PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema E6: Producerea, transportul, distributia si utilizarea energiei electrice - I

2011

2

Producerea, transportul, distributia

si utilizarea energiei electrice I

Material pentru perfectionare profesionala Compilare si redactare: Ing. Paul Popescu Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

3

Cuprins:

1. PRODUCEREA, TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE…………………………….4 1.1. Evolutia producerii, transportului distribuţiei si utilizarii energiei

electrice……………………………………………………………….4 1.2. Evolutia producerii, transportului şi distribuţie a energiei electrice în

ROMANIA……………………………………………………………7 1.3. Configuratia unui SISTEM ELECTROENERGETIC………………..9 2. STRUCTURA RETELELOR ELECTRICE DE JOASA TENSIUNE ……………………………………………………..16 2.1 Consideratii generale………………………………………………...16 2.2 Tensiuni standardizate……………………………………………….18 2.3 Tipuri de receptori…………………………………………………...18 2.4 Tipuri de consumatori……………………………………………..…22 3. SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE………………………...23 3.1 Postul de transformare………………………………………………23 3.2 Grupul electrogen…………………………………………………...36

3.3. Surse de energie electrică neintreruptibile…………………………..40 4. RETELE ELECTRICE DE DISTRIBUTIE SI ALIMENTARE DE JOASA TENSIUNE………………………………………………………42 4.1 Reţele electrice de distribuţie şi alimentare la consumatorii mici sau mari…………………………………………………………………………42

4.2 Scheme electrice generale de distribuţie………………...………….43 4.3 Scheme secundare de alimentare………………………………….…..47

4

1 . PRODUCEREA, TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE. Pentru a putea fi utilizată la consumator, energia sub formă de energie electrică trebuie, în primul rând, obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator în parte. Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei electrice la distanţe apreciabile.

1.4. Evolutia producerii, transportului distribu ţiei si utilizarii energiei electrice.

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole, a determinat o

creştere considerabilă a consumului de energie. Dacă la început, necesităţile reduse de energie determinau amplasarea

consumatorilor lângă sursele de energie (eoliană, hidraulică), introducerea maşinilor cu abur a mărit independenţa omului de formele de energie (vânt, apă) şi puterile utilizate în procesele de producţie.

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat necesitatea transportului acestor resurse, deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie nu coincideau. A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate de la sursă la locurile de consum.

Transportul energiei mecanice de rotaţie, obţinută pe cale hidraulică sau pneumatică a înregistrat la timpul respectiv recorduri care astăzi servesc doar pentru comparaţii.

La Londra instalaţia hidraulică de transmitere a energiei avea în 1894 o lungime totală de 112 km.

Prima transmisie pneumatică s-a construit în 1845 pentru săparea tunelurilor şi a minelor. Parisul avea înainte de 1890 o centrală de 2000 CP şi o reţea de aer comprimat de 60 km.

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică, a primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei electrice la distanţă.

Bazele teoretice ale noului domeniu ce începea să se dezvolte a impus constituirea unui nou capitol al fizicii, electricitatea, iar ulterior electrotehnica. Fizicienii specializaţi în acest domeniu devin electrotehnicieni.

Electroenergetica a învins iniţial în competiţia cu celelalte sisteme energetice în mare datorită iluminatului electric, '' regele abur '' a fost învins şi datorită

5

celorlalte avantaje ale energiei electrice în comparaţie cu celelalte forme de energie.

În continuare, se va prezenta pe scurt istoricul producerii şi a transportului energiei electrice. Astfel în 1795 apare pila Volta, care permite să se întrevadă posibilitatea utilizării energiei electrice în iluminat. Pe vremea lui Napoleon la şcoala politehnică din Paris, exista o pilă de 500 V şi 10 A.

În 1831 N. Faraday descoperă fenomenul inducţiei electromagnetice şi realizează primele dispozitive de laborator pentru producerea curentului electric pe baza acestui fenomen:

vlBdt

diL

dt

dL

dt

de i ⋅⋅=−=−=φ−=

În 1832 Pixii realizează în Franţa primul generator de curent alternativ

monofazat. Ulterior realizează şi o maşină de curent continuu. Realizările de acest tip devin apte pentru aplicaţii industriale abia în anul 1871 prin dinamul lui Z.T.Gramme.

