I I.1 NOTIUNI GENERALE. DEFINIȚII Sistemul electroenergetic naţional (SEN) este constituit din totalitatea rețelelor

și echipamentelor electrice ce constituie infrastructura de bază, acestea fiind utilizate în comun de participanţii la piața de energie electrică: producătorul, operatorul de rețea, furnizorul și consumatorul de energie electrică.

Producătorul de energie electrică poate fi orice persoană fizică sau juridică, titulară de licenta, care desfășoară activitate de producere a energiei electrice, inclusiv în cogenerare.

Producătorul - P - de energie electrică are în exploatarea sa instalații de producere a energiei electrice.

În țara noastră, energia electrică este produsă în termocentrale, ca urmare a arderii combustibililor fosili (39,2% cărbune, 16,6% hidrocarburi), în centrale nucleare (20,6%), hidrocentrale (13, 6%), centrale eoliene (10,0%), panouri fotovoltaice etc.

Principalii producători de energie electrică prin arderea de cărbuni sunt: Complexul energetic Turceni, CE Rovinari, CE Craiova, Termoelectrica SA. Principalii producători de energie electrică prin arderea hidrocarburilor sunt Electrocentrale București și Termoelectrica SA.

SC Termoelectrica SA, principalul producător de energie electrică din țara noastră, este o societate aparținând Ministerului Economiei, Comerțuluiși Mediului de Afaceri, în procent de 100%. Această societate, înființată în anul 2000, este în curs de restructurare și privatizare.

SN Nuclearelectrica SA este un alt producător de energie electrică care folosește combustibil nuclear pentru producerea energiei electrice, se află în procent de 88,7% în proprietatea statului. Din cele cinci reactoare aparținând Centralei Nucleare de la Cernavodă funcționează numai unitățile 1 și 2, avându-se în vedere, pe viitor, punerea în funcțiune a altor două unități (Unitățile 3 și 4).

Hidroelectrica S.A., este o societate cu capital integral de stat, aparținând Ministerului Economiei, Comerțului și Mediului de afaceri, care produce energie electrică exploatând potențialul hidrologic al țării.

Rețeaua electrică este ansamblul de linii de transport electrice, inclusiv elementele de susținere şi de protecţie a acestora, staţiile electrice şi alte echipamente electroenergetice conectate între ele prin care se transmite energie electrică de la o capacitate energetică de producere a energiei electrice la un consumator.

Rețeaua electrică de transport este rețeaua electrică de interes național și strategic cu tensiunea de linie nominala mai mare de 110kV;

Rețeaua electrică de distribuție este rețeaua electrică cu tensiunea de linie nominală inferioară cel mult egală cu 110 kV.

Operatorul de transport si de sistem - OTS - este persoana juridică care deţine, sub orice titlu, o reţea electrică de transport şi este titulara a unei licenţe de transport pentru energie electrică.

Operatorul de transport și de sistem exploatează rețeaua de transport a energiei electrice asigurând totodată întreținerea, modernizarea și dezvoltarea acesteia.

În țara noastră, Transelectrica SA este societatea care administreză sistemul electric de transport și este, în procent de 73,7% în proprietatea statului aparținând de Ministerul Economiei, Comerțului și Mediului de Afaceri.

2

Transportul de energie electrică se realizează prin intermediul Rețelei Electrice de Transport - RET formată din stații de transformare și linii electrice aeriene cu tensiunea de linie mai mare de 110kV dar și de 110kV ( pentru legăturile de interconexiune cu sistemele de transport ale țărilor vecine).

Această societate are în exploatarea sa 79 de stații (1 stație de 750kV, 36 stații de 400kV, 42 stații 220kV), iar lungimea liniilor electrice aeriene (LEA) este de aproximativ 8932 km.

Operatorul de distribuție - OD – este o persoană juridică care deţine, sub orice titlu, o reţea electrică de distribuţie şi este titulara unei licenţe de distribuţie a energiei electrice.

Operatorul de distribuție exploatează instalațiile electrice și echipamentele electrice aferente rețelei electrice de distribuție asigurând întreținerea, modernizarea și dezvoltarea acesteia, cu respectarea reglementărilor tehnice in vigoare.

În țara noastră există mai mulți operatori de distribuție ( sunt și furnizori de energie electrică) care achiziționează energie electrică pe care o revând consumatorilor casnici, industriali și/sau agenților economici. Cei mai importanți operatori de distribuție din țara noastră sunt: Electrica SA (capital integral de stat aparținând de Ministerul Economiei, Comerțului și Mediului de afaceri), E-ON SA (capital privat), ENEL SA (capital privat) etc.

Operatorul de rețea, poate fi operatorul de transport si de sistem sau operatorul de distribuţie.

Furnizorul de energie electrică este o persoană juridică titulară a unei licențe de furnizare de energie electrică.

Consumatorul de energie electrică este persoana fizică sau juridică care cumpără energie electrică pentru consumul propriu și, eventual, pentru un subconsumator racordat în condițiile legii la instalațiile electrice aferente.

Consumatorul are în exploatarea sa instalațiile electrice și receptoarele electrice aferente clădirii deservite.

Subconsumatorul este persoana fizică sau juridică ale cărei instalații electrice de utilizare sunt racordate în aval de punctul de măsurare al consumatorului.

Se poate face o clasificare a consumatorilor în funcție de puterea contractată: mari consumatori puterea contractata P> 100 kW; mici consumatori, în cazul in care puterea contractată P≤ 100 kW . Din punct de vedere al scopului pentru care este consumată energia electrică,

consumatorii pot fi clasificați astfel: • consumatori casnici - utilizează energia electrică în exclusivitate în scopuri

casnice; • consumatori agenți economici - consumator persoana fizică autorizată sau

persoană juridică, care utilizează energia electrică în scopul realizării de activități industriale, comerciale sau agricole;

• consumator terțiar - consumatorul de energie electrică din domeniile învățământ, sănătate, asistență socială, administrație publică, artă și cultură, culte, sport.

În funcție de puterea maximă absorbită, consumatorii se clasifică în opt clase:

• clasa A - peste 50 MVA • clasa B - 7,5 – 50 MVA • clasa C - 2,5 – 7,5 MVA • clasa D - D 0,1 – 2,5 MVA • clasa E - 0,03 – 0,1 MVA • clasa F - sub 0.03 MVA

3

Receptorul electric este un aparat electric care are rolul de a transforma energie electrică într-o altă formă de energie cum ar fi : căldură, lumină etc. (exemplu: sursa de lumină, radiatorul electric etc.)

Tensiunea nominală a unei rețele trifazate (U) este valoarea efectivă a tensiunii

între faze, prin care este denumită rețeaua și la care se referă unele caracteristici de funcționare ale acesteia [1].

În România, tensiunile nominale ale rețelelor electrice de curent alternativ sunt standardizate, existând următoarele trepte de tensiune: 0,4kV, 6kV, 10kV, 20kV, 35kV, 60kV, 110kV, 220kV, 400kV, 750kV.

În funcție de nivelul tensiunii, rețelele electrice trifazate sunt: • rețele electrice de foarte înaltă tensiune (FÎT) cu treptele 750kV,

440kV; • rețele electrice de înaltă tensiune – ÎT cu treptele: 220kV, 110kV; • rețele electice de medie tensiune – MT cu treptele: 35kV, 20kV, 10kV,

6kV ; • rețele electrice de joasă tensiune - JT cu valori ale tensiunii mai mici

de 1 kV, 0,4kV. În cadrul rețelelor de joasă tensiune, distribuția energiei electrice, precum și

alimentarea cu energie electrică a receptoarelor electrice se poate face la tensiuni diferite: 400V (0,4kV, U - tensiune de linie), 230 V (Uf – tensiunea de fază).

În cazul utilizării unor transformatoare de tensiune, alimentarea unor receptoare electrice se poate face la tensiune redusă, având următoarele trepte: 6V, 12V, 24V, 48V.

Rețelele de foarte înaltă tensiune – FÎT și înaltă tensiune ÎT, sunt utilizate pentru transportul energiei electrice la distanțe mari (sute de km), fără pierderi importante de energie.

Rețelele de medie tensiune sunt utilizate, în general pentru distribuția energiei electrice către consumatori, acestea aflându-se în exploatarea și întreținerea operatorilor de distribuție și a unor consumatori agenți economici.

Rețelele de joasă tensiune se găsesc atât în exploatarea operatorilor de distribuție cât și în cea a consumatorilor.

Tensiunea redusă se utilizează în instalațiile electrice ale consumatorului, atunci când se dorește o protecție foarte sigură contra șocurilor electrice, aceasta fiind nepericuloasă pentru om.

4

I.2 SISTEMUL ELECTROENERGETIC NAȚIONAL (SEN) Energia electrică este produsă în afara localităților, la distanțe mari sau foarte

mari de locul de consum, nivelul de tensiune la care este produsă energia electrică fiind relativ redus de 6 kV sau 10kV.

Pentru transportul energiei electrice la distanțe mari și foarte mari, fără pierderi importante de energie, este nevoie ca nivelul tensiunii să fie mare, cunoscut fiind faptul că pierderile de energie sunt invers proporționale cu pătratul tensiunii la care este transportată.

Nivelul tensiunii este astfel modificat de la 6/10kV la 220kV, 400kV, 750kV (stația de 750kV de la Isaccea), curentul electric în rețeaua electrică de transport având valori mult mai mici.

De aceea, nivelul tensiunii este ridicat cu ajutorul unei stații ridicătoare SR (figura 1.1), aflată în apropierea locului de producere a energiei electrice.

În figura 1.1 este prezentat schematic modul de organizare a Sistemului Electroenergetic Național, SEN.

Energia electrică, la foarte înaltă tensiune sau la înaltă tensiune, este transportată către locul de consum, prin liniile electrice aeriene - LEA.

La capătul liniilor electrice aeriene, în apropiere orașelor, se află stațiile electrice coborâtoare SC care au rolul de a reduce nivelul tensiunii de la foarte înaltă (FÎT) sau înaltă tensiune (ÎT), la medie tensiune (MT- 35kV), astfel încât, energia electrică să poată fi transportată prin rețeaua operatorului de distribuție, prin linii electrice subterane (LES).

Energia electrică este apoi transportată către stațiile de transformare ST situate în interiorul orașelor. Stațiile de tansformare au rolul de a reduce încă o dată nivelul tensiunii de la 35kV la 6kV, 10kV sau 20kV.

Din barele stațiilor de transfomare, sunt alimentate punctele de alimentare PA situate în centrele de sarcină.

Punctul de alimentare PA este o stație de conexiuni de medie tensiune, unde se lucrează la același nivel de tensiune, acestea fiind utilizate pentru realizarea distribuțiilor electrice către posturile de transformare. Punctele de alimentare sunt utilizate, de asemenea, pentru eventuale extinderi ale rețelei operatorului de distribuție.

Posturile de transformare sunt stații de transformare de dimensiuni mici, destinate alimentării cu energie electrică a consumatorilor de până la 1kV, inclusiv.

Posturile de transformare PT au rolul de a reduce nivelul tensiunii, de la 20kV, 10kV, 6kV (medie tensiune) la 0,4kV (la joasă tensiune).

Alimentarea posturilor de tensiune din barele stațiilor de transformare se face prin intermediul unor cabluri subterane denumite “feeders”.

Din barele posturilor de transformare, se alimentează atât marii consumatori MC cât și micii consumatori (C1, C2….).

În imaginile din figura 2 sunt prezentate mai multe tipuri de posturi de transformare.

Tranformatoarele pot fi clasificate după puterea aparentă S, fiind disponibile în mai multe trepte de putere:

1250kVA/1000W, 1000kVA /800kW, 800kVA/640kW, 630kVA/400kW, 400kVA/320kW, 250kVA/200kW, 100kV/80kW, 20kVA/16kW.

În funcție de modul de amplasare, acestea se pot clasifica astfel:

5

• posturi de transformare aeriene; acestea se montează pe stâlpi de beton și au puteri mici: de până la 250kVA ;

• posturi de transformare supraterane montate în clădiri individuale special construite în acest sens, în carcase montate pe sol (cabine metalice, cabine din beton) sau în încăperi ale unor clădiri special prevăzute în acest scop;

• posturi de transformare subterane, montate în clădiri unde au fost prevăzute încăperi destinate acestui scop ( subsoluri ) sau în construcții subterane special realizate).

În figurile 1.2, 1.3, 1.4 sunt prezentate diverse de posturi de transformare.

Figura 1.2 Post de transformare suprateran Figura 1.3 Post de transformare

în cabină metalică suprateran în anvelopă de beton

Figura 1.4 Post de transformare aerian montat pe stâlp de beton Instalaţia de racordare (branşament – la joasă tensiune – şi racord la medie şi

înaltă tensiune) este instalaţia electrică realizată între punctul de racordare la reţeaua electrică a operatorului de rețea şi punctul de delimitare dintre instalaţiile operatorului de rețea şi instalaţiile electrice ale consumatorului, cuprinzând și echipamentul de măsurare a energiei electrice.

De obicei, punctul de delimitare dintre instalaţiile operatorului de rețea şi instalaţiile electrice ale consumatorului este contorul de energie electrică sau centrala de măsură.

6

Racordarea consumatorilor la SEN se face în urma unui studiu de soluții efectuat de către operatorul de rețea sau de către firme abilitate de acesta, luându-se în considerație puterea solicitată, distanța față de elementele rețelei electrice de interes public, caracteristicile tehnice ale acesteia.

În figura 1.2 se poate remarca schema de principiu a Sistemului

Electroenergetic Național SEN. Simbolurile utilizate semnifică: P – producătorul de energie electrică; S.R. – stație ridicătoare; L.E.A. – linie electrică aeriană;

L.E.S. – linie electrică subterană; S.C. – stație coborâtoare (exemplu: 110kV/35kV); S.T. – stație de trasnformare (exemplu: 35kV/10kV); . P.A. – punct de alimentare); P.T. – post de transformare ( exemplu: 20kV/0,4kV); C – mic consumator;

Wh – contor de energie electrică sau centrală de măsură; MC – mare consumator.

7

Figura 1.2 Schema de principiu a sistemului electro-energetic național SEN

2

2

3

21

T1

F

3

3

1

LF

1

1

3

2

CAPITOLUL II DISTRIBUȚIA ENERGIEI ELECTRICE ÎN CL ĂDIRE II.1 SCHEME DE DISTRIBU ȚIE A ENERGIEI ELECTRICE ÎN CLĂDIRE Distribuția energiei electrice în interiorul clădirii consumatorului se face prin intermediul instalațiilor electrice de joasă tensiune (în general alimentarea consumatorilor se face la joasă tensiune, dar există și alimentarea cu medie tensiune a marilor consumatori), instalații electrice care se află în exploatarea și întreținerea consumatorului. P unctul de delimitare dintre furnizor și consumator este marcat de contor de energie electrică sau centrală de măsură. Instalațiile electrice de joasă tensiune sunt proiectate și executate de către investitor, conform legilor în vigoare, astfel încât, instalațiile electrice aferente consumatorului să respecte cerințele esențiale impuse de legea 10/1995 privind calitatea în construcții: a) rezistenţă mecanică şi stabilitate; b) securitate la incendiu; c) igienă, sănătate şi mediu; d) siguranţă în exploatare; e) protecţie împotriva zgomotului; f) economie de energie şi izolare termică. Principalul normativ care reglementează domeniul instalațiilor electrice de joasă tensiune este I7/2011 – „Normativul pentru proiectarea, executarea și exploatarea instralațiilor electrice aferente clădirilor”. Acest normativ este completat cu o serie de alte norme, normative și standarde complementare. Modul în care este făcută distribuția energiei electrice în clădire depinde de mai mulți factori:

• necesitatea asigurării unei alimentări electrice sigure în funcționare; • modul în care este dezvoltată clădirea (pe verticală, pe orizonală), • tipul, numărul și poziția receptoarelor electrice; • rolul receptoarelor electrice în ceea ce privește siguranța la foc; • condiții de ordin economic.

Concepția instalațiilor electrice și a modului în care este distribuită energia electrică în clădire, sunt făcute, luând în considerație toți acești factori, de către inginerul proiectant specialist în domeniul instalațiilor electrice. Modul în care este distribuită energia electrică este ilustrat, în cadrul documentației tehnice, sub forma unor scheme electrice de principiu, unde sunt utilizate semne convenționale stabilite prin standarde, întâlnite în literatura de specialitate (manuale, cataloage, fișe tehnice etc.). Pentru a distribui energia electrică în clădire, se folosesc, în general trei tipuri de scheme:

• scheme de distribuție radiale; • scheme de distribuție magistrale; • scheme de distribuție în buclă

Schemele de distribuție radială se caracterizează prin alimentarea tablourilor electrice principale sau secundare prin coloane electrice individuale. La apariția unui defect pe una din coloanele electrice secundare va fi scos de sub tensiune un singur tablou electric. În acest mod, alimentarea cu energie electrică este mai sigură dar mai puțin economică. În cazul clădirilor mari, întinse pe orizontală se poate adopta o schemă de distribuție radială, cu

alimentarea în cascadă a tablourilor electrice secundare, alimentarea acestora făcându-se din tablourile principale, alimentate la rândul lor din tabloul general (figura 2.1). Schemele de distribuție cu coloane magistrale se caracterizează prin alimentarea mai multor tablourilor electrice secundare (2-4 tablouri având o putere totală instalată maximă de 20kW) prin intermediul unei singure coloane electrice denumită coloană magistrală. Această schemă de distribuție reprezintă o soluție economică dar este mai puțin sigură în funcționare, deoarece, un defect apărut pe o coloană magistrală va scoate de sub tensiune mai multe tablouri secundare (figura 2.2). Schemele electrice în buclă se caracterizează prin alimentarea unui grup de tablouri electrice secundare pe două căi, astfel încât, în cazul apariției unui defect de-a lungul coloanei, alimentarea cu energie electrică a tuturor tablourilor secundare să fie posibilă, prin efectuarea unor manevre de cuplare-decuplare. Soluția este foarte sigură în ceea ce privește alimentarea cu energie electrică din sursa de bază, dar este o soluție neeconomică. Se recomandă a se utiliza acolo unde se dorește o siguranță mărită din acest punct de vedere (figura 2.3). Schema de distribuție a energiei electrice în clădire depinde, așa cum s-a precizat, de tipul și numărul receptoarelor, amplasare, de puterea electrică instalată a acestora. În cazul marilor consumatori, dacă puterea instalată a receptoarelor de lumină și prize este comparabilă ca valoare cu puterea instalată a receptoarelor de forță, se recomandă realizarea a cel puțin unui tablou general de lumină și prize - TGL și a cel puțin unui tablou general de forță - TGF. Contorizarea energiei electrice în acest caz se face separat, pentru lumină și prize și separat pentru receptoarele de putere. Acest tip de contorizare se cheamă – tarifare separată (există un contor de energie electrică pe coloana generală de lumină și un contor pe coloana generală de forță). Realizarea mai multor tablouri generale de lumină și prize și tablouri generale de forță este o soluție adoptată numai acolo unde este necesar, în cazul clădirilor foarte mari. Acolo unde puterea instalată a receptoarelor de forță este mult inferioară puterii instalate a receptoarelor de lumină și prize, se recomandă realizarea unui singur tablou electric general, denumit tabloul general de lumină și forță, TGLF, din care se vor alimenta atât tablourile secundare de forță cât și tablourile secundare de lumină și prize. În acest caz, contorizarea energiei electrice consumată de către receptoarele de lumină și cele racordate la instalația electrică prin intermediul prizelor, precum și de către cele de forță se face prin intermediul unui singur contor de energie electrică (sau centrală de măsură CM) montat pe coloana generală (tarifare unică). În concluzie, schema de distribuție a energiei electrice nu are o structură tip, aceasta fiind concepută de inginerul proiectant, pe baza unor reguli generale amintite anterior, în funcție de o multitudine de factori. Forma acesteia variază de la clădire la clădire și depinde foarte mult de pregătirea și experiența inginerului proiectant. Concepția schemei de distribuție este foarte importantă nu numai pentru o alimentare sigură cu energie electrică, dar și pentru realizarea unei investiții cu costuri minime. In figurile 2.4 ...... 2.7 sunt prezentate mai multe tipuri de scheme de distribuție: cu coloane radiale, cu coloane magistrale, cu tarifare unică, cu tarifare separată. Tabloul electric este un echipament electric compus dintr-o carcasă având un anumit grad de protecție la factorii de mediu (IPXX - metalică, PVC) în interiorul căruia se găsesc aparate electrice necesare realizării protecției contra curenților de defect (curenți de scurt circuit, curenți de suprasarcină etc), aparate de protecție contra șocurilor electrice, aparate electrice de comandă, de automatizare, de separare electrică , aparate de măsură și control, conductoare electrice pentru legături, barele de fază, bara de neutru, bara de conductor de protecție etc. Unele dintre aceste echipamente pot fi montate pe ușa tabloului (contorul de energie electrică, cheia voltmetrică, butoane pornit–oprit etc.).

3

Figura 2.1 Schemă de distribuție cu coloane radiale, cu tablouri principale Figura 2.2 Schemă de distribuție cu coloane magistrale

3

2 3

2

2

2 3

2

2

4

Figura 2.3 Schemă de distribuție “în buclă”

5

a) b)

Figura 2.4 Schema generala de distributie cu coloane radiale, tarifare separată, alimentată din: a) post de transformare, b) cofret de bransament. TGL - tablou general de lumină; TGF – tablou general de forţă; T Sig. –Tablou de siguranţă; TLS –tablou lumină subsol; TLP – tablou lumină şi prize parter; TLE - tablou

lumină şi prize etaj; Wh- contor energie electrică.

6

a) b)

Figura 2.5 Schema generală de distributie cu coloane radiale, tarifare unică, alimentată din: a) post de transformare, b) cofret de bransament. TGLF - tablou general de lumină şi forţă; T Sig. –Tablou de siguranţă; TLS – tablou lumină subsol; TLP – tablou lumină şi prize parter; TLE - tablou lumină şi prize etaj;

Wh- contor energie electrică.

7

a) b) Figura 2.6 Schema generala de distributie cu coloane magistrale, tarifare separată, alimentată din: a) post de transformare, b) cofret de bransament.

TGL - tablou general de lumină; TGF – tablou general de forţă; T Sig. –Tablou de siguranţă; TLS –tablou lumină subsol; TLP – tablou lumină şi prize parter; TLE - tablou lumină şi prize etaj; Wh- contor energie electrică.

8

a) b)

Figura 2.7 Schema generala de distributie cu coloane magistrale, tarifare unică, alimentată din: a) post de transformare, b) cofret de bransament. TGLF- tablou general de lumină şi forţă; T Sig. –Tablou de siguranţă; TLS –tablou lumină subsol; TLP – tablou lumină şi prize parter; TLE - tablou lumină şi prize etaj;

Wh- contor energie electrică.

9

Legăturile electrice dintre postul de transformare sau cofretul de branșament și tabloul general sau dintre tabloul general și tablourile principale sau secundare se realizează prin intermediul coloanelor electrice care poartă numele tablourilor pe care le alimentează cu energie electrică, de exemplu: coloana generală de lumină alimentează tabloul general de lumină și prize TGL, coloana generală de forță alimentează tabloul general de forță TGF, coloana secundară de lumină alimentează tabloul secundar de lumină și prize.

Din tablourile electrice secundare se alimentează cu energie electrică, prin intermediul circuitelor monofazate sau trifazate, receptoarele electrice sau grupuri de receptoare electrice (de exemplu: un grup de corpuri de iluminat echipate cu surse de lumină, un motor electric, o pompă etc.).

II.2 SCHEMA MONOFILAR Ă A UNUI TABLOU ELECTRIC SECUNDAR DE LUMIN Ă ȘI PRIZE. CONCEPȚIA CIRCUITELOR DE LUMIN Ă ȘI

PRIZE. II.2.1 Descrierea unui circuit electric monofazat Un circuit electric monofazat este format din două conductoare (fază şi neutru) introduse într-un tub de protecţie și are rolul de a alimenta cu energie electrică un receptor sau un grup de receptoare electrice (surse de lumină, aparate electrocasnice etc. ). În circuitul electric sunt montate unele aparate electrice având un rol bine definit, de exemplu, de protecție la curenți de scurt circuit și /sau suprasarcină, protecție la șocuri electrice, acționare și comandă etc. Alături de cele două conductoare electrice (fază şi neutru N) se găseşte, în tubul de protecţie, un al treilea conductor denumit « conductor de protecţie –PE ». Acest conductor face parte din instalaţia de protecţie contra şocurilor electrice prin metoda legării la « conductorul de protecţie » şi reprezintă metoda principală de protecţie contra şocurilor electrice pentru reţelele cu neutrul tranformatorului legat la pământ. Conductorul de protecţie se leagă la carcasa metalică a unor receptoare electrice pentru care legarea la conductorul de protecție reprezintă metodă de protecție contra șocurilor electrice. Detalierea metodei de protecţie amintite mai sus se va face ulterior, în cadrul cursului de instalațíi electrice. Faza şi neutrul sunt parcurse de curent electric și sunt denumite conductoare active sau încărcate, iar conductorul de protecţie nu este parcurs de curent decât în mod accidental, atunci când, faza atinge în mod accidental carcasa metalică a receptorului electric. II.2.2 Schema monofilară a tabloului secundar de lumină şi de prize Schema monofilară a tabloului secundar de lumină și prize, este conceput de inginerul proiectant în funcție de tipul receptoarelor, numărul acestora, puteri electrice poziție în plan. Cunoscând toate aceste informații, proiectantul formează circuite de lumină și circuite de prize respectând cu strictețe condițiile impuse de normativele care reglementează acest domeniu, cel mai important fiind normativul I7- 2011 « Normativ pentru proiectare, executarea și exploatarea instalațiilor electrice aferente clădirilor » . Conform normativ, circuitele electrice de lumină şi circuitele electrice de prize sunt, în mod obligatoriu, realizate separat. Elementele componente ale unui circuit electric de lumină sau de prize şi receptoarele electrice alimentate de acesta sunt protejate contra curenţilor de scurt-circuit și/sau de suprasarcină cu ajutorul aparatelor de protecţie, care pot fi:

• siguranţe fuzibile; • întreruptoare automate (disjunctoare); • întreruptoare automate diferențiale (disjunctoare diferențiale).

10

Siguranțele fuzibile sunt cele mai simple aparate de protecție contra curenților de defect. Este o soluție sigură de protecție, dacă se face o dimensionare corectă a acestora, fiind totodată o soluție avantajoasă din punct de vedere economic. Dezavantajul utilizării acestor aparate de protecție constă în faptul că trebuie să existe, în stoc, echipament de rezervă, deoarece, în cazul apariției unui curent de defect, elementul fuzibilul se topește și trebuie înlocuit. În concluzie, dacă beneficiarul dorește o soluție economică, proiectantul poate opta pentru această soluție (protecție cu siguranțe fuzibile). Întreruptoarele automate sau disjunctoarele sunt aparate electrice utilizate pentru protecția contra curenților de scurt circuit și suprasarcină. Această soluție este o soluție mai puțin economică decât cea prezentată anterior, dar, în caz de defect, aparatul declașează întrerupând alimentarea cu energie electrică. După remedierea defectului, acesta se reanclanșează, fără să fie necesară înlocuirea anumitor elemente componente, ca în cazul siguranțelor fuzibile. Întreruptoarele automate diferențiale sau disjunctoarele diferențiale sunt utilizate atunci când, față de protecția la scurt- circuit și suprasarcină, se urmărește realizarea în plus a protecție omului la șocuri electrice directe sau indirecte. Soluția este una foarte sigură, dar este o soluție mai costisitoare. Conform normativului în vigoare, protecția omului contra șocurilor electrice directe realizată cu întreruptoare automate diferențiale este obligatorie. Recomandat este să se prevadă protecție diferențială pe fiecare circuit electric, însă soluția este foarte costisitoare. Pentru a reduce costurile de investiție, o soluție ar fi aceea a prevederii protecției diferențiale pe grupuri de circuite electrice având același rol (circuite electrice de lumină sau circuite electrice de priză). Dezavantajul unei astfel de soluții este acela că în cazul apariției unui defect, toate receptoarele electrice pentru care se asigură o protecție diferențială comună, vor fi scoase de sub tensiune, nu numai circuitul unde a apărut defectul. Utilizarea protecției diferențiale are și rolul de a întrerupe alimentarea cu energie electrică în cazul apariției în instalația electrică a unui arc electric, protejând astfel împotriva izbucnirii incendiilor provocate din această cauză. Studiul echipamentelor electrice de protecție contra curenților de defect și a protecției diferențiale se va face ulterior, într-un capitol special dedicat acestora. Principiile care stau la baza formării circuitelor de lumină şi prize se regăsesc, în general, în normativul I7-2011, altele fiind considerate de către proiectant în funcție de anumite condiții de funcționalitate. Pentru formarea circuitelor electrice de lumină se vor respecta următoarele condiţii:

• circuitele de lumină sunt diferite de circuitele de priză; • puterea instalată pe un circuit de lumină este de 3kW pentru un circuit monofazat

(se recomandă o putere instalată de maximum 1400W) şi de 8kW pentru un circuit trifazat;

• se recomandă ca puterea instalată pentru un circuit de lumină într-o clădire de locuit să fie :

1,5 kW atunci când puterea totală instalată pentru un apartament este inferioară valorii de 10kW;

1 kW pentru circuitele de lumină care alimentează spaţiile comune.

• se recomandă alimentarea pe un circuit de lumină a maxim 12 corpuri de iluminat (normativul nu limitează numărul de corpuri de iluminat CIL, dar din condiţii de funcţionalitate este bine ca numărul acestora să nu fie foarte mare. Excepţie fac corpurile de iluminat echipate cu surse de lumină de putere mică unde numărul CIL poate să fie de până la 20 pe circuit dacă nu este depăşită puterea electrică instalată, de exemplu corpurile de iluminat de evacuare echipate cu surse de puteri mici, CIL decorative -spoturi );

• pe un singur circuit pot fi alimentate corpurile de iluminat din mai multe încăperi (3-4 camere);

11

• corpurile de iluminat dintr-o singură sală (de ex: corpurile de iluminat aflate în număr mare într-o sală de sport) pot fi alimentate cu energie electrică prin intermediul mai multor circuite electrice;

• se recomandă ca CIL din încăperile importate (săli de clasă, laboratoare, birouri etc.) să nu se alimenteze pe acelaşi circuit electric pe care se alimentează corpurile de iluminat din hol, grupuri sanitare, vestiare etc.;

• se recomandă ca pentru hol să se prevadă unul sau mai multe circuite electrice, separat, pe care se pot alimenta si corpurile de iluminat montate în grupuri sanitare, vestiare, alte încăperi anexe etc ;

• nu se vor lega pe acelaşi circuit corpuri de iluminat separate din încăperi alăturate.

Înainte de a forma circuitul sau circuitele electrice de pe hol, se vor marca corpurile de iluminat care vor realiza iluminatul de siguranţă de circulație (pentru alegerea acestora se va vedea capitolul 6 curs iluminat.). Corpurile de iluminat de circulație amplasate pe căile de circulație au rolul de a completa iluminatul de evacuare. Pentru a simboliza un corp de iluminat de circulație se va folosi acelaşi simbol ca şi pentru un corp de iluminat normal, marcat cu un punct îngroşat. Corpurile de iluminat de siguranţă astfel stabilite, se vor alimenta prin intermediul unor circuite electrice de siguranţă, din tabloul de siguranţă, deci acestea nu se vor lua în consideraţie la formarea circuitului de iluminat general din hol. Corpurile de iluminat de siguranță de evacuare, prevăzute cu acumulatori (a se vedea curs iluminat), se vor amplasa astfel încât, din orice încăpere iese, o persoană să vadă cel puţin un corp de iluminat de siguranţă de evacuare pentru a se putea orienta pe calea de evacuare din clădire către ieşire. Aceste corpuri de iluminat de evacuare se vor alimenta prin intermediul a 1 sau mai multe circuite electrice care se vor lega în tabloul electric de la nivelul respectiv. Pentru formarea circuitelor electrice de prize se vor respecta următoarele condiţii:

• conform normativ, pe un circuit de prize uzuale pot fi alimentate maxim 15 prize pentru clădiri socio-culturale administrative sau maxim 8 locuri prize pentru clădiri de locuit. O priză dublă se ia în calcul ca un loc de priză.

• puterea instalată pe un circuit de priză este de 2kW indiferent de numărul de prize. Excepţie se face în cazul receptoarelor electrice de putere mai mare, de 2kW….. 3kW (maşină de spălat vase, cuptor electric etc.) pentru care se prevăd circuite electrice individuale;

• spre deosebire de circuitele de lumină, în acest caz se recomandă legarea pe acelaşi circuit a prizelor aflate în încăperi separate.

Schema monofilară a unui tablou de lumină și prize este prezentată în figura 2.8. În tabelul atașat schemei monofilare a tabloului se dau informații despre: numărul circuitului, număr receptoare electrice (corpuri de iluminat CIL sau prize LP) alimentate pe fiecare circuit electric, puterea instalată a circuitului electric, modul în care se face repartizarea pe faze a puterii absorbite de către receptoarele electrice prin intermediul circuitului electric, încăperea unde sunt amplasate receptoarele electrice sau locurile de priză. Alimentarea unui tablou electric secundar se face prin intermediul unor coloane secundare, iar pe aceste coloane, la intrarea în tabloul electric secundar, se pot monta mai multe tipuri de aparate electrice: întreruptor automat (întreruptor automat), separator de sarcină sau întreruptor pârghie tripolar. Cea mai utilizată variantă este aceea a montării unui separator de sarcină. Acesta are rolul de a închide și de a deschide circuitul electric în care este montat, poate fi acționat manual sau prin comandă electrică. Nu are rol de protecție la curenți de defect, dar acestuia i se poate atașa un releu diferențial, realizând astfel, pe lângă rolul de bază și protecție diferențială. Prevederea unui întreruptor automat sau întreruptor automat diferențial, pe o coloană secundară, la intrarea într-un tablou secundar, este posibilă. Acestea au nu numai rolul de a închide și deschide circuitul electric (sau coloana electrică) pe care sunt montate, ci și rolul de a asigura protecția contra curenților de defect (respectiv protecția diferențială) care pot apărea

12

între locul de montaj al acestora și întreruptorul automat (sau întreruptorul automat diferențial) situat în aval de acesta. Aceasta soluție este una sigură în funcționare, dar nu este economică, deoarece trebuie asigurată selectivitatea între întreruptoarele automate montate succesiv, ceea ce implică supradimensionări ale instalațiilor electrice, deci costuri suplimentare. Se recomandă adoptarea acestei soluții numai în cazul în care tabloul secundar este amplasat la distanță mare de tabloul general sau principal din care se alimentează sau în altă clădire din aceeași incintă, în exteriorul clădirii etc. Montarea unui întreruptor pârghie tripolar pe coloana electrică care alimentează cu energie electrică un tablou secundar este o soluție depășită, acesta având rolul de a închide și deschide circuitul sau coloana electrică pe care se montează, acționarea lui se poate face numai manual. Este utilizat numai pentru a separa vizibil tabloul electric de instalația electrică care rămâne sub tensiune. Soluția finală, rămâne la latitudinea proiectantului, în funcție de funcționalitatea pe care dorește să o asigure, de cerințele beneficiarului, de costurile investiției. Atunci când se concepe schema monofilară a tabloului electric, inginerul proiectant trebuie să ia în considerație eventuale extinderi, ulterioare dării în exploatare a construcției, prin prevederea unor circuite electrice de rezervă în tabloul electric și a unui spațiu de rezervă de 25%.

13

SCHEMA MONOFILARA A TABLOULUI ELECTRIC Parter - TLP

C1 12CIL 840

Den.Circ.

Nr. CIL/ LP

Pi [W]

Distibutia pe faze

L1 L2 L3Destinatie

C2

C3

C4

C5 9 CIL

11CIL

11CIL

8 CIL

1000

1350

1450

1300

Pi=18.9 kWPa=15.15 kW

CP1 8 LP 2000

CP3 7 LP2000

CP2 20008

LP

C68CIL 1000

2000

rez 2000

840 - -

1000

- -

- -

--

--

- -

--

1350

1450

1300

1000

2000

rez

2000

2000

- -

--

- -

rez 2000

2000

2000

2000

- -

--

- -

6290 6300 635012940

Po1, Po2

Po3

Po4, Po5, Po6

Po7, Po8, Po9

P10

P11

Po1, Po2, Po3, P04

Po5, Po6, Po7

Po8, Po9, P10,P11

intreruptor parghie tripolar

bara neutrului

barele fazelor L1, L2, L3

bara conductorului de protectie

coloana secundara radiala

Figura 2. 8 Schema monofilară a unui tablou electric de lumină şi prize. Exemplu

14

3"

1 / 2

II.2.3 CALCULUL CIRCUITELOR DE LUMIN Ă Proiectantul dimensionează circuitele electrice de lumină sau priză, conform metodologiei de calcul, respectând standardele și normativele în vigoare. Prin dimensionarea acestora se înțelege alegerea și stabilirea caracteristicilor tehnice ale tuturor elementelor componente ale circuitului electric: conductoare electrice sau cablu electric, tuburi de protecție, aparate de protecție contra curenților de defect, dimensionare aparate de acționare corpuri de iluminat.

a) b)

c)

Figura 2.9 Circuit de lumină a) protejat cu siguranţă fuzibilă, b) protejat cu întreruptor automat (disjunctor), c) protejat cu întreruptor automat diferențial (disjunctor diferenţial) 1– conductoare de fază, neutru, conductor de protecţie; 2 – tub de protecţie;

3– aparat de protecţie contra curenţilor de scurt circuit şi suprasarcină: siguranţă fuzibilă;

3′ - întreruptor automat (disjunctor); 3′′ - întreruptor automat diferențial (disjunctor diferenţial).

A. ALEGEREA ŞI DIMENSIONAREA CONDUCTOARELOR ELECTRICE

Circuitele electrice sunt realizate în conductoare din cupru (FY) sau aluminiu (AFY) introduse în tuburi de protecție sau în cabluri. În capitolul “Conductoare și cabluri electrice” se face o descriere detaliată a acestor echipamente electrice, utilizate pentru transportul energiei electrice. În instalațiile electrice din interiorul clădirilor se recomandă utilizarea conductoarelor electrice sau a cablurilor electrice cu conductoare din cupru, datorită proprietăților acestui material: conductivitate bună, rezistență mecanică mare. Dezavantajul acestei soluții constă în faptul că soluția este mai costisitoare decât în cazul utilizării conductoarelor din aluminiu. Calculul secţiunii conductorului de fază se face în funcţie de curentul electric care îl parcurge.

1 / 23 3'

1 / 2

15

Deci, pentru a stabili secţiunea condutorului de fază, se calculează:

][cos

][A

U

WPI

f

iC ϕ⋅

= (2.1)

unde:

CI – curentul de calcul, [A];

iP– puterea instalată a receptorului electric sau a grupului de receptoare, [W];

VU f 230= , tensiunea de fază;

ϕcos - factorul de putere. Alegerea secțiunii conductorului electric se face luând în considerație curentul maxim admis ][ AI z suportat de conductorul sau cablu electric, în condiții normale de funcționare. Curentul maxim admis al conductorului sau al cablului electric este valoarea maximă suportată de acestea, astfel încât, funcționarea la parametrii nominali, în regim de lungă durată, să fie posibilă pe toată durata de viață specificată de producător. Valoarea intensității curentului maxim admis pentru conductoare și cabluri electrice depinde de modul de pozare în aer sau în pământ, de tipul elementului conductor (cupru sau aluminiu), tipul izolației acestora (PVC –policlorură de vinil, XLPE- polietilenă reticulară, minerală, fără armătură sau armate), temperatura mediului ambiant (temperatura ambiantă). Există 80 de moduri de pozare a circuitelor electrice, acestea fiind grupate în 9 sisteme de referință: 1A , 2A , 1B , 2B ,C , D, E , F , G . În anexa 5.6 din I7-2011 sunt descrise aceste sisteme de referință, pentru încadrarea modului de pozare al circuitului într-unul din aceste sisteme de pozare. SISTEME DE POZARE ÎN AER Pentru stabilirea secțiunii conductorului de fază, se pune condiția: Cz II ≥

Pentru stabilirea curentului maxim admisibil ][ AI z suportat de conductorul unui circuit electric pozat în aer, se parcurg următoarele etape:

1. se stabilește modul de pozare a circuitului electric, încadrându-se totodată într-un sistem de referință. Descrierea modului de pozare se face în anexele 5.5 și 5.6 a normativului I7/2011;

2. se alege un curent maxim admis suportat de un conductor electric în condiții normale de funcționare (temperatura mediului ambiant denumită temperatură de referință ( C030 ), temperatura conductorului C070 - pentru izolație din PVC și C090 pentru izolație XLPE - anexele 5.10 -5.17 din I7/2011), ][ AI z , superior valorii curentului de calcul în funcție de:

• sistemul de referință în care a fost încadrat; • materialul elementului conductor; • numărul conductoarelor active (încărcate); • tip izolație.

Cunoscând ][ AI z , din aceleași anexe se stabilește secțiunea conductorului de fază fs .

Secțiunea minimă admisă pentru conductoarele de fază este de 25,1 mm . Pentru

16

circuitele de iluminat nu se folosesc conductoare din aluminiu. Această dimensiune este impusă din considerente de ordin mecanic. Conductorul electric trebuie să fie rezistent la tragerea prin tub. Pentru conductoare și cabluri electrice pozate în aer, montate în alte condiții decât cele prezentate in anexe, valoarea intensității curentului maxim admis corectat se stabilește cu relația:

21 KKII zz ⋅⋅=′ , ][ A (2.2) unde: - zI reprezintă curentul maxim admis pentru conductor sau cablu electric pentru

condiții normale de funcționare; - 1K - factor de corecție pentru conductoare și cabluri pentru care temperatura

mediului ambiant este diferită de temperatura de referință; - 2K - factor de corecție pentru pozarea în grup a mai multor circuite.

Se determină și se aplică factorul de corecție 1K (anexa 5.18 din I7-2011), dacă temperatura mediului în care se află pozat circuitul electric diferă de temperatura de referință de C030 ; Se determină și se aplică factorul de corecție 2K (anexele 5.19-5.21 din I7-2011), dacă se apreciază că circuitele sunt grupate (distanța dintre acestea este mai mică decât dublul diametrului celui mai mare ). În cazul în care este necesar să se determine curentul maxim admis corectat zI ′ , se va avea în vedere dimensionarea elementelor circuitului considerând această mărime. SISTEME DE POZARE ÎN PĂMÂNT Pentru stabilirea secțiunii conductorului de fază, se pune condiția: Cz II ≥

Pentru stabilirea curentului maxim admisibil ][ AI z suportat de conductorul unui circuit electric pozat în pământ, se parcurg următoarele etape:

1. se stabilește modul de pozare a circuitului electric, încadrându-se în același timp într-un sistem de pozare de referință. Descrierea modului de pozare se face în anexele 5.5 și 5.6-1..5.6-8 a normativului I7/2011;

2. se alege curentul maxim admis ][ AI z suportat de un conductor electric în

condiții normale de funcționare (temperatura solului CO20 , grad de

încărcare 0,7, rezistență termică specifică a solului de W

mKRT

⋅=1 ,

adâncimea de montaj de 0,7-1m ) ( anexa 5.22, I7/2012), ][ AI z superior valorii curentului de calcul în funcție de:

• materialul elementului conductor; • numărul conductoarelor active (încărcate); • tip izolație; • dispunere conductoare; • temperatura conductorului.

17

Pentru cabluri electrice pozate în pământ, montate în alte condiții decât cele pentru care a fost calculată valoarea intensității curentului maxim admis, valoarea intensității curentului maxim admis corectat se stabilește cu relația:

xzz fffII ⋅⋅⋅=′ 21 , ][ A (2.3) unde: - zI reprezintă curentul maxim admis pentru cablu electric montat în pământ

având o rezistență termică specifică de W

mK ⋅1 , o temperatură a solului de C020

și un grad de încărcare de 0,7. Gradul de încărcare reprezintă durata de funcționare a cablului electric la încărcare maximă, pe durata unei zile. Acesta poate fi determinat din curba de sarcină a normativului NP 007/2008. - 1f - factor de corecție luând în considerație: gradul de încărcare al cablului,

temperatura solului, rezistența termică a solului, tipul izolației (anexa 5.23, I7-2011);

- 2f - factor de corecție în funcție de numărul de cabluri electrice pozate alăturat, tipul cablurilor, distanța dintre cabluri, rezistența termică a solului, gradul de încărcare, tipul izolației (anexa 5.24...5.28, I7-2011);

- xf - factor de corecție pentru modul de pozare a cablului: 0,85 pentru cabluri

pozate în tub de protecție și 0,9 dacă cablul este acoperit cu plăci curbate ce nu permit eliminarea incluziunilor de aer după acoperire.

În cazul în care este necesar să se determine curentul maxim admis corectat zI ′ , se va avea în vedere dimensionarea elementelor circuitului considerând această mărime. Din anexele care conțin intensitățile curenților maxim admisibili zI , în funcție de tip conductor/cablu electric, mod pozare, număr conductoare încărcate, temperatura mediului ambiant, temperatura maximă a conductorului, se alege secțiunea corespunzătoare a conductorului de fază fs .

ALEGEREA SECȚIUNII NEUTRULUI [2] Secțiunea neutrului este stabilită pornind de la secțiunea conductorului de fază, cu respectarea unor reguli, impuse pentru diferite cazuri: 1. secțiunea neutrului este egală cu secțiunea fazei în cazul circuitelor sau

coloanelor monofazate, indiferent de secțiunea acesteia; 2. secțiunea neutrului este egală cu secțiunea conductoarelor de fază ale circuitelor

sau coloanelor trifazate, în cazul în care secțiunea conductoarelor de fază este 216mmsf ≤ ;

3. secțiunea neutrului este egală cu secțiunea fazelor în cazul circuitelor trifazate care ar putea fi parcurse de curenți având armonici de rangul 3 și multiplu de 3, cu nivelul cuprins între 15% și 33% (este cazul circuitelor trifazate care alimentează surse de lumină tubulare fluorescente, cu descărcări);

4. secțiunea neutrului este egală cu secțiunea fazei în cazul coloanelor electrice care alimentează tablouri electrice unde, în funcționare normală există un dezechilibru pe cele trei faze (cazul coloanelor secundare de lumină și prize, tablouri secundare de forță ce alimentează și receptoare monofazate, tabloul general de lumină și prize etc.);

18

5. secțiunea neutrului este mai mică decât secțiunea conductoarelor de fază, în cazul circuitelor sau coloanelor trifazate care au o secțiune a conductorului de fază din cupru mai mare 216mmsf > și a conductorului de fază din aluminiu

225mmsf > în cazul conductoarelor din aluminiu, iar nivelul armonicelor de

rang 3 și multiplu de trei este mai mic de 15% (a se vedea tabel nr. 2.1) . În acest caz, conductorul de neutru trebuie protejat contra supracurenților (se va prevedea în mod obligatoriu întreruptor automat tetrapolar, cu protecție pe neutru.)

6. secțiunea neutrului este mai mare decât secțiunea conductorului de fază, în cazul circuitelor și coloanelor trifazate acolo unde nivelul armonicelor de rang 3 și multiplu de trei este mai mare de 33% . Această posibilitate poate să apară în cazul alimentării cu energie electrică a calculatoarelor, a motoarelor cu turație variabilă etc.

Tabel nr. 2.1 Secțiunea conductoarelor de fază din cupru sau aluminiu în circuite și coloane trifazate, cu armonici de ordinul 3 și multiplu de 3 sub 15%

Secțiuni minime ale neutrului realizat din cupru

Secțiuni minime ale neutrului realizat din aluminiu

25 16 25 35 16 25 50 25 25 70 35 35 95 50 50 120 70 70 150 70 70 185 95 95 240 120 120 300 150 150 400 185 185

>400 50% din secțiunea conductorului de

fază

50% din secțiunea conductorului de

fază – ALEGEREA SECŢIUNII CONDUCTORULUI DE PROTEC ŢIE PE [2] În cazul circuitelor electrice de lumină, conform noului normativ I7 2011, este obligatorie folosirea conductorului de protecţie. Pentru alegerea secţiunii conductorului de protecţie, dacă conductoarele de fază şi neutrul sunt din cupru, secţiunea conductorului de protecţie se alege respectând următoarele reguli, prezentate în tabelul nr. 2.2 .

Tabel nr. 2.2 Secțiunea conductorului de fază

[ ]2mmsf

Secțiune minimă corespunzătoare conductorului de protecție, când este realizat din același material ca și conductorul de fază

216mmsf ≤ fs

23516 mmsf ≤< 216mm

235mmsf >

2fS

19

B. ALEGEREA TIPUL TUBULUI DE PROTEC ŢIE ŞI A DIAMETRULUI ACESTUIA . În interiorul clădirilor, conductoarele electrice din componența circuitelor electrice sunt introduse, în tuburi de protecție, având diverse caracteristici tehnice. Aceste caracteristici tehnice sunt simbolizate cu ajutorul cifrelor în număr de 12, primele patru fiind obligatoriu a fi marcate pe tubul de protecție. Semnificația celor 12 cifre este prezentată în cele ce urmează: Prima cifră reprezintă clasa de rezistență a tubului de protecție la compresiune (N):

1. 125 N -rezistență foarte scăzută; 2. 320N- rezistență scăzută; 3. 750N- rezistență medie; 4. 1250N- rezistență ridicată; 5. 4000N- rezistență foarte ridicată.

A două cifră reprezintă clasa de rezistența la energia de impact (J) a tubului de protecție: 1. 0,5 J- rezistență foarte scăzută; 2. 1J – rezistență scăzută; 3. 2J – rezistență medie; 4. 6J – rezistență ridicată; 5. 20,4 J- rezistență foarte ridicată.

A treia cifră reprezintă temperatura minimă la care poate fi montat tubul de protecție: 1. +50C; 2. -50C; 3. -150C; 4. -250C; 5. -450C.

A patra cifră reprezintă temperatura maximă la care poate fi montat tubul de protecție: 1. +60C; 2. +90C; 3. +105C; 4. +120C; 5. +150C. 6. +250C. 7. +400C.

A cincea cifră reprezintă rezistența la înconvoiere; 1. tub rigid; 2. tub pliabil; 3. tub pliabil/elastic; 4. tub flexibil.

A șasea cifră reprezintă proprietățile electrice; 0. tub cu proprietăți nedeclarate; 1. cu caracteristici de continuitate electrică; 2. cu caracteristici de izolație electrică; 3. cu caracteristicile atât de continuitate cât și de izolație electrică.

A șaptea cifră reprezintă rezistența la pătrunderea corpurilor solide și praf; 3. protejat contra corpurilor solide cu diametrul mmd 5,2≥ ;

4. protejat contra corpurilor solide cu diametrul mmd 1≥ ; 5. protejat contra prafului; 6. etanțe la praf.

A opta cifră reprezintă rezistența la pătrunderea apei 0. tub cu proprietăți nedeclarate; 1. protejat contra căderilor verticale ale stropilor de apă; 2. protejat împotriva stropilor de apă care cad la un unghi de maxim 15O; 3. protejat împotriva apei pluviale;

20

4. protejat împotriva apei pulverizate; 5. protejat împotriva jeturilor de apă; 6. protejat împotriva jeturilor puternice de apă; 7. protejat împotriva scufundării temporare.

A noua cifră reprezintă protecția împotriva coroziunii;

1. Protecție interioară și exterioară scăzută; 2. Protecție interioară și exterioară medie; 3. Protecție compozită medie/ridicată (interior clasă 2/exterior clasă 4); 4. Protecție interioară și exterioară ridicată .

A zecea cifră reprezintă rezistența la tracțiune 0. Nedeclarată; 1. Foarte scăzută; 2. Scăzută; 3. Medie; 4. Ridicată; 5. Foarte ridicată.

A unsprezecea cifră reprezintă rezistența la propagarea flăcării 1. Nu propagă flacăra; 2. Propagă facăra.

A douăsprezecea cifră reprezintă rezistența la sarcina suspendată 0. Nedeclarată; 1. Foarte scăzută; 2. Scăzută; 3. Medie; 4. Ridicată; 5. Foarte ridicată.

Marcarea tuburilor de protecție este obligatorie, marcajul conținând cel puțin primele patru cifre. În cazul tuburilor rigide marcarea se face pe tub, în cazul tuburilor pliante marcarea se face cu ajutorul etichetelor prevăzute la capetele tuburilor.

Tabel nr. 2.3 Condiții minime privind alegerea tuburilor de protecție

Locul de montaj

Mod pozare Rezistența la compresiune

Rezistența la impact

Rezistența la temperatura minimă

Rezistența la temperatura maximă

În exteriorul clădirilor

Pozare aparentă 3 3 4 1

În interiorul clădirilor

Pozare aparentă 2 2 2 1 Pozare sub pardoseală 2 3 2 1 Ingropat în beton 3 3 2 1 Ingropat Pozat în

goluri în pereți

2 2 2 1

Îngropat în zidărie Pozat în ghene sau canale Pozate în plafon fals

Pozate suspendat în aer

4 3 3 1

21

Pentru alegerea tuburilor de protecție, proiectantul trebuie să ia în considerație modul de pozare al tuburilor de protecție, interior, exterior, ingropat în elementele de construcție, aparent etc. În tabelul nr. 2.3 sunt prezentate caracteristicile tubului conform clasificării și marcării f ăcute anterior, pe care proiectantul trebuie să le ia în considerație atunci când alege tubul de protecție. Diametrele standardizate ale tuburilor de protecție pentru conductoare FY și AFY, în funcție de

numărul de conductoare din tub și de secțiunea conductorului: Tabel nr. 2.4

Nr. Crt.

Secțiunea unui conductor (mm2)

Nr. conductoare în tub

Diametru interior (mm)

Diametru exterior (mm)

1 2 3 4 5 1 1,5 2 7,8 (8,1) 12

3 9,6 (9,9) 12 4 11 (11,4) 16 5 12,3 (12,8) 16

2 2,5 2 9,6 (9,8) 12 3 11,7 (12) 16 4 13,5 (13,9) 20 5 15,1 (15,5) 20

3 4 2 10,8 (11.3) 16 3 13,2 (13,8) 16 4 15,2 (15,9) 20 5 17 (17,8) 25

4 6 2 12,2 (12,7) 16 3 15 (15,6) 20 4 17,3 (18) 25 5 19,4 (20,1) 25

5 10 2 15,7 (16,4) 20 3 19,2 (20,1) 25 4 22,2 (23,2) 32 5 24,8 (26) 32

6 16 2 19,1 25 3 23,4 32 4 27 32 5 30,2 46

7 25 2 23,7 32 3 29,1 40 4 33,6 40 5 37,6 50

8 35 2 26,7 32 3 32,7 40 4 37,8 50 5 42,2 50

9 50 2 31,3 40 3 38,4 50 4 44,3 50 5 49,6 63

10 70 2 7,8 (8,1) 50 3 9,6 (9,9) 50 4 11 (11,4) 63 5 12,3 (12,8) 63

11 95 2 9,6 (9,8) 50 3 11,7 (12) 63 4 13,5 (13,9) 63 5 75

22

Tuburile care propagă flacăra trebuie să fie de culoare portocalie și se vor monta numai în beton. În toate celelalte moduri de pozare, tuburile vor fi alese din categoria celor care nu propagă incendiul. Pentru alegerea tubului de protecție, inginerul proiectant trebuie să aleagă nu numai tipul tubului de protecție dar și diametrul acestuia. Alegerea diametrului tubului se face în funcție de: tipul conductorului electric, numărul de conductoare din tub, secțiunea cea mai mare din tub (tabel nr.2.4). ALEGEREA APARATULUI DE PROTEC ŢIE După alegerea conductoarelor electrice (tipul conductorului, secțiune), alegerea tubului de protecție (tip tub de protecție, diametru exterior), este necesară alegerea aparatului de protecţie contra curenților de defect. Proiectantul, în funcţie de cerinţele beneficiarului privind costul investiţiei şi/sau costurile întreţinerii, al exploatării, alege și dimensionează aparatele de protecție cu respectarea prevederilor normativului în vigoare. Avantajele și dezavantajele utilizării fiecărui aparat de protecție a fost descrisă anterior. Deși alegerea secțiunii conductorului se face în funcție de curentul maxim admis, zI , dimensionarea aparatelor de protecție se va face în funcție de curentul maxim admis corectat

′zI .

Aceste aparate au rolul de a întrerupe alimentarea cu energie electrică a receptoarelor electrice astfel încât, prin conductoarele de alimentare cu energie electrică să nu treacă un curent mai

mare decât ′

zI , curentul maxim admis corectat. În cazul în care circuitul electric este utilizat în condiții normale de funcționare și nu este

necesar să se calculeze ′

zI dimensionarea aparatelor de protecție se va face în funcție de zI .

A. Alegerea siguranţei fuzibile În cazul circuitelor de lumină, siguranţa fuzibilă are rolul de a proteja elementele componente ale circuitului de lumină precum şi receptoarele electrice atât contra contra curenţilor de scurt circuit cât și contra curenților de suprasarcină. Gama siguranţelor fuzibile este :

FI → 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A; Începând cu IF=100A, siguranţele sunt de tipul MRP ( cu mare putere de rupere)

FI → 125A, 250A, ......

FI – curentul fuzibil reprezintă curentul minim pentru care fuzibilul nu se topeşte. Alegerea siguranţei fuzibile se face respectând condiţiile următoare:

CF II ≥ ;

zF IkI ′⋅≤ ,

unde k este un coeficient care ia în considerație riscul apariției curentului de suprasarcină în circuitul de lumină considerat;

- 1=k , în cazul circuitelor de lumină unde nu există riscul apariției unui curent de suprasarcină (sursele de lumină prevăzute de proiectant nu pot fi înlocuite, în timpul exploatării, cu surse de lumină de putere mai mare);

- 8,0=k , în cazul circuitelor de lumină unde există riscul apariției unui curent de suprasarcină (sursele de lumină prevăzute de proiectant nu pot fi înlocuite, în timpul exploatării, cu surse de lumină de putere mai mare);

În general, atunci când se face dimensionarea aparatelor de protecție, dacă în urma condițiilor impuse rezultă mai multe trepte ale acestuia care îndeplinesc cerințele impuse simultan, se alege treapta cea mai mică. În cazul circuitelor de lumină, se recomandă alegerea unui fuzibil

23

de 10A, astfel încât, pe circuit să existe o mică rezervă de putere pentru legarea unor alte corpuri de iluminat, pentru eventuale mici extinderi.

B. Alegerea întreruptorului automat sau a întreruptorului automat diferen țial În circuitul de lumină, întreruptorul automat are rolul de a proteja circuitul electric contra curenţilor de scurt-circuit şi de suprasarcină. Acesta este echipat cu un releu electromagnetic (protejează contra curenţilor de scurt-circuit) şi un releu termic (protejează la curent de suprasarcină). Întreruptorul automat diferenţial este echipat în plus cu releu diferenţial ce protejează la şocuri electrice şi la incendiu. Protecţia diferenţială reprezintă o metodă suplimentară de protecţie contra şocurilor electrice directe și indirecte, fiind obligatorie conform noului normativ I7 - 2011. Metoda de bază este legarea carcasei receptorului la conductorul de protecţie.

a.

b.

c. Figura 2.10 Notarea circuitelor de lumină în urma dimensionării elementelor componente ale acestora

3FY1.5 /IPEY12IA 10A

3FY1.5 /IPEY12IA 10A

IA 10A, 30mA

3FY1.5 /IPEY12

24

Gama întreruptoarelor automate și a întreruptoarelor automate diferenţiale este:

nDI = 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A, 125A, ...;

Alegerea acestor aparate se face respectând condiţiile următoare:

CnD II ≥ ;

znD II ′≤

Unde nDI repezintă curentul nominal al aparatului suportat de acesta în regim de lungă

durată. In cazul realizării protecţiei cu întreruptor automat diferenţial, se respectă aceleaşi condiţii de alegere a aparatului. Pentru întreruptorul automat diferenţial se precizează şi valoarea curentului rezidual ∆I care poate fi de 10mA, 30mA, 100mA, 300mA, 500mA, 1A. Pentru circuite de lumină şi priză se vor utiliza întreruptoarele automate diferențiale având un curent rezidual de mAI 10=∆ ,

mAI 30=∆ . În figura figura 2.10 sunt prezentate modurile de notare ale circuitelor de lumină în schemele monofilare ale tablourilor, după dimensionarea acestora, asfel încât, însușirea documentației tehnice de către executant să fie ușor de urmărit. EXEMPLU DE LUCRU 1: Să se dimensioneze un circuit de lumină monofazat montat îngropat în perete izolat termic. Circuitul alimentează 10 corpuri de iluminat tip FIRA 03 2 36/840. Protecția la curenții de defect se poate realiza cu unul din cele trei aparate de protecţie: siguranţă fuzibil ă, întreruptor automat, întreruptor automat diferen țial. Conductoarele electrice ale circuitului sunt montate în condiții standard de funcționare, iar circuitul se află la distanță de alte circuite electrice. Rezolvare:

I. Se determină curentul de calcul CI , care parcurge conductoarele electrice în

regim de lungă durată (regim permanent de funcționare). Pentru aceasta se va aplica relația 2.1. Puterea electrică instalată iP a celor 10 corpuri de iluminat alimentate pe circuitul de lumină

se determină în felul următor: 10 FIRA 03 2 36/840 => iP = [(36W+14W) x 2] x 10 = 1000W

Se cunoaşte :

fU – tensiunea de fază egală cu 230V;

ϕcos – factorul de putere: 1 - pentru corpuri de iluminat echipate cu surse cu halogen;

0,95 – pentru corpuri de iluminat echipate cu surse fluorescente Intensitatea curentului de calcul este:

][57,495,0230

][1000A

WI C =

⋅=

II. Se determină curentul maxim admis al conductorului, zI ; Deoarece circuitul electric este format din conductoare introduse în tub de protecție pozat în perete izolat termic, încadrarea acestuia se face în sistem de pozare tip A1 (anexa A 5.6 - I7 2011).

25

Conductoarele electrice (fază și neutru) au următoarele caracteristici: sunt realizate din cupru, izolația este din PVC, pozarea în sistem A1, iar temperatura ambiantă este de 30oC. Având aceste date tehnice, din anexa 5.10, se alege un curent maxim admis imediat superior valorii curentului de calcul, cz II ≥ , pentru două conductoare active (încărcate) din cupru, tip

FY, cu izolație din PVC, o temperatură a mediului în care sunt montate conductoarele de 30OC și o temperatură a conductorului de 70OC.

AI z 57,4≥ → AI z 5,14= ;

Se alege AI z 5,14= .

Deoarece condițiile de funcționare sunt cele standard, nu este nevoie să se calculeze curentul maxim admis corectat.

III. Se stabilește secțiunea conductorului de fază. Corespunzător acestui curent maxim admis, se citește din același tabel valoarea

secțiunii conductorului de fază, respectiv 25,1 mmsf = .

IV. Se stabilește secțiunea neutrului. Deoarece este vorba despre un circuit electric monofazat, se aplică regula 1 de la subcapitolul „ALEGEREA SECȚIUNII NEUTRULUI”. În consecință, secțiunea conductorului neutru este egală cu secțiunea conductorului de

fază: 25,1 mmss Nf == .

V. Se stabilește secțiunea conductorului de protecție. Deoarece, conductoarele de fază și neutru sunt realizate din același material ca și conductorul de protecție, secțiunea acestuia este egală cu secțiunea fazei, respectându-se condițiile din tabelul 2.2.

25,1 mmss fPE ==

Soluția finală privind conductoarele electrice ale circuitului este:

5,13FY - trei conductoare de cupru cu secțiunea de 25,1 mm . VI. Se alege tipul și diametrul tubului de protecție.

Se cunoaște că montajul se face în interiorul clădirii, îngropat în perete izolat termic, deci este necesar să se aleagă un tub de protecție având marcajul minim 2221 (a se vedea tabelul 2.3). Din tabelul 2.4, pentru trei conductoare din cupru în tub (F, N, PE) având o secțiune de 25,1 mm , se stabilește diametrul exterior al tubului de protecție ca fiind

mmDe 12= .

Pentru circuitul de lumină (F, N, PE) din exemplul considerat, cu trei conductoare 3FY1,5 se alege tubul cu marcaj 2221, cu diametru de 12mm. În practică, se folosesc, în general, tuburi tip IPEY, PEL, COPEX din PVC, COPEX metalic, etc. Soluția aleasă: tub IPEY12 având marcajul 2221, fără propagarea flăcării.

VII. Se alege aparatul de protecție

A. Alegerea siguranței fuzibile Dacă se dorește utilizarea siguranței fuzibile ca aparat de protecție contra curenților de defect, se aplică condițiile explicate anterior:

AI C 57,4= ;

26

AII CF 57,4=≥ .

AIkIkI zzF 5,141⋅=⋅=′⋅≤ Luând în considerație treptele standardizate ale siguranțelor fuzibile și condițiile de mi sus, FI poate fi: 6A, 10A. Se optează, în general, pentru un aparat de protecţie de 10A, deoarece, în timp, mai pot fi făcute anumite îmbunătăţiri ale sistemului de iluminat şi este bine să existe o mică rezervă de putere pe circuit. Soluția aleasă: siguranță fuzibilă de 10A.

B. Alegerea întreruptorului automat sau a întreruptorului automat diferenţial.

În cazul în care se dorește realizarea protecției contra curenților de defect cu întreruptor automat sau întreruptor automat diferențial (nu cu siguranță fuzibilă), se va dimensiona acest aparat de protecție, ca în exemplu următor:

CnD II ≥ ;

zznD III =′≤ .

Deoarece AI C 57,4= ,

AI nD 57,4≥ ;

AI nD 5,14≤ .

Respectând condiţiile anterioare, rezultă că întreruptorul automat poate avea un curent nominal de 6A sau de 10A. Din motive explicate anterior, se alege un întreruptor automat de 10A. Pentru a alege un întreruptor automat diferențial se precizează în plus și valoarea curentului rezidual ∆I care poate fi de 30mA (figura 2.10).

27

II.2.4 CALCULUL CIRCUITELOR DE PRIZ Ă Dimensionarea unui circuit de priză se face în mod asemănător dimensionării unui circuit de lumină, cu următoarele deosebiri:

1. puterea instalată a unui circuit de priză este de 2000W, indiferent de numărul locurilor de priză alimentate prin intermediul acelui circuit (un circuit de prize poate alimenta mai multe receptoare electrice uzuale (televizoare, frigidere, aspiratoare etc.) a căror putere absorbită din reţeaua electrică, însumată, să nu depăşească 2000W. Această putere electrică a circuitului de prize uzuale este impusă de normativul în vigoare.

a) b)

c)

Figura 2.11 Circuite electrice de prize:

Circuit de priză a) protejat cu siguranţă fuzibilă, b) protejat cu întreruptor automat, c) protejat cu întreruptor automat diferenţial

1 – conductor de fază, neutru, conductor de protecţie în tub de protecţie 2 sau 1′ - cablu electric; 3 – siguranţă fuzibilă, 3′ - întreruptor automat sau 3′′ - întreruptor automat

diferenţial.

Un circuit de prize poate alimenta, de asemenea, un singur receptor electric specificat pe plan și în schemele monofilare ale tabloului (ex: maşina de spălat vase sau maşina de spălat rufe, cuptor electric etc.), caz în care circuitul respectiv va alimenta numai acel receptor electric, puterea acestuia fiind de 2000W-3000W. În acest caz, circuitul electric se dimensionează luând în considerare puterea acelui receptorului electric;

2. în cazul receptoarelor electrice alimentate din rețeaua electrică prin intermediul prizelor se consideră un factor de putere 8.0cos =ϕ ;

3. secțiunea minimă a conductorului de fază este 25,2 mmsf = .

EXEMPLU DE LUCRU 2: Să se dimensioneze un circuit de priză monofazat montat aparent pe perete. Circuitul alimentează 8 locuri de priză, puterea instalată a acestuia fiind de 2000W. Protecția la curenții de defect se poate realiza cu unul din cele trei aparate de protecţie: siguranţă fuzibil ă, întreruptor automat sau întreruptor automat diferențial. Circuitul se

31 / 2 sau 1'

3'1 / 2 sau 1'

3"1 / 2 sau 1'

28

realizează în cablu tip CYY –F, cu izolație din PVC, temperatura mediului ambiental este de 35OC și este amplasat la distanță de alte circuite electrice. Rezolvare:

I. Se determină curentul de calcul CI , care parcurge conductoarele electrice

în regim de lungă durată (regim permanent de funcționare). Pentru aceasta se va aplica relația 2.1. Puterea electrică instalată pe circuitul de prize esteiP = 2000W

Se cunoaşte :

fU – tensiunea de fază egală cu 230V;

8,0cos =ϕ – factorul de putere:

][86,108,0230

][2000A

WI C =

⋅=

II. Se determină curentul maxim admis al conductorului, zI , zI ′ ; Deoarece circuitul electric este format din cablu pozat aparent pe perete, încadrarea

acestuia se face în sistem de pozare tip C (anexa A 5.6 - I7 2011). Cablul cu conductoarele electrice din cupru are următoarele caracteristici: temperatura

conductorului de 70OC, izolația este din PVC, pozarea în sistem C, iar temperatura ambiantă este de 35oC.

Având aceste date tehnice, din anexa 5.10, se alege un curent maxim admis imediat superior valorii curentului de calcul, cz II ≥ , pentru cablu cu izolație din PVC, cu două

conductoare active (încărcate) din cupru, în condiții standard, la o temperatură a mediului de

30OC, pentru o secțiune minimă admisă a conductorului de fază, 25,2 mmsf = .

AI z 86,10≥ → AI z 27= ;

Se alege AI z 27= . Deoarece cablul este amplasat la o temperatură de 35OC, diferită de temperatura ambiantă de referință, se face o corecție a acestui curent maxim admis cu factorul

1K . Cunoscând că temperatura de montaj este de 35OC și că izolația este din PVC, din anexa

5.18 din I7-2011, se determină factorul de corecție corespunzător 94,01 =K . Circuitul de priză nu se găsește în apropierea altor circuite, deci nu trebuie să se facă corecția în funcție de factorul 2K . Pentru determinarea curentului maxim admis corectat se aplică relația de calcul:

21 KKII zz ⋅⋅=′ , ][ A Adică

AI z 38,25194,027 =⋅⋅=′

Curentul maxim admis corectat AI z 38,25=′ se va utiliza pentru dimensionarea aparatelor de protecție contra curenților de defect.

III. Se stabilește secțiunea conductorului de fază. Anterior, din condiția de rezistență mecanică a conductorului electric, s-a impus o

secțiune a conductorului de fază 25,2 mmsf = .

IV. Se stabilește secțiunea neutrului. Deoarece este vorba despre un circuit electric monofazat, se aplică regula 1 de la subcapitolul „ALEGEREA SECȚIUNII NEUTRULUI”.

29

În consecință, secțiunea conductorului neutru este egală cu secțiunea conductorului de

fază: 25,2 mmss Nf == .

V. Se stabilește secțiunea conductorului de protecție. Deoarece, conductoarele de fază și neutru sunt realizate din același material ca și conductorul de protecție, secțiunea acestuia este egală cu secțiunea fazei, respectându-se condițiile din tabelul 2.2.

25,2 mmss fPE ==

Soluția finală privind conductoarele electrice ale circuitului este:

5,23xFCYY− - cablu cu întârziere la propagarea flăcării, cu trei conductoare de

cupru cu secțiunea de 25,2 mm .

VI. Se alege tipul și diametrul tubului de protecție. Cablu tip CYY-F se montează aparent pe perete, nefiind nevoie să fie protejat prin tub de protecție.

VIII. Se alege aparatul de protecție

A. Alegerea siguranței fuzibile Dacă se dorește utilizarea siguranței fuzibile ca aparat de protecție contra curenților de defect, se aplică condițiile explicate anterior:

AI C 86,10= ;

AII CF 86,10=≥ .

AAIkI zF 34,2038,258,0 =⋅=′⋅≤ . Luând în considerație treptele standardizate ale siguranțelor fuzibile și condițiile de mai sus, FI poate fi: 16A, 20A. Se optează, în general, pentru un aparat de protecţie de 16A, considerând cea mai mică treaptă a aparatului de protecție care îndeplinește condițiile de mai sus. Soluția aleasă: siguranță fuzibilă de 16A.