În 1838 E.H. Lentz stabileşte principiul reversibilităţii maşinilor electrice, deci posibilitatea realizării motorului electric.

Inginerul francez H. Fontaine împreună cu Gramme demonstrează în 1873 la Viena că dinamul poate funcţiona ca motor electric fig.1.1.

Dezavantajul acestui prim sistem de producere, transport şi utilizare a

energiei electrice l-a constituit randamentul scăzut. Din expresia pierderilor de putere:

S

l

U

P2RI2P

2

22 ρ==

rezultau două căi pentru reducerea pierderilor în reţeaua de transport: creşterea secţiunii sau a tensiunii de transport (reducerea valorii curentului). În 1874 inginerul rus F.A.Piroţkii face mai multe experienţe privind transportul energiei electrice la distanţă. Utilizând şinele unei căi ferate cu o lungime de 3,5 km, ajunge la concluzia că transportul energiei electrice se poate face numai cu conductoare cu secţiune mare. În 1880 M.Deprez şi separat D.A Lacinov dovedesc că transportul energiei electrice este posibil fără pierderi mari prin creşterea tensiunii. În 1881 Deprez, cu ajutorul firmei AEG construieşte o linie de transport în curent continuu fig.1.2., cu care realizează un randament de 25 %.

Pompă de apă

Fig. 1.1.

6

În următorii doi ani în Franţa s-au obţinut randamente de 62 % cu aceeaşi instalaţie, crescându-se tensiunea până la 6000 V. În perioada 1870-1881 interesul pentru iluminatul electric a stimulat producerea de energie electrică. În 1883 au apărut primele sisteme de curent continuu cu trei conductoare alimentate de generatoare care aveau la borne tensiuni de 2x220 V sau 2x110 V, fig. 1.3.

Instalaţii de distribuţie a energiei electrice în curent continuu au existat la noi, în Franţa, Anglia, SUA, până în a doua jumătate a sec. xx. După 1880 când M.Deri, O.Blathy şi Kk.Zipernovsky au perfecţionat transformatorul şi motorul de curent alternativ monofazat, au existat toate elementele pentru realizarea unui sistem de producere, transport, distribuţie şi utilizare a energiei electrice. Acest sistem a fost realizat în 1884 la expoziţia de la Torino de către L.Goliar la tensiunea de 2 kV, L= 40 km şi P= 20 kW. Aceste sisteme monofazate corespundeau cerinţelor receptoarelor de iluminat, dar nu şi celor de forţă, datorită caracteristicilor necorespunzătoare ale motoarelor monofazate. Se impunea deci rezolvarea problemelor legate de motorul de curent alternativ, care să aibă un cuplu de pornire mai mare. În 1884 N.Tesla realizează un generator de curent alternativ bifazat şi un electromotor corespunzător, prevăzând şi posibilitatea oricărui sistem polifazat. Acest sistem bifazat a fost aplicat de firma Westinghause în 1896 la hidrocentrala Niagara, cea mai mare centrală electrică din acea vreme. Acest sistem nu s-a impus datorită celor patru conductoare de care avea nevoie, pentru doar două faze. În 1889, M.O.Dolivo-Dobrovolski, sesizând avantajele sistemului trifazat faţă de cel bifazat, a reuşit să rezolve problema motorului asincron trifazat, cât şi a transformatorului. Ca urmare, realizează în anul 1890 un sistem, fig.1.4., pe stâlpi de lemn şi cu izolatoare de porţelan, care a funcţionat cu un randament de 80 %. Aceeaşi instalaţie a funcţionat ulterior şi la 25-30 kV şi este considerată că a deschis drumul electroenergeticii contemporane. Sistemul trifazat permite ridicarea

Fig. 1.2.

Fig. 1.3.

7

şi coborârea cu uşurinţă a tensiunii şi deci permite creşterea distanţelor şi a puterilor transmise.

Din istoria utiliz ării curentului electric 1800 - Prima sursă de curent electric - pila Volta 1801 - Descoperirea arcului electric - sursă de lumină (Davy) 1838 - Utilizarea filamentului de cărbune pentru iluminat electric - studii teoretice (Jobart) 1840 - Brevetarea telegrafului electric (Morse) 1844 - Prima linie de telegrafie electrică din lume (Statele Unite) 1854 - Proiectul liniei telegrafice Iaşi - Cernăuţi 1873 - Lampa cu incandescenţă (Lodâghin) 1876 - Brevetarea primului telefon (Bell şi Grey) 1877 - Lampa electrică cu arc (Iablocicov). 1878 - Experimentarea iluminatului electric la Paris. 1878 - Lampa cu incandescenţă şi filament de cărbune ( Edison). 1879 - Primul Tramvai electric (Germania). 1881 - Transmisia la distanţă a energiei electrice (Deprez). 1882 - Prima centrală electrică orăşenească (Edison - New York). 1883 - Iluminatul festiv la Bucureşti . 1883 - Expoziţia de electricitate de la Viena. 1884 - Iluminatul electric al oraşului Timişoara. 1899 - Darea în funcţiune a uzinei electrice a oraşului Iaşi.

1.2 Evolutia producerii, transportului şi distribu ţie a energiei electrice

în ROMANIA. Evoluţia electrotehnicii din ţara noastră a urmărit îndeaproape realizările pe

plan mondial. Astfel la un an după punerea în funcţiune de către Edison la New York, se realizează la Bucureşti primele instalaţii demonstrative de iluminat electric.

Fig.1.4.

8

La 1 noiembrie 1884 se pune în funcţiune Uzina electrică de la Timişoara cu 4x30 kW pentru iluminat, care alimenta 731 lămpi electrice pentru iluminatul străzilor.

Prima centrală şi reţeaua de distribuţie de curent alternativ monofazat s-a pus în funcţiune la Caransebeş în anii 1888-1889 având frecvenţa de 42 Hz şi tensiunea de 2000V.

În 1897 la Doftana sunt alimentate cu energie electrică primele instalaţii de foraj din lume, de la hidrocentrala din Sinaia printr-o linie trifazată de 10 kV şi un post de transformare de 10/0,5 kV.

În 1897 se construieşte pe valea Sadului o hidrocentrală, cotată ca a treia în lume la acea vreme.

Prima linie de 25 kV din ţara noastră este linia trifazată Câmpina-Sinaia de 31,5 km cu conductoare de cupru de 35mm2 pe stâlpi metalici pusă în funcţiune în anul 1900.

Până în 1900 s-au construit centrale electrice cu reţelele de distribuţie respective şi în oraşele: Galaţi (1892), Craiova şi Sibiu (1896), Brăila, Iaşi, Arad (1897), Sinaia şi Alba Iulia (1890), Piatra Neamţ (1895), Bacău (1900), iar în perioada 1906-1908 s-a realizat reţeaua de 5 kV în cablu a Bucureştiului.

În aceeaşi perioadă îşi face apariţia şi tramvaiul electric: Bucureşti (1894), Timişoara (1899), Iaşi (1900).

Încep să crească şi valorile tensiunilor liniilor de transport, ajungând în anul 1930 la 110 kV.

Prima linie în cablu subteran de 60 kV se construieşte în 1950 între Giurgiu şi Russe.

În 1961 se pune în funcţiune linia electrică aeriană de 220 kV între Bicaz şi Luduş, iar în 1963 linia aeriană de 400 kV între Luduş şi Mucacevo (URSS).

1.2.1 Dinamica puterilor unitare instalate în centralele electrice

Primul grup de 20 MW este instalat în centrala electrică (C.E) de la Doiceşti în anul 1951, urmează grupul de 25 MW la C.E. de la Borzeşti, în anul 1954, 50 MW Paroşeni (1956), 100 MW Luduş (1963), 150 MW Paroşeni, 200 MW Luduş (1966), 315 MW Işalniţa (1967), 330 MW Rovinari (1974).