B. Alegerea întreruptorului automat sau a întreruptorului automat diferenţial.

În cazul în care se dorește realizarea protecției contra curenților de defect cu întreruptor automat sau întreruptor automat diferențial (nu cu siguranță fuzibilă), se va dimensiona acest aparat de protecție, punând conițiile:

CnD II ≥ ;

znD II ′≤ , condiții ce trebuie îndeplinite simultan.

Cunoscând AI C 86,10= ,

Se obține: AI nD 86,10≥ .

AI nD 38,25≤

30

Respectând condiţiile anterioare, rezultă că întreruptorul automat ales are un curent nominal de 16A, 20A, 25A. Se alege valoarea cea mai mică a lui AI nD 16= .

În cazul întreruptorului automat diferenţial, trebuie precizat, în plus, curentul rezidual care poate fi de 10mA (de exemplu, în cazul unui circuit de priză care alimentează o cadă cu hidromasaj) sau de 30mA (cazul unui circuit de prize care alimentează calculatoare).

a) b)

c) Figura 2.12 Notarea circuitelor de priză în urma dimensionării elementelor

componente ale acestora

CYY-F 3x2.5IA 16A IA 16A

CYY-F 3x2.5

IA 16A, 30mA

CYY-F 3x2.5

31

II.2.5 CALCULUL UNEI COLOANE SECUNDARE DE LUMIN Ă

Coloana secundară de lumină are rolul de a alimenta cu energie electrică un tablou secundar de lumină şi prize. Coloanele secundare de lumină pot fi radiale sau magistrale, cele radiale fiind utilizate în majoritatea cazurilor.

Coloana radială alimentează cu energie electrică un singur tablou secundar, poate fi monofazată sau trifazată. În cazul tablourilor electrice secundare, cu o putere mai mare de 10kW, se recomandă utilizarea coloanelor trifazate radiale. CALCULUL UNEI COLOANE RADIALE

a) b)

c)

Figura 2.13 Coloana secundară radială: a) protejată cu siguranţe fuzibile, b) protejată cu întreruptor automat, c) protejată cu întreruptor automat diferențial.

1– conductoare de fază (L1, L2, L3), neutru, conductor de protecţie în tub de protecțíe tub de

protecţie-2 sau 1′ - cablu electric; 3– siguranţe fuzibile; 3′ - întreruptor automat; 3′′ - întreruptor

automat diferenţial; 4 - întreruptor pârghie tripolar; 4′ - întreruptor sau separator de sarcină.

Coloana secundară radială trifazată este formată din 3 conductoare de fază L1, L2, L3, neutru N şi conductorul de protecţie PE, introduse într-un tub de protecţie sau poate fi realizată în cablu electric cu cinci conductoare (3F+N+PE). Acest lucru presupune că rețeaua electrică este de tip TN-C-S, adică separarea nulului comun PEN se face la nivelul tabloului general (se va studia ulterior la tipuri de rețele).

Pe coloana secundară de lumină trebuie să se asigure protecția contra curenților de scurt circuit și suprasarcină. Acest lucru se poate realiza fie cu siguranță fuzibilă, fie cu întreruptor automat (figura 2.13 b) sau cu întreruptor automat diferențial (figura 2.13 c). Aceste aparate se montează pe coloană, la plecarea din tabloul general.

Pentru întreruperea alimentării cu energie electrică a tabloului secundar de lumină se montează, pe coloana secundară de lumină, la sosirea în tabloul secundar, un întreruptor (separator de sarcină) sau un întreruptor pârghie tripolar.

În figura 2.13 sunt prezentate trei moduri de echipare a coloanei secundare de lumină cu aparate de protecție și de comandă.

TLP

1 / 2 sau 1'43

TLP4'3'

1 / 2 sau 1'

TLP4'

3"1 / 2 sau 1'

32

Dimensionarea elementelor componente ale coloanei secundare de lumină se face în funcție de intensitatea curentului electric care se transmite prin acestea.

Calculul curentului nominal CI (A)

m

isC

U

WPcI

ϕcos3

][⋅= (A) (2.3)

sau

m

aC

U

WPI

ϕcos3

][= (A) (2.4)

unde:

iP – puterea instalată la nivelul tabloului electric, (W);

aP – puterea absorbită la nivelul tabloului electric, (W);

sc – coeficient de simultaneitate;

U – tensiunea de linie, 400V; ϕcos – factor de putere mediu al tabloului secundar de lumină şi prize.

Coeficientul de simultaneitate, sc , pentru un tablou electric secundar, se stabileste de

către inginerul tehnolog, în funcţie de numărul receptoarelor care funcţionează simultan, adică de numărul receptoarelor care sunt alimentate cu energie electrică în acelaşi timp. În cazul tabloului de lumină şi prize valoarea acestuia poate fi 8,0=sc , iar în cazul unui tablou

secundar care alimentează numai surse de lumină 1=sc .

Factorul de putere mediu:

iLEDPiFLiinci

LEDiLEDPPiFLFLiincincim PPPP

PPPP

+++⋅+⋅+⋅+⋅

=ϕϕϕϕ

ϕcoscoscoscos

cos (2.5)

unde:

inciP - puterea instalată a surselor de lumină cu incandescenţă alimentate din tabloul

electric, [W], dacă este cazul;

FLiP - puterea instalată a surselor de lumină fluorescente alimentate din tabloul

electric, [W];

LEDiP - puterea instalată a led-urilor alimentate, [W];

PiP - puterea instalată a circuitelor de prize alimentate din tabloul electric, [W];

1cos =incϕ - factorul de putere al surselor de lumină cu incandescenţă;

95.0cos =FLϕ - factorul de putere al surselor de lumină fluorescente;

97.0cos =LEDϕ - factorul de putere al surselor de lumină fluorescente;

8.0cos =Pϕ - factorul de putere al receptoarelor alimentate prin intermediul prizelor.

Metodologia de dimensionare a coloanelor de lumină secundare este asemănătoare cu

cea prezentată anterior pentru dimensionarea unui circuit electric, cu particularitățile caracteristice, amintite mai sus și specificate în exemplu de calcul de mai jos.

33

EXEMPLU DE LUCRU 3:

Să se calculeze elementele componente ale unei coloane secundare de lumină care alimentează un tablou electric ce are o putere instalată kWPi 55= și un factor de

simultaneitate 8,0=sc . Coloana electrică trifazată este formată din conductoare

electrice pozate în tub de protecție, montaj aparent pe elementele de construcție. Temperatura de montaj este de 30 O C, iar temperatura conductorului izolat cu PVC este de 70 O C.

I. Se calculează factorul de putere mediu al tabloului secundar de lumină şi prize care are: WPinci 10000= , WPFLi 15000= , WPPi 30000=

87.0300001500010000

8.03000095.015000110000cos =

++⋅+⋅+⋅= WWW

mϕ

II. Se determină curentul de calcul CI , care parcurge conductoarele electrice de

fază ale coloanei secundare, în regim de lungă durată (regim permanent de funcționare).

Pentru aceasta se va aplica relația 2.3. Puterea electrică instalată la nivelul tabloului esteiP =55000W.

Se cunosc : VU 400= ;

87,0cos =ϕ ; și

8,0=sc .

Se calculează intensitatea curentului de calcul, în funcţie de care se vor dimensiona toate

elementele componente ale coloanei secundare.

AI C 08.7387.04003

550008.0 =⋅⋅

⋅=

III. Se determină curentul maxim admis al conductorului, zI ;

Metodologia de lucru pentru determinarea zI este similară cu cea descrisă la alegerea

şi dimensionarea conductoarelor electrice în cazul circuitelor de lumină, luând în consideraţie faptul că în tubul de protecţie se găsesc 4 conductoare active din cupru ( 3 faze + neutrul). Alegerea secţiunii fazelor, neutrului şi a conductorului de protecţie se face după aceleaşi reguli prezentate anterior.

Deoarece circuitul electric este format din conductoare introduse în tub de protecție pozat aparent pe perete, încadrarea acestuia se face în sistem de pozare tip B1 (anexa A 5.6 - I7 2011).

Conductoarele electrice active (încărcate, 3 faze și neutru) au următoarele caracteristici: sunt realizate din cupru, izolația este din PVC, temperatura ambiantă este de 30oC și pozarea în sistem B1. Având aceste date tehnice, din anexa 5.10, se alege un curent maxim admis imediat superior valorii curentului de calcul, cz II ≥ , pentru patru conductoare active (încărcate) din

cupru, tip FY, cu izolație din PVC, o temperatură a mediului în care sunt montate conductoarele de 30OC și o temperatură a conductorului de 70OC.

34

AI z 08,73≥ ;

Se alege AI z 89= . Deoarece condițiile de funcționare sunt cele standard, iar coloana secundară nu se

găsește în apropierea altor circuite sau coloane, nu este nevoie să se calculeze curentul maxim admis corectat zI ′ .

IV. Se stabilește secțiunea conductorului de fază. Corespunzător acestui curent maxim admis, se citește din același tabel valoarea

secțiunii conductoarelor de fază, 225mmsf = .

V. Se stabilește secțiunea neutrului. Deoarece este vorba despre o coloană electrică trifazată unde, în funcționare

normală, există un dezechilibru pe cele trei faze, secțiunea neutrului este egală cu secțiunea conductoarelor de fază:

22 2525 mmsmms Nf =⇒= .

VI. Se stabilește secțiunea conductorului de protecție. Deoarece, conductoarele de fază și neutru sunt realizate din același material ca și

conductorul de protecție, secțiunea acestuia este aleasă în funcție de secțiunea fazei, respectându-se condițiile din tabelul 2.2.

22 1625 mmsmms PEf =⇒=

Soluția finală privind conductoarele electrice ale circuitului este: 4FY25+16, trei conductoare de fază din cupru cu secțiunea de 225mm , un conductor neutru, N, din cupru cu secțiunea de 225mm și un conductor de protecție, PE, din cupru cu secțiunea de 216mm .

VII. Se alege tipul și diametrul tubului de protecție. Se cunoaște că montajul coloanei secundare se face aparent, pe perete, deci este

necesar să se aleagă un tub de protecție având marcajul minim 2221 (a se vedea tabelul 2.3). Din tabelul 2.4, pentru cinci conductoare din cupru în tub (3F, N, PE) având o secțiune maximă de 225mm , se stabilește diametrul exterior al tubului de protecție ca fiind

mmDe 50= .

Soluția aleasă: tub IPEY50 având marcajul 2221, cu întârziere la propagarea flăcării. Soluţia finală privind alegerea conductoarelor electrice și a tubului de protecție este: 4FY25+FY16/IPEY-50

VIII. Se alege aparatul de protecție Proiectantul alege unul din cele trei tipuri de aparate de protecție pentru protecția

elementelor coloanei secundare de lumină contra curenților de scurt circuit și suprasarcină, urmând criteriile de selecție detaliate anterior ( a se vedea calculul circuitelor de lumină). Se dimensionează aparatul de protecție, punând condițiile pe care trebuie să le îndeplineacă, conform metodologiei descrise mai jos.

A. Alegerea siguranței fuzibile Pentru alegerea siguranțelor fuzibile se pun condiţiile următoare:

- CF II ≥ ;

- zF II ′≤ (condiţia de protecţie la scurt circuit şi suprasarcină );

- trepteII TLfF 3max +≥ (condiția de selectivitate a protecției).

35

A treia condiție, este condiția de selectivitate a protecției care trebuie să se realizeze între aparatul de protecţie cu cel mai mare curent nominal din tabloul secundar de lumină TL (ex: 16 A pe circuitul de priză) şi aparatul de protecţie montat pe coloana secundară, în tabloul general.

Selectivitatea trebuie să se realizeze ( este condiție impusă de normativ), astfel încât, în cazul apariţiei unui defect pe unul din circuitele electrice ale tabloului secundar de lumină și prize, aparatul de protecţie al acestuia să fie primul care să declanşeze, iar locul cu defect să fie izolat (se întrerupe alimentarea cu energie electrică a receptorului electric sau a grupului de receptoare electrice alimentate pe acel circuit electric). În cazul în care nu există selectivitate între cele două aparate de protecţie, primul care va declanșa va fi aparatul de protecţie de pe coloana secundară întrerupând alimentarea cu energie electrică a întregului tablou secundar.

De regulă, selectivitatea dintre două aparate se realizează cu ajutorul catalogului firmei producătoare de aparate de protecție, unde modul în care se realizează selectivitatea depinde de tipul aparatelor de protecție prevăzute în schemele electrice, în amonte și în aval. În general (în lipsa unui catalog), considerăm că se realizează selectivitatea între aparate dacă există o diferență de trei trepte între acestea. Deoarece zI ′ nu a fost nevoie să fie calculat, se ia în considerație AI z 89= , rezultă

AI F 08.73≥ ;

AI F 89≤ ;

trepteAI F 316 +≥ (adică A16 , A20 , A25 , A32 ) A32⇒ . Pentru ca să fie îndeplinite cele trei condiții simultan, curentul nominal al fuzibilului trebuie să aparțină intervalului [73,08A , 89A]. Singura valoare a fuzibilului care îndeplineşte cele trei condiții simultan, este cea de 80A. În concluzie, dacă pe coloana secundară se montează un fuzibil de 80A, se realizează atât protecția la curenți de scurt circuit cât și protecția la suprasarcină.

AI F 80= .

B. Alegerea întreruptorului automat sau a înteruptorului automat diferențial

Dacă se optează pentru realizarea protecției cu întreruptoare automate, alegerea acestora

se face respectând condiţiile prezentate în subcapitolul anterior, la care se adaugă condiţia de selectivitate. Între nDI al întreruptorului automat care are cea mai mare valoare din tabloul

electric secundar şi nDI al întreruptorului automat care se va monta pe coloana electrică, în

amonte, trebuie să se asigure o selectivitate riguros stabilită, cu ajutorul catalogului producătorului de echipamente electrice.

În plus, în cazul întreruptorului automat diferenţial trebuie să se precizeze şi valoarea curentului rezidual care trebuie să fie de 100mA, astfel încât, în cazul în care din tabloul electric alimentat de această coloană se alimentează circuite cu protecţie diferenţială de 10 sau 30mA, să existe selectivitate şi în acest sens.

CnD II ≥ ;

znD II ≤ ;

trepteAI nD 316 +≥ , condiții ce trebuie îndeplinite simultan.

Se obține: AI nD 08,73≥ ;

AI nD 89≤ ;

trepteAI nD 316 +≥ A32⇒ .

36

Respectând condiţiile anterioare, rezultă că întreruptorul automat trebuie să

aibă un curent nominal AI nD 80= .

În cazul întreruptorului automat diferenţial, trebuie precizat, în plus, curentul rezidual care poate fi de 100mA, deoarece trebuie să existe selectivitate a protecției și în cazul protecției diferențiale.

C. Alegerea întreruptorului pârghie tripolar IP III

Pentru întreruperea alimentării cu energie electrică sau punerea sub tensiune a unui tablou

secundar, implcit pentru separarea de rețeaua electrică din caare se alimentează, trebuie să se prevadă un întreruptor pârghie tripolar care se montează pe coloana secundară, în tabloul electric secundar. Tabel nr. 2.5

InIPIII[A]

Întreruptoare tripolare cu pârghie până la 1kV

Curentul de rupere Ir [A]

Curent continuu Curent alternativ.

220 [V] 440 [V]

400 [V] 500 [V]

cos φ cos φ

1 0,7 1 0,7

25 19 12,5 20 12,5 - -

63 45 30 50 30 - -

100 75 50 80 50 - -

200 - - 160 100 80 60

350 - - 280 175 140 105

630 - - 480 300 240 180

1000 - - 800 500 400 300

Se poate adopta o astfel de soluţie atunci când se foloseşte şi siguranţa fuzibilă ca aparat

de protecţie, constituind împreună o variantă mai puțin costisitoare. În general, această soluție este depășită, optându-se cel mai adesea, pentru utilizarea unui întreruptor (separator de sarcini). Întreruptorul pârghie tripolar are rolul de a închide şi de a deschide circuitul electric în care este montat. Poate fi acţionat numai manual şi este caracterizat de curentul nominal nIPIIII şi

de curentul de rupere .rI Alegerea întreruptorului pârghie tripolar se face punând condiţia

Cr II ≥ . Se pune această condiție deoarece aparatul trebuie să rupă, în condiții de

funcționare, la parametri nominali, curentul care se transmite pe coloana electrică.

37

Pentru coloana secundară de lumină, se alege rI din tabelul 2.5, pentru tensiunea nominală a

aparatului de 400V şi 1cos =ϕ . În funcţie de curentul de rupere determinat se citeşte din

tabel curentul nominal al întreruptorului pârghie tripolar, nIPIIII .

Se dimensionează întreruptorul pârghie tripolar montat pe coloana secundară de lumină la intrarea în tabloul secundar, cunoscând că intensitatea curentului de calcul este AI C 08.73= .

Se pune condiția ca AI r 08.73≥ . Din tabelul 2.5 se alege AI r 80= . Acestui curent de

rupere îi corespunde, conform tabel, un curent nominal AI nIPIII 100= . Deci se alege un

întreruptor pârghie tripolar care are un curent nominal AI nIPIII 100= și un curent de rupere

AI r 80= . Soluția aleasă: IP III 100A

D. Alegerea întreruptorului sau a separatorului de sarcină Intreruptorul are rolul de a închide sau de a deschide circuitul electric pe care este prevăzut şi se montează pe coloana secundară, în tabloul secundar. Primeşte comandă manuală sau electrică, nu este echipat cu releu termic sau electromagnetic, deci nu asigură protecţia la curenţi de defect. Poate fi echipat cu releu diferenţial, caz în care poate asigura protecţia diferenţială. Se pun condiţiile:

Cnî II ≥ ;

nDnî II = . Curentul nominal al separatorului de sarcină trebuie să fie cel puţin egal cu curentul nominal al întreruptorului automat montat pe aceeași coloană, la plecarea din tabloul general sau principal, astfel încât acesta să fie protejat de aparatul de protecție contra curenţilor de defect. Gama curenţilor nominali ai separatoarelor de sarcină este aceeaşi cu cea a întreruptoarelor automate. Cunoscând că intensitatea curentului care se transmite prin coloană este AI C 08.73= , se

pun condițiile : AI nî 08.73≥

AII nDnî 80=≥ Se alege un separator de sarcină care are un AI nî 80= .

38

SOLUTII FINALE

a)

TLP80 A80 A4FY25+FY16/IPEY 50

b)

c) Figura 2.14 Notarea coloanelor secundare de lumină

TLP80 A80 A, 100mA

4FY25+FY16/IPEY 50

TLP

4FY25+FY16/IPEY 50100 A80 A

39

II.2.6 CALCULUL COLOANEI GENERALE DE LUMIN Ă

Coloana generală de lumină are rolul de a alimenta cu energie electrică tabloul general de lumină TGL. Alimentarea acestuia se poate face dintr-un post de transformare sau din cofretul de branşament, în funcție de soluția de racord pe care o stabilește operatorul de distribuție.

a) varianta I;

1– conductoare de fază (L1, L2, L3), nul comun PEN protejate în tub de protecţie -2 sau 1′ - cablu

electric; 3– disjunctor;4 - întreruptor pârghie tripolar cu rol de separator;5 - reductoare de curent; 6 - ampermetre; 7 - cheie voltmetrică; 8 - voltmetru .

L1 L2 L3

Pi [kW]DestinatieNume

Coloana

C2 TLP

C3 TLE1

C4 TLE2

C5 TLE3

Total

4.3 4.5

23

28

7.5 7.7 7.8

9.2 9.59.328

28 9.3

9.3

9.2

9.2

9.5

9.5

120 40.339.7 40.0

5

4 CM

PS

1 / 2

1'

3

Repartitie pe faza

C1 TLS 13 4.2

b)

b) varianta II 1– conductoare de fază (L1, L2, L3), nul comun PEN protejate în tub de protecţie -2 sau 1′ - cablu electric; 3- întreruptor automat debroșabil; 4- centrală de măsură; 5 - reductoare de curent.

Figura 2.15 Schema monofilară a unui tablou general de lumină

A

A

A

kWh

PS

8

1 / 2

1'

4

6

7

10

V

5 3 5

9Repartitie pe faza

C1 TLS 13 4.2

L1 L2 L3Pi [kW]Destinatie

NumeColoana

C2 TLP

C3 TLE1

C4 TLE2

C5 TLE3

Total

4.3 4.5

23

28

7.5 7.7 7.8

9.2 9.59.328

28 9.3

9.3

9.2

9.2

9.5

9.5

120 40.339.7 40.0

40

Coloana generală se poate realiza fie în conductoare electrice (trei faze L1, L2, L3 şi nulul comun PEN ( rețea TN-C-S) sau trei faze, neutru N și conductor de protecție PE ( TN-S) introduse în tubul de protecţie ales corespunzător după categoria de influenţe externe (numai în cazul în care alimentarea se face din cofret de branşament), fie în cablu electric ales în funcţie de categoria de influenţe externe (când alimentarea se face din cofretul de branşament sau din postul de transformare). În figura 2.15, reţeaua electrică are o schemă TN-C, alături de cele trei faze se găseşte nulul comun PEN, care la nivelul tabloului general de lumină se separă în nul de lucru şi conductor de protecţie, reţeaua devenind tip TN–C-S. Rețeaua electrică din care se alimentează tabloul general poate fi tip TN-S (trei faze L1, L2, L3, N și PE) sau IT. Tipurile de rețele se vor studia, în detaliu, într-un capitol următor.

În exemplele de calcul care urmează, se va considera că alimentarea se face din rețea TN-C-S, aceasta fiind soluția cel des adoptată în practică.

În mod obligatoriu, la nivelul tabloului electric unde se separă nulul comun PEN în neutru N şi conductor de protecţie, P, se face legătura la priza de pământ ( a se vedea figura 2.15).

Dimensionarea coloanei generale se face respectând, în principiu, aceleași reguli ca și în cazurile anterioare, cu anumite particularități care vor fi definite în exemplul de calcul. La nivelul tabloului general de lumină, se montează, pe coloana generală, pe lângă aparate de protecție și comandă și o serie de aparate de măsură și control (voltmetru, cheie voltmetrică, contor etc..) (figura 2.15 a).

Aceste aparate de măsură și control pot fi înlocuite de o centrală de măsură, racordată în rețea prin intermediul unor reductoare de curent. De asemenea, ansamblul întreruptor automat – întreruptor pârghie tripolar cu rol de separator poate fi înlocuit cu întreruptor automat debroșabil care poate separa vizibil partea rețelei care rămâne sub tensiune de partea rețelei care se scoate de sub tensiune, la care să se poată lucra în condiții de siguranță (figura 2.15b).

EXEMPLU DE LUCRU 4:

Să se dimensioneze elementele componente ale unei coloane generale care alimentează un tablou general de lumină și prize. Alimentarea se face dintr-un post de transformare suprateran situat la o distanță de 100m de clădirea consumatorului. Coloana generală este realizată în cablul armat cu conductoare din cupru, montajul făcându-se în pământ la o adâncime de 0,8m, temperatura solului este de 15OC,

rezistența termică specifică de W

mK ⋅7,0 , iar gradul de încărcare 0,6. Coloana generală

se găsește la distanța de 7cm față de un alt cablu CYAbY 4x16 montat în același șanț. Echiparea cu aparate de protecție, comandă și control a tabloului general se face ca în figura 2.15 a. Elementele componente ale coloanei generale se determină în funcție de curentul de calcul

CI , intensitatea curentului calculându-se cu relația 2.3. Pentru a aplica această relație trebuie cunoscut factorul de putere la nivelul tabloului general.

I. Se calculează factorul de putere mediu al tabloului general de lumină

iTLEniTLPiTLS

TLEniTLEnTLPiTLPTLSiTLSm PPP

PPP

+++⋅++⋅+⋅=

......

cos.....coscoscos

ϕϕϕϕ (2.6)

unde:

41

- mϕcos – factorul de putere mediu la nivelul tabloului general de lumină;

- iTLEniTLPiTLS PPP +,.., ,- puterile instalate la nivelul fiecărui tablou secundar alimentat

din tabloul general; - TLEnTLPTLS ϕϕϕ cos,.....coscos , -factori de putere medii aferenți fiecărui tablou

secundar calculați cu relația 2.5; Considerând că din tabloul general se alimentează cinci tablouri secundare de lumină și

prize, factorul de putere se calculează cu relația următoare, unde se presupun cunoscute toate mărimile:

321

332211 coscoscoscoscoscos

iTLEiTLEiTLEiTLPiTLS

TLEiTLETLEiTLETLEiTLETLPiTLPTLSiTLSm PPPPP

PPPPP

++++⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= ϕϕϕϕϕϕ

Deci,

88,03400032000300002200010000

86,03400089,03200090,03000092,02200089,010000cos =

++++⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=mϕ

II. Se determină curentul de calcul CI , care parcurge conductoarele electrice de

fază ale coloanei generale, în regim de lungă durată (regim permanent de funcționare).

Relația de calcul este:

][cos3

][A

U

WPcI

m

iSC ϕ⋅⋅

⋅=

unde :

iP – puterea instalată la nivelul tabloului general de lumină [ ]W ;

U – tensiunea de linie [V], V400 ;

sc – coeficient de simultaneitate, pentru coloana generală de lumină acesta are valoarea

cuprinsă între 0,6….0,8; ϕcos – factorul de putere mediu:

Toate mărimile care intervin în relația de calcul sunt cunoscute, deci:

AI C 6,15788.04003

12800075,0 =⋅⋅

⋅=

III. Se determină curentul maxim admis al conductorului, zI ;

Din anexa 5.22, I7-2011 se alege un curent maxim admis zI pentru condiții normale de funcționare (o temperatură a solului de 20oC și o temperatură a conductorului de 70oC, grad încărcare 0,7), superior valorii curentului de calcul AI C 6,157= , pentru patru conductoare

active ( 3 faze și PEN, nul comun) din cupru , cu izolație din PVC, Condiția este:

cz II ≥ .

Rezultă: AI z 6,157≥ → AI z 185=

Deoarece condițiile de pozare diferă de condițiile normale de funcționare, se face o corecție a valorii curentului maxim admis zI , determinând-se curentul maxim admis corectat zI ′ prin

42

aplicarea unor coeficienți de corecție 1f , 2f ( a se vedea anexele 5.23....5.28) și a factorului

de reducere Xf (a se vedea sisteme de pozare în pământ).

Relația de calcul aplicată pentru determinarea curentului maxim admis corectat ′

zI :

xzz fffII ⋅⋅⋅=′ 21 , ][ A

unde: AI z 185=

21,11 =f (anexa 5.23, grad de încărcare 0.6, cablu cu izolație din PVC, temperatura

solului de 15OC, rezistența termică specifică solului este de W

mK ⋅7,0 );

87,02 =f (anexa 5.25, grad de încărcare 0,6, cablu cu izolație PVC, număr cabluri

pozate în același șanț 2, rezistența termică specifică solului este de W

mK ⋅7,0 );)

xf - factor de corecție pentru modul de pozare a cablului: 0,85 pentru cabluri pozate

în tub de protecție și 0,9 daca cablul este acoperit cu plăci curbate ce nu permit eliminarea incluziunilor de aer după acoperire.

Deoarece cablul pozat în șanț nu se regăsește în nici o situație specificată anterior, se ia 1=xf

Se detemină astfel curentul maxim admis corectat: 7,194187,021,1185 =⋅⋅⋅=′zI ][ A .

IV. Se stabilește secțiunea conductorului de fază.

Corespunzător acestui curent maxim admis AI z 185= , se citește din același tabel

valoarea secțiunii conductoarelor de fază, 250mmsf = ( anexa 5.22).

V. Se stabilește secțiunea nulului comun PEN Rețeaua electrică din care se alimentează tabloul general de lumină este o rețea TN-C-S, ceea ce presupune că separarea nului comun PEN în neutru N și conductor de protecție PE se face la nivelul tabloului general, deci coloana generală de lumină este formată din trei conductoare de fază și un condutor PEN. Conductorul PEN are rol și de neutru și de conductor de protecție, secțiunea minimă a acestuia trebuie, deci, să fie egală cu secțiunea neutrului. Deoarece este vorba despre o coloană electrică trifazată unde, în funcționare normală, există un dezechilibru pe cele trei faze, secțiunea neutrului ar trebui să fie egală cu secțiunea conductoarelor de fază:

22 5050 mmsmms Nf =⇒= .

Deci, secțiunea conductorului PEN este 250mmsPEN = Deoarece coloana nu traversează drumuri deschise circulației, nu este nevoie să se

protejeze cablul cu tuburi de protecție. Cablu se pozează direct în șant, pe pat de nisip, acoperit cu folie de semnalizare, conform NTE 007-2008. Soluţia aleasă: CYAbY 4x50. Soluția finală se va nota în schema monofilară a tabloului general.

VI. Se alege aparatul de protecție

43

Întreruptorul automat montat pe coloana generală de lumină, în tabloul general, are rolul de a proteja echipamentele electrice ale tabloului şi elementele componente ale coloanei generale situate în aval de locul de montare al acestuia contra curenţilor de scurt-circuit şi de suprasarcină. Alegerea întreruptorului automat se face respectând condiţiile precizate anterior:

CnD II ≥ ;

znD II ′≤ ; trepteII TLfnD 3secmax +≥ .

Se cunoaște AIC 6,157= curentul maxim admis corectat 7,194=′zI ][ A .

AI nD 6,157≥ ;

AI nD 7,194≤ ;

trepteAI nD 380 +≥ = AI nD 125≥ .

Respectând simultan aceste condiții rezultă că întreruptorul automat are un curent nominal de 160A. Soluţia finală privind alegerea întreruptorului automat: AI nD 160= .

Dacă se dorește alegerea unui întreruptor automat diferențial, curentul rezidual pe coloana generală trebuie să fie, în general, mAI 300=∆ , pentru a asigura selectivitate între protecția diferențială de pe coloana secundară (100mA) și coloana generală.

VII. Alegerea întreruptorului pârghie tripolar IP III

Pentru separarea vizibilă a tabloului general de lumină de acea parte a instalaţiei electrice care rămâne sub tensiune, se prevede un întreruptor pârghie tripolar IP III cu rol de separator care se montează pe coloana generală, în tabloul electric (a se vedea figura 2.15 a). Separatorul poate fi acţionat numai manual şi numai după ce alimentarea cu energie electrică a tabloului general a fost întreruptă prin intermediul întreruptorului automat. Deci, acest separator nu se deschide niciodată sub sarcină, iar dimensionarea lui, din acest motiv, se face respectându-se condiţia: CnIPIII II ≥ , deoarece, întreruptorul pârghie tripolar cu rol de

separator, trebuie să suporte trecerea curentului în regim nominal de funcționare, nu să-l întrerupă. Se pune condiţia AII CnIPIII 6,157=≥

Se alege curentul nominal AI nIPIII 200= din tabelul nr. 2.5, pentru tensiunea nominală a

aparatului de 400V şi 1cos =ϕ . Soluţia finală: IPIII 200A.

VIII. Alegerea reductoarelor de curent

Reductoarele de curent sunt utilizate în vederea legării în reţeaua electrică a ampermetrelor pentru măsurarea intensităţii curenţilor pe cele trei faze (3 reductoare de curent) şi a contorului de energie electrică activă (3 reductoare de curent). Reductorul de curent este caracterizat de un curent în primarul reductorului npI şi de un curent

în secundarul reductorului nsI care este de 5A.

Pentru alegerea reductorului de curent se pune următoarea condiţie:

Cnp II 1,1≥ .

Alegerea reductorului de curent se face din tabelul nr. 2.6.

44

Pentru dimensionarea celor șase reductoare de curent, se pune condiția: AAI np 3,1736,1571,1 =⋅≥

Se alege curentul nominal în primarul reductorului AI np 200= din tabelul nr. 2.6 iar

curentul nominal în secundarul reductorului AI ns 5= .

Soluţia finală: ACIT 5/2003 pentru legarea celor trei ampermetre şi ACIT 5/2003 pentru legarea contorului de energie electrică activă. Soluția finală se notează în schema tabloului general.

Tabel nr. 2.6

Caracteristicile reductoarelor de curent (ELECTROPUTERE Craiova)

Tt Inp [A] Ins [A] Cp [%] Pa [VA] Ct [kA]

CIRS – 0,5 kW; CIS – 0,5 kW

5

5 0,5 10

0,3

10 0,6

15 0,9

20 1,2

30 1,8

40 2,4

50 3,0

75 4,5

100 6,0

125 7,5

150 9

200 12

250 15

350 18

CIRT – 0,5 kW; CIT – 0,5 kW

100

5

1 5

6

125 7,5

150 9

200 12

250 15

350 18

400

0,5

10

24

500 30

600 36

750 45

1000 15

60

1250 75

1500

30

90

2000 120

2500 150

3000 180

45

Notă: Tt – tipul transformatorului, Cp – clasa de precizie, Pa – puterea absorbită de secundar, Ct – curentul termic I ∞ pentru tf =1 s;C – transformator de curent, I – montat în interior, S – tip suport, T – tip trecere, R – izolaţie cu răşină.

IX. Alegerea ampermetrelor

Ampermetrele se utilizează pentru măsurarea intensităţii curenţilor pe cele trei faze. În cazul coloanei generale trifazate de lumină se va prevedea un ampermetru pe fiecare fază deoarece curenţii pe cele trei faze sunt dezechilibraţi. Alegerea ampermetrelor se va face considerând scala ampermetrului gradată între npI−0 ⇒ A2000 − .

Se dimensionează ampermetrele montate pe conductoarele de fază ale coloanei generale de lumină: ACIT 5/2003 .

Se aleg 3 ampermetre având scala gradată între A2000− . Soluţia finală: )2000(3 A− .

X. Alegerea contorului de energie electrică

Contorul de energie electrică se utilizează pentru măsurarea energiei electrice consumate. În cazul considerat se recomandă alegerea unui contor de energie electrică activă tip T-2CA43 (T-trifazat, C- curent , A-alternativ).

XI. Alegerea cheii voltmetrice şi a voltmetrului

Voltmetrul este utilizat pentru măsurarea tensiunii între faze şi între cele trei faze şi neutru. Legarea voltmetrului în instalaţia electrică se face prin intermediul unei chei voltmetrice care are şase poziţii active din şapte, a şaptea poziţie fiind cea de repaos, când nu se măsoară tensiunea, folosită pentru reglarea aparatului prin aducerea la zero. Voltmetru se protejează contra curenţilor de defect cu aparate de protecţie (siguranţe fuzibile sau întreruptor automat de 6A sau 10 A). În figura 2.16 sunt notate aparatele electrice componente ale coloanei generale, după dimensionarea acestora.

Figura 2.16 Notarea coloanei generale și a echipamentelor electrice

A

A

A

kWh

PS

CY

AbY

4x5

0

IP III 200A

3(0...200A)

CV 67

10 A

V

3 CIT 2005 A 160 A

T-2CA433 CIT 200

5 A

0-600 V

Repartitie pe faza

C1 TLS 13 4.2

L1 L2 L3Pi [kW]Destinatie

NumeColoana

C2 TLP

C3 TLE1

C4 TLE2

C5 TLE3

Total

4.3 4.5

23

28

7.5 7.7 7.8

9.2 9.59.328

28 9.3

9.3

9.2

9.2

9.5

9.5

120 40.339.7 40.0

46

II.3. SCHEME MONOFILARE TABLOURI ELECTRICE DE FOR ŢĂ. CONCEPŢIE. CIRCUITE ELECTRICE DE FOR ŢĂ. CALCUL

II.3.1.CIRCUITUL ELECTRIC DE FOR ŢĂ (DE PUTERE)

Figura 2.17 Diferite moduri de echipare cu aparate electrice a circuitelor de putere. a) circuit de motor trifazat cu pornire directă, protejat cu siguranțe fuzibile și releu termic; b) circuit de motor trifazat cu pornire directă protejat cu întreruptor automat; c) circuit de motor trifazat cu pornire directă protejat cu întreruptor automat

diferențial; d) circuit de motor trifazat cu pornire în stea protejat cu siguranțe fuzibile și releu termic; e) circuit de motor trifazat cu pornire în stea protejat cu întreruptor automat; f) circuit de motor monofazat protejat cu întreruptor automat diferențial; g) circuit de prize trifazate protejat cu siguranțe fuzibile; h) circuit de prize

trifazate protejat cu întreruptor automat; i) circuit de prize trifazate protejat cu întreruptor automat diferențial; j) circuit de prize de tensiune redusă protejat cu siguranțe fuzibile.