Creşterea puterii instalate în centralele electrice, determinată de creşterea puterii instalate la consumator, extinderea considerabilă a liniilor electrice de transport, cât şi rezolvarea problemelor legate de asigurarea continuităţii în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor a impus crearea S.E.N. la 13 iunie 1955 şi a organismului central de conducere şi supraveghere a instalaţiilor de producere, transport şi distribuţie a energiei electrice: Dispeceratul Energetic Naţional (DEN).

Aceasta s-a realizat prin interconectarea sistemelor energetice ale Ardealului şi ale Munteniei.

1.3 Configuratia unui SISTEM ELECTROENERGETIC

9

1.3.1 Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia, în forma ei cea mai evoluată, energia electrică, să poată fi asigurată la utilizator (consumatori) trebuie în primă instanţă să fie produsă, în centrale electrice, prin transformarea energiei primare (din combustibili fosili, atomică, căderi de apă,etc.) printr-un lanţ intermediar de transformări în forme intermediare de energie(calorică, mecanică de rotaţie). Aşa cum este cunoscut, stocurile de energie primară se află, de regulă, în locuri improprii unor amplasări urbane şi ca urmare, este necesar transportul energiei între locul în care există stocată în stare naturală şi centrele de consum. Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate, problema următoare care trebuie rezolvată este : sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie. Soluţia depinde de mai mulţi factori şi anume :

- posibilitatea transportării energiei primare; este evident că transportul la distanţă a energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil.

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atât timp cât randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice).

- în cazul centralelor electrice nucleare, deşi energia primară este uşor de transportat, necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora în zone bine definite. Fie şi numai pe seama acestor argumente globale, rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată, este cea electrică. Ca urmare, între centralele electrice (centre în care energia primară se transformă în energie electrică) şi centrele de consum, au apărut căile de transport a energiei electrice, reţelele electrice de transport (RET) fig.1.5. Fig.1.5 Amploarea şi structura RET depinde de: cantitatea de energie electrică transportată, distanţele la care se transportă, siguranţă în funcţionare,etc. La rândul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate; centre urbane cu platforme industriale, consumatori casnici-edilitare, pe de o parte, concentraţi în edificii, iar pe de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane, concentrări rurale, unde densitatea consumului de energie este

Retele electrice de TRANSPORT

Centrale ELECTRICE

Centre de CONSUM

10

mai mică. În cazul unui mare consumator industrial, în perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori. Rezultă, din cele de mai sus, că, cel puţin în cazul centrelor urbane şi a consumatorilor industriali,după ce energia electrică a fost transportată până la“intrarea în acestea”, în perimetrul acestora “ se impune “ distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic edilitar, consumator industrial,etc.)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED). Deci RED pot fi atât ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) în cazul centrelor urbane, dar şi ale beneficiarului, în cazul unor consumatori finali industriali sau similari importanţi.

Evident şi în acest caz, amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului de consum, energia tranzitată, siguranţa în funcţionare ce trebuie asigurată, cerinţe legate de confort ambietal, etc.

Configuratia unui sistem electroenergetic, in forma cea mai complexa este cea prezentata in fig.1.6

În primii ani de utilizare industrială a energiei electrice în curent alternativ,

elementele implicate în procesul de producere, transport (eventual distribuţie) şi consum a energiei electrice, erau situate într-o zonă geografică de dimensiuni