1- conductoare electrice protejate în tub de protecție-2, 1’- cablu electric; 3-contactor; 3”-pornitor stea-triunghi; 4-releu tremic; 5- siguranțe fuzibile; 6-întreruptor automat; 6’- întreruptor automat diferențíal; 7- cheie bipolară;

8- transformator de tensiune 230V/24V.

24V

j)

1 / 2 sau 1'1 / 2 sau 1'

e)

6

3'

5 57 8

5 3 4

3

61 / 2 sau 1'

3

1 / 2 sau 1'

6'

11 / 2 sau 1'

3

51 / 2 sau 1'

3

f)

g)

a)

b)

3

6'

1 / 2 sau 1'6

1 / 2 sau 1'

36'

1 / 2 sau 1'

3

h)

i)

1 / 2 sau 1'

1 / 2 sau 1'5

3'

4

c)

d)

47

Circuitele electrice de forţă alimentează cu energie electrică receptoare de forţă (de putere) mono sau trifazate, după caz. Acestea pot alimenta un singur receptor de putere sau un grup de receptoare de putere, în condiţii specifice, prevăzute de normativul I7-2011.

Receptoarele de putere pot fi racordate direct la rețeaua electrică sau prin intermediul locurilor de priză. Întotdeauna, în cazul receptoarelor de putere cu carcasa metalică, aceasta se leagă la conductorul de protecţie PE care însoţeşte conductoarele fază și neutru sau conductoarele de fază, după caz.

Ca şi în cazul receptoarelor de lumină, schema monofilară a unui tablou secundar de forţă este concepută de inginerul proiectant în funcţie de numărul receptoarelor de putere, caracteristicile tehnice ale acestora, amplasare în plan, cu respectarea normativelor în vigoare.

Diferite moduri de echipare a circuitelor mono sau trifazate de motor și prize sunt prezentate în figura 2.17. Circuitele de motor pot fi cu pornire directă sau cu pornire în stea. Motoarele cu puteri mici

kW5,5Pi < sunt pornite direct - figura 2.17 a), b), c), iar motoarele cu o putere kW5,5Pi ≥ sunt pornite, în general, în stea – figura 2.17 d), e).

La pornire, un motor electric cu rotorul în scurt circuit are un curent de 4-7 ori mai mare decât curentul nominal ( a se vedea tabel nr. 2.7). În cazul în care puterea motorului este mică, intensitatea mare a curentului la pornirea motorului nu afectează buna funcționare a rețelei electrice.

În cazul motoarelor electrice cu puteri mari, curentul mare absorbit la pornirea motoarelor ar putea afecta funcționarea normală a altor receptoare electrice, de aceea se preferă pornirea acestora în stea. În acest caz, intensitatea curentului la pornirea motorului

scade de trei ori, 3

I pp

I=λ .

Acționarea unui motor cu pornire directă (punerea sub tensiune) -figura 2.1 a), b), c), f), care are rolul de a închide și deschide circuitul electric.

Pornirea în stea a unui motor de putere mare se face cu ajutorul unui demaror stea-triunghi figura 2.17 d), e). Demarorul stea-triunghi este format din trei contactoare, legate în circuit astfel încât, la punerea sub tensiune, motorul să pornească cu înfășurările legate în stea, după care să treacă la funcționarea normală având înfășurările legate în triunghi.

Contactorul montat în circuitul de forță (de putere) sau demarorul stea-triunghi poate primi comandă automată sau manuală. Pentru a acţiona aceste aparate electrice de comandă este nevoie să se prevadă în tablou un circuit monofazat de comandă (figura 2.18).

Acţionarea manuală se face prin intermediul unor butoane cu revenire montate fie pe uşa tabloului electric, fie în exteriorul tabloului lângă echipamentul electric alimentat.

Protecţia elementelor componente ale circuitelor de motor contra curenţilor de defect ( scurt-circuit şi suprasarcină) se face în 2 moduri (figura 2.17):

• cu siguranţe fuzibile şi releu termic; • cu întreruptor automat sau întreruptor automat diferenţial.

În circuitul electric de motor, siguranţele fuzibile ( câte una pe fiecare fază) au rolul de

a proteja contra curenţilor de scurt-circuit, iar releul termic protejează contra curenţilor de suprasarcină.

Dacă se utilizează întreruptorul automat, acesta va înlocui cele două aparate electrice (fuzibil+releu termic) îndeplinind rolul acestora.

Pentru circuitele electrice de priză protecţia contra curenţilor de defect se realizează fie cu siguranţe fuzibile fie cu întreruptoare automate sau întreruptoare automate diferenţiale.

48

Dintr-un tablou electric se pot alimenta şi receptoarele electrice de tensiune redusă, prin intermediul unor circuite de tensiune redusă (figura 2.17 j). În general, aceste circuite sunt circuite de prize, dar pot fi și circuite de lumină. Circuitele de tensiune redusă se prevăd în spaţiile tehnice ale clădirilor sau acolo unde riscul de șoc electric este mare. Aceste circuite prezintă particularitatea că trebuie să aibă în componenţă aparate de protecţie contra curenţilor de defect atât înaintea transformatorului de tensiune cât și după acesta, luându-se în consideraţie intensitatea curentului electric din circuit de dinainte de transformator și cea de după transformator.

Se recomandă legarea circuitelor electrice de tensiune redusă înaintea aparatului de separare montat pe coloana secundară, la intrarea în tabloul electric, astfel încât, în cazul scoaterii de sub tensiune a tabloului electric, circuitul de tensiune redusă să rămână sub tensiune, pentru intervenții.

De regulă, alimentarea cu energie electrică a receptoarelor de forţă se face în mod individual (un circuit electric de forță alimentează un singur receptor de forță ), existând anumite excepţii prevăzute în normativul I7/2011.

49

Figura 2.18 Schema monofilară a unui tablou secundar de forță

24V

3

Bp Bo

Bp Bo

butoane pornit, oprit curevenire

Bp Bo

Bp Bo

Bp Bo

lampita de semnalizare

50

II.3.2.CALCULUL CIRCUITELOR DE MOTOR CU PORNIRE DIR ECTĂ A. Protecția contra curenților de defect se realizează cu siguranțe fuzibile și releu termic A.1. Determinarea zI sau zI ′ şi a secţiunii conductoarelor circuitului de motor cu pornir e directă

Figura 2.18 Schema multifilară a unui circuit de motor cu pornire directă Dimensionarea elementelor componente ale unui circuit de motor trifazat cu pornire

directă (figura 2.17, figura 2.18) se face în funcţie de curentul care le parcurge în regim nominal de funcţionare ( în regim de lungă durată), iar conductorul electric de fază se verifică la pornirea motorului ( în regim de scurtă durată ). În cazul circuitelor trifazate de motor cu pornire directă se calculează intensitatea curentului nominal cI cu relaţia:

=[]

√∙∙ ∙[] (2.7)

unde: U -tensiunea de linie, 400V;

iP -puterea instalată a motorului [W] ;

=

ƞ[] (2.8)

aP - puterea absorbită în regim nominal;

ϕcos -factorul de putere; η - randamentul motorului. Tipul, puterea instalată a motorului, tensiunea nominală a motorului și locul de montaj sunt prevăzute prin temă de către inginerul proiectant de la altă specialitate ( instalaţii sanitare, termice, ventilaţii etc.). Alegerea randamentului η şi a factorului de putere ϕcos ale motorului alimentat cu energie electrică se face în funcţie de puterea instalată si de turaţia n a acestora, din fișa tehnică a motorului ( a se vedea tabelul nr. 2.7). Pentru stabilirea curentului maxim admis zI sau zI ′ şi alegerea secţiunii conductoarelor de fază și a conductorului de protecţie se respectă metodologia stabilită anterior, cu anumite particularități.

L3L2L1NPE

3

51

Nr. Crt. Tabel nr. 2.7 Caracteristicile electromotoarelor asincrone trifazate cu rotorul în scurt circuit

Putere n=3000 rot/min n=1500 rot/min n=1000 rot/min n=750 rot/min

kW η % cos φ Kp =Ip/Ic Mp/Mn η % cos φ Kp =Ip/Ic Mp/Mn η % cos φ Kp =Ip/Ic Mp/Mn η % cos φ Kp =Ip/Ic Mp/Mn

1 0,25 - - - - 62 0,72 4,5 1,6 - - - - - - - -

2 0,37 66 0,79 5,5 1,9 65 0,74 4,5 1,6 66 0,67 4 1,6 - - - -

3 0,55 71 0,81 5,5 1,9 70 0,75 5,5 1,8 69 0,685 4,5 1,7 - - - -

4 0,75 73 0,82 6,0 1,9 72 0,76 5,5 1,8 71 0,7 4,5 1,8 66 0,63 4 1,7

5 1,1 74 0,84 6,0 2 73 0,78 6 2 73 0,71 4,5 2 69 0,65 4,5 1,7

6 1,5 77 0,85 6,5 2 76 0,79 6 2 75 0,72 5,5 2 72 0,67 4,5 1,7

7 2,2 79 0,855 6,5 2 79 0,8 6,5 2,2 77 0,74 5,5 2 75 0,69 4,5 1,7

8 3 80 0,86 6,5 2,2 80,5 0,81 6,5 2,2 79 0,75 6 1,8 78 0,7 5 1,7

9 4 82 0,865 7,0 2,2 82 0,82 6,5 2,2 81 0,76 6 1,8 80 0,72 5 1,7

10 5,5 83 0,865 7,0 2 84 0,83 6,5 2 83 0,77 6 1,8 81,5 0,735 5,5 1,7

11 7,5 85 0,87 7,0 2 85,5 0,84 6,5 2 84 0,78 6 1,6 83 0,75 5,5 1,6

12 11 86 0,87 7,0 1,8 87 0,84 6,5 2 85 0,795 6 1,6 84,5 0,76 5,5 1,6

13 15 87 0,87 7,0 1,8 88 0,845 7 2 86 0,81 6 1,6 86 0,77 5,5 1,6

14 18,5 87,5 0,88 7,0 1,8 89 0,85 7 1,8 87 0,82 6,5 1,6 89 0,78 6 2

15 22 88 0,885 7,0 1,8 89,5 0,85 7 1,8 88 0,83 6,5 2,4 90 0,79 6 2,2

16 30 89 0,89 7,0 1,8 90 0,855 7 1,8 90,5 0,85 6,5 2,6 91 0,8 6 2,2

17 37 89,5 0,89 7,0 1,8 90,5 0,855 6,5 2,5 91 0,85 6,8 2,8 91 0,81 6,2 2,2

18 45 90 0,89 6,8 2,3 91 0,86 6,5 2,5 92 0,86 6,5 2,4 92 0,82 6,2 2,3

19 55 90,5 0,90 6,8 2,3 92 0,86 6,8 2,6 92 0,86 6,5 2,4 92,5 0,83 6,2 2,3

20 75 90,5 0,90 6,8 2,2 92 0,88 7 2,5 93 0,87 6,8 2,2 - - - -

21 90 91 0,90 6,8 2,1 93 0,88 7 2,5 - - - - - - - -

52

A.2. Verificarea conductoarelor de fază în regim de scurtă durată ( la pornire ) sau verificarea densităţii de curent la pornire Pentru verificarea conductoarelor de fază în regim de scurtă durată se pune condiţia:

=

≤ (2.7)

unde: = ∙ -intensitatea curentului la pornirea motorului; - se determină din tabelul nr. 2.7, în funcţie de puterea instalată a motorului şi de turaţia acestuia;

admJ - densitatea de curent la pornire maxim admisă;

= 35!

" -pentru conductoare din cupru;

= 20!

" -pentru conductoare din aluminiu.

În cazul în care densitatea de curent la pornire nu este în limitele admise, se măreşte

secţiunea conductorului de fază cu o treaptă și se verifică din nou, până când aceasta se înscrie în limitele admise.

Dacă secţiunea conductoarelor de fază se modifică în urma acestei verificări, se va modifica în mod corespunzător şi secţiunea conductorului de protecţie. Se redefineşte zI sau zI ′ .

După această verificare se va da soluţia finală pentru conductoarele circuitului electric considerat. A.3. Alegerea tipului si diametrului tubului de protecţie

Pentru alegerea tubului de protecţie se procedează în mod similar metodologiei descrise anterior luând în considerare tipul şi numărul conductoarelor din tub, secţiunea maximă a conductoarelor circuitului, condiţiile de montaj, riscul de incendiu. A.4. Alegerea contactorului

Contactorul este un aparat electric care are rolul de a închide sau de a deschide circuitul electric în care este montat.

Acesta este caracterizat de un curent nTCAI denumit curentul nominal al contactorului

fiind acel curent electric suportat la infinit de contactor, în regim permanent de funcţionare. Contactorul mai este caracterizat de un curent fTCAI care reprezintă valoarea maximă a

fuzibilului ce poate fi utilizat pentru protecţia circuitului și a elementelor componente ale acestuia, care implicit va asigura şi protecţia contactorului.

În tabelul nr. 2.8 sunt date valorile acestor curenţi nTCAI şi fTCAI necesari în alegerea

contactorului . Alegerea contactorului se face punând condiţia:

cnTCA II >

În funcţie de nTCAI se determină fTCAI .

Tabel nr. 2.8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

nTCAI 6A 10A 16A 25A 32A 40A 63A 100A 160A 200A

fTCAI 20A 35A 35A 63A 63A 100A 160A 300A 400A 630A

53

A.5. Alegerea releului termic

Releul termic este un aparat electric care are rolul de a proteja receptoarele electrice şi

elementele componente ale circuitului contra curenţilor de suprasarcină ( se va studia în capitolul „ Aparate electrice”).

Releul termic este caracterizat de un curent nominal nTSAI , un curent de reglajrI , un

curent de serviciu sI si un curent al fuzibilului ce protejează releul termic fTSAI .

Curentul nTSAI este intensitatea curentului pe care releul termic o suportă în regim

permanent de funcţionare fără ca acesta să producă deteriorarea aparatului.

rI este curentul de reglaj pe care releul termic îl supraveghează, valoarea curentului

de reglaj fiind egală cu cea a curentului nominal al circuitului, cr II = .

Intervalul de valori ai curenţilor pentru care un releu termic poate fi reglat este dat de relaţia: % = ∈ (0,6. .1),unde curentul de serviciu sI este ales astfel încât rI să se găsească la

jumătatea domeniului considerat tabelul 2.9. Din tabelele nr. 2.9 şi nr. 2.10, în funcţie de sI se determica nTSAI şi fTSAI unde fTSAI

reprezintă valoarea maximă a fuzibilului ce poate fi ales astfel încât să asigure protecţia releului termic.

Principalele caracteristici ale releului termic tip TSA Tabel nr. 2.9

TIP RELEU TERMIC

Curentul nominat

nTSAI [ ]A

Curenţi de serviciu [ ]AI s

TSA 101) 10 0.19; 0.23; 0.3; 0.4; 0.55; 0.75; 1.0; 1.3; 1.8; 2.4; 3.3; 4.5; 6.0; 8.0; 10.0; TSA 161) 16 0.4; 0.55; 0.75; 1.0; 1.3; 1.8; 2.4; 3.3; 4.0; 5.0; 6.0; 8.0; 11.0; 16.0 TSA 321) 32 0.4; 0.55; 0.75; 1.0; 1.3; 1.8; 2.4; 3.3; 4.0; 5.0; 6.0; 8.0; 11.0;15.0; 20.0;

25.0; 32.0; TSA 631) 2) 63 40.0; 63.0; TSA 1001) 2) 100 80.0; 100.0; TSA 4001) 2) 400 80.0; 100.0; 125.0; 160.0; 200.0; 250.0; 315.0; 400.0; TSA W 6301)2) 630 315.0; 400.0; 500.0; 630.0 TSAW- PG6301) 2) 3) 630 63.0; 80.0; 100.0; 125.0; 160.0; 200.0; 250.0; 315.0; 400.0; 500.0; 630.0. 1)- asigură protecţia la mersul în două faze 2)- asigură compensarea dilatării datorată temperaturii mediului ambiant; 3)- sunt utilizate pentru protecţia motoarelor cu pornire grea

Valorile fTSAI în funcţie de curentul de serviciu sI

Tabel nr. 2.10

sI [ ]A 0.19 0.23 0.3 0.4 0.55 0.75 1.0 1.3 1.8

fTSAI

[ ]A

2 2 2 2 2 4 4 6 6

sI [ ]A 2.4 3.3 4.5 6.0 8.0 10.0/11.0 15.0/16.0 20.0 25.0

fTSAI

[ ]A

10 16 20 20 25 35 50 63 80

sI [ ]A 32.0 40.0 63.0 80.0 100.0 160.0 200.0 250.0 315.0

fTSAI

[ ]A

100 125 160 160 160 225 315 400 630

54

A.6. Alegerea siguranţelor fuzibile

Siguranţele fuzibile au rolul de a proteja contra curenţilor de scurt-circuit, atât

receptoarele electrice sau receptorul electric alimentat cât şi celelalte elemente componente ale circuitului (conductoare, releu termic, contactor etc.) .

În cazul circuitului de motor cu pornire directă, pentru a alege siguranţele fuzibile se pun următoarele condiţii:

1. cf II > ;

2. 5,2p

f

II > ;

3. fTCAf II ≤ ;

4. fTSAf II ≤ ;

5. ′⋅< zf II 3 . Observaţie: se alege cea mai mică valoare a fuzibilului care îndeplineşte simultan cele cinci condiţii.

Prima condiţie se impune astfel încât fuzibilul să nu se topească la trecerea curentului nominal prin circuit, cea de-a doua condiţie se impune astfel încât fuzibilul să nu se topească la trecerea curentului de pornire pI al motorului electric cu pornire directă.

Condiţiile 3 si 4 se impun astfel încât fuzibilul să se topească înainte ca prin cele două aparate (contactorul și releul termic) să treacă un curent de scurt-circuit care să le deterioreze.

Cea de-a cincea condiţie se impune pentru ca fuzibilul să asigure protecţia conductoarelor electrice la scurt-circuit. Exemplu de calcul

Să de dimensioneze un circuit electric de motor cu pornire direct ă a cărui putere instalată este Pi=1,1kW, turaţia n=3000 rot/min. Circuitul electric este realizat din conductoare electrice din cupru tip FY cu izolație din PVC, montate în tub de protecţie pozat aparent pe elementele de construcţie, la interior, la o temperatură de 30C. Protecția contra curenților de defect se realizează cu siguranțe fuzibile și releu termic sau întreruptor automat. A. Varianta 1. Protecția se realizează cu siguranțe fuzibile și releu termic 1. Se determină zI sau zI ′ , secţiunea conductoarelor de fază şi a conductorului de protecţie. Circuitul este realizat din patru conductoare electrice din cupru FY, montate în tub de protecţie pozat aparent pe elementele de construcție. Cunoscând aceste date se face încadrarea în sistemul de referinţă B1 ( patru conductoare , 3F+PE, introduse în tubul de protecție). Se calculează intensitatea curentului nominal:

=-

√3 ∙ . ∙ /012 ∙ ƞ[]

unde: WPi 1100=

VU i 400=

84,0cos =ϕ

74,0=η

=1100

√3 ∙ 400 ∙ 0.84 ∙ 0.74= 2,55[]

55

Pentru determinarea curentului, maxim admis zI se cunosc următoarele: conductorul

este din cupru cu izolaţie din PVC, pozare în sistem de referinţă B1, temperatură ambiantă 30 C.

Din anexa 5.10 se alege un curent maxim admis care să respecte condiţia: AII Cz 55.2=≥

AI z 5,15= .

Deoarece condițiile de montaj sunt cele standard, circuitul nefiind pozat în grup, nu

este necesar să se calculeze curentul maxim admis corectat, ′zI .

Curentului AI z 5,15= îi corespunde o secțiune a conductoarelor de fază 25.1 mms f =. În cazul circuitului trifazat de motor nu există neutru, deci se va face dimensionarea conductorului de protecție PE .

Se dimensionează secțiunea conductorului de protecție după regula stabilită anterior (a se vedea tabel nr. 2.2):

fPE ss = ; 25,1 mmsPE = .

2. Se verifică secțiunea conductoarelor de fază la densitatea de curent la pornire. Se pune condiția:

=

=

6∙7

=

8∙9,::

;,:= 10.2 2mm

A

Deoarece 235mm

AJJ admp =≤ se verifică, înseamnă că densitatea de curent la pornire

este în limite admise, deci secțiunea conductorului de fază și a celui de protecție rămân aceleași, nefiind nevoie ca secțiunea conductoarelor de fază să fie mărite.

Soluția aleasă: 5,14FY . 3. Se alege tubul de protecție. Montajul se face la interiorul construcției, aparent pe elementele de construcție, deci tubul trebuie să fie tip 2221 (tabel 2.3). Diametrul tubului pentru 4 conductoare de cupru cu secțiunea 25,1 mmsPE = este mmDe 16= (tabel 2.4).

4. Se alege contactorul, punând condiția: AII cnTCA 55.2=>

Din tabelul nr. 2.8 se alege AI nTCA 6= , iar AI fTCA 20= .

Soluția aleasă: TCA 6A. 5. Se alege releul termic.

Se cunoaște AI c 55.2= , rezultă ( ) scr IAII 1......6,055.2 ∈== .

Se alege sI (din tabelul nr. 2.8) astfel încât AI r 55.2= să se situeze cât mai aproape

de jumătatea intervalului. Dacă se alege AI s 3.3= rezultă: ( )AAII cr 3,3......98,155.2 ∈== .

Din tabelul nr. 2.10 se alege AI fTSA 16= .

Soluția aleasă: TSA 10A ( AIAI Sr 3.3,55.2 == ).

Se aleg siguranțele fuzibile, punând condițiile: 1. AII cf 55.2=> ;

2. AI

I pf 12.6

5.2

55.26

5,2=⋅=> ;

3. AII fTCAf 20=≤ ;

4. AII fTSAf 16=≤ ;

56

5. AII zf 393 =′⋅< .

Siguranțele fuzibile trebuie să îndeplinească simultan cele cinci condiții. Siguranța fuzibilă care corespunde este cea care are un fuzibil de 10A. În figura 2.19 este reprezentat un circuit de motor cu pornire direct, cu elemente componente dimensionate.

a)

b)

Figura 2.19 Notarea circuitelor de motor cu pornire directă a) protecția contra curenților de defect s-a realizat cu siguranțe fuzibile și cu releu termic; b) protecția s-a realizat cu înteruptor automat.

B. Varianta 2. Protecția se realizează cu întreruptor automat Circuitele de motor cu pornire directă pot fi protejate contra curenților de defect cu

întreruptoare automate (disjunctoare) sau întreruptoare automate diferențiale (figura 2.17). Acestea vor asigura atât protecția la scurt circuit cât și la suprasarcină. Dacă în exemplul considerat, protecția se asigură cu întreruptor automat,

dimensionarea acestuia se face cu relațiile: AII CnD 55.2=≥ ;

AII znD 5.15=≤ .

Secțiunea conductoarelor de fază este 25.1 mms f = , iar AI z 5.15= .

Se alege un AI nD 4= pentru care AII cr 55.2== .

Soluție finală: IA 4A ( AII cr 55.2== )

10A TCA6A

34FY1.5/IPEY16

TSA10A(I =2.55A, I =3.3A)r s

34FY1.5/IPEY16

TCA6A

IA4A(I =2.55A)r

57

II.3.3 CALCULUL CIRCUITELOR DE MOTOR CU PORNIRE STE A-TRIUNGHI A. Protecția contra curenților de defect se realizează cu siguranțe fuzibile și releu termic

Figura 2.20 Schema multifilară a unui circuit de motor cu pornire stea

Motoarele electrice de puteri mari (P ≥ 5,5 kW) sunt pornite, de regulă, în stea. Rolul pornirii în stea este acela de a diminua de 3 ori curentul la pornire al motorului:

<=>=

<=

?. În schemă sunt specificate tronsoanele I și II ale circuitului de motor cu pornire în stea

care sunt parcurse de un curent de calcul diferit cI și 1cI , situate în interiorul tabloului

electric sau în exteriorul acestora:

cI – curentul electric care parcurge conductoarele circuitului de la bara electrică de fază aflată

în tabloul electric până la pornitorul stea-triunghi. Pe acest tronson de circuit secţiunea este

fs , iar curentul maxim admis zI′ (tronsonul I);

1cI – curentul electric care parcurge conductoarele circuitului de la pornitorul stea-triunghi la motor, secţiunea fiind 1fs , iar curentul maxim admis 1zI ′ (tronsonul II). O porțiune din

tronsonul II se găsește în tabloul electric, altă porțiune a aceluiași tronson găsindu-se în exteriorul tabloului.

Dimensionarea unui circuit de motor cu pornire stea-triunghi se face după aceeaşi metodologie descris anterior, luând în consideraţie valorile curentului de calcul care parcurge fiecare tronson de circuit, cu anumite particularități specificate în cele ce urmează.

Pentru calculul curentului nominal cI se folosește aceeași relație de calcul ca şi în

cazul circuitelor de motor cu pornire directă (relaţia 2.7).

L3L2L1NPE

3

I , s , I'c f z I , s , I'c1 f1 z1

58

În interiorul tabloului electric de forță, temperatura este ridicată din cauza degajărilor de căldură care se produc la trecerea curentului electric prin conductoarele circuitelor electrice pozate în tablou. Astfel, pentru dimensionarea conductoarelor din interiorul tabloului electric (tronson I și tronson II), parcurse de cI și 1cI , producătorii de echipament propun secțiuni

standard, în funcție de puterea motorului electric cu pornire în stea. Din tabelul nr. 2.11 se poate stabili secțiunea conductoarelor de fază parcurse de cI și 1cI , aflate în interiorul

tabloului. Tabelul nr.2.11

Puterea motorului

][WPi

5,5 7,5 11 12,5 15 18,5 22 30 37 45 55 65 75

Secțiunea conductoarelor parcurse de curentul

cI , montate în

interiorul tabloului electric

]mm[ 2

2,5 2,5 6 6 6 10 16 25 35 35 35 50 70

Secțiunea conductoarelor parcurse de curentul

1cI , montate în

interiorul tabloului electric

][ 2mm

1,5 1,5 2,5 2,5 4 6 6 10 16 16 25 35 35

Pentru cel de-al doilea tronson al circuitului, curentul care parcurge conductoarele de fază (tronson II) din exteriorul tabloului electric, @

, se calculează cu relaţia:

@=

7

√.

Secțiunea 1fs a conductoarelor de fază pe tronsonul II din exteriorul tabloului se

determină în funcție de curentul care le parcurge @. Pentru conductoarele circuitului în

funcție de caracteristici și de sistemul de referință privind montajul se stabilește zI sau zI ′ , după caz.

Contactoarele, releul termic sunt dimensionate în funcție de curentul care le parcurge

1cI , urmând aceeași metodologie prezentată anterior. Excepție se face pentru dimensionarea

siguranțelor fuzibile pentru care se impun următoarele condiții: 1. cf II > ;

2. 2

λpf

II > ;

3. fTCAf II ≤ ;

4. fTSAf II ≤ ;

5. ′⋅< 13 zf II .

Aceste condiții se impun pornind de la premisele că prin circuit, întotdeauna, curentul la pornire va fi A

nu pI , iar fuzibilul trebuie să protejeze la curenți de scurt-circuit și

conductoarele de secțiune mai mică 1B@.

59

B. Protecția contra curenților de defect se realizează întrerptor automat sau întreruptor automat diferențial

În cazul în care circuitul de motor cu pornire în stea este protejat cu întreruptor automat pentru motoare, condițiile de dimensionare a aparatului de protecție sunt aceleași:

CnD II ≥ ;

znD II ′≤ .

Exemplu de lucru:

Să se dimensioneze un circuit electric de motor cu pornire în stea, puterea instalată a motorului fiind de 22 kW, iar tura ția n = 1500 rot/min. Circuitul de motor este realizat în cablu cu conductoare din cupru și izolație din PVC pozat în tub de protecție, montat aparent pe elementele de construcție la o temperatură de 30ºC.

A. Varianta 1. Protecția se realizează cu siguranțe fuzibile și releu termic 1. Se face încadrarea într-un sistem de referință.

Circuitul este realizat în cablu cu conductoare din cupru, cu izolație din PVC, în tub de protecție, montat aparent pe perete, la 30ºC. Cunoscând aceste date se face încadrarea în sistemul de referință B2 (anexa 5.6-1). 2. Se calculează intensitatea curentului cI :

=-[C]

√3 ∙ . ∙ /012 ∙ D[] =

22000

√3 ∙ 400 ∙ 0,85 ∙ 0,895= 41,79

unde factorul de putere ϕcos și randamentul motorului s-au determinat din tabelul nr. 2.7, în funcție de puterea motorului și turația acestuia. 3. Se calculează intensitatea curentul <FG

:

II@=

II

√3=

41,79

√3= 24,15 A

4. Se dimensionează conductoarele de fază și conductorul de protecție ale circuitului de motor cu pornire în stea, luând în considerație poziția acestora: se găsesc în interiorul tabloului sau în exteriorul acestuia (figura 2.20). Pentru stabilirea secțiunii conductoarelor de fază parcurse de cI și 1cI , aflate în interiorul tabloului, se folosește tabelul nr. 2.11.

Astfel, conductoarele acestui circuit, aflate în tablou , parcurse de AI c 79,41= , vor

avea o secțiune de 216mms f = , iar cele parcurse de curentul AIc 15,241 = vor avea o

secțiune 21 6mms f = .

Conductoarele cablului pe tronsonul II , aflate în exteriorul tabloului, între tablou și motor se vor dimensiona conform metodologiei de dimensionare cunoscute, sistemul de referință în care se face încadrarea fiind B2.

Pentru determinarea curentului maxim admis 1zI se alege din anexa 5.10, pentru tipul de cablu utilizat, sistemul de referință stabilit, condiții standard de montaj, valoarea acestuia fiind K@

˃ @= 24,15 , AI z 271 = căruia îi corespunde secțiunea 2

1 4mms f = .

Întrucât condițiile de pozare nu diferă de cele standard, iar circuitul de motor nu este montat în grup, nu este necesar să se determine curentul maxim admis corectatzI ′ .

Secțiunea conductorului de protecție PEs se determină în funcție de 1B@, de aceea,

respectând regula cunoscută PEs = 1B@ = 4 mm2 .

60

Se face verificarea la densitatea de curent la pornire:

=A

1B@

= ∙

3 ∙ 1B@

=7 ∙ 41,79

3 ∙ 4= 24,37

MM9

Deoarece

22 3537,24mm

A

mm

AJ p ≤=

Se definește soluția finală privind secțiunea conductoarelor cablului electric pe tronsonul II, montat în afara tabloului.

Se alege cablul tip CYY-F4x4 și cablu CYY-F3x4 anume un cablu cu 4 conductoare având secțiunea de 4 mm2 și un cablu cu 3 conductoare cu secțiunea de 4 mm2. 5. Se determină tubul de protecție în care se va monta cablul.

Din tabelul nr. 2.3 se alege tipul tubului de protecție. Deoarece montajul se face în interiorul clădirii, aparent pe elementele de construcție, acesta va avea marcaj 2221.

Conform normativ NTE-07/08, privind diametrul interior al tubului de protecție în care se pozează un cablu de energie trebuie să aibă un diametru de 1,5 ori mai mare decât diamentrul exterior al cablului. Deoarece diametrul exterior al unui cablu de energie tip CYY-F4x4/ CYY-F3x4 este de mmd e 15= respectiv mmd e 14= , diametrul exterior al tubului va fi

mmDi 32= .

Soluția aleasă va fi: 32/44 IPEYxFCYY − și 32/43 IPEYxFCYY − Soluția finală se va nota în schema monofilară a circuitului de motor dimensionat.

6. Se dimensionează cele trei contactoare punând condițiile: AII cnTCA 15.241 =>

Din tabelul nr. 2.8 se alege AInTCA 32= , iar AI fTCA 63= .

Soluția aleasă: 3TCA 32A 7. Se dimensionează releul termic

Se cunoaște AI c 15.24= , rezultă ( ) scr IAII 1......6,015.24 ∈== .

Se alege sI (din tabelul nr. 2.9) astfel încât AI r 15.24= să se situeze cât mai aproape

de jumătatea intervalului. Dacă se alege AI s 32= rezultă ( )AAII cr 32.....2.1915.24 ∈== .

Din tabelul nr. 2.10, pentru un curent de serviciu AI s 32= se alege AI nTSA 32= și

AI fTSA 100=.

Soluția aleasă: TSA 32A ( AIAI Sr 32,15.24 == ).

Figura 2.21 Notarea circuitelor de motor cu pornirea în stea

8. Se dimensionează siguranțele fuzibile Siguranțele fuzibile alese trebuie să îndeplinească simultan cele 5 condiții:

CYY-FY4x4/IPEY32

CYY-FY3x4/IPEY32

3TCA 32A

50A

TSA32A(I =24.15A, I =32A)r s

61

1. AII cf 79.41=> ;

2. AI

I pf 7.48

23

41,797

2=

⋅⋅=> λ ;

3. AII fTCAf 63=≤ ;

4. AII fTSAf 100=≤ ;

5. AII zf 813 1 =⋅< .

Fuzibilele care îndeplinesc cele cinci condiții simultan sunt de 50A, 63A. Se va alege fuzibilul de 50A. Soluția finală: Se vor alege 3 siguranțe fuzibile cu AI f 50= .

Aceste siguranțe vor proteja elementele circuitului de motor cu pornire în stea contra curenților de scurtcircuit.

Notarea circuitului de motor cu pornire în stea se face în figura 2.21.

B. Varianta 2. Protecția se realizează cu întreruptor automat

Pentru dimensionarea întreruptorului automat care să protejeze circuitul de motor cu pornire în stea din exemplul de calcul, se pun condițiile:

AII CnD 79.41=≥ ;

znD II ′≤ .

Se alege un întreruptor automat cu AInD 50= pentru care AII cr 79.41== .

Soluție finală: IA 50A ( AII cr 79.41== ).

II.3.4 CALCULUL DE DIMENSIONARE A COLOANELOR SECUND ARE DE FORŢĂ.

Coloanele de forţă au rolul de a alimenta cu energie electrică un tablou secundar de forţă, din tabloul general de forță. Aceste coloane sunt coloane trifazate formate din 3F+N+PE în cazul în care separarea nulului comun în neutru și conductor de protecție s-a făcut la nivelul tabloului general de forță, cu legarea obligatorie la priza de pământ sau din 3F+PEN, utilizându-se nulul comun PEN până la nivelul tabloului secundar de forță, cu separarea PEN și legarea obligatorie la priza de pământ, la nivelul acestuia.

Dimensionarea elementelor componente ale unei coloane secundare de forţă se face, de asemenea, în funcţie de curentul care le parcurge, nI .

Elementele unei coloane secundare de forţă sunt aceleaşi ca şi în cazul coloanelor secundare de lumină (a se vedea figura 2.13), dimensionarea făcându-se după aceeaşi metodologie de calcul. Diferenţe apar la modul de calcul al curentului nominal care se transmite pe coloană.

În plus, pe coloana secundară de forță poate să apară un curent maxim la pornirea motoarelor, luându-se în calcul situația cea mai dezavantajoasă.

1. Dimensionarea secţiunii conductoarelor electrice fs , ns și PEs sau fs și PENs ,

stabilirea cuentului maxim admis zI sau a curentului maxim admis corectat ′zI .

Metodologia de calcul este aceeași ca cea studiată anterior, cu precizarea că valoarea curentului de calcul nI pe coloana secundară de forță se face după cum urmează, cu relaţia:

62

( ) ( )22nrnan III += ;

unde:

∑−

=

=nm

icana i

II1

- componenta activă a curentului nominal nI ;

∑−

=

=nm

icrnr i

II1

- componenta reactivă a curentului nominal nI ,

și

icca iiII ϕcos= - componenta activă a curentului nominal

icI care se transmite printr-un

circuit de motor;

iccr iiII ϕsin= - componenta reactivă a curentului nominal

icI care se transmite printr-un

circuit de motor;

- m - numărul de circuite alimentate din tabloul secundar de forță;

- n - numărul circuitelor electrice are alimentează receptoare de rezervă ( exemplu, o pompă de circulație de rezervă) Numărul receptoarelor electrice în funcţionare simultană se stabileşte în fiecare caz (pentru fiecare tablou secundar de forţă) prin analiza posibilităţii funcţionării simultane a receptoarelor alimentate din tablou – motoare, prize, circuite de rezervă. De exemplu, dacă din tabloul secundar de forţă pentru care se face calculul, se alimentează două pompe dintre care una este prevăzută pentru a fi rezerva celeilalte, deşi acestea au circuite electrice separate, ele nu vor funcţiona niciodată simultan, deci pentru dimensionarea coloanei secundare de forță va fi luat în consideraţie un singur receptor din cele două (vezi exemplu de calcul, tabel rândurile 2 și 3). Cunoscând curentul nominal nI al coloanei secundare, se determină secţiunile

conductoarelor de fază, fs , a neutrului Ns şi a conductorului de protecţie PEs , după

metodologia descrisă anterior, sau după caz, secțiunea conductoarelor de fază fs și

secțiunea nulului comun PENs .

2. Verificarea secţiunii de fază – în regim de scurtă durată (la pornire), sau verificarea la densitatea de curent la pornire

În momentul pornirii motoarelor electrice alimentate din tabloul secundar de forță, pe coloana secundară apare un curent absorbit la pornire, care are o valoare superioară curentului

nominal al coloanei în regim de lungă durată (regim permanent) nI . Acesta poate avea

diferite valori, în funcție de starea de funcționare sau repaus a motoarelor alimentate din acest

tablou, valori superioare curentului nominal al coloanei, nI și inferioare unui curent maxim

absorbit la pornire abspI

max.

Pentru a face calculul de verificare la densitatea de curent (în regim de scurtă durată) la pornire se va considera situația cea mai defavorabilă anume aceea când pe coloană se

63

transmite abspI

max. Se consideră că acesta se transmite pe coloana secundară de forță atunci

când funcționează nm − dintre receptoarele electrice ale tabloului secundar de forță, moment în care pornește motorul electric care are cel mai mare curent la pornire (vezi exemplu de calcul, rândul 6, nota explicativă).

Se calculează densitatea de curent la pornire pentru coloana secundară, cu relația:

admF

pp J

s

IJ abs ≤= max ,

unde: ( ) ( )22

max maxmax rpapabsp absabsIII += - curentul care se transmite pe coloana secundară în

situaţia cea mai dezavantajată.

Componentele activă şi reactivă ale curentului de pornire de pe coloana secundară de forţă se calculează cu relaţiile:

ap

nm

icaap III

iabs maxmax

1

1

+= ∑−−

=

;

rp

nm

icrrp III

iabs maxmax

1

1

+= ∑−−

=

,

unde ppap II ϕcosmaxmax

= şi pprp II ϕsinmaxmax

= reprezintă componenta activă respectiv

reactivă a celui mai mare curent de pornire de pe tablou secundar de forţă. Se consideră factorul de putere la pornirea motorului, pϕcos , acelaşi ca şi în cazul funcţionării motorului

în regim de lungă durată.

Cunoscând curentul maxim absorbit la pornire, se pot verifica conductoarele de fază la densitatea de curent la pornire. Aceasta trebuie să se încadreze în limitele precizate. Dacă nu se verifică, se măreşte secţiunea conductoarelor de fază până se verifică. Ca și în cazurile

precendente, dacă densitatea de curent la pornire F

p

p s

IJ absmax= nu se încadrează în limitele

admise, se mărește secțiunea conductoarelor de fază cu o treaptă până când densitatea de

curent la pornire, pe coloana secundară de forță, se încadrează în limitele admise. Se vor

modifica și secțiunile neutrului și a conductorului de protecție sau a nulului comun, după caz.

64

Nr. crt.

Putere motor electric Pi[kW]

Tip pornire motor

Tura ția motorului

min]/[rot

Factorul de putere al motorului

ϕcos

Randamentul %][η

Curentul de calcul al circuitului electric

][ AIic

Componenta activă a

icca iiII ϕcos=

][ A

Componenta reactivă a

iccr iiII ϕsin=

][ A

Curentul de pornire al motorului Ipi [A]

Componenta activă a curentului la pornire

ippa iiII ϕcos=

[A]

Componenta reactivă a curentului la pornire

ippa irII ϕsin=

[A] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0,37 directă 1500 0,74 65 1,11 0,82 0,74 4,995 2 1,1 directă 1000 0,71 73 3,06 2,17 2,15 13,77 3 1,1

(rezervă) directă 1000 0,71 73 3,06 2,17 2,15 13,77

4 2,2 directă 1500 0,80 79 5,03 4,02 3,01 32,695 5 3 directă 3000 0,86 80 6,30 5,41 3,21 40,95 6 22 în stea 3000 0,885 88 41,54 36,76 19,34 96,92* 85,77 45,15 7 2 circuit

prize monofaz

ate

- 0,8 - 10,86 8,68 6,56 -

8 5 circuit priză

trifazată

- 0,8 - 9,03 7,22 5,41 -

9 0,2 circuit de

tensiune redusă

- 0,8 - 1,08 0,86 0,64 -

* NOTA: - m =9 – numărul circuitelor alimentate din tabloul secundar de forță; - n =1 - numărul receptoarelor de rezervă alimentate din tabloul secundar de forță;

- motorul care are cel mai mare curent la pornire este motorul cu pornirea în stea; - motorul de pe rândul 3 este un motor de rezervă al motorului de pe rândul 2; - circuitele care sunt utilizate simultan sunt cele de pe rândurile 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9;

- pentru a calcula abspImax se vor considera că sunt utilizate simultan circuitele de pe rândurile 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9

și este pornit motorul cu pornirea în stea (rândul 6) care are cel mai mare curent la pornire. .

65

Exemplu de lucru:

Se consideră un tablou secundar de forță care alimentează cinci circuite de motor cu pornire directă, un circuit de motor cu pornire în stea, un circuit de priză monofazată de 2 kW, un circuit de priză trifazată de 5kW și un circut de priză de tensiune redusă.

Să se afle curentul de calcul nI și curentul maxim absorbit la pornire, abspI

max, care se transmit

pe coloana secundară de forță a tabloului electric considerat, cunoscând anumite caracteristici tehnice, centralizate în coloanele 1, 2,3 ale tabelului de mai sus.

În tabel sunt centralizate și calculate toate mărimile necesare pentru calculul nI și abspI

max

de pe coloana secundară de forță.

Astfel:

AIIi

cana i94,6586,022,768,876,3641,502,417,282,0

8

1

=+++++++==∑=

;

AIIi

crnr i06,4164,041,556,634,1921,301,315,274,0

8

1

=+++++++==∑=

.

Se calculează curentul de calcul pe coloana secundară de forță:

( ) ( ) ( ) ( ) AIII nrnan 6,7706,4194,65 2222 =+=+= .

Pentru a calcula curentul maxim absorbit la pornire pe coloana secundară de forță, se aplică

relația ( ) ( )22

max maxmax rpapabsp absabsIII += , unde

AIIII apapi

caap iabs95,11477,8518,2986,022,768,841,502,417,282,0

maxmaxmax

7

1

=+=+++++++=+=∑=

;

AIIII rprpi

crrp iabs87,6615,4572,2164,041,556,621,301,315,274,0

maxmaxmax

7

1

=+=+++++++=+=∑=

rezultă,

( ) ( ) ( ) ( ) AIII rpapabsp absabs98,13287,6695,114 2222

max maxmax=+=+= .

3. Alegerea tipul tubului de protecţie şi a diametrului acestuia

În cazul în care coloana secundară se realizează în conductoare montate în tub de protecție este necesar să se aleagă și să se dimensioneze tubul de protecție.

Alegerea acestui element component al coloanei secundare de forță se face ca şi în cazurile anterioare. Se specifică că în tub se pot monta fie 5 conductoare electrice dintre care

66

4 active (3F+N) şi un conductor inactiv (PE) fie patru conductoare active (3F+PEN), după caz.

Există și posibilitatea realizării coloanei secundare de forță în cablu protejat în tub. În acest caz, dimensionarea tubului de protecție se face conform normativ NTE-007/08, potrivit căruia diametrul interior al tubului de protecție în care se pozează un cablu de energie trebuie să aibă un diametru de 1,5 ori mai mare decât diamentrul exterior al cablului.

4. Alegerea siguranţelor fuzibilie

În cazul în care coloana secundară de forţă se protejează cu siguranţe fuzibile, se face dimensionarea acestora, fiind îndeplinite următoarele condiţii:

1. nf II > ;

2. 2

maxabsp

f

II > ;

3. trepteII TFff 3max +> ;

4. zf II ′< .

Primele două condiţii impun ca fuzibilul să fie ales astfel încât acesta să nu se topească la trecerea curentului nominal al coloanei, în regim de lungă durată sau la trecerea curentului maxim absorbit la pornirea motoarelor abspI max determinat, în regim de scurtă

durată.

O altă condiţie este condiţia de selectivitate a protecţiei, selectivitate dintre două aparate de protecţie montate consecutiv fiind stabilită din cataloagele producătorilor. În lipsa unui catalog se poate respecta cea de a treia condiție.

Cea de a patra condiţie se impune astfel încât, siguranţa fuzibilă aleasă să protejeze şi la scurt circuit şi la suprasarcină, aceasta fiind singurul aparat de protecție de pe coloană.

TFfI max reprezintă cel mai mare fuzibil de pe tabloul de forţă alimentat prin coloana

secundară care se dimensionează.

5. Alegerea întreruptorului automat sau a întreruptorului automat diferenţial

Protecţia la curenţi de defect (scurt circuit şi suprasarcină) se poate realiza, de asemenea, cu întreruptor automat. Dimensionarea acestui aparat se face respectând condiţiile:

1. nnD II > ;

2. znD II ′< ;

3. trepteII TFnDnD 3max +≥ ;

Dacă se dorește realizarea protecției diferențiale (acest lucru fiind posibil numai în cazul în care nulul comun PEN a fost separat la nivelul tabloului general), se va preciza și curentul rezidual de întreruptorului automat diferențial. Între întreruptorul automat diferențial de pe coloana secundară de forță și întreruptorul automat diferențial de pe un circuit electric

67

(30mA) trebuie să existe selectivitate. De aceea, pe coloana secundară se alege un întreruptor automat având un curent rezidual minim de 100mA.

6. Alegerea întreruptorului pârghie tripolar

Alegerea întreruptorului pârghie tripolar se face după aceeaşi metodologie ca şi în cazul coloanei secundare de lumină. Alegerea acestuia se face în funcție de curentul de rupere rI

din coloana corespunzătoare lui 7,0cos =ϕ (tabelul nr. 6). 7. Alegerea întreruptorului (separatorului de sarcină)

Pe coloana secundară, la intrarea în tabloul secundar de forţă, pentru întreruperea alimentării cu energie electrică se poate utiliza separatorul de sarcină în locul întreruptorului pârghie tripolar.

Condiţiile de dimensionare sunt cele prezentate anterior.

II.3.5 CALCULUL DE DIMENSIONARE A COLOANEI GENERALE DE FORŢĂ

Coloana generală de forţă alimentează cu energie electrică tabloul general de forţă TGF. Alimentarea acestuia se face, în general, din barele unui post de transformare sau dintr-un cofret de branşament.

Această coloană generală este o coloană trifazată formată din cinci conductoare 3F+N+PE în cazul în care rețeaua de alimentare cu energie electrică este TN-S, sau din 3F+PEN, dacă rețeaua este tip TN-C. Așa cum s-a văzut în subcapitolul anterior, separarea PEN în neutru N și conductor de protecție PE se poate face la nivelul TGF sau la nivelul tabloului secundar de forță.

Dacă alimentarea se face din postul de transformare, în mod obligatoriu, se va folosi cablu armat tip CYAbY cu conductoare din cupru sau ACYAbY cu conductoare din aluminiu, montarea acestuia făcându-se de regulă prin pământ. În figura 2.22 este prezentată schema monofilară a unui tablou general de forţă, în două variante de realizare. În ambele variante, coloana generală este echipată cu aparate şi echipamente electrice pentru protecţie contra curenţilor de defect, pentru măsură şi control. Dimensionarea acestor echipamente precum şi a secţiunii conductoarelor se face ca în cazul coloanei generale de forţă, în funcţie de curentul nominal care le parcurge:

( ) ( )22rnangn gg

III +=

∑=

=k

iansan ig

IcI1

- componenta activă a curentului nominal gnI care se transmite pe coloana generală de

forţă;

∑=

=k

irnsrn ig

IcI1

- componenta reactivă a curentului nominal gnI care se transmite pe coloana generală

de forţă, unde :

68

aniI şi rni

I componenta activă şi reactivă a curentului nominal al unei coloane secundare de

forţă;

sc - coeficient de simultaneitate care ia în consideraţie funcţionarea simultană a receptoarelor

alimentate din tabloul general de forţă. Aceasta ia valori, în general, în intervalul 0.4÷0.6 sau se stabileşte de către inginerul tehnolog.

k - numărul coloanelor secundare alimentate din tabloul general de forță, incluzând și coloana tabloului de siguranță.

Dimensionarea elementelor conductoare existente pe coloana generală de forţă se face după aceeaşi metodologie prezentată anterior (a se vedea calculul de dimensionare al coloanei generale de lumină) cu următoarele diferenţe:

- tabloul general de forţă TGF poate fi echipat cu un singur ampermetru montat pe una din faze deoarece se consideră că receptoarele electrice sunt trifazate , deci încărcarea pe cele trei faze este echilibrată.

- contorul de energie este de tipul T-2CA32. Tabloul de siguranță se leagă dinaintea întreruptorului pârghie tripolar cu rol de

separator, astfel încât, în cazul deschiderii acestuia, tabloul de siguranță pe care se alimentează receptoarele cu rol de securitate la incendiu, să nu fie scos de sub tensiune.

În calculul curentului nominal care se transmite pe coloana generală de forță se ia în considerație și puterea tabloului de siguranță, considerând coloana care alimentează tabloul de siguranță ca fiind una din coloanele tabloului general.

În varianta a II-a, pentru măsurarea parametrilor rețelei electrice (putere activă, reactivă, energie activă, energie reactivă, factor de putere , tensiune) se utilizează o centrală de măsură, care se montează în sistem, prin intermediul unor reductoare de curent.

69

PS

1 / 2

1'

Repartitie pe faza

CF_CT TFCT 33,9

L1 L2 L3Pi [kW]Destinatie

NumeColoana

TFCV

TFSH

CF_CV

CF_SH

CS1

CS2

CS3

CP1pompa

incendiu

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

11,3 11,3 11,3

42,6 14,2 14,2 14,2

21,3 7,1 7,1 7,1

3.0 1.0 1.0 1.0

CM

35

4

T SIG.

a) varianta I;

1– conductoare de fază (L1, L2, L3), nul comun PEN protejate în tub de protecţie -2 sau 1′ - cablu electric; 3–întreruptor automat;4 - întreruptor pârghie tripolar cu rol de separator;5 - reductoare de curent;

6 - ampermetre; 7 - cheie voltmetrică; 8 - voltmetru .

b) varianta II 1– conductoare de fază (L1, L2, L3), nul comun PEN protejate în tub de protecţie -2 sau 1′ - cablu electric; 3- întreruptor automat debroșabil; 4- centrală de măsură; 5 - reductoare de curent.

Figura 2.22 Schema monofilară a unui tablou general de forță

AkWh

PS

8

1 / 2

1'

4

6

7

10

V

5 3 5

9

Repartitie pe faza

CF_CT TFCT 33,9

L1 L2 L3Pi [kW]Destinatie

NumeColoana

TFCV

TFSH

CF_CV

CF_SH

CS1

CS2

CS3

CP1pompaincendiu

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

11,3 11,3 11,3

42,6 14,2 14,2 14,2

21,3 7,1 7,1 7,1

3.0 1.0 1.0 1.0

T SIG.

70

II 3.6 CALCULUL DE DIMENSIONARE A COLOANEI GENERALE CARE ALIMENTEAZ Ă TGLF

În cazul în care tarifarea este unică, există un singur tablou general din care se alimentează atât tablourile secundare de lumină şi prize cât şi tablourile secundare de forţă. Acest tablou general este denumit tablou general de lumină şi forţă TGLF. Echiparea coloanei generale, în acest caz, este similară cu cea a coloanei generale de lumină, considerând că există un dezechilibru pe cele trei faze.

Dimensionarea elementelor conductoare şi a echipamentelor electrice se face respectând aceeaşi metodologie cu următoarele diferenţe:

- coeficientul de simultaneitate cs ∈ (0.6÷0.8);

- intensităţiile curenţilor pe cele trei faze nu mai sunt echilibrate, motiv pentru care se vor monta trei ampermetre pe fiecare fază a coloanei generale;

- contorul montat T-2CA43.

OBS: În cazul în care, în clădire, există receptoare cu rol de siguranţă la foc, alimentate pe un tablou de siguranţă T Sig, alimentarea acestui tablou se va face prin intermediul unei coloane legată întotdeauna înaintea separatorului de pe coloana generală care alimentează cu energie electrică TGLF.

În cazul intervenţiei pompierilor se va scoate de sub tensiune tabloul general prin acţionarea întreruptorului automat apoi a separatorului, în timp ce tabloul de siguranţă care alimentează receptoare cu rol de siguranţă la foc, va rămâne sub tensiune.

71

CAPITOLUL III

ECHIPAMENTE ȘI APARATE ELECTRICE FOLOSITE ÎN INSTALA ȚIILE ELECTRICE DE JOAS Ă TENSIUNE

III.1 CONDUCTOARE, CABLURI ELECTRICE ȘI BARE DE DISTRIBUȚIE

Pentru distribuția energiei electrice în instalațiile electrice ale consumatorului pot fi folosite conductoare electrice, cabluri electrice sau bare de distribuție, proiectantul alegând soluția optimă din punct de vedere funcțional, economic și estetic.

Conductoarele, cablurile și barele electrice sunt realizate de către producători conform unor standarde naționale, internaționale sau de produs.

III.1.1 Conductoare și cabluri electrice

Clasificarea și simbolizarea conductoarelor și cablurilor electrice, în țara noastră, se face conform standardelor următoare:

- STAS 9436/1-73 - Cabluri şi conducte electrice Clasificare şi principii de simolizare.

- STAS 9436/2-80 – Cabluri de energie de joasă şi medie tensiune. Clasificare şi simbolizare.

- STAS 9436/3-73 – Conductoare pentru instalaţii electrice fixe. Clasificare şi simbolizare.

- STAS 9436/4-73 – Cabluri şi conducte pentru instalaţii mobile. Clasificare şi simbolizare.

- SR HD 361 S3+A1 – Sisteme de identificare a cablurilor cu tensiunea nominală până la 450/750 V inclusiv. (Acest standard este valabil în paralel cu STAS 9436)

- SR HD 603 S1+A1+A2 – Cabluri de distribuţie cu tensiunea nominală 6/0,1 kV. (Acest standard este valabil în paralel cu STAS 9436)

- SR HD 604 S1+A1+A2+A3 – Cabluri de energie 0,6/1 kV, cu comportare particulară la foc, pentru utilizarea în centrale electrice.

- Standarde de produs specifice.

Pentru o identificare facilă a tipului de conductor sau cablu electric, în literatura de specialitate, se folosesc o serie de simboluri standardizate, acestea fiind diferite de la stat la stat, funcție de norma pe care o respectă.

În țara noastră, simbolul cablurilor sau conductoarelor electrice trebuie să conțină cel puțin:

• litera sau grupul de litere care să definească categoria de conductoare sau cabluri electrice ( FYAbYC − , YF );

• simbolurile învelișurilor ce intră în construcția conductoarelor sau a cablurilor electrice de la interior spre exterior, conform standardelor în vigoare ( FYAbYC − , YF );

72

• litere referitoare la domeniul de utilizare - la începutul simbolului după categorie de cablu sau conductoare ( FYYSC − ); .

• litere referitoare la caracteristicile speciale ale învelișului, la sfârșitul simbolului (FCYAbY − ).

În tabelul 3.1 sunt prezentate simbolurile (prima literă sau grup de litere) care definesc categoria de cabluri sau conductoare.

Tabel nr. 3.1 Nr.crt. Denumirea categoriei de cabluri sau conducte Prima liter ă sau grup de litere

din simbol* 1 Cabluri electrice de joasă și medie tensiune C 2 Conductoare pentru instalații electrice fixe F 3 Cabluri și conducte pentru instalații mobile M 4 Cabluri de semnalizare, comandă și control:

- cabluri de semnalizare - cabluri de comandă și control

CS CC

• Notă: În cazul conductoarelor din aluminiu, înaintea literei sau a grupului de litere este notată litera “A” ( exemplu: FCYAbYA − )

Semnificațía altor litere sau grupuri de litere din simbolurile folosite pentru notarea conductoarelor și cablurilor electrice este: Y –izolație, manta sau înveliș exterior din PVC; YY - izolație din PVC în manta din PVC; X – izolație din polietilenă reticulară; P - manta de plumb; Ab – armătură din bandă de oțel; Abz - armătură din bandă de oțel zincat; E –ecran din cupru; Al –armat cu sârmă de aluminiu; F - ultima literă după liniuță- cu întârziere mărită la propagarea flăcării. Conductoarele electrice care se montează direct în tubul de protecție sau conductoarele electrice ale cablurilor, se realizează la ora actuală din cupru, aluminiu, oțel, în diferite variante constructive: unifilare (ru) sau multifilare (rm) (figura 3.1). Deși utilizarea cuprului în instalațiile electrice este o soluție mai scumpă, cuprul se preferă datorită avantajelor pe care le prezintă: rezistență mecanică superioară, conductivitate mare etc. Utilizarea aluminiului este posibilă, aceasta reprezentând o soluție mai ieftină. În cazul cablurilor cu secțiuni mari, îngropate în pământ (de exemplu cazul coloanelor generale) se recomandă utilizarea cablurilor cu conductoare din aluminiu, prețul investiției reducându-se semnificativ.

a)

Figura 3.1 Conductor În figurile 3.2 și 3.3 sunt prezentateconstruite. Figura 3.2 Cablu electric cu izolatie si manta de PVC, ecranat cu bandã de cupru, armat cu band

1) Conductor de cupru unifilar4) Ecran din bandă de cupru; 5) Strat

zincate(Abz) Figura 3.3 Cablu electric cu izolatie de polietilenã reticulatã si masau multifilar; 2) Izolaţie de polietilende cupru (Conductorul concentric poate

nul comun (PEN) sau Figura 3.4 Cablu electric cu izolație din polietilen

1) Conductor de cupru; 2) Izola

b)

Conductor electric din cupru a) unifilar -ru și b) multifilar

prezentate diferite cabluri electrice și straturile din

cu izolatie si manta de PVC, ecranat cu bandã de cupru, armat cu bandunifilar (ru) sau multifilar (rm); 2) Izolaţie de PVC; 3) Înveli

Strat separator; 6) Manta interioară de PVC; 7) Armăturzincate(Abz) sau nezincate(Ab); 8) Manta exterioară de PVC.

cu izolatie de polietilenã reticulatã si manta de PVC; 1) Conductor de cupruie de polietilenă reticulată (XLPE); 3) Înveliş intern; 4) Conductor concentric din sârme

poate fi utilizat ca şi conductor neutru (N), conductor desau ca ecran); 5) Strat separator; 6) Manta exterioară de PVC

ție din polietilenă reticulară și manta din PVC, cu ecran din bandConductor de cupru; 2) Izolaţie de polietilenă reticulată (XLPE); 3) Înveliş intern; 4) Ecran de band

cupru; 5) Manta exterioară de PVC.

73

multifilar –rm

din care acestea sunt

cu izolatie si manta de PVC, ecranat cu bandã de cupru, armat cu bandă metalică; Înveliş comun; ătură din benzi de oţel

Conductor de cupru unifilar Conductor concentric din sârme

de protecţie (PE), ca şi ă de PVC.

i manta din PVC, cu ecran din bandă din cupru. intern; 4) Ecran de bandă de

74

În tabelul nr. 3.2 sunt prezentate câteva exemple dintre cele mai frecvent întâlnite tipuri de cabluri și conductoare pentru instalații fixe de joasă și/sau medie tensiune, pentru semnalizare și comandă:

Tabel nr. 3.1 FY / AFY Conductor din cupru/aluminiu cu izolație din

PVC, pentru instalații fixe FH Conductor din cupru cu izolație din

polietilenă termoplastică fără halogeni, cu emisie redusă de fum

CYY / ACYY Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, în manta din PVC

CYAbY / ACYAbY Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu armătură din bandă de oțel, manta din PVC.

CYAbzY / ACYAbzY Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu armătură din bandă de oțel zincat, manta din PVC.

CYY -F / ACYY-F Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, în manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CYAbY -F/ ACYAbY-F Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu armătură din bandă de oțel, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CYAbzY -F/ ACYAbzY-F Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu armătură din bandă de oțel zincată, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării .

CYEY /ACYEY Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu ecran din cupru, manta din PVC

CYEAbY -F/ ACEYAbY-F Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din PVC, cu ecran din cupru, cu armătură din bandă de oțel, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

C2XY / AC2XY Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din polietilenă reticulară (XLPE), manta din PVC

C2XY-F / AC2XY-F Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din polietilenă reticulară (XLPE), manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

C2XAbY-F Cablu cu conductoare din cupru, cu izolație din polietilenă reticulară (XLPE), armat cu bandă din oțel, cu mata din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CSYY-F Cablu pentru semnalizare cu izolație din PVC, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CSYEY-F Cablu pentru semnalizare cu izolație din

75

PVC, cu ecran din cupru, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CSYAbY-F Cablu pentru semnalizare cu izolație din PVC, armat cu bandă din otel, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

CSYEAbY-F Cablu pentru semnalizare cu izolație din PVC, armat cu bandă din otel, cu ecran din cupru, manta din PVC, cu întârziere mărită la propagarea flăcării

C2XH / AC2XH Cablu cu conductoare din cupru/aluminiu, cu izolație din polietilenă reticulară (XLPE), fără halogeni, cu emisie redusă de fum

Există o multitudine de alte simboluri utilizate de producătorii de conductoare și

cabluri, corespunzătoare unor standarde naționale ale altor state sau standardelor de produs, unele conductoare sau cabluri electrice având notații diferite fiind similare cu cele prezentate în tabelul nr.3.2. De exemplu:

• conductoarele FY sunt similare cu conductoarele notate simbolic cu H07V-U, H07V-R (conform normei germane VDE);

• cablurile CYY-F sunt similare cu cablurile NYY-F; • cablurile C2XH / AC2XH similar cu N2XH / NA2XH etc...

Principalele caracteristici tehnice ale conductoarelor sau ale cablurilor electrice, precizate în fișa tehnică a sunt:

• tensiunea nominală, UU o / ][kV ;

• tensiunea de încercare ][kV ;

• temperatura maximă de lucru ][ Co ;

• temperatura minimă ][ Co ;

• temperatura maximă în scurt circuit ][ Co ;

• raza minimă de curbură la instalare ][mm ;

• forța maximă de tracțiune la pozare ]/[ 2mmN ;

• rezistența minimă de izolație ][ kmM ⋅Ω

• rezistența electrică ]/[ kmΩ ;

• masa cablului ]/[ kmkg ;

• diametrul exterior ][mm

• culoare manta; • culoare izolație; • cod culori conductoare; • domeniul de utilizare.

Din punct de vedere al comportării la foc, cablurile electrice pot fi clasificate astfel:

• cabluri pozate individual fără întârziere la propagarea flăcării; • cabluri pozate individual cu întârziere la propagarea flăcării;

76

• cabluri pozate în grup cu întârziere la propagarea flăcării; • cabluri rezistente la foc pe timp limitat și/sau cu emisie redusă de gaze toxice și fum.

Cablurile și conductoare electrice pozate individual fără întârziere la propagarea flăcării sunt acele cabluri care supuse acțiunii unei flăcări de inițiere, continuă să ardă, propria flacără continuând să ardă până la distrugerea totală a tronsonului, până unde există o separare antifoc. Producătorul nu garantează nici integritatea sistemului, nici continuarea alimentării cu energie electrică. Cablurile și conductoare electrice pozate individual cu întârziere la propagarea flăcării sunt acele cabluri care supuse acțiunii unei flăcări de inițiere, continuă să ardă, flacăra proprie propagându-se pe o lungime determinată, după care se autostinge. Producătorul nu garantează nici integritatea sistemului, nici alimentarea cu energie electrică. Avantajul utilizării acestor cabluri este acela că nu propagă flacăra atunci când sunt pozate individual. Aceste cabluri nu sunt neapărat simbolizate cu litera – F la sfârșitul simbolului. Cabluri cu întârziere la propagarea flăcării în montaj individual pot fi armate sau nearmate, cu conductoare din cupru sau aluminiu: CYY , CYAbY , CYArY (după standardele românești), NYY , N2XY, NAYY (după norma germană VDE). Conductoarele electrice cu întârziere la propagarea flăcării sunt cele de tipul FY sau AFY , H07V-U, H07V-R etc. Cabluri electrice pozate în grup cu întârziere la propagarea flăcării Cabluri electrice cu întârziere la propagarea flăcării pozate în mănunchi (în grup) supuse acțiunii unei flăcări de inițiere, continuă să ardă, pe o lungime determinată, după care se autosting. Autostingerea cablurilor este posibilă numai dacă volumul de material combustibil al cablului (izolație și umplutură) notat iV ]/[ ml se încadrează în anumite limite indicate de standardele în

vigoare, în funcție de modul de pozare și secțiune. Volumul iV ]/[ ml de material combustibil se calculează cu relaţia:

∑=

−=n

k k

mCi

MMV

1 ρ

unde : MC – este masa cablului pe metru (în kg); Mm – este masa materialului metalic (a conductorului din cupru, aluminiu sau armătură) (în kg); ρ - densitatea materialului combustibil (în kg/dm3); n – numărul de cabluri din mănunchi. Dacă volumul de material combustibil nu se încadrează în limitele impuse de normativul I7-2011 care corespund metodelor de încercare conform standard, cablurile pozate astfel nu vor fi considerate cu întârziere la propagarea flăcărilor și, în acest caz, se vor adopta măsuri de

77

împiedicare a propagării focului, prin realizarea unor separări transversale cu materiale rezistente la foc sau acoperirea cu vopseluri omologate care măresc rezistența la foc. Cablurile furnizate de producători pentru a fi pozate în grup cu verificarea volumului Vi ]/[ ml de material combustibil, sunt cablurile care au la sfârșitul simbolului litera - F, după liniuță. Aceste cabluri pot fi cu conductoare din cupru sau aluminiu, armate sau nearmate, cu izolație din PVC sau polietilenă reticulară XLPE: CYY-F, CYAbY-F, C2XAbY-F, AC2XY-F etc. Există și alte cabluri cu întârziere la propagarea flăcării ale căror simboluri respectă alte norme. Cabluri rezistente la foc pe timp limitat.

În cazul alimentării cu energie electrică a unor receptoare electrice cu rol de securitate la incendiu (pompe de incendiu, ventilatoare de desfumare etc.) alimentarea cu energie electrică se face, în mod obligatoriu, în cabluri electrice rezistente la foc.

În acest caz, producătorul de cabluri rezistente la foc garantează păstrarea integrității la foc a izolației cablului (simbolul utilizat este FE urmat de numărul de minute garantate, exemplu: FE 180) precum și garantarea funcționării cablului în flacără un timp specificat: 15, 30, 60, 90, 120 minute (simbolul utilizat după unele norme, litera E urmat de numărul de minute pentru care este garantată funcționarea cablului în foc, de exemplu: E30, E60, E120 ). Testarea și simbolizarea acestor cabluri în modul prezentat mai sus se face conform DIN 4102 part.12.

Exemple de cabluri electrice rezistente la foc pot fi: NHXH-FE180/E30, NHXH-FE180/E90 (figura 3.5). Aceste cabluri sunt cu emisie redusă de fum și fără halogeni. Conform standardelor românești, simbolizarea standardelor rezistente la foc se face cu ][

−P

sau PH urmat de numărul de minute de funcționare a cablului în foc, exemplu: PH30. În cazul cablurilor rezistente la foc, este obligatoriu ca și pentru sistemul de pozare

să se asigure integritatea la foc, corespunzător timpului garantat pentru funcționarea cablului în foc.

Figura 3.5 Exemple de cabluri rezistente la foc N2XCH –FE 180/E30, NHXH –FE 180/E90

78

Cabluri cu emisie redusă de gaze toxice și fum.

Într-un incendiu generat în interiorul unei clădiri, nu focul reprezintă principala cauză a deceselor ci gazele toxice și fumul care sunt degajate în timpul arderii. De aceea, în anumite situații specificate de normativ, în funcție de categoria influențelor externe privind posibilitatea de evacuare a persoanelor existente în clădire și de numărul persoanelor din clădire, normativul I7-2011 impune utilizarea unui anumit tip de conductor sau cablu (cu emisie redusă de gaze toxice și fum), astfel încât degajările nocive pentru om să fie reduse la minim (Anexa 5.2). Exemple de cabluri și conductoare cu degajări reduse de fum și gaze toxice sunt: C2XH, N2XH, NHXH, FH etc.

Alegerea tipului cablului electric (cu întârziere la propagarea flăcării la pozarea individuală sau în grup, fără întârziere la propagarea flăcării sau cu degajări reduse de fum și gaze toxice se face în funcție de caracteristicile influențelor externe anexa 5.2: BD –condițiile de evacuare în caz de urgență; BE – natura materialelor prelucrate sau depozitate, CA - materiale de construcție; CB - structura construcțiilor . ) III.1.2 Sistem de distribuție în bare

Distribuția energiei electrice în instalațiile electrice ale consumatorului se poate face nu numai în conductoare electrice și cabluri electrice ci și în bare electrice.

Barele electrice sunt echipamente electrice folosite pentru transportul și distribuția energiei electrice în clădiri, în medii ușoare sau dificile.

Din punct de vedere funcțional, barele electrice se clasifică în: • bare de alimentare; • bare de distribuție.

Barele de alimentare au rolul de a transporta energia electrică de la postul de transformare către tabloul general sau de la tabloul general către un tablou de distribuție (tablou electric principal sau tablou electric secundar). Barele de distribuție transportă energia electrică de la un tablou electric secundar la cofretele de derivație montate de-a lungul acestor bare (figura 3.6). În cofretele de derivație (minitablouri electrice) pot fi montate aparate electrice de protecție contra curenților de scurt circuit și suprasarcină. Barele electrice pot fi formate din conductoare de cupru sau aluminiu, protejate în carcase din din oțel sau aluminiu. Acestea pot avea grade de protecție la praf și umiditate diferite și vor fi selectate în funcție de mediul în care urmează să fie montate. Astfel, gradul de protecție IP poate varia de la IP20 până la IP68 (pentru medii dificile). În funcție de necesități barele electrice pot fi în construcție monofazată (F+N+PE) sau trifazată (3F+P+NE sau 3F+PEN).

79

Figura 3.6 Bare electrice de distribuție

Alegerea barelor electrice se face în funcție de curentul de calcul cI , gama de curenți

disponibili fiind: 20A, 25A , 40A, 63A, 100A, 160A, 250A, 400A. Pentru puteri electrice mai mari barele electrice ajung până la 8000A. Principalele avantajele ale utilizării barelor electrice sunt:

• instalare rapidă; • costuri cu manopera reduse; • posibilitatea înlocuirii elementelor conductoare din cupru cu elemente din aluminiu,

deci costuri de investiție mai mici; • flexibilitatea instalației electrice etc.

III.2 SISTEME DE TUBURI DE PROTEC ȚIE PENTRU CONDUCTOARE ELECTRICE SAU CABLURI

Sistemul de tuburi de protecție este un sistem de pozare închis care asigură protecția mecanică a conductoarelor electrice sau a cablurilor și fac posibilă înlocuirea facilă a conductoarelor sau a cablurilor electrice, atunci când este necesar. Sistemul de tuburi de protecție este realizat din tuburi de protecție și fitinguri. Tuburile de protecție au o secțiune circulară și se dimensionează în funcție de tipul conductoarelor secțiunea și numărul acestora (tabelul nr. 2.4) sau de diametrul exterior al cablului electric. Fitingul este o piesă de legătură care are și rolul de a realiza o schimbare de direcție, o prelungire a tubului etc. Din punct de vedere al materialului din care sunt realizate, tuburile de protecție, ca și fitingurile, se pot clasifica în:

• nemetalice;

• metalice;

• din material compozit (atât metalice cât și nemetalice). Din punct de vedere al elasticității, tuburile de protecție pot fi:

• rigide;

• pliabile;

• flexibile;

80

• elastice.