consumatori sielemente transversale

ale retelei

retea dedistributie lajoasa tensiune

reteleurbane

zoneruraleregionale

Fig.1.5. Configuratia unui sistem electroenergetic

Tensiuneatreptei

400 kV

220 kV

110 kV

20 kV

10 kV

0,38 kV

0 kV

Ret

ea d

e tr

ans

port

Ret

ea d

e d

istr

ibut

ie

Fig.1.6 Configuratia unui SE

11

limitate şi funcţionau izolat conectate între ele după o schemă simplă, aşa cum se prezintă principial în fig.1.5. Creşterea continuă a numărului şi puterii consumatorilor, diversificarea acestora şi a amplasării lor geografice a determinat creşterea numărului de centrale electrice şi extinderea reţelelor de transport şi distribuţie. Funcţionarea izolată în continuare , după schemă simplă generator – reţea – consumator, nu mai era justificată şi raţională din punct de vedere economic şi tehnic. Avantajele cooperării s-au impus şi în acest domeniu economic şi ele au determinat interconectarea zonelor funcţionând izolat, formându-se astfel sistemul electroenergetic (fig.1.2.), sistem care se dezvoltă continuu calitativ şi cantitativ pe măsura adăugării de noi instalaţii.

Prin sistem electroenergetic (SEE) se înţelege deci, totalitatea instalaţiilor care concură la producerea, transportul, distribuţia şi consumul de energie electrică; existenţa SEE presupune realizarea unor conexiuni de o formă oarecare între toate elementele sale componente. Deci, din sistemul electroenergetic fac parte ca elemente principale generatoarele electrice din centrale, transformatoarele, liniile de transport şi distribuţie şi consumatorii de energie electrică la nivelul sistemului. Noţiunea de sistem electroenergetic implică existenţa unui număr suficient de mare din elementele menţionate. În prezent, practic toate ţările dezvoltate posedă un sistem electroenergetic naţional, funcţionarea în schema izolată practicându-se în zone restrânse, slab dezvoltate de pe glob.

Se menţioneză deasemenea că pe lângă componentele principale amintite anterior, din cadrul SEE mai fac parte şi alte elemente cum ar fi elementele de comutaţie, automaţizare,etc., necesare pentru îndeplinirea scopului propus.

Avantajele şi dezavantajele formării SEE.

Formarea SEE a fost impusă de avantajele ce le prezintă funcţionarea interconectată în raport cu funcţionarea izolată a elementelor ce concură la alimentarea consumatorilor. Totodată formarea SEE prezintă unele dezavantaje şi introduce unele aspecte funcţionale noi, inexistente la funcţionarea izolată a elementelor amintite.

Existenţa SEE prezintă următoarele avantaje : [3] -determină reducerea vârfului de putere la nivelului sistemului ; astfel, datorită faptului că vârfurile de putere ale consumatorilor componenţi nu se ating simultan, vârful de putere simultan la nivelul sistemului va fi mai mic decât suma vârfurilor de putere ale consumatorilor componenţi :

∑⟨i

iconsumatvirfvirfsistem PP .. (1.3)

Ca o consecinţă a acestui fapt, puterea instalată totală necesară la nivel de sistem este mai mică decât în cazul funcţionării izolate şi ca urmare cheltuielile de investiţii şi exploatare se reduc;

12

-determină creşterea siguranţei la alimentarea consumatorilor. Într-adevăr în cadrul sistemului, scoaterea din funcţiune a unui element nu înseamnă neapărat nealimentarea consumatorului, acesta fiind în general racordat prin mai multe trasee la sursele de energie electrică. În schimb, la funcţionarea izolată (fig.1.1), păstrarea alimentării consumatorului este posibilă numai prin creşterea numărului de elemente din schemă (de ex. dublarea lor) ceea ce evident este neeconomic; -determină aplatizarea graficului (curbei ) de sarcină. Deoarece graficele de sarcină ale consumatorilor componenţi ai sistemului diferă între ele , prin însumarea lor se obţine la nivelul sistemului un grafic de sarcină mai aplatizat, golurile şi vârfurile de la diverşi consumatori compensându-se reciproc. Ca o consecinţă a acestui fapt, se uşurează sarcina elementelor de reglaj care trebuie să intervină la modificarea consumului şi se reduce uzura acestora. De asemenea, existenţa unui grafic de sarcină mai uniform permite o utilizare mai economică a centralelor din sistem; -permite utilizarea economică a instalaţiilor din sistem. Astfel, datorită existenţei conexiunii între toate elementele componente ale sistemului, este posibil ca în fiecare moment de funcţionare, în funcţie de valoarea totală a consumului, să se menţină acele componente care, în condiţiile date, permit furnizarea energiei electrice la costul minim; -permite utilizarea cu eficacitate mărită a resurselor energetice.