Tuburile de protecție pot fi netede (profilul tubului în secțiune longitudinală este rectiliniu) sau ondulate (profilul tubului în secțiune longitudinală este ondulat). Din punct de vedere al modului în care se comportă la foc, tuburile de protecție pot fi:

• cu întârziere la propagarea flăcării;

• fără întârziere la propagarea flăcării. În figura 3.6 sunt prezentate câteva tipuri de tuburi de protecție:

a) b)

c) d)

e)

Figura 3.6 Tuburi de protecție a) tuburi din bandă de oțel zincat pentru conductoare și cabluri electrice; b) tuburi din oțel; c) tuburi din fibră optică; d) tuburi nemetalice; e) tub flexibil din PVC dur

Pentru clădiri aglomerate sau cu evacuare dificilgaze toxice, există tuburi f ărăMaterialele nemetalice din care se fabricmateriale plastice și sintetice, cum ar fi: policlorurpolipropilenă PP, policarbonat Tuburile de protecție metalice se fabricModul în care se face marcarea tuburilor de protec Principalele caracteristici tehnice ale tubului de

- caracteristicile indicate de cele 12 clase;- diametru exterior (mm);- diametrul interior (mm);- material.

Figura 3.7 Accesorii pentru îmbinarea

diri aglomerate sau cu evacuare dificilă, acolo unde este necesar ca degajără halogen, fără fosfor.

Materialele nemetalice din care se fabrică tuburile de protecție și fitingurile aferente sunt i sintetice, cum ar fi: policlorură de vinil PVC

, policarbonat PC, poliamidă PA, fibră optică HDPE etc. ie metalice se fabrică din oțel zincat, inox, aluminiu etc.

Modul în care se face marcarea tuburilor de protecție a fost prezentat în capitolul II.

Principalele caracteristici tehnice ale tubului de protecție (implicit ale accesoriilor) sunt:caracteristicile indicate de cele 12 clase; diametru exterior (mm); diametrul interior (mm);

Accesorii pentru îmbinarea și schimbarea direcției tubului de protec

81

, acolo unde este necesar ca degajările de

i fitingurile aferente sunt PVC, polietilenă PE, etc. etc.

ie a fost prezentat în capitolul II.

ie (implicit ale accesoriilor) sunt:

de protecție

82

III.3 TABLOURI ELECTRICE

Tablourile electrice sunt echipamente prevăzute cu aparate electrice având roluri diferite: aparate de protecție contra curenților de defect (scurt-circuit și suprasarcină), aparate de comandă și acționare, butoane de pornit- oprit, lămpi de semnalizare etc.

Tablourile electrice sunt realizate cu respectarea standardelor europene și naționale. În țara noastră acest domeniu este reglementat de standardul SR EN 60439-1, standard național identic cu standardul european.

Tablourile electrice conțin și accesoriile necesare realizării legăturilor electrice și mecanice. Elementele din material plastic aflate în interiorul tabloului electric sunt ignifuge și se autosting în cazul în care sunt supuse unei flăcări de inițiere.

Tablourile electrice sunt prevăzute cu carcase care realizează izolația electrică, împiedicând atingerea directă a elementelor conductoare aflate sub tensiune, protejează contra agenților de mediu, protejează contra șocurilor mecanice. Astfel, tablourile electrice prezintă următoarele caracteristici principale:

- clasă de protecție contra șocurilor electrice (clasa II); - grad de protecție la praf și umiditate IP; - grad de protecție la șocuri mecanice IK ; - curentul nominal de utilizare, ][ AI n ;

- frecvența ][Hz ; - curentul de scurt circuit maxim ][kAI sc ;

- dimensiuni: ][mmLxlxH - culoare.

Materialele din care se realizează carcasele tablourilor sunt izolante (tehnoplast) sau metalice (tablă tratată cu poliester-epoxidic polimerizat termic).

Tablourile electrice se realizează pentru montaj aparent (metal și tehnoplast) și pentru montaj îngropat (tehnoplast).

Figura 3.8 Tablouri electrice

83

Tablourile electrice se realizează în diverse variante constructive și tipodimensiuni. În figura 3.8 sunt prezentate mai multe tablouri electrice, în diverse forme constructive și tipodimensiuni. III.4 APARATE ELECTRICE

Aparatele electrice sunt mecanisme sau/și dispozitive electrotehnice care au rolul de a regla, controla, modifica și măsura parametrii tehnici ai instalațiilor electrice.

Există aparate electrice special concepute pentru a fi utilizate în curent alternativ (c.a.) sau în curent continuu (c.c).

Luând în considerație scopul pentru care sunt realizate și montate în circuitul electric, aparatele electrice sunt:

• aparate de comandă/conexiune/comutație: separatoare, separatoare de sarcină, contactoare; butoane de pornit/oprit;

• aparate de protecție: fuzibile, întreruptoare automate sau disjunctoare, relee termice;

• aparate de măsură: voltmetre, ampermetre, contoare de energie electrică; • aparate de semnalizare: lămpi, sirene etc.

Aparatele electrice pot fi clasificate și după tensiunea nominală:

• medie tensiune; • joasă tensiune.

III.4.1 Aparate de comandă

Aparatele de comandă au rolul de a conecta/deconecta de la sursa de energie o parte a instalației electrice sau un receptor electric.

Aparatele de comandă pot fi acționate manual (separatoare) sau electric/manual (separatoare de sarcină, separatoare cu fuzibil, contactoare etc).

A. Separatorul Separatorul este un aparat de comandă care are rolul de a asigura separarea unei părți a instalației electrice (de exemplu un tablou de distribuție) de restul instalației electrice care rămâne sub tensiune, astfel încât intervenția personalului de întreținere să se facă în condiții de siguranță maximă.

a) b)

Figura 3.8 Simbol separator: a) reprezentare separator în schemele monofilare; b) separator în schemele

multifilare

84

Un separator poate să fie întreruptorul pârghie tripolar dimensionat astfel încât să suporte curentul nominal al circuitului electric în care este montat dar să nu-l poată întrerupe. În figura 3.8 este prezentat simbolul pentru un separator. Acest simbol se va regăsi în simbolul oricărui aparat care are rol și de separare alături de alte funcțiuni pe care le îndeplinește. De exemplu, separatorul de sarcină, separatorul cu fuzibil, întreruptorul automat au și rol de separator.

Verificarea separării se poate face printr-o verificare vizuală dacă aparatul electric a fost construit ca să permită acest lucru sau printr-o verificare a unui indicator care ne confirmă deschiderea contactelor (sudarea contactelor nu s-a realizat).

Pentru siguranță mărită în funcționare, blocarea contactelor separatorului în poziția deschis se poate face și mecanic prin intermediul unor dispozitive (lacăte).

B. Separatorul de sarcină Separatorul de sarcină are rolul de a închide și de a deschide circuitul electric sub

sarcină (când circuitul electric este parcurs de curent electric), poate fi acționat manual sau electric, având două poziții: închis/deschis.

Acestea pot acționa numai în condițiile în care prin circuitul electric pe care sunt montate se transmit curenții nominali, nu de defect. Separatorul de sarcină nu poate asigura protecția la curenți de scurt circuit sau suprasarcină, dar sunt construite astfel încât să poată să închidă un curent de defect posibil în momentul închiderii acestui aparat electric și poate deschide numai curenții nominali de sarcină.

a) b)

Figura 3.8 Simbol separator de sarcină: a) în schemele monofilare; b) în schemele multifilare

a) b) c) Figura 3.9 Separatoare de sarcină d)

85

Separatoarele de sarcină sunt caracterizate de:

• numărul de poli: 1, 2, 3, 4 (figura 3.9) • tensiune nominală ][VU e ;

• curent nominal ][ AI e ;

• tensiune nominală de izolație ][VU i ;

• tensiune nominală de ținere la impuls ][kVU imp ;

• capacitatea de conectare la scurtcircuit ][kAI cm

• curent maxim admis de scurtă durată ][kAI cw .

Pentru a se împiedica acționarea accidentală a manetei separatorului de sarcină din

poziția deschis (OFF) în poziția închis (ON), în timpul unei intervenții în instalația electrică, maneta poate fi blocată cu ajutorul unui dispozitiv auxiliar (de exemplu blocarea cu lacăt), asigurându-se astfel izolarea totală și sigură față de circuitul din amonte aflat sub tensiune. Unele variante constructive ale separatoarelor de sarcină sunt prevăzute, în plus, cu o separarare vizibilă, contactele principale fiind vizibile.

C. Contactorul

Contactoarele sunt aparate de comandă care pot deschide sau închide circuitele în care sunt montate, fiind concepute, în general, pentru a fi acționate de la distanță (figura 3.10a ) prin intermediul butoanelor de pornit/ oprit sau a unor elemente de automatizare. Există și variante constructive pentru care acționarea se poate face manual, de la maneta prevăzută pe contactor (figura 3.10b). Aceste aparate sunt construite pentru a rezista (anduranța mare, exemplu: 200000 cicluri/an) la un număr mare de acționări (închidere/ deschidere). În figura 3.11 sunt prezentate simbolurile utilizate în schemele monofilare sau multifilare ale circuitelor electrice.

a) b) Figura 3.10 Contactoare a) cu acționare de la distanță; b) cu acționare manuală de la nivelul aparatului.

Contactoarele pot fi cu unul sau mai mulți poli: 1P, 2P, 3P și 4P. În figura 3.11a și b sunt prezentate simbolurile contactelor principale ale contactorului, simboluri utilizate în schemele monofilare (a) sau multifilare (b).

86

În figura 3.11 c, d, e si f sunt prezentate simbolurile contactelor ND (normal deschise) și NÎ (normal deschise) care se află în structura unui contactor cu 1P (c), cu 2P (d), cu 3P (e), cu 4P (f).

Contactele normal deschise se află în poziția „deschis” – ND atunci când bobina contactorului nu este pusă sub tensiune, dar în momentul punerii sub tensiune a acesteia, contactele normal-deschise se închid, realizându-se astfel alte căi de curent. Contactele normal închise se află în poziția „închis” – NÎ atunci când bobina contactorului nu este sub tensiune, acestea deschizându-se în momentul punerii bobinei sub tensiune, întrerupând astfel o cale de curent.

Unele contactoare pot fi echipate în mod suplimentar cu contacte auxiliare pentru comandă sau semnalizare.

a) b) c)

d) e)

f)

Figura 3.11 Simbolul contactorului a) contacte principale - reprezentare în scheme electrice monofilare; b) contacte principale - reprezentare în scheme electrice multifilare; c) contact auxiliar pentru un contactor cu 1P;

d) contacte auxiliare pentru un contactor cu 2P; e) contacte auxiliare pentru un contactor cu 3P; f) contacte auxiliare pentru un contactor cu 4P.

1ND

1NÎ+1ND 2ND 2NÎ 3ND

4 ND 4 NÎ 2 ND+2NÎ

87

Principalelele caracteristici tehnice ale contactoarelor:

• numărul de poli; • tensiunea nominală ][VU e ;

• tensiunea de comandă ][V ;

• frecvența ][Hz ;

• anduranța electrică zilnică sau anuală ],/[ zicicluri ]/[ ancicluri ;

• frecvența maximă de comutație min]/[manevre D. Teleruptorul

Teleruptoarele sunt aparate de comandă utilizate pentru punerea sau scoaterea de sub tensiune a unor grupuri de receptoare de lumină. Cu ajutorul acestora se pot realiza scheme diverse de comandă care să permită acționarea secvențială a unor grupuri de receptoare de lumină sau acționarea unitară a acestora. De exemplu, se pot acționa corpurile de iluminat pe fiecare culoar de la nivelul unui etaj sau pot fi acționate toate, centralizat, de la un singur punct de comandă. O altă variantă de acționare: pot fi acționate separat grupuri de corpuri de iluminat de pe fiecare culoar al unui nivel sau pot fi acționate din același loc corpurile de iluminat de la întregul nivel sau pot fi acționate, din același loc, corpurile de iluminat de la toate nivelurile clădirii. În general, furnizorul acestor echipamente pune la dispoziția utilizatorilor aceleași date tehnice ca și în cazul contactoarelor dar și nivelul de zgomot (dB) la acționarea acestor aparate.

88

III.4.2 Aparate de protecție

A. Fuzibilul Fuzibilul este un aparat electric care, montat în circuit, are rolul de a asigura protecția

contra curenților de defect (scurt circuit și suprasarcină sau scurt circuit). Principiul de funcționare constă în topirea controlată a unui fir fuzibil, la trecerea

unui curent superior unei valori date (valoarea curentului nominal al circuitului) ce corespunde unei durate de timp.

Fuzibilul se realizează la ora actuală în mai multe variante constructive: • patron cu fuzibil; • cartuș cu corp ceramic; • cartuș cu corp din sticlă.

În figura 3.12 este prezentat patronul cu fuzibil (figura 3.12 a), soclul (figura 3.12b) prevăzut cu filet și capac de protecție (figura 3.12 c). Soluția este clasică, se regăsește încă în tablourile vechi, încă se produc și se comercializează, fiind o soluție ieftină.

a) b) c)

Figura 3.12 Siguranță fuzibilă cu patron (a), soclu (b) pentru fixarea în tabloul electric și capac cu filet

Figura 3.13 Secțiune prin fuzibil: 1- corp ceramic; 2 – nisip de cuarț; 3, 4-elemente de contact; 5) inel de contact; 6) – fir fuzibil; 7- indicator

89

În interiorul fuzibilului cu corpul din ceramică se găsește firul fuzibil alături de un fir indicator, ambele fiind pozate în nisipul de cuarț al circuitului. Atunci când valoarea curentului prin circuit depășește valoarea de calcul, elementul fuzibil se topește după o anumită perioadă de timp, întrerupând astfel alimentarea cu energie electrică a receptorului electric alimentat pe circuitul electric unde a apărut curentul de defect.

Nisipul de cuarț are rolul de a stinge arcul electric care se formează la topirea firului fuzibil.

După remedierea defectului, patronul se înlocuiește cu unul având aceleași caracteristici tehnice, cel vechi nemaifiind utilizabil.

În același timp cu elementul fuzibil se topește și firul indicator, indicatorul (7) al fuzibilului desprizându-se de acesta ceea ce indică topirea elementului fuzibil, deci necesitatea înlocuirii lui.

Patronul se montează în soclu (figura 3.12c) fixarea acestuia în soclu făcându-se cu ajutorul unui capac ce se înfiletează pe soclu.

În variantă mai nouă, elementul fuzibil se află în interiorul unui cartuș cu corp ceramic (figura 3.14) având aceeași structură ca și a patronului cu fuzibil, cartușul montându-se în aparate electrice denumite separatoare cu fuzibil, realizate în forme constructive diferite (figura 3.15). Prin intermediul acestora, elementul fuzibil este montat în circuitul electric (sau coloana electrică) fiind parcurs, ca și în primul caz, de curentul nominal al circuitului (care trebuie supravegheat). În momentul apariției unui curent de defect, elementul fuzibil se topește fiind înlocuit cartușul. În figura 3.15 sunt prezentate câteva tipuri de separatoare cu fuzibil. Separatoarele cu fuzibil prezintă avantajul că permit separarea vizibilă a părții din rețea care rămâne sub tensiune.

Figura 3.14 Cartușe cu corp ceramic pentru montat în separatoare de sarcină

Figura 3.15 Separatoare cu fuzibile Reprezentarea simbolică a unui separator echipat cu cartușe fuzibile se face ca în figura 3.16, în funcție de numărul de poli. Pentru situații în care este nevoie de o capacitate mai mare de rupere se folosesc fuzibile cu mare putere de rupere MPR care au o construcție specială, prezentate în figura 3.17.

90

. a) b) c) d) Figura 3.16 Simboluri fuzibil: a) siguranțe fuzibile - reprezentare în scheme monofilare; b) siguranțe fuzibile -

reprezentare în scheme multifilare; c) separator cu fuzibil - reprezentare în scheme monofilare; d) separator cu fuzibil - reprezentare în scheme multifilare;

a) b)

Figura 3.17 Siguranță cu mare putere de rupere, MPR a) element fuzibil b) suport pentru montare element fuzibil

Figura 3.18 Structura interioară a elementului fuzibil al siguranțelor cu mare putere de rupere, MPR

91

În funcție de domeniul de utilizare, cartușele fuzibile se clasifică în:

• cartușe fuzibile tip gG utilizate pentru instalații casnice sau similare; • cartușe fuzibile tip gG (gl sau gL pentru uz general), gM sau aM utilizate pentru

aplicații industriale (pentru circuite în care apar vârfuri ale intensității curenților din circuit, de exemplu cazul motoarelor electrice).

Siguranțele gG sunt construite astfel încât, pentru o dimensionare corespunzătoare, să

se asigure atât protecția la scurt circuit cât și protecția la suprasarcină.

Siguranțele tip gM și aM asigură protecția numai la scurt circuit, sunt utilizate în circuite de motor și trebuie asociate întotdeauna cu relee termice pentru a se asigura astfel și protecția la suprasarcină.

Elementul fuzibil având o anumită secțiune este caracterizat de un curent nominal fI.

Siguraanțele fuzibile tipul gG și gM sunt caracterizate de: • curentul convențional de nonfuziune

fnI acesta reprezentând valoarea curentului pe

care elementul fuzibil poate să-l suporte un timp specificat, fără să se topească; • curentul convențional de fuziune 2I este valoarea de curent care va produce topirea

elementului fuzibil înainte de scurgerea unui timp specificat (ex: o oră). În tabelul nr. 3. 2 sunt precizate valorile curenților convenționali de nonfuziune și de fuziune pentru fuzibilele tip gG și gM. În figura 3.15 sunt prezentate zonele de nonfuziune și fuziune pentru siguranțele de tip gG și gM.

Tabel nr. 3.2

Tip fuzibil Curent nominal fuzibil fI

Curent convențional de nonfuziune

fnI

Curent convențional de fuziune 2I

Timpul convențional

][ h

1 2 3 4 5 gG, gM AI f 4≤ 1,5 fI⋅ 2,1 fI⋅ 1

AI f 164 ≤< 1,5 fI⋅ 1,9 fI⋅ 1

AI f 6316 ≤< 1,25 fI⋅ 1,6 fI⋅ 1

AI f 16063 ≤< 1,25 fI⋅ 1,6 fI⋅ 2

AI f 400160 ≤< 1,25 fI⋅ 1,6 fI⋅ 3

AI n 400> 1,25 fI⋅ 1,6 fI⋅ 4

Gama de siguranțe fuzibile este de: 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500 și 630A. Peste 100A, se utilizează siguranțe cu mare putere de rupere tip MPR.

Figura 3.19 Zonele de fu

Principalelele caracteristicile tehnice ale

• tensiunea nominală U e

• curent nominal ][VI f ;

• tensiunea nominală de izola

• frecvența ][Hz ;

• capacitate de rupere [kA

B. Releul electromagnetic

Releul electromagnetic este un aparat electric care are rolul de a proteja la curenscurt circuit. În figura 3.20 este reprezentatEl are în structura sa un miez magnetic (1) pe care este înfparcursă de curentul nominal al circuitului, curent ce trebuie supravegheat. ținută în poziția depărtată de o forAtunci când prin circuitul electric curentului prin bobină crește)

va modifica poziția acesteia deschizând tocontactele normal deschise NDalimentării cu energie electricăun defect, iar prin închiderea contactului ND se semnalizeaz

Zonele de fuziune și de nefuziune pentru siguranțele de tip gG

Principalelele caracteristicile tehnice ale separatoarelor cu fuzibil sunt: ][Ve ;

;

ă de izolație ][VU i ;

]kA .

Releul electromagnetic

Releul electromagnetic este un aparat electric care are rolul de a proteja la curenscurt circuit. În figura 3.20 este reprezentată schema de principiu a acestui aparat.

ctura sa un miez magnetic (1) pe care este înfășurată o bobin de curentul nominal al circuitului, curent ce trebuie supravegheat.

de o forță elastică rF produsă de resortul (4) . ul electric valoarea curentului nominal este depște), asupra armăturii se exercită o forță electromagnetic

deschizând totodată contactele normal închise D (5). Prin deschiderea contactului NÎ se comand

rii cu energie electrică a receptorului electric în al cărui circuit de alimentare a aprin închiderea contactului ND se semnalizează apariția defectului.

92

ele de tip gG și gM

Releul electromagnetic este un aparat electric care are rolul de a proteja la curenți de u a acestui aparat.

ă o bobină (2) ce este de curentul nominal al circuitului, curent ce trebuie supravegheat. Armătura (3) este

valoarea curentului nominal este depășită (valoarea electromagnetică emF care

NÎ (6) și închizând se comandă întreruperea

rui circuit de alimentare a apărut ia defectului.

93

Figura 3.20 Schema de principiu releului electromagnetic; 1- miez magnetic; 2- bobină; 3 - armătură; 4 - resort elastic; 5 - contact normal deschis ND; 6-contact normal închis-NÎ

Figura 3.21 Releul electromagnetic. Simbol utilizat în schemele electrice

Deoarece releul electromagnetic nu este prevăzut cu cameră de stingere a arcului electric, nu se realizează ca aparat electric individual, acesta fiind montat în structura altor aparate electrice prevăzute cu cameră de stingere a arcului electric, de exemplu în structura unui întreruptor automat.

C. Releul termic

Releul termic este un aparat electric care are rolul de a proteja la apariția unui curent de suprasarcină.

În figura 3.22 este prezentată schema de principiu a releului termic. Acesta are în structura sa un bimetal (1) realizat din metale având coeficienți de dilatare termică diferiți. La trecerea prin circuitul electric al unui curent mai mare decât curentul pe care trebuie să-l supravegheze bimetalul se încălzește.

La încălzire, acesta se curbează acționând tija mobilă (3), contactul normal închis NÎ (4) se deschide comandând înteruperea alimentării cu energie electrică a receptorului electric și se închide contactul normal deschis ND (5) care semnalizează apariția defectului.

În figura 3.23 sunt reprezentate simbolurile utilizate pentru releul termic în schemele monofilare şi în schemele multifilare.

94

Figura 3.22 Schema de principiu a releului termic 1- bimetal; 2- element de prindere fix; 3-tijă mobilă; 4-

contact normal închis; 5-contact normal deschis; 6- resort elastic; 7-element pentru reanclanșarea releului termic;

a) b)

Figura 3.23 Releul termic. Simbol utilizat în schemele electrice: a) în scheme multifilare; b) în scheme

monofilare

Figura 3.24 Releului termic Caracteristicile principale ale releelor termice:

- curentul nominal, ][ AI nRT ;

- curentul de serviciu ][ AI s ;

- curentul de reglaj, ][ AI thr ;

- curentul fuzibilului maxim admis, ][ AI fRT ;

- tensiunea nominală,

][VU e ;

- temperatura de funcționare ][ CT o ; - protecția la mersul în două faze.

95

D. Releul electronic

Releele electronice sunt utilizate, de asemenea, pentru protecția motoarelor la curenți de suprasarcină. Acestea realizează protecția prin sesizarea indirectă a temperaturii prin intermediul curentului care se transmite pe cele trei conductoare de fază ale circuitului electric supravegheat sau prin sesizarea directă a temperaturii în motor cu ajutorul termistoarelor.

Sesizarea indirectă a temperaturii se face prin intermediul unor “senzori cu trecere” sau „senzori cu cordon” care se montează pe conductoarele circuitului electric. În cazul sesizării unei supratemperaturi, semnalul transmis unui dispozitiv de declanșare va avea ca efect deschiderea circuitului electric (de exemplu, se va deschide un contactor) care alimentează cu energie electrică un receptor.

Releele electronice permit reglarea curentului de supravegheat într-o plajă mult mai largă, aproximativ ( ) DnI1.......4,0 . Aceste relee se găsesc, de regulă, în componența

întreruptoarelor automate.

E. Întreruptorul automat sau disjunctorul

Întreruptorul automat sau disjunctorul este un aparat electric care are rolul de a proteja contra curenților de defect (scurt circuit și suprasarcină), având totodată funcția de comandă și separare.

Pe lângă aceste funcții, întreruptorul automat mai poate îndeplini o serie de alte funcții de protecție prin atașarea unor aparate auxilare:

• protecție diferențială prin atașarea unor module RCD; • protecție la lipsa de tensiune, prin atașarea unor module de minimă tensiune; • defecte de izolație.

Întreruptoarele automate mai îndeplinesc și alte funcții, prin atașarea unor aparate auxiliare: • comandă de la distanță; • semnalizare defect. În figurile 3.25 şi 3.26 sunt prezentate simbolurile folosite în schemele electrice pentru

întreruptoarele automate, în schemele monofilare şi în schemele multifilare. a) b)

Figura 3.25 Simboluri utilizate în schemele electrice monofilare pentru: a) întreruptor automat monopolar, bipolar, tripolar, tetrapolar; b) întreruptor automat cu protecţie diferenţială monopolar,

bipolar, tripolar, tetrapolar

96

Figura 3.26 Simboluri utilizate în schemele electrice multifilare pentru: întreruptor automat monopolar, bipolar, tripolar, tetrapolar

Din punct de vedere al domeniului de utilizare, întreruptoarele automate pot fi : • de tip casnic, cu protecție la scurt circuit și suprasarcină, cu sau fără protecție

diferențială; • de tip industrial , cu posibilitatea atașării unor module de protecție diferențială.

Caracteristicile tehnice ale întreruptoarelor automate:

• tensiune nominală ][VU e ;

• tensiune nominală de separare ][VU i ;

• tensiunea nominală de ținere la impuls ][kVU imp ;

• curent nominal ][ AInD ;

• curentul de reglaj la suprasarcină ][ AI rth ;

• curentul de reglaj la scurt circuit ][ AIm ;

• capacitatea de deconectare la scurt circuit cuI sau cnI ;

• grad de protecție IP; • domeniul de reglaj.

Tensiunea nominală ][VU e este tensiunea la care aparatul electric funcționează la

parametrii nominali pentru care a fost proiectat, în regim de lungă durată. Tensiunea nominală de separare ][VU i reprezintă valoarea tensiunii la care se

realizează testele de rigiditate dielectrică și pentru care sunt definite distanțele de străpungere și conturnare. Valoarea maximă a tensiunii nominale trebuie să fie inferioară tensiunii de separare, ie UU < ;

Tensiune nominală de ținere la impuls ][kVU imp este o valoare de vârf a tensiunii pe

care întreruptorul automat o suportă fără a se deteriora. Curentul nominal ][ AInD este valoarea maximă a curentului la care întreruptorul

automat poate funcționa la parametrii nominali, pentru anumite condiții impuse de producător.

Un întreruptor automat poate fi echipat cu module diferite de protecție la curenți de suprasarcină, având diferite domenii de reglaj. În acest caz, curentul nominal al întreruptorului automat va fi cel mai mare curent de reglaj aferent tuturor tipurilor releelor de protecție.

97

Curentul de reglaj al releului de suprasarcină, ][ AI rth , reprezintă valoarea de

curent peste care releul termic al întreruptorului automat va acționa. Un întreruptor automat poate fi echipat cu diferite module de protecție la suprasarcină, existând posibilitatea reglării curentului de declanșare la suprasarcină într-un domeniul de reglaj care poate fi:

• nDI)1..........7.0( în cazul echipării cu relee termice;

• nDI)1..........4.0( în cazul echipării cu relee electronice.

Valoarea curentului de reglaj trebuie să fie mai mare decât curentul nominal al

circuitului supravegheat și mai mică decât valoarea curentului maxim admis ][ AI z′ .

Curentul de reglaj la scurt circuit ][ AIm reprezintă valoarea curentului de scurt

circuit pentru care întreruptorul automat declanșează. Valorile de declanșare ale curentului ][ AIm sunt precizate de producător conform

standardelor sau, în cazul întreruptoarelor de tip industrial, există posibilitatea reglării ][ AIm

în funcție de necesități. În figura 3.23 este prezentată curba caracteristică a unui întreruptor automat cu releu

termic și releu electromagnetic. În abscisă este reprezentat supracurentul care poate străbate circuitul la un moment dat, iar în ordonată este reprezentat timpul de declanșare al întreruptorului automat.

Irth Im Icu

t(s)

I(A)

Figura 3.25 Curba caracteristica a unui întreruptor automat echipat cu releu termic și releu electromagnetic.

În funcție de valorile curenților de reglaj la scurt circuit, întreruptoarele casnice având relee termice și electromagnetice, pot fi clasificate în:

• întreruptoare automate cu caracteristica de declanșare B (declanșare rapidă); • întreruptoare automate cu caracteristica de declanșare C (declanșare lentă); • întreruptoare automate cu caracteristica de declanșare D (D sau K în cazul

întreruptoarelor industriale) (declanșare foarte lentă).

Aparatele de protecție care au o caracteristică de declanșare B declanșează la valori ale supracurenților nmn III 53 <≤ , cele care au o caracteristică de declanșare C, declanșează la

98

valori ale supracurenților nmn III 105 <≤ , aparatele de protecție având o caracteristică de

declanșare D, declanșează la valori ale supracurenților cuprinse între nmn III 2010 <≤ .

Întreruptoarele automate se aleg în funcție de caracteristicile de declanșare. Capacitatea de deconectare la scurt circuit cuI sau cnI reprezintă cea mai mare

valoare a curentului pe care acesta poate să-l întrerupă fără ca aparatul de protecție să fie deteriorat. Întreruptoarele automate industriale pot fi clasificate în:

• aparate categoria A la care nu există nicio întârziere deliberată în acțiunea dispozitivelor de protecție la curenți de scurt circuit.

• aparate categoria B la care este posibilă declanșarea temporizată în scopul realizării selectivității cu celelalte întreruptoare automate.

Întreruptoarele de categoria B sunt caracterizate de un curent nominal maxim admisibil de scurtă durată ][kAIcw . Acesta reprezintă cel mai mare curent pe care întreruptoarele automate

din categoria B îl pot suporta un anumit interval de timp, fără ca aparatul să fie deteriorat. Selectivitatea între cele două aparate este posibilă, în cazul unui curent de defect mai mic decât curentul nominal admisibil de scurtă durată al aparatului de protecție clasa B situat în amonte.

99

IV. ÎNC ĂLZIREA ELEMENTELOR CONDUCTOARE PARCURSE DE CURENT ELECTRIC

La trecerea curentului electric prin elementele conductoare ale unui circuit electric se produc pierderi de energie electrică din cauza rezistenței elementelor conductoare, energie care se transformă în căldură.

Încălzirea elementelor conductoare este posibilă, dar aceasta trebuie să se facă în mod controlat, astfel încât, temperatura maxim admisă să nu fie depășită.

Studiul încălzirii elementelor conductoare parcurse de curent se va face în cazurile următoare:

• în regim permanent ( de lungă durată); • în regim intermitent;

• în regim de scurtă durată.

IV.1 ÎNCĂLZIREA ELEMENTELOR CONDUCTOARE ÎN REGIM PERMANENT ( DE LUNGĂ DURATĂ)

Regimul permanent este caracterizat de un curent constant pe toată durata funcționării receptorului electric sau a receptoarelor electrice alimentate. Deoarece curentul electric prin circuit este constant, pierderile de energie electrică vor fi constante. În figura 4.1 sunt prezentate pierderile de energie constante în timp, în cazul unui curent constant.

Se notează cu iθ diferența de temperatură între temperatura elementului conductor iτ (

temperatura conductorului) și temperatura ambiantă de referință Co300 =τ (considerată

constantă). Această mărime este numită supratemperatură:

0ττθ −= ii (4.1)

Figura 4.1 Variația în timp a puterii în cazul regimului permanent (de lungă durată)

p(W)

t(s)

100

( C)

t(s)

o

f

Figura 4.2 Variația supratemperaturii în funcție de timp, în regim permanent

În figura 4.2 se poate observa variația supratemperaturii în funcție de timp. În perioada de

timp ( )Tt 5....4= , elementul conductor parcurs de curentul electric atinge valoarea

supratemperaturii finale 0ττθ −= ff , unde fτ reprezintă temperatura finală a elementului

conductor parcurs de curentul electric.

Se consideră că temperatura finală a elementului conductor este temperatura adτ

denumită temperatură maxim admisă a elementului conductor. Valoarea temperaturii maxim

admise este de Co70 pentru conductoarele și cablurile electrice cu izolație din PVC și de Co90în cazul conductoarelor și cablurilor electrice cu izolație din polietilenă reticulară XLPE.

Pentru a studia încălzirea conductoarelor în regim permanent (de lungă durată) se vor face următoarele ipoteze:

• conductorul este omogen;

• puterea p [ ]W - transportată este constantă în timp;

• temperatura este aceeași în toată masa elementului conductor și suficient de redusă astfel

încât constantele materialului: căldura specifică c

⋅ Ckg

Jo și rezistivitatea

ρ

⋅Ωm

mm2

să nu fie influențate;

• S [ ]2m - aria suprafaței laterală a elementului conductorului;

• s [ ]2mm - aria secțiunii elementului conductor;

• m [ ]kg - masa elementului conductor;

• k

⋅ Cm

Wo2

coeficient de convecție termică.

101

Pentru un interval de timp dt infinit mic, cantitatea de căldură degajată la trecerea curentului electric prin elementul conductor este egală cu suma dintre cantitatea de căldură acumulată în elementul conductor și cantitatea de căldură pierdută prin convecție către mediul înconjurător:

pac dQdQdQ += (4.2)

sau

dtSkdcmdtp ⋅⋅⋅+⋅⋅=⋅ θθ (4.3)

Acestă expresie se divide cu kS

dtdSk

cmdt

Sk

p ⋅+⋅⋅⋅=⋅

⋅θθ (4.4)

Grupând termenii, obținem:

θθ dSk

cmdt

Sk

p

⋅⋅=

−⋅

(4.5)

sau

θ

θ

−⋅

=

⋅⋅

Sk

pd

Sk

cmdt

(4.6)

Se fac următoarele notații:

Sk

pf ⋅

=θ supratemperatura finală reprezentând o constantă a regimului permanent

și

.ctTSk

cm ==⋅⋅

reprezentând timpul necesar pentru a atinge supratemperatura finală în

ipoteza în care căldura este acumulată în totalitate în elementul conductor.

Ecuația 4.6 devine:

θθθ−

=f

d

T

dt . (4.7)

Integrând relația 4.7, se obține:

CT

tf ln)ln( +−−= θθ , (4.8)

102

unde C reprezintă constanta de integrare.

Pentru a determina constanta C, se admite că la momentul inițial 0=t , la începutul

procesului de încălzire, supratemperatura are o valoare inițială iθ .

0

0

ττθθθ

−===

ii

i

t

(4.9)

atunci

Cif ln)ln(0 +−−= θθ (4.10)

Deci

)ln(ln ifC θθ −= (4.11)

sau

ifC θθ −= (4.12)

Înlocuind relația 4.12 în relația 4.8

)ln()ln( iffT

t θθθθ −+−−= (4.13)

sau

if

f

T

t

θθθθ

−−

=− ln , (4.14)

unde :

T

t

if

f e−

=−−

θθθθ

. (4.15)

În final, se obține relația care reprezintă supratemperatura conductorului în regim permanent:

T

t

iT

t

f ee−−

⋅+

−⋅= θθθ 1 (4.16)

Se poate reprezenta variația grafică a acestei relații ca în figura 4.3 , curba 3.

103

În cazul particular în care supratemperatura inițială este zero,

0

0 0

0

ττττ

θ

==−

=

i

i

i

(4.17)

se obține relația 4.18, reprezentată grafic în figura 4.3, curba 1 reprezentând ecuația „încălzirii pure”:

−=

−T

t

f e1θθ (4.18)

Dacă supratemperatura finală este zero 0=fθ , relația 4.16 devine:

T

t

i e−

⋅= θθ (4.19)

și reprezintă ecuația “răcirii pure” (figura 4.3, curba 2).

Se poate constata că încălzirea unui element conductor omogen este o rezultantă a unui proces de încălzire și a unui proces de răcire, procese care au loc simultan. Curba 3 se obține însumând grafic cele două curbe reprezentând ecuația „încălzirii pure” și ecuația „răcirii pure”.

Figura 4.3 Variația supratemperaturii elementului conductor în regim permanent Curba 1- “încălzire pură”, curba 2- “răcire pură”; curba 3- “încălzire + răcire”

( C)

t(s)

o

1

2

3

f

104

CALCULUL CURENTULUI MAXIM ADMIS AL ELEMENTULUI COND UCTOR ÎN REGIM PERMANENT (DE LUNG Ă DURATĂ)

Se cunoaște că Sk

pf ⋅

=θ reprezintă supratemperatura finală fiind considerată o

constantă a regimului permanent .

Deoarece 2Irp ⋅= ,

rezultă:

Sks

Il

Sk

Ir

Sk

pf ⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅=

⋅=

22 ρθ (4.20)

unde:

r - rezistența elementului conductor, ][Ω ;

I - curentul electric prin elementul conductor ][ A ;

ρ - rezistivitatea elementului conductor ][2

m

mm⋅Ω;

2as ⋅= π - aria secțiunii elementului conductor, ][ 2mm ;

a - raza secțiunii elementului conductor, ][m ;

l - lungimea elementului conductor, ][m ;

Figura 4.4 Explicativă asupra dimensiunilor elementului conductor parcurs de curentul electric I ][ A

105

Aria suprafeței laterale a elementului conductor este:

laS ⋅⋅⋅= π2 (4.21)

Deoarece π

π saas =⇒⋅= 2 (4.22)

Înlocuind relația 4.22 în relația 4.21, se obține:

(4.23)

Înlocuind relația 4.23 în relația 4.20, se obține:

slks

Iloff ⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=−=π

ρττθ2

2

. (4.24)

Din această relație se obține curentul electric prin elementul conductor:

ρττπ )(2 2

3

ofskI

−⋅⋅⋅= . (4.25)

Considerând că temperatura finală este egală cu temperatura maxim admisă,

adf ττ = ,

atunci se poate stabili curentul maxim admis al elementului conductor:

ρττπ )(2 2

3

maxoadsk

I−⋅⋅⋅= (4.26)

Aceasta reprezintă valoarea curentului maxim admis în elementul conductor, valoare care se ajustează cu coeficienți de corecție în funcție de o serie de factori cum ar fi: conductoare în tub de protecție sau conductoare în cablu, tip conductoar, sistem de referință, temperatură ambiantă diferită de temperatura ambiantă de referință etc. , determinându-se astfel valorile finale

ale curentului maxim admis notat zI .

Valorile finale ale curenților admisibili zI sunt specificate în normativul I 7-2011, sub

formă de tabele.

slls

S ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= ππ

π 22

106

IV.2 ÎNCĂLZIREA ELEMENTELOR CONDUCTOARE ÎN REGIM INTERMITENT

Regimul intermitent constă în existență unor perioade de încălzire a elementului conductor alternate cu perioade de răcire, aceasta situație datorându-se unei funcționări cu intermitență a receptorului electric. În perioadele de funcționare ale receptorului electric, puterea transportată prin elementul conductor este constantă, asemenea și curentul electric, iar în perioadele de nefuncționare a receptorului electric, puterea transportată este zero (figura 4.5),

asemenea și curentul electric prin circuit. Perioada de funcționare ( ct ) și de nefuncționare ( rt ) a

receptorului electric formează un ciclu de funcționare având o durată totală:

rcf ttt += (4.27)

Figura 4.5 Variația în timp a puterii în regim intermitent

Se definește coeficientul DC ca fiind “ durata relativă de conectare”, reprezentând raportul dintre perioada de încălzire și perioada ciclului de funcționare:

f

c

t

tDC = , (4.28)

și “capacitate de supraîncărcare”

DCa

1= . (4.29)

În figura 4.6 se pot observa curbele de variație ale supratemperaturii elementelor conductoare parcurse de curent electric în regim intermitent.

p(W)

t(s)c r

f

107

Figura 4.6 Variația supratemperaturii unui conductor electric parcurs de curent electric în regim de intermitent de funcționare.

În perioada de încălzire, supratemperatura elementului conductor parcurs de curent

electric crește de la o valoare inițială oθ la o valoare ofθ conform ecuației de încălzire a

elementului conductor în regim permanent, după care urmează o perioadă de răcire (receptorul

electric nu funcționează), elementul conductor ajungând la supratemperatura 1θ în urma

procesului de răcire conform ecuației „răcirii pure” (4.19). Urmează un nou ciclu de funcționare,

de încălzire până când supratemperatura ajunge la valoarea 1θ și de răcire până supratemperatura

atinge valoare 1fθ ) și așa mai departe până ce supratemperatura atinge o valoare ifθ inferioară

supratemperaturii în regim permanent.

Din grafic se poate observa că:

iffof θθθ << .......1 ,

iar

fif θθ < .

În concluzie, supratemperatura unui conductor electric parcurs de curent electric în regim intermitent o să aibă întotdeauna o valoare inferioară supratemperaturii în regim permanent. De aceea, dacă pentru conductorul electric, în regim intermitent, este folosit cu încărcări maxim admise din regimul permanent, acesta va fi supradimensionat.

( C)

t(s)

o

c r

f

o

o

f

1

1f

2

f

if

108

De aceea, pentru a calcula curentul maxim admis al unui conductor în regim intermitent se aplică relația:

maxmax IaIi

⋅= (4.30)

Din punct de vedere al puterii transportate, se poate afirma că:

di pap ⋅= , (4.31)

unde:

ip - reprezintă puterea în regim intermitent;

dp - reprezintă puterea în regim permanent.

IV.3 ÎNCĂLZIREA ELEMENTELOR CONDUCTOARE ÎN REGIM DE SCURT Ă DURATĂ

Regimul de scurtă durată este caracterizat de o putere mare (curent mare) transportată într-un interval de timp foarte mic, urmat de o perioadă de răcire suficient de lungă pentru ca acesta să atingă temperatura mediului ambiental. Un exemplu în acest caz este fenomenul de scurt circuit.

În cazul curentului de scurt circuit, intensitatea curentului prin circuit crește foarte mult, acest curent de scurt circuit trebuind să fie îndepărtat într-un interval de timp foarte mic. Acest lucru este posibil datorită aparatelor de protecție contra curenților de scurt circuit.

În cazul curenților de scurt circuit, temperatura și supratemperatura elementului conductor sunt mult mai mari decât în cazul regimului de lungă durată.

Din cauza perioadei de timp extrem de mici, se poate considera ca fiind zero căldura degajată către mediul înconjurător și că toată căldura degajată va fi înmagazinată în elementul conductor.

În acest caz, coeficientul de transfer termic 0=k ( )0≅pdQ relația (4.3) devine:

θdcmdtp ⋅⋅=⋅ (4.32)

Din cauza temperaturii foarte mari a elementului conductor cauzată de intensitatea mare a curentului electric care-l parcurge, proprietățile materialului: rezistivitatea și căldura specifică variază cu temperatura, conform relațiilor de mai jos:

109

( )θαρρ ρ⋅+= 1o (4.33)

( )θα ⋅+= cocc 1 (4.34)

Unde ρα și cα sunt coeficienții de variație ai rezistivității și căldurii specifice în raport cu temperatura.

Știind că scirp 2⋅= , relația 4.32 devine:

θdcmdtir sc ⋅⋅=⋅⋅ 2

. (4.35)

Deoarece masa a elementului conductor este:

lsVm ⋅⋅=⋅= γγ , (4.36)

unde:

γ - masa specifică

3m

kg;

V - volumul elementului conductor [ ]3m ;

s - secțiunea elementului conductor, ][ 2mm ;

l - lungimea elementului conductor, ][m ,

Relația 4.36 se poate scrie:

θγ dclsdtir sc ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅ 2 . (4.37)

Cunoscând că:

s

lr

⋅= ρ , (4.38)

Relația 4.37 devine:

θγρdclsdti

s

lsc ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅ 2 . (4.39)

Luând în considerație relațiile 4.33 și 4.34, se obține:

110

θθαρθαγ

ρ

dc

dts

i csc ⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=⋅

)1(

)1(

0

02

2

. (4.40)

Întegrând această expresie în limitele sct−0 și fi θθ − se obține:

θθαθα

ργ

ρ

θ

θ

dc

dtj csc

t f

i

sc

⋅⋅+⋅+⋅⋅=⋅ ∫∫ 1

1

0

02

0

(4.41)

Notând

s

ij sc

sc = densitatea de curent,

și

if

f

i

AAdc c

θθρ

θ

θ

θθαθα

ργ −=⋅

⋅+⋅+⋅⋅

∫ 1

1

0

0 ; (4.42)

unde ( )θθ fA = reprezintă constanta lui Mayer depinzând de supratemperatura

elementului conductor θ ,

rezultă:

if

sc

AAdtjt

sc θθ −=⋅∫0

2 ; (4.43)

( ) fc

fc

o

ocA

fθ

ααθα

ααα

ργ

ρρ

ρ

ρθ ++

−⋅= 1ln2 (4.44)

și

( ) ic

ic

o

ocA

iθ

ααθα

ααα

ργ

ρρ

ρ

ρθ ++

−⋅= 1ln2 (4.45)

În figura 4.7 sunt reprezentate curbele ( )θθ fA = pentru conductoare din cupru și

aluminiu.

Considerând

mdtjsct

cd =⋅∫0

2 (4.45)

111

rezultă:

mAAif

=− θθ (4.46)

mAAif

+= θθ (4.47)

Figura 4.7 Curbele ( )θθ fA = pentru conductoare din cupru și aluminiu.

Din graficul din figura 4.45, cunoscând temperatura inițială a conductorului iτ și

temperatura mediului ambiental oτ , implicit iθ , se determină o anumită valoare a constantei lui

Mayer, i

Aθ . La această valoare se adaugă valoarea segmentului m și se determină constanta lui

Mayer f

Aθ corespunzătoare supratemperaturi finale fθ , care se citește din grafic. Cunoscând

supratemperatura finală a elementului conductor se poate determina temperatura finală a acestuia

fτ .

off τθτ += (4.48)

În cazul în care densitatea de curent este constantă în timp,

tjdtj sc

t

sc

sc

⋅=⋅∫2

0

2

(4.49)

Dacă curentul este variabil în timp și densitatea de curent va fi variabilă în timp. În acest caz, integrala 4.45 se calculează cu relația:

112

=⋅∫ dtjsct

sc

0

2 2

2

s

It f ∞⋅, (4.50)

unde ft este timpul fictiv în care curentul constant ∞I , transmis fiind prin elementul conductor,

conduce la degajarea aceleiași cantități de căldură ca și curentul real sci .

113

V. CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE

Pierderile de tensiune care se produc în instalația electrică sunt cauzate de rezistența elementelor conductoare în curent continuu și de impedanța conductoarelor în curent alternativ.

Din cauza pierderilor de tensiune, tensiunea electrică are valori diferite în puncte diferite ale instalației electrice.

Pierderile de tensiune conduc la valori mai mici ale tensiuni la bornele receptoarelor electrice, ceea ce are efecte negative asupra funcționării receptoarelor electrice (exemplu, sursele de lumină emit un flux luminos mai mic decât fluxul luminos nominal, se produce supraîncălzirea motoarelor etc..).

Pierderile de tensiune sunt admise în instalațiile electrice, însă acestea nu pot depăși anumite limite impuse de normativ.

V.1 CALCULUL PIERDERILLOR DE TENSIUNE ÎN CURENT CON TINUU

V.1.1 CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE ÎN CAZUL UNE I LINII ELECTRICE ALIMENTÂND O SARCIN Ă CONCENTRATĂ (UN SINGUR RECEPTOR ELECTRIC) ÎN CURENT CONTINUU

Se consideră o linie electrică alimentând un receptor electric situat la capătul acestuia (figura 5.1 ).

a) b)

Figura 5.1 Linie electrică de curent continuu alimentând un singur receptor electric

a) schemă monofilară; b) schemă multifilară;

[ ]VU A - tensiunea sursei de alimentare cu energie electrică; [ ]VU B - tensiunea la bornele receptorului

electric; [ ]AI - curentul electric prin circuit; [ ]Ωr - rezistența elementului conductor; [ ]ml - lungimea

circuitului; [ ]2mms - aria secțiunii elementului conductor.

În ochiul de rețea (figura 5.1 ) se aplică a doua lege a lui Kirchhof:

rIUrIU BA ++= (5.1) sau

114

rIUU BA 2=− (5.2)

Diferența UUU BA ∆=− reprezintă pierderea de tensiune pe elementele conductoare ale circuitului electric, deci se poate scrie:

rIU 2=∆ (5.3)

Exprimând rezistența elementului conductor în funcție de conductivitate γ , de

lungimea l și de secțiunea acestuia, rezultă:

s

lr ⋅=

γ1

(5.4)

Înlocuind relația 5.4 în relația 5.3, obținem:

s

lIU

⋅⋅=∆γ2

(5.5)

Cunoscând că:

U

PI = , (5.6)

unde:

P - puterea receptorului electric [ ]W ;

U - tensiunea la bornele receptorului electric[ ]V ,

relația 5.5 devine:

s

lP

UU

⋅⋅⋅=∆ 12

γ. (5.7)

Pentru a exprima relația de calcul a pierderilor de tensiune în procente, se consideră:

100% ⋅∆=∆U

UU

(5.8)

sau

s

lP

UU

⋅⋅⋅⋅=∆2

11002%

γ (5.9).

115

V.1.2 CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE ÎN CAZUL UN EI LINII ELECTRICE ALIMENTÂND MAI MULTE SARCINI CONCENTRATE ÎN CURENT CONTINUU

a)

b)

Figura 5.2 Linie electrică alimentând mai multe receptoare electrice în curent continuu. a)schema electrică monofilară; b) schema electrică multifilară.

,1eR ,2eR 3eR - receptoarele electrice; ,1I , ,2I , 3I - intensitățile curenților prin fiecare tronson;

,1i , ,2i , 3i - intensitățile curenților absorbiți de receptoarele electrice;

a)schema electrică monofilară; b) schema electrică multifilară.

116

Pentru studiul pierderilor de tensiune în cazul unei linii electrice în curent continuu alimentând mai multe receptoare electrice, se va reprezenta schema electrică a acesteia (figura 5.2), de unde rezultă:

++=+=+=+=

=

123233

12122

11

iiiIiI

iiIiI

iI

(5.10)

și

=+=

++=

33

322

3211

rR

rrR

rrrR

(5.11)

În acest caz, pierderea de tensiune este egală cu suma pierderilor de tensiune pe fiecare tronson:

[ ] ∑=

⋅⋅=⋅+⋅+⋅⋅=∆3

1112233 22

iii IrIrIrIrU (5.12)

Sau considerând relațiile 5.10, rezultă:

( ) ( )[ ]1121232132 iriiriiirU ⋅++⋅+++⋅=∆ (5.13)

sau

( ) ( )[ ]1321232332 irrrirrirU ⋅+++⋅++⋅⋅=∆ , (5.14)

deci:

( )1122332 iRiRiRU ⋅+⋅+⋅⋅=∆ (5.15)

sau

∑=

⋅⋅=∆3

1

2i

ii iRU . (5.16)

Pierderile de tensiune se pot exprima în procente, deci:

∑∑==

⋅⋅=⋅⋅=∆3

1

3

1

200200%

iii

iii Ir

UiR

UU . (5.17)

Considerând relațiile 5.5 și 5.6, relația 5.17 devine:

117

∑=

⋅⋅

⋅=∆

3

12

200%

i i

ii

s

lP

UU

γ (5.18)

unde:

iP - puterea electrică transportată prin fiecare tronson de linie [ ]W , 11 pP = ,

212 ppP += ; 3213 pppP ++= ;

U - tensiunea la bornele receptorului electric[ ]V .

Pentru un număr de n receptoare electrice, relația 5.18 devine:

∑=

⋅⋅⋅

=∆n

i i

ii

s

lP

UU

12

200%

γ . 5.19)

În cazul în care 1=n , relația 5.19 devine relația 5.9, ceea ce înseamnă că primul caz este un caz particular al acestui caz.

V.2 CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE ÎN CURENT ALTE RNATIV

V.2.1 CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE PENTRU LINII ELECTRICE TRIFAZATE DE CURENT ALTERNATIV CU SARCINI SIMETRICE CONCENTRATE

A. LINIE ELECTRICĂ ALIMENTÂND O SARCINĂ SIMETRICĂ

a)

b)

Figura 5.3 Linie de curent alternatif cu o sarcină simetrică concentrată. a) reprezentare monofilară; b)

reprezentare multifilară; r - rezistența elementului conductor; x - reactanța elementului conductor; fAU -

tensiunea sursei de alimentare; fBU

- tensiunea de fază.

118

În figura 5.3 este reprezentată o linie electrică trifazată care are o sarcină simetrică concentrată. Neutrul figurat în schema electrică multifilară (figura 5.3b) a fost reprezentat numai pentru a se aplica a doua lege a lui Kirchhoff:

IxjIrU f ⋅⋅+⋅=∆ (5.20)

de unde

fAfB UUIrIxj −+⋅=⋅⋅− (5.21)

sau

IxjIrUU fBfA ⋅⋅+⋅+= (5.22)

'

Uf

O

Figura 5.4 Diagrama fazorială a căderilor de tensiune

În figura 5.4 este reprezentată diagrama corespunzătoare ecuației 5.22. Această diagramă a fost construită adăugând la tensiunea fBU căderea de tensiune Ir ⋅ cauzată de rezistența

elementului conductor (curentul electric fiind în întârziere în raport cu tensiunea cu ϕ ). Se adaugă căderea de tensiune Ixj ⋅⋅ cauzată de impedanța elementului conductor, aceasta fiind

perpendiculară pe vectorul curent. Suma celor trei vectori, conform relației 5.22 reprezintă tensiunea fAU . Diferența de tensiune fU∆ între cele două tensiuni fAU și fBU este denumită

cădere de tensiune.

Segmentul BA ′reprezintă diferența dintre valorile efective ale tensiunilor pe fază.

Astfel, din diagrama din figura 5.4 se observă că:

fBfAf UUU −=∆

OAOBUU fBfA −=− (5.23)

'ABOAOB =−

119

Deoarece segmentul de dreaptă 'DB este neglijabil, se consideră că:

ADAB ≈' (5.24)

ADU f ≅∆ (5.25)

Rezultă:

EDAEU f +≅∆ (5.26)

Din diagramă rezultă:

ϕcos⋅⋅= IrAE (5.27)

ϕsin⋅⋅= IxED (5.28)

deci, pierderea de tensiune va fi:

ϕϕ sincos ⋅⋅+⋅⋅=∆ IxIrU f (5.29)

Multiplicând relația 5.29 cu produsul U⋅3 , se obține:

xUIrUIUU f ⋅+⋅=∆⋅⋅ ϕϕ sin3cos33 (5.30)

unde U reprezintă tensiunea de linie.

Se cunoaște că

UU f ∆=∆⋅3, (5.31)

iar în acest caz,

xQrPUU ⋅+⋅=∆⋅ (5.32)

unde:

ϕcos3UIP = reprezintă puterea activă absorbită de receptorul electric;

ϕsin3UIQ = reprezintă puterea reactivă absorbită de receptorul electric.

Exprimată în procente, pierderea de tensiune va fi:

120

100% ⋅∆=∆U

UU

(5.31)

deci:

100%2

⋅+=∆U

xQrPU

(5.32)

În cazul instalațiilor electrice interioare, în general, defazajul dintre tensiune și curent este mic sau nul, 0sin ≅ϕ , relația 5.32 devine:

100%2

⋅=∆U

rPU . (5.33)

Cunoscând că:

s

lr

γ1= (5.34)

și înlocuind în relația 5.33, obținem:

s

lP

UU

⋅⋅=∆2

1100%

γ, (5.35)

Deoarece

ϕcos3UIP = ,

(5.36)

relația 5.35 devine:

s

lI

UU

ϕγ

cos31100%

⋅⋅⋅=∆ . (5.37)

B. LINIE ELECTRICĂ ALIMENTÂND MAI MULTE SARCINI SIMETRICE CONCENTRATE

Pierderile de tensiune se calculează făcând suma pierderilor de tensiune pe fiecare tronson:

)(100

%1

2 ∑=

+=∆n

iiiii QxPr

UU

(5.37)

sau

)(

100%

12 ∑

=

+=∆n

iiiii qXpR

UU

(5.38)

121

unde:

ip reprezintă puterea activă absorbită de fiecare receptor electric;

iq reprezintă puterea reactivă absorbită de fiecare receptor electric.

Figura 5.5 Circuit electric trifazat alimentând n sarcini electrice trifazate și concentrate

În rețelele electrice interioare, termenul xQ este neglijabil, de aceea, relația 5.37

devine:

)(100

%1

2 ∑=

=∆n

iii Pr

UU (5.37)

sau

∑=

⋅⋅=∆

n

i i

ii

s

lP

UU

12

1100%

γ . (5.38)

În cazul rețelelor exterioare când termenul xQ nu este neglijabil, căderea de tensiune

va fi:

lQxPrU

Un

iiiii ⋅+=∆ ∑

=

)(100

%1

002, (5.39)

unde: oir reprezintă rezistența elementului conductor pe unitatea de lungime

Ωkm

;

oix reprezintă reactanța elementului conductor pe unitatea de lungime

Ωkm

.

122

V.2.2 CALCULUL PIERDERILOR DE TENSIUNE PENTRU LINII ELECTRICE TRIFAZATE ÎN CURENT ALTERNATIV CU SARCINI CONCENTRATE NESIMETRICE.

CAZ PARTICULAR. LINII ELECTRICE MONOFAZATE. În cazul liniilor electrice interioare se consideră că tensiunea este în fază cu curenții.

Dacă sarcinile sunt simetrice, diagrama fazorială a unei linii electrice trifazate arată ca în figura 5.5 a, curentul pe conductorul neutru fiind zero.

Dacă sarcinile electrice sunt asimetrice, considerând că pe două dintre faze ( 2L si 3L ) puterile transportate (2P si 3P ) sunt egale, iar pe faza 1L curentul electric și puterea transportată sunt mai mari, diagrama fazorială arată ca în figura 5.5b.

Deoarece curenții pe cele trei faze nu sunt egali, pe conductorul neutru apare un curent

oI .

Pierderea de tensiune se calculează ca fiind suma pierderii de tensiune pe faza cea mai încărcată și a pierderii de tensiune pe conductorul neutru:

ooIrIrU +=∆ 11 (5.40)

Făcând diferența scalară (figura 5.5b) rezultă:

232

1

IIII o

+−=

(5.41)

Înlocuind oI din relația 5.40, cu expresia 5.41, rezultă:

+−+=∆2

32111

IIIrIrU o (5.42)

Se exprimă rezistența elementului conductor în funcție de conductivitate conform 5.34 și curenții în funcție de puterea P și tensiunea pe fază fU . Relația 5.42, devine:

123

=o

Figura 5.6 Diagrama fazorială a unei linii electrice trifazate cu sarcini simetrice (a) şi a unei linii

electrice trifazate cu sarcini nesimetrice (b); 1I , 2I , 3I curenţii pe cele trei faze ale liniei electrice;

1U , 2U , 3U tensiuni simetrice ale liniei electrice.

+−+=∆

2

1 321

01

1 PPP

ss

P

U

lU

fγ (5.43)

Exprimând pierderea de tensiune în procente, rezultă:

+−+=∆

2

1100% 32

101

12

PPP

ss

P

U

lU

fγ (5.44)

124

În cazul liniilor electrice monofazate, se va aplica aceeași relație de calcul, considerând că intensitățile curenților pe două dintre faze sunt nule:

032 == II , puterile transportate fiind de asemenea, nule 032 == PP .

În acest caz, relația de calcul a pierderilor de tensiune 5.44 devine:

s

Pl

UU

f2

1100%

γ=∆ , (5.45)

iar pentru mai multe sarcini concentrate relația de calcul a pierderilor de tensiune devine:

∑=

=∆n

i ii

ii

f s

lP

UU

12

1100%

γ (5.46)

125

VI. CALCULUL CURENȚILOR DE SCURT CIRCUIT

Prin noțiunea de “scurt-circuit” se înțelege punerea în contact în mod accidental a două sau mai multe elemente conductoare aflate la potențial diferit, de exemplu atingerea dintre faza unui circuit electric și neutrul acestuia sau dintre două faze. Circuitul astfel format are o impedanță mică. Deoarece impedanța circuitului electric devine foarte mică, tensiunea fiind aceeași, curentul electric prin circuit crește la valori foarte mari, acesta fiind denumit curent de scurt circuit.

Apariția unui curent de scurt-circuit în elementele conductoare ale unui circuit electric

conduce la degajări importante de căldură (efecte termice) într-un timp foarte scurt ceea face

posibilă generarea unui incendiu prin aprinderea instantanee a elementelor circuitului

electric. Pe lângă efectele termice cauzate, curentul de scurt-circuit poate provoca și efecte

electrodinamice periculoase ca urmare a apariției unor forțe electrodinamice generate de un

curent electric foarte mare prin circuit.

a) b)

c) d)

Figura 6.1 Prezentarea a diferite tipuri de scurt-circuit a) scurt-circuit monofazat

b) scurt-circuit bifazat; c) scurt-circuit trifazat; d) scurt-circuit cu punere la pământ

Pentru eliminarea riscului de incendiu (stabilitate termică) și a forțelor

electrodinamice importante (stabilitate dinamică) care ar putea apărea în timpul unui scurt

126

circuit, se face verificarea stabilității termice și dinamice prin calculul curenților de scurt

circuit.

Scurt-circuitul poate fi:

• scurt-circuit monofazat ccI )1( , probabilitatea de apariție fiind de %65 ;

• scurt-circuit bifazat ccI )2( , %10 ;

• scurt-circuit trifazat ccI )3( , %5 ;

• scurt-circuit cu punere la pământ ccI )1,1( , %20 .

În figura 6.1 sunt prezentate cele patru tipuri de scurt-circuit posibile în instalațiile

electrice.

VI. 1 CALCULUL CURENȚILOR DE SCURT-CIRCUIT PENTRU CIRCUITELE

ELECTRICE ALIMENTATE ÎN CURENT CONTINUU

În funcționare normală, într-un circuit electric valoarea curentului electric este dată de

relația:

rR

UI

2+= (6.1)

unde:

I - curentul electric, [ ]A ;

U - tensiunea, [ ]V ;

R - rezistența electrică a receptorului electric, [ ]Ω ;

r - rezistența electrică a elementelor conductoare, [ ]Ω .

a) b)

Figura 6.2 Circuit electric alimentând un receptor electric în curent continuu: a) în funcționare normală,

înainte de producerea scurt-circuitului; b) după producerea scurt-circuitului.

După apariția scurt-circuitului, curentul prin circuit este calculat cu relația:

cccc r

UI = (6.2)

127

unde:

ccI - curentul de scurt-circuit, [ ]A ;

rrr cc ′+′= - rezistența de scurt-circuit, [ ]Ω ;

r ′ - rezistența elementului conductor de la sursă până la locul de producere al scurt-

circuitului, [ ]Ω .

VI. 2 CALCULUL CURENȚILOR DE SCURT-CIRCUIT PENTRU CIRCUITELE

ELECTRICE ALIMENTATE ÎN CURENT ALTERNATIV

VI. 2.1 CAZUL SCURT-CIRCUITULUI MONOFAZAT

Pentru studiul scurt-circuitului monofazat, se aplică a doua lege a lui Kirchhoff într-un

circuit electric de curent alternativ, ca în figura 6.3.

uridt

diL cc

cc −=−, (6.3)

unde:

cci - curentul electric prin circuit în momentul producerii scurt-circuitului,[ ]A ;

u - tensiunea instantanee la bornele sursei,[ ]V ;

r - rezistența circuitului, [ ]Ω ;

L - inductivitatea circuitului, [ ]H .

Lx ω= - reactanța circuitului, [ ]Ω .

Figura 6.3 Circuit electric alimentând un receptor electric în curent alternativ

Înlocuind în relația 6.3 tensiunea instantanee u , cu expresia tUu f ωsin2= , se obține:

tUdt

diLir f

cccc ωsin2 ⋅⋅=⋅+⋅ (6.4)

Dacă se integrează relația 6.4 și admițând condiția la limită, soluția ecuației este de forma:

tp cccccc iii +=

(6.5)

128

unde:

pcci - componenta de durată (periodică) a curentului de scurt-circuit;

tcci - componenta tranzitorie (aperiodică) a curentului de scurt-circuit.

Componenta tranzitorie (aperiodică) a curentului de scurt-circuit se determină

considerând următoarea ecuație omogenă:

0=⋅+⋅dt

diLir t

t

cccc (6.6)

sau

t

t

cccc ir

dt

diL ⋅−=⋅

. (6.7)

Separând în mod convenabil cei doi membrii ai ecuației 6.7, se obține:

r

Ldt

i

di

t

t

cc

cc

−=

(6.8)

unde:

τ=−r

L - reprezintă constanta de timp a circuitului.

Dacă se integrează ecuția 6.8, se obține:

ct

itcc lnln +−=

τ (6.9)

Rezultă:

τt

cc ecit

−⋅=

(6.10)

La momentul inițial, 0=t

citcc =

, (6.11)

iar când t tinde către infinit )( ∞→t ,

0=tcci

(6.12)

Caracteristica componentei tranzitorii (aperiodice) a curentului de scurt-circuit în funcție de timp este reprezentată în figura 6.4.

129

O

Figura 6.4 Caracteristica componentei tranzitorii a curentului de scurt-circuit în funcție de timp

Se observă că cu cât inductivitatea este mai apropiată ca valoare de rezistența r a

elementelor conductoare ale circuitului electric, componenta tranzitorie a curentului de scurt-

circuit tinde către valoarea zero mai rapid.

Componenta de durată ( periodică) a curentului de scurt-circuit este:

)sin(2 γω +⋅⋅= tIi ccccp (6.13)

unde:

ϕβγ −= , (6.14)

β reprezintă faza inițială a tensiunii în momentul apariției curentului de scurt-circuit și ϕ

reprezintă unghiul de defazaj a curentului de scurt-circuit față de tensiune.

Se înlocuiește relația 6.13 în relația 6.4, după care se face derivata în raport cu timpul:

tUtILtIr fcccc ωγωωγω sin2)cos(2)sin(2 ⋅⋅=+⋅⋅⋅⋅++⋅⋅⋅

(6.15)

Se consideră două cazuri particulare:

1. 0=+ γωt ⇒ γω −=t (6.16)

În acest caz, relația 6.15 devine:

)sin(0 γω −⋅=⋅⋅+ fcc UIL . (6.17)

2. 2

πγω =+t ⇒ γπω −=2

t . (6.18)

În acest caz, relația 6.15 devine:

γcos0 ⋅=+⋅ fcc UIr (6.19)

130

Considerând relațiile 6.17 și 6.19, se obține:

⋅=⋅

−⋅=⋅⋅

γγω

cos

)sin(

fcc

fcc

UIr

UIL (6.20)

Pentru 0=β , relația 6.14 devine:

ϕγ −= (6.21)

În acest caz, relațiile 6.20 devin:

⋅=⋅

⋅=⋅⋅

ϕϕω

cos

sin

fcc

fcc

UIr

UIL. (6.22)

Cunoscând că reactanța circuitului este Lx ω= , relațiile de mai sus devin:

⋅=⋅

⋅=⋅

ϕϕ

cos

sin

fcc

fcc

UIr

UIx (6.23)

Dacă cei doi membrii ai ecuațiilor sunt ridicați la pătrat, se obține:

⋅=⋅

⋅=⋅

ϕ

ϕ2222

2222

cos

sin

fcc

fcc

UIr

UIx. (6.24)

Făcând suma membru cu membru al celor două ecuații, se obține:

2222 )( fcc UrxI =+ (6.25)

Se obține astfel relația de calcul a curentului de scurt-circuit monofazat:

22 rx

UI f

cc+

=.

(6.26)

Înlocuind relațiile 6.10 și 6.13 în relația 6.5, se obține:

)sin(2 ϕωτ −⋅⋅+⋅=−

tIeci cc

t

cc (6.27)

Se consideră că la momentul inițial 0=t , curentul este egal cu zero, 0=cci ,

obținând astfel constanta de integrare:

)sin(20 ϕωτ −⋅⋅+⋅=−

tIec cc

t

, (6.28)

deci

131

ϕsin2 ⋅⋅= ccIc . (6.29)

Atunci, relația 6.27 devine:

)sin(2sin2 ϕωϕ τ −⋅⋅+⋅⋅⋅=−

tIeIi cc

t

cccc , (6.30)

unde

r

xarctg=ϕ (6.31)

Relația 6.30 reprezintă valoarea instantanee a curentului de scurt-circuit cu cele două componente ale sale:

- componenta de durată sau periodică:

)sin(2 ϕω −⋅⋅= tIi ccpcc (6.32)

- componenta tranzitorie sau aperiodică:

τϕt

cctcc eIi−

⋅⋅⋅= sin2 . (6.33)

În cazul în care scurt-circuitul este produs în apropierea sursei de alimentare cu

energie electrică, se consideră că rx >> , ceea ce semnifică că 2

πϕ ≅ (relația 6.31).

În acest caz,

)2

sin(22πωτ −⋅⋅+⋅⋅=

−tIeIi cc

t

cccc (6.34)

sau

)cos(2 teIit

cccc ωτ −⋅⋅=−

, (6.35)

unde componenta tranzitorie are o valoare cunoscută și componenta de durată are o valoare determinată în funcție de valoarea tensiunii de alimentare (componenta de durată are o variație cosinusoidală).

Dacă constanta de timp τ este mare în primele momente după producerea scurt-circuitului,

1≅−

τt

e ,

rezultă:

)cos1(2 tIi cccc ω−⋅⋅= . (6.36)

132

Valoarea maximă a curentului de scurt-circuit va avea loc pentru 1cos −=tω , ceea ce

semnifică că:

ccchoc Ii ⋅⋅= 22 (6.37)

Deci valoarea maximă posibilă a curentului de scurt-circuit este egală cu dublul amplitudinii componentei de durată.

Raportul curentului de șoc este:

2)2.....1( ⋅==cc

choc

I

ik (6.38)

VI. 2.2 CAZUL SCURT-CIRCUITULUI POLIFAZAT

În cazul scurt-circuitelor polifazate, în puncte ale instalațiilor electrice îndepărtate de sursa de alimentare cu energie electrică, valorile efective ale curenților de scurt-circuit se calculează făcând raportul dintre tensiunea liniei electrice și impedanța acesteia.

A. SCURT-CIRCUITUL TRIFAZAT:

Curentul de scurt-circuit trifazat este:

cc

ccz

UI

⋅=

3)3( (6.39)

unde:

U - tensiunea de linie, [ ]V

ccz - impedanța unei faze până în punctul rețelei electrice unde are loc scurt-circuitul, [ ]Ω .

B. SCURT-CIRCUITUL BIFAZAT

În cazul scurt-circuitului bifazat, valoarea curentului de scurt-circuit se calculează cu

relația următoare:

cccc z

UI

⋅=

2)2( (6.40)

unde:

U - tensiunea de linie, [ ]V

ccz - impedanța unei faze până în punctul rețelei electrice unde are loc scurt-circuitul,

[ ]Ω .

133

C. SCURT-CIRCUITUL CU PUNERE LA PĂMÂNT

Se calculează curentul de scurt-circuit cu punere la pământ utilizând relația:

)(3 0

)1.1(

zz

UI

cc

cc +⋅= , (6.41)

U - tensiunea de linie, [ ]V ;

ccz - impedanța fazei până în punctul rețelei electrice unde are loc scurt-circuitul, [ ]Ω ;

oz - impedanța solului, [ ]V .

Comparând cele patru relații de calcul 6.26; 6.39; 6.40; 6.41 și cunoscând că

impedanța solului oz , este, în general, mult mai mare decât ccz , se constată că:

)1()1.1()2()3(cccccccc IIII =>> . (6.42)

În rețelele de joasă tensiune, impedanța de scurt-circuit ccz se calculează ca suma

geometrică a rezistenței de scurt-circuit și reactanței de de scurt-circuit.

22cccccc xrz += . (6.43)

În rețelele electrice, între punctul de alimentare cu energie electrică și punctul unde are loc scurt-circuitul, există tronsoane aflate la tensiuni diferite.

În acest caz, rezistențele și reactanțele se calculează, după care se amplifică valoarea acestora cu pătratul raportului dintre tensiunea de bază U tensiunea de funcționare a

elementului λU .