Existenţa SEE extins pe întregul teritoriu al unei ţări permite ca centralele amplasate lângă resurse să-şi poată evacua energia produsă chiar dacă consumul este la distanţă, fapt care nu se putea realiza economic în condiţiile funcţionării izolate; -permite utilizarea resurselor energetice sporadice (gaze de furnal, gaze de sondă, energie eoliană, energie solară,etc) în condiţii avantajoase. În lipsa SEE aceste resurse nu pot fi valorificate integral; ele neavând un caracter permanent nu pot fi luate în considerare la calculul puterii instalate şi astfel ele se pierd total sau parţial; -permite creşterea puterii unitare a grupurilor din sistem şi a puterii instalate în centrale, ceea ce determină reducerea cheltuielilor de investiţie şi exploatare. În cazul unei centrale sau a unui grup de centrale de putere limitată, introducerea de unităţi cu puteri unitare mari nu este posibilă, deoarece prin avarierea acestora o mare parte din consum rămâne neacoperită; -permite o planificare judicioasă a reviziilor şi a reparaţiilor elementelor din sistem, deoarece în condiţiile existenţei unei interconectări între elementele componente, deconectarea uneia din ele la momentul şi pe durata necesară nu afectează alimentarea consumatorilor, funcţiile sale fiind preluate de alte componente;

- SEE reprezintă o întreprindere unică, cu potenţial economic ridicat, ceea ce îi permite să angajeze investiţii mari, extinderi de anvergură, introducerea de automatizări şi tehnică nouă pretenţioase,etc., în concordanţă cu necesităţile şi cu soluţia optimă rezultată.

13

Pe lângă avantajele amintite, odată cu formarea SEE au apărut probleme noi, iar altele au devenit mai complexe : -creşterea puterii de scurtcircuit la bare ceea ce impune perormante deosebite pentru aparatele de comutaţie şi alte instalaţii din sistem; -introducerea problemei stabilităţii care reprezintă problema funcţionării sincrone a generatoarelor din sistem, problemă care la funcţionarea izolată nu există; -complicarea tuturor aspectelor funcţionale de regim normal (determinarea circulaţiei de puteri, reglajul de tensiune, reglajul de frecvenţă, funcţionarea economică,etc.) şi regim de avarie (determinarea curenţilor de scurtcircuit, calculul regimurilor nesimetrice,etc.) pentru a căror rezolvare se cere formarea unor modele matematice foarte complicate şi utilizarea mijloacelor de calcul puternice. De asemenea supravegherea regimurilor de funcţionare este mai dificilă;

-necesitatea utilizării unui aparataj de protecţie şi automatizare foarte complex care să ţină cont de corelaţia care trebuie respectată la funcţionarea numărului mare de elemente componente ale sistemului. Rezultă o sarcină permanentă pentru personalul care proiectează, si exploateaza sistemul electroenergetic pentru a găsi soluţii pentru reducerea efectelor dezavantajelor amintite sifructificarea avantajelor pe care le prezintă sistemul electroenergetic.

1.3.2 Definiţii de bază. Prin sistem energetic se înţelege totalitatea instalaţiilor care participă la

procesul de producere, transport, distribuţie şi utilizare a energiei electrice şi a altor forme de energie. Deci, din sistemul energetic fac parte resursele de energie primară, cu instalaţiile de obţinere şi transport, centralele electrice, liniile de transport şi distribuţie, instalaţiile de distribuţie şi staţiile de transformare, precum şi consumatorii de energie cu receptorii lor. Prin sistem electroenergetic se înţelege sistemul energetic în care se produce numai energie electrică sau în principal energia electrică. Sistemul electroenergetic reprezinta :”ansamblul instalatiilor pentru producerea , conversia transformarea , transportul si distributia energiei electrice , care au un proces comun de functionare” Sistemul electric este acea parte a unui sistem electroenergetic în care se întâlnesc numai mărimi electrice, cuprinzând deci generatoarele electrice şi toate elementele până la receptorii de energie electrică. Prin reţea electrică se înţelege partea din sistemul electroenergetic destinată transportului şi distribuţiei energiei electrice. Practic, este constituită din linii electrice aeriene (LEA), linii electrice în cablu (LEC), staţii şi posturi de transformare (SPT), puncte de alimentare (PA), tablouri de distribuţie (TD).