⋅=′

⋅=′

2

2

λλλ

λλλ

U

Uxx

U

Urr

. (6.44)

Rezistența sau reactanța liniei se calculează însumând rezistențele respectiv reactanțele tuturor elementelor care se găsesc între sursa de alimentare cu energie electrică și locul unde are loc scurt-circuitul.

′=

′=

∑∑

λ

λ

xx

rr

cc

cc (6.45)

134

VII. COMPENSAREA FACTORULUI DE PUTERE

VII.1 GENERALIT ĂȚI

Instalaţiile de producere a energiei electrice pot livra în reţeaua electrică două tipuri de energie:

• energie activă care se măsoară în [ ]kWh , această energie fiind transformată în lucru util

şi căldură;

• energie reactivă care se măsoară în [ ]hk var , legată de apariţia unor câmpuri magnetice.

Energiei active i se asociază puterea activă ϕcos3UIP = în sistem trifazic și ϕcosUIP = în

sistem monofazic care se măsoară în [ ]kW , iar energiei reactive i se asociază puterea reactivă

ϕsin3UIQ = în sistem trifazic și ϕsinUIQ = în sistem monofazic care se măsoară în [ ]vark

.

Se defineşte puterea aparentă S ca fiind suma vectorială a puterii active şi reactive:

22 QPS += . (7.1)

Astfel, în sistem trifazic, puterea aparentă va fi: UIS 3= , iar în sistem monofazic puterea

aparentă va fi: UIS = .

Unitatea de măsură a puterii reactive este kilovolt-amperul [ ]kVA .

În figura 7.1 este reprezentată diagrama puterilor unde poate fi observată însumarea grafică a vectorului putere activă şi a vectorului putere reactivă, în sistem monofazat (a) şi în sistem trifazat (b).

a) b)

Figura 7.1 Triunghiul puterilor a) sistem monofazat; b) sistem trifazat

135

Factorul de putere este definit ca raportul dintre puterea activă şi puterea aparentă şi se notează cu k :

S

Pk = (7.2)

În sistem monofazat sau trifazat:

ϕcosSP = , (7.3)

deci:

ϕcos=k . (7.4)

Se cunoaște că unghiul ϕ reprezintă unghiul de defazaj dintre tensiune şi curent.

Observând relaţiile 7.1 şi 7.2 se constată că, pentru o putere activă constantă, cu cât puterea reactivă este mai mare, cu atât factorul de putere este mai mic.

Măsurarea factorului de putere, la nivelul consumatorului, se face cu ajutorul unor aparate electrice denumite cosfimetre, determinarea factorului de putere, în acest caz fiind posibilă prin citire directă a valorii instantanee sau cu aparate electrice numite varmetre, caz în care, se face înregistrarea factorului de putere pe o perioadă mai îndelungată, valoarea măsurată reprezentând factorul de putere mediu în instalaţia electrică a consumatorului.

Cauza unui factor de putere mic este utilizarea unor echipamente electrice consumatoare de energie reactivă cum ar fi: motoarele asincrone, motoarele sincrone subexcitate, balasturile lămpilor cu descărcare, transformatoarele etc.

VII.2 EFECTELE NEGATIVE ALE UNUI FACTOR DE PUTERE S CĂZUT ÎN INSTALA ŢIILE ELECTRICE

Valoarea mică a factorului de putere, în instalația electrică aferentă consumatorului, are efecte negative asupra elementelor componente ale instalațiilor electrice și a parametrilor acesteia.

A. Supradimensionarea instalațiilor de producere, transport și de distribuție a energiei electrice

Se cunoaște că alegerea secțiunii elementului conductor se face în funcție de intensitatea curentului care le parcurge. Cu cât intensitatea curentului este mai mare, cu atât secțiunea elementului conductor va fi mai mare.

Intensitatea curentului este dată de relația 7.5, de unde se poate observa că valoarea intensității curentului este invers proporțională cu factorul de putere:

136

[ ]AU

PI

ϕcos3= (7.5)

Se constată că cu cât factorul de putere este mai mic, cu atât intensitatea curentului va fi mai mare și în consecință, valoarea secțiunii elementului conductorului va fi mai mare.

Se poate observa deci, modul în care se produce supradimensionarea elementelor conductoare ale unei instalației electrice la valori mici ale factorului de putere.

B. Creșterea pierderilor de putere

În instalațiile electrice, pierderile de putere sunt invers proporționale cu pătratul factorului de putere:

23rIp =∆ . (7.6)

Luând în considerație relația 7.5 și înlocuind în relația de mai sus expresia intensității curentului în funcție de putere, se obține:

ϕ22

2

scoU

Prp =∆ (7.7)

Deci, cu cât factorul de putere este mai mic, cu atât pierderile de putere sunt mai mari.

C. Creșterea pierderilor de tensiune Pierderea de tensiune se calculează cu relația:

U

xQrPU

+=∆ , (7.8)

unde:

r - rezistența elementului conductor, [ ]Ω ;

x - reactanța elementului conductor, [ ]Ω ;

U - tensiunea de linie, [ ]V .

Dacă factorul de putere este mic, puterea reactivă absorbită este mare ceea ce conduce la o creștere a pierderilor de tensiune ( a se vedea relația 7.8).

După cum se știe, o pierdere de tensiune mai mare decât limitele admise duce la necesitatea supradimensionării elementelor conductoare.

137

D. Diminuarea capacității de transport a rețelelor electrice

Se consideră puterea aparentă constantă, .ctS = Dacă factorul de putere are o valoare mică, cantitatea de energie reactivă crește, diminuându-se cantitatea de energie activă transportată.

Figura 7.2 Explicativă asupra influenței factorului de putere asupra capacității de transport a unei rețețe electrice

E. Creșterea prețului energiei electrice

În practică, se realizează tarifarea diferențiată a energiei electrice active și a energiei electrice reactive, pentru a încuraja consumatorul să mențină consumul de energie electrică reactivă în anumite limite. Criteriul de plată al energiei reactive este:

P

Qtg =ϕ (7.9)

Valoarea lui ϕtg pentru care energia reactivă este livrată gratuit este de 0,4, aceasta

corespunzând unui factor de putere 92,0cos =ϕ denumit factor de putere neutral.

Este deci necesar să fie menținută o valoare a factorului de putere superioară valorii factorului de putere neutral pentru a nu se plăti energia reactivă consumată. Dacă factorul de putere este sub valoarea factorului de putere neutral, consumatorul va plăti nu numai energia activă ci și energia reactivă consumată.

138

Pentru păstrarea factorului de putere în limitele admise, în vederea diminuării energiei reactive consumate de unele receptoare electrice ale consumatorului, se compensează factorul de putere, prin diferite metode.

VII.3 METODE DE COMPENSARE A FACTORULUI DE PUTERE

Compensarea factorului de putere se face prin două tipuri de metode: metode naturale și metode artificiale.

- METODE NATURALE DE COMPENSARE A FACTORULUI DE PUTER E

Metodele de compensare naturale costau în adoptarea unor măsuri tehnice, atât din faza de proiectare cât și în timpul exploatării și întreținerii intalațiilor electrice și a echipamentelor electrice alimentate prin intermediul acestora.

Metodele naturale de compensare a factorului de putere se aplică ori de câte ori acest lucru este posibil și constau în:

- corelarea puterii motoarelor asincrone cu sarcina mașinii electrice care trebuie acționată; - evitarea încă din faza de proiectare a subîncărcării transformatoarelor de tensiune printr-

o repatizare judicioasă a receptoarelor electrice pe transformator; - decuplarea transformatoarelor de tensiune în cazul în care acestea sunt încărcate sub

%30 din capacitatea acestora, în caz contrar ele devin echipamente consumatoare de energie reactivă.

- repararea corectă a motoarelor, la parametrii inițiali; - evitarea funcționării în gol a motoarelor asincrone trifazate (factor de putere redus de

3,02,0 ÷ ) prin prevederea unor limitatoare de mers în gol care au rolul de a opri motorul

între două operații active.

- METODE ARTIFICIALE DE COMPENSARE A FACTORULUI DE P UTERE

Principala metodă artificială de compensare a factorului de putere este montarea în instalația electrică a unor condensatoare sau baterii de condensatoare.

Acestea sunt echipamente electrice generatoare de energie electrică reactivă pe care o introduc în instalația electrică, aceasta fiind consumată de receptoarele electrice consumatoare de energie reactivă.

În figura 7.3 este prezentat principiul de compensare al factorului de putere, acesta constând în diminuarea unghiului de defazaj dintre tensiune și curent, oricare ar fi metoda utilizată.

139

În figura 7. 3 se notează cu 1111 ,,, ϕSQP parametrii electrici care caracterizează

instalația electrică a consumatorului înainte de compensarea factorului de putere, respectiv puterea activă, puterea reactivă, puterea aparentă, unghiul de defazaj dintre tensiune și curent și cu 2222 ,,, ϕSQP mărimile care caracterizează aceeași instalație electrică, după compensarea

factorului de putere. Puterea activă înainte de compensarea factorului de putere este aproximativ egală cu puterea activă după compensare, puterea activă pierdută în instalația de compensare fiind neglijabilă se consideră 21 PP = .

Figura 7.3 Principiul ameliorării factorului de putere

În figura 7.3 se poate observa că diferența dintre puterea reactivă absorbită de receptoarele electrice din rețeaua electrică 1Q și puterea reactivă absorbită de acestea după

compensare reprezintă puterea instalației de compensare.

21 QQQc −= (7.10)

140

VII.4 LEGAREA BATERIILOR DE CONDENSATOARE ÎN RE ȚEA

Legarea bateriilor de condensatoare în rețea se poate face ca în figura 7. 4, în conexiune “stea” sau în conexiune “triunghi”.

a) b)

Figura 7.4 Explicativă asupra modului de legare a bateriilor de condensatoare; a) legare în triunghi; b) legare în stea

141

VII.5 MONTAREA CONDENSATOARELOR SAU A BATERIILOR D E CONDENSATOARE

În funcție de locul de amplasare a instalației de compensare a factorului de putere, există trei tipuri de compensare a factorului de putere:

- compensare globală – bateriile de condensatoare sunt legate la barele tabloului general de distribuție (figura 7.5);

Figura 7. 5 Explicativă asupra compensării globale

În acest caz, componenta reactivă a curentului rI este prezentă în elementele conductoare

situate în aval de locul de montare a bateriilor de condensatoare, deci în aval de tabloul general TG. Acest mod de compensare se aplică în cazul în care receptoarele electrice au puteri mici sau medii și sunt foarte numeroase. Este cazul compensării factorului de putere la nivelul tabloului general de forță, acesta alimentând receptoare electrice consumatoare de energie reactivă, de puteri mici sau medii, aflate în număr mare în clădire.

- compensare sectorială – bateriile de condensare sunt montate la nivelul tabloului electric principal sau secundar TS (figura 7.6).

Figura 7. 6 Explicativă asupra compensării sectoriale

142

Și în acest caz, componenta reactivă a curentului continuă să existe în elementele conductoare situate în aval de locul de montare al tabloului electric.

- compensare locală sau individuală

Această compensare este utilizată în cazul în care receptorul electric are o putere semnificativă în raport cu puterea instalată totală (cazul motoarelor de mare putere) sau în cazul receptoarelor electrice de mică putere dar aflate în număr foarte mare (cazul corpurilor de iluminat echipate cu surse tubulare fluorescente).

Se poate remarca faptul că elementele conductoare sunt parcurse de componenta reactivă a curentului electric pe porțiuni foarte scurte, numai în acest caz, instalația electrică este corect dimensionată (figura 7.7).

Figura 7. 7 Explicativă asupra compensării individuale

VII.6 LEGAREA ÎN RE ȚEA A REZISTENȚELOR DE DESCĂRCARE

La întreruperea circuitului electric care alimentează receptorul electric, condensatoarele rămân încărcate din punct de vedere electric, ceea ce, pentru om, constituie un potențial pericol de șoc electric. Pentru a elimina riscul de șoc electric, pe fiecare fază se montează o rezistență

electrică, dR pe care să se realizeze descărcarea condensatoarelor.

143

Figura 7.8 Legarea în rețea a rezistențelor de descărcare

În funcționare normală, contactoarele 1K și 2K sunt închise și contactorul 3K este

deschis. În momentul deschiderii contactoarelor 1K și 2K , la bornele bateriei de condensatoare

este tensiune. În această situație, contactorul 3K se închide și se produce descărcarea electrică pe

rezistențele dR . Legarea rezistențelor electrice se face în stea, astfel încât, în cazul apariției unui

defect la una din rezistențele electrice, descărcarea să se realizeze pe cealaltă.

Protecția bateriei de condensatoare contra curenților de defect se face cu ajutorul siguranțelor fuzibile sau cu întreruptoare automate echipate cu relee termice și electromagnetice.

VII.7 CALCULUL INSTALA ȚIEI DE COMPENSARE

Pentru determinarea puterii instalației de compensare, se va utiliza relația 7.10 , cele două puteri

reactive 1Q și 2Q fiind cunoscute.

Din figura 7. 3 se deduce:

1111

11 ϕϕ tgPQ

P

Qtg ⋅=⇒= (7.11)

2222

22 ϕϕ tgPQ

P

Qtg ⋅=⇒= . (7.12)

Cunoscând că 21 PP = și înlocuind în relația 7.10 relațiile 7.11 și 7.12, se obține:

144

)( 211 ϕϕ tgtgPQc −⋅= (7.13)

unde:

1P - puterea activă;

1ϕ - unghiul de defazaj dintre tensiune și curent înainte de compensarea factorului de putere;

2ϕ - unghiul de defazaj dintre tensiune și curent după compensarea factorului de putere.

Puterea reactivă a unei baterii de condensatoare într-un sistem monofazat este:

ϕsin⋅⋅= cfc IUQ (7.14)

unde:

fU - tensiunea de fază;

cI - curentul prin condensator.

a)

b)

Figura 7.9 Explicativă asupra principiului compensării factorului de putere: a) înainte de compensare; b) după compensare.

145

Figura 7. 10 Diagrama fazorială a curentilor în circuitul electric prezentat în figura 7.9

În cazul condensatoarelor, relația 7.14 devine:

cfc IUQ ⋅=, (7.15)

deci

f

cc U

QI = (7.16)

Pentru determinarea capacității unei baterii de condensatoare se consideră relația :

c

fc X

UI =

(7.17)

unde cX este reactanța capacitivă,

CX c ⋅

=ω

1

, (7.18)

unde C reprezintă capacitatea bateriei de condensatoare,

iar fπω 2= ( Hzf 50= ) pulsația.

Înlocuind relația 7.18 în relația 7.17, se obține

C

UI f

c

⋅

=

ω1

(7.19)

146

de unde

ω⋅=

f

c

U

IC

(7.20)

Înlocuind relația 7.16 în relația 7.20, se obține:

ω⋅=

2f

c

U

QC

, (7.21)

Ceea ce reprezintă capacitatea unei baterii de condensatoare în regim monofazat.

În cazul regimului trifazat, legarea bateriilor de condensatoare se poate face fie în triunghi, caz în care capacitatea bateriei se calculează cu relația:

ω⋅⋅= ∆

∆ 23 U

QC c ,

(7.22)

fie în stea, capacitatea fiind calculată cu relația:

ω⋅= Υ

Υ 2U

QC c .

(7.23)

Deoarece puterea reactivă este aceeași în ambele cazuri:

Υ∆ = cc QQ ,

(7.24)

rezultă că bateria de condensatoare legată în “triunghi” are o capacitate de trei ori mai mică decât capacitatea unei baterii de condensatoare legate în stea, ceea ce constituie o soluție mai economică.

Υ∆ ⋅= CC3

1, (7.25)

1

VIII. PROTECTIA OMULUI CONTRA ȘOCURILOR ELECTRICE

ȘI A ELECTRO-TRAUMATISMELOR

VIII.1 GENERALIT ĂȚI

Dacă se aplică, în mod accidental, o diferență de potențial electric între două puncte ale corpului uman, acesta va fi străbătut de un curent electric.

Acest curent electric produce efecte negative asupra corpului uman, acestea putând fi clasificate ca:

- șocuri electrice - afectează inima, sistemul nervos și sistemul respirator; - electro-traumatisme (arsuri electrice) - sunt cauzate de căldura dezvoltată în corpul

uman la trecerea curentului electric. Arsurile pot afecta organele interne și pielea producând chiar decesul persoanei.

Efectele curentului electric prin corpul uman depind de:

- intensitatea curentului electric h

h R

UI = care nu trebuie să depășească valoarea de

mA30 în curent alternativ și mA50 în curent continuu; U - tensiunea dintre două puncte ale corpului uman;

- rezistența corpului uman, hR - ( valoarea considerată în calcul Ω= 1000hR ); în

anumite situații, datorită stării fizice și psihice a omului și/sau condițiilor de mediu, valoarea rezistenței corpului uman este cuprinsă între Ω40000 și Ω100000 ;

- durata trecerii curentului electric prin corpul uman; cu cât durata curentului electric prin corpul uman este mai mare, cu atât efectele negative ale curentului electric sunt mai mari; durata maxim admisă depinde de valoarea tensiunii la care este supus omul și de tipul rețelei electrice (a se vedea I7 2011, tabelul 4.1)

- frecvența curentului electric (în țara noastră frecvența rețelei este de 50Hz).

Pentru a proteja omul împotriva efectelor generate la trecerea curentului electric prin corpul uman, conform normelor în vigoare trebuie să se adopte o serie de măsuri tehnice și organizatorice de protecție care să aibă ca efect:

- evitarea intrării în contact a corpului uman cu elemente conductoare aflate în mod normal sau în mod accidental sub tensiune (evitarea punerii accidentale a corpului uman sub tensiune);

- limitarea valorii tensiunii aplicate în mod accidental corpului uman; - limitarea duratei de trecere a curentului electric prin corpul uman.

Pentru evitarea punerii accidentale a corpului uman sub tensiune se aplică următoarele reguli:

2

- evitarea atingerii directe a elementelor conductoare (părți active) aparținând instalațiilor electrice; acest lucru este posibil prin realizarea protecției de bază (protecția la atingere directă);

- evitarea transformării accidentale a elementelor metalice accesibile care nu se găsesc sub tensiune aparținând instalațiilor electrice (exemplu, carcasele metalice ale echipamentelor ) sau aflate în aceeași zonă (de exemplu, patul de cabluri) în părți active (aflate sub tensiune); acest lucru este posibil prin realizarea protecției la defect (protecția la atingerea indirectă).

Atingerea directă ( contactul direct) are loc când omul atinge un element conductor care în mod normal se găsește sub tensiune (de exemplu, conductorul electric);

Atingerea indirectă (contactul indirect) are loc atunci când omul atinge un element conductor care în mod normal nu se găsește sub tensiune dar care poate fi pus în mod accidental sub tensiune.

În figura 10.1 sunt prezentate schematic cele două tipuri de rețele electrice care se utilizează în prezent în țara noastră, luând în considerație starea de izolare a neutrului transformatorului în raport cu pământul.

a) b)

Figura 10.1 Tipuri de rețele electrice a) rețea electrică cu neutrul transformatorului izolat față de pământ; b) rețea electrică cu neutrul transfomatorului legat la pământ

3

VIII.2 CAZURILE DE PUNERE SUB TENSIUNE PRIN ATINGE RE DIRECTĂ SAU CONTACT DIRECT

În funcție de posibilitățile de atingere a elementelor conductoare aflate în mod normal sub tensiune, există trei cazuri de punere sub tensiune a omului, acestea fiind prezentate schematic în figura 10.2.

a) b)

Figura 10.2 Cazurile de punere sub tensiune prin contact direct: a) atingerea simultană a două .faze ale unui circuit electric într-o rețea având neutrul transformatorului izolat față de pământ; b) atingerea unei faze într-o rețea cu neutrul transformatorului legat la pământ; c) atingerea unei faze într-o rețea cu neutrul transformatorului izolat față de pământ.

În figura 10.2 a), punerea sub tensiune a omului se face prin atingerea simultană a două dintre faze ale unui circuit electric, închiderea circuitului făcându-se prin corpul omului, acesta este supus unei tensiuni de linie.

În figura 10.2 b) se observă că neutrul transformatorului este legat la pământ, picioarele omului având același potențial ca și pământul. În momentul în care omul atinge

conductorul de fază al circuitului electric, acesta va fi supus unei tensiuni de fază fU .

În figura 10.2 c) este reprezentată o rețea cu neutrul izolat față de pământ. La atingerea

unei faze, corpul omului va fi supus, de asemenea, unei tensiuni de fază fU , închiderea

circuitului făcându-se prin rezistența de izolație, izR , a elementelor conductoare ale instalației

electrice.

4

VIII.3 CAZURILE DE PUNERE SUB TENSIUNE PRIN ATING ERE INDIRECT Ă SAU PRIN CONTACT INDIRECT

În figura 10.3 sunt prezentate cele trei cazuri posibile de punere sub tensiune prin contact indirect. Acestea sunt similare cu cazurile studiate anterior, cu deosebirea că punerea sub tensiune se face prin atingerea unor elemente conductoare care în mod normal nu se găsesc sub tensiune, dar care pot ajunge sub tensiune în mod accidental.

a) b)

Figura 10.3 Cazurile de punere sub tensiune prin contact indirect: a) atingerea simultană prin contact indirect a două .faze ale unui circuit electric într-o rețea având neutrul transformatorului izolat față de pământ; b) atingerea prin contact indirect a unei faze într-o rețea cu neutrul transformatorului legat la pământ; c) atingerea prin contact indirect a unei faze într-o rețea cu neutrul transformatorului izolat față de pământ;

c)

5

VIII.4 M ĂSURI TEHNICE ȘI ORGANIZATORICE PENTRU REALIZAREA PROTECȚIEI OMULUI CONTRA ȘOCURILOR ELECTRICE ȘI ELECTRO-TRAUMATISMELOR

Pentru prevenirea și eliminarea riscurilor la care poate fi supus omul din punct de vedere electric, în realizarea instalațiilor electrice trebuie să se adopte o serie de măsuri având ca scop asigurarea securității acestuia.

Pentru realizarea unei protecții complete, trebuie să se adopte în mod obligatoriu un set de măsuri tehnice și organizatorice pentru protecția de bază combinate cu o măsură tehnică principală pentru protecția la defect însoțită întotdeauna de o măsură tehnică suplimentară pentru aceeași protecție.

A. MĂSURI PENTRU PROTECȚIA DE BAZĂ Măsurile pentru protecția de bază ce pot fi adoptate sunt:

- măsuri tehnice de protecție: o izolația de bază a părților active – în acest caz, elementele conductoare ca și

echipamentele electrice sunt prevăzute cu înveliș electroizolant ce nu poate fi îndepărtat decât prin distrugere;

o bariere și/sau carcase – care asigură protecția persoanelor necalificate împotriva atingerii directe a elementelor conductoare aflate sub tensiune;

o obstacole - destinate protejării persoanelor calificate împotriva atingerilor neintenționate de elementele aflate sub tensiune;

o amplasarea în afara zonei de accesibilitate – prevede amplasarea unor echipamente sau elemente conductoare la o distanță minimă de 2,5m, astfel încât două sau mai multe astfel de elemente să nu poată fi atinse simultan de o persoană;

o limitarea tensiunii de alimentare; o folosirea mijloacelor individuale de protecție: covorașe din plastic, mănuși

electroizolante etc.;

Pentru a mări securitatea persoanelor, se utilizează ca măsură suplimentară pentru protecția de bază, protecția diferențială, realizată cu aparate de protecție ce au un curent rezidual de mA30 .

- măsuri organizatorice: o scoaterea de sub tensiune a instalației electrice în timpul realizării lucrărilor; o efectuarea lucrărilor de instalații electrice numai de către persoane calificate; o elaborarea unor instrucțiuni de lucru.

6

B. MĂSURI PENTRU PROTECȚIA LA DEFECT

Măsurile pentru protecția la defect ce trebuie adoptate pot fi măsuri tehnice principale însoțite întotdeauna de o măsură suplimentară de protecție care să asigure protecția omului în cazul defectării protecției principale:

- măsuri tehnice principale: o legarea la conductorul de protecție a elementelor conductoare care în mod

normal nu sunt sub tensiune dar care pot ajunge sub tensiune în mod accidental (este măsură tehnică principală numai în cazul rețelelor TN și TT);

o legarea la pământ a elementelor conductoare care în mod normal nu sunt sub tensiune dar care pot ajunge sub tensiune în mod accidental (este măsură tehnică principală numai în cazul rețelei IT);

o utilizarea tensiunilor reduse; o separarea de protecție pentru un singur receptor electric; o izolarea dublă sau întărită a echipamentelor electrice.

- măsuri tehnice suplimentare:

o deconectarea automată la apariția unui curent de defect prin utilizarea unor dispozitive de protecție diferențială;

o legarea la pământ a elementelor conductoare care în mod normal nu sunt sub tensiune dar care pot ajunge sub tensiune în mod accidental (este măsură tehnică suplimentară numai în cazul rețelelor TN și TT).

7

B.1 METODA LEGĂRII LA CONDUCTORUL DE PROTEC ȚIE

În rețelele electrice cu neutrul legat la pământ (tip TN și TT), metoda tehnică

principală pentru asigurarea protecție omului constă în legarea elementelor metalice care în

mod normal nu se găsesc sub tensiune dar care pot ajunge în mod accidental sub tensiune

aparținând unui receptor electric (de exemplu, carcasa metalică a unui motor) sau aflate în

apropierea unor elemente sub tensiune ale instalațiilor electrice, denumite “mase” la bara de

protecție din tabloul electric, prin intermediul unui conductor electric denumit conductor de

protecție. Aceste conductoare de protecție însoțesc conductoarele încărcate (sau active) ale

unui circuit electric sau coloană electrică (fazele, neutrul), fiind montat în același tub de

protecție sau făcând parte din același cablu electric.

Bara de protecție dintr-un tablou de distribuție (exemplu tablou secundar de lumină și

prize) se leagă prin intermediul unui conductor de protecție la bara de protecție montată în

interiorul unui tablou situat în amonte (de exemplu, tablou general sau principal), ca în final

bara de protecție a unui astfel de tablou să fie legată la conductorul PEN sau PE al rețelei

electrice și în mod obligatoriu la priza de pământ (figura 10.4).

Principiul acestei metode este prezentat în figura 10.5. În momentul în care

conductorul de fază atinge în mod accidental carcasa echipamentului electric (de exemplu

carcasa unui motor), circuitul electric se închide prin conductorul de protecție (PE) acesta

fiind parcurs de un curent electric de defect:

cPEf

fd RRR

UI

++=

(10.1)

unde:

fU - tensiunea de fază;

PER - rezistența conductorului de protecție;

cR - rezistența locului de contact;

fR - rezistența conductorului de fază.

Circuitul se închide astfel deoarece rezistența corpului uman este mult mai mare decât rezistența conductorului de protecție, iar curentul urmează calea de minimă rezistență.

Se observă că rezistența circuitului electric nou format este foarte mică, ceea ce face ca intensitatea curentului electric prin circuit să crească foarte mult, rezultând valori ale acestuia comparabile cu valoarea curentului de scurt-circuit. Când aparatul de protecție al circuitului sesizează prezența unui curent de valoare mare, acesta declanșează, într-un timp

8

suficient de scurt, precizat de normativul în vigoare, corespunzător unei tensiuni de 50V, astfel încât, omul să nu fie afectat.

9

A

A

A

kWh

PS

V

Bp Bo

Bp Bo

Figura 10.4 Explicativă asupra legării elementelor conductoare ale instalației electrice la conductorul de protecție

147

Figura 10.5 Principiul metodei tehnice principale de protecție prin legarea la conductorul de protecție

Rețelele electrice cu neutrul transformatorului legat la pământ sunt de două tipuri: rețea TN și rețea TT. Diferența între cele două tipuri de rețele constă în faptul, că în cazul rețelei TN, priza de pământ a transformatoului este comună cu priza de pământ care deservește instalația electrică a consumatorului. În cazul rețelei TT, priza de pământ care deservește transformatorul este independentă de priza de pământ care deservește instalația electrică a consumatorului electric.

Rețeaua electrică TN poate fi realizată în mai multe variante:

- tip TN-C – este o rețea electrică cu neutrul transformatorului legat la pământ, iar cel de-al patrulea conductor denumit nul comun PEN, îndeplinește simultan două funcții: neutru și conductor de protecție (figura 10.6);

- tip TN-S – este o rețea cu neutrul transformatorului legat la pământ, funcțiile de neutru și conductor de protecție fiind îndeplinite de conductoare separate de la nivelul transformatorului, denumite neutrul N și conductor de protecție, PE (figura 10.7);

- tip TN-C-S – este o rețea cu neutrul transformatorului legat la pământ, în care funcțiile de neutru și cea de conductor de protecție sunt realizate de conductorul comun PEN până într-un punct al instalației electrice (de exemplu până la nivelul tabloului general), după care nulul comun se separă în neutru N și conductor de protecție PE. Acolo unde se face separarea nulului comun PEN în conductor neutru și conductor de protecție, se face în mod obligatoriu și legarea la priza de pământ (figura 10.8).

148

a) b)

Figura 10.6 Rețea tip TN-C a) legarea corectă a maselor la PEN; b) apariția unui defect și întreruperea accidentală a PEN

Din punct de vedere al asigurării protecției omului, rețeaua tip TN-C este rețeaua care prezintă cel mai mic grad de securitate deoarece, în cazul în care conductorul PEN este întrerupt în mod accidental, există riscul ca un element conductor care în mod normal nu este sub tensiune, legat la PEN (de exemplu carcasa unui motor) să fie pus sub tensiune. Aceasta este o consecință a faptului că acest conductor PEN îndeplinește simultan cele două funcții, de neutru N și de conductor de protecție PE.

În figura 10.6 este prezentată o posibilă întrerupere a conductorului PEN considerată între punctele a și b . Se constatată că, deși în alimentarea cu energie electrică a motorului nu a intervenit niciun defect, carcasa motorului poate ajunge sub o tensiune periculoasă pentru om.

Deși este o soluție economică, aceasta este mai rar utilizată de către proiectanți, iar în cazul adoptării unei astfel de soluții, trebuie să se acorde o atenție sporită cu respectarea strictă a condițiilor impuse de normativ. O condiție importantă ce trebuie respectată este aceea că, din considerente de rezistență mecanică, secțiunea conductorului PEN din instalația

electrică nu trebuie să fie mai mică de 210mm dacă este din cupru și de 216mm dacă este din aluminiu. În plus, soluția nu permite utilizarea protecției diferențiale și este interzis a se aplica în anumite domenii (de exemplu, în domeniul medical).

149

Figura 10.7 Rețea tip TN-S a) legarea corectă a maselor la PE; b) apariția unui defect și întreruperea accidentală a PE

Rețeaua TN-S este o soluție mai sigură în ceea ce privește securitatea omului, cele două conductoare fiind separate încă de la nivelul transformatorului (figura 10.7). Se poate observa că în cazul unei întreruperi a neutrului N, funcționarea receptorului electric monofazat nu mai este posibilă, dar nu este influențată funcționarea instalației de protecție a omului contra șocurilor electrice. În cazul întreruperii accidentale a conductorului de protecție PE, metoda tehnică principală este anulată ceea ce face ca omul să nu fie protejat contra șocurilor electrice, fiind necesară o metodă suplimentară de protecție (de exemplu, legarea la priza de pământ, utilizarea dispozitivelor de protecție diferențiale).

În figura 10.12 poate fi observat modul de aplicare al unei metode tehnice suplimentare prin legarea carcasei motorului la priza de pământ. În cazul în care conductorul de protecție este întrerupt în mod accidental între punctele a și b, circuitul electric se închide prin intermediul platbandei din oțel zincat care face legătura electrică între carcasa echipamentului electric și priza de pământ. În această situație, curentul de defect prin circuitul electric astfel format este suficient de mare pentru a declanșa aparatul de protecție.

150

Figura 10.8 Adoptarea unei măsuri tehnice suplimentare prin legarea la priza de pământ.

Rețeaua TN-C-S prezentată anterior este metoda cea mai des utilizată, deoarece reprezintă atât o soluție sigură în funcționare dacă se respectă condițiile impuse de normativ cât și o soluție economică. În acest caz, pentru ca instalația de protecție să prezinte siguranță în funcționare, acolo unde se face separarea PEN în PE și N, în mod obligatoriu trebuie să se facă legarea la priza de pământ. În acest mod, în cazul apariției unui defect, funcționarea instalației de protecție este asigurată.

Figura 10.9 Rețea tip TN-C-S , legarea corectă a maselor la PE

151

B.2 METODA LEGĂRII LA PRIZA DE P ĂMÂNT

a)

b)

Figura 10.10 Principiul metodei de protecție prin legarea la priza de pământ în cazul rețelelor tip IT

a) schema de principiu, pR - rezistența prizei de pământ; izR - rezistența de izolație; hR -

rezistența corpului uman, hI - intensitatea curentului electric prin corpul uman; pI - intensitatea

curentului prin priza de pământ; izI - intensitatea curentului prin izolația conductorului; b) schema

electrică echivalentă.

152

Această metodă de protecție este o măsură tehnică de protecție principală numai în

cazul rețelelor cu neutrul transformatorului izolat față de pământ, rețea tip IT, prin

intermediul acesteia urmărindu-se diminuarea tensiunii la care este supus omul, în limitele

admise, în cazul apariției unui defect de izolație.

Carcasa motorului prezentat în figura 10.10a este legată la priza de pământ prin

intermediul unui element conductor realizat, în general, din platbandă din oțel zincat. Se poate

observa, de asemenea, că faza pe care apare defectul de izolație (în acest caz L1) este legată la

pământ prin intermediul a trei rezistențe: pR , izR , hR , acestea fiind legate în paralel (a se

vedea figura 10.10 b). Pentru o rezistență a prizei de pământ 0=pR căderea de tensiune

pp IRU ⋅=∆ este egală cu zero. Deoarece U∆ este tensiunea care se aplică și corpului uman

și 0≠hR rezultă că curentul prin corpul uman 0=hI va fi zero.

Cazul în care 0=pR este un caz ideal. În realitate, aceasta valoare a prizei de pământ

nu se poate realiza, dar se poate realiza o rezistență a acesteia suficient de mică astfel încât

tensiunea aplicată corpului uman în caz de defect să nu fie periculoasă, având o valoare

inferioară tensiunii admisibile, admUU ∆<∆ . Valoarea admisibilă a rezistenței prizei de

pământ pentru care tensiunea aplicată corpului uman este una nepericuloasă este de Ω4 , în

cazul în care priza de pământ deservește numai instalația de protecție contra tensiunilor

accidentale de pământ.

153

B.3 SEPARAREA DE PROTECȚIE PENTRU UN SINGUR RECEPTOR ELECTRIC

Separarea de protecție este o măsură tehnică principală care se aplică numai în cazul

unui singur receptor electric, asigurându-se în acest caz o securitate mărită a omului.

Principiul de funcționare al acestei metode de protecție constă în introducerea unui

transformator de separare al cărui raport de separare este de 1:1 între receptorul electric și

instalația electrică de alimentare. Astfel, receptorul electric va fi alimentat dintr-o rețea

electrică cu neutrul transformatorului izolat față de pământ. Rezistența de izolație a rețelei are

o valoare ridicată limitând valoarea curentului prin corpul uman, în caz de defect. Conform

normativului I7, rezistența de izolație a rețelei electrice trebuie monitorizată pentru reducerea

riscului de șoc electric.

Figura 10.11 Principiul separării de protecție

154

B.4 PROTECȚIA DIFEREN ȚIAL Ă

Protecția diferențială este o măsură tehnică suplimentară atât pentru protecția de bază

cât și pentru protecția la defect. Principiul de funcționare al protecției diferențiale este

prezentat în figura 10.12. În timpul funcționării corecte, în lipsa unui defect, suma celor trei

curenți electrici transmiși prin fazele L1, L2, L3 este nulă, deci componenta homopolară este

nulă. În timpul funcționării defectuoase a instalației electrice, suma curenților nu este nulă,

deci componenta homopolară acționează asupra releului diferențial care comandă întreruperea

alimentării cu energie electrică a receptorului electric.

)(3

1321 LLLh IIII ++=

hI - componenta homopolară a sistemului trifazat;

1LI - intensitatea curentului electric pe faza L1;

2LI - intensitatea curentului electric pe faza L2;

3LI - intensitatea curentului electric pe faza L3.

Figura 10.12 Principiul protecției diferențiale