Conform [9]: Ansamblul de linii şi instalaţii electrice conectate între ele , care folosesc la transmiterea energiei electrice de la producere la consum.

14

Prin consumator de energie (utilizator final ) se înţelege [9] persoana fizică sau juridică care utilizează energia finală livrată pentru nevoile sale proprii. Evident, din punct de vedere energetic, reprezintă ansamblul receptorilor de energie , acestea transformă energia (electrică) în alte forme de energie.

1.3.3 Clasificarea reţelelor electrice. Criteriile după care pot fi clasificate reţelele electrice sunt : tensiune, funcţie,

natura curentului, construcţie . a) Clasificarea după tensiune . În prezent se foloseşte o plajă mare de tensiuni de la câţiva volţi la aproape

un milion de volţi. Din motive de normalizare şi coordonare a fabricării diferitelor echipamente

ca : transformatoare, întrerupătoare, stâlpi, izolatoare, etc., este necesar să se aleagă un număr limitat de tensiuni.

Întreg domeniul de tensiuni este împărţit în clase de tensiuni, tabelul 1.1. În cadrul fiecărei clase de tensiune există mai multe tensiuni niminale

normalizate adoptate în diferite tări. Prin tensiune nominală a unei linii se înţelege valoarea efectivă a tensiunii

dintre faze(compuse sau de linie), care figurează pe specificaţia unei maşini, instalaţii sau aparat şi după care se determină condiţiile de încercare şi tensiunile limită de utilizare [9].

Reţelele de foarte joasă tensiune sunt cele utilizate în instalaţiile interioare umede, cu mare pericol de electrocutare.

Tabelul 1.1.

Clasa reţelei Limitele de tensiune

Tensiuni nominale adoptate la noi

Reţele de foarte joasă tensiune 50 12 - 24 - 36, 48 Reţele de joasă tensiune 50 - 1000 V 220/12f; 380/220; 500(660 V) Reţele de medie tensiune 1 - 35 kV 3, 5, 6, 10, 15, 20, 25, 30, 35 kV Reţele de înaltă tensiune 35 - 275 kV 60, 110, 220 kV Reţele de foarte înaltă tensiune 300 kV 400 kV

Reţelele de joasă tensiune se folosesc în instalaţiile interioare din construcţii

civile şi industriale pentru alimentarea nemijlocită a receptorilor de joasă tensiune precum şi în reţelele de distribuţie comunale şi industriale.

Reţelele de medie tensiune se folosesc în centrele urbane, industriale şi rurale pentru alimentarea unuia sau mai multor posturi de transformare sau a receptorilor de medie tensiune.

Reţelele de înaltă tensiune (110-220) au avut iniţial rol de reţele de transport, pentru ca ulterior să fie şi pentru distribuţie în marile centre industriale.

Reţelele de foarte înaltă tensiune servesc la transmiterea la distanţe mari a puterilor de până la mii de MVA.

15

b) Clasificarea după funcţie . Reţele de utilizare pentru alimentarea unui număr de receptoare casnice de

joasă tensiune şi motoare cu puteri relativ mici. Reţele de distribuţie: retea care serveste la distributia energei electrice în

interiorul unei regiuni delimitate. Reţele de transport : retea care serveste la transportul interregional de energie

electrica spre retele din aval. Clasificarea după structură are la bază complexitatea reţelei

determinată de caracteristicile consumatorilor din punct de vedere a asigurării necesarului de energie , a calităţii acesteia, etc.

2. STRUCTURA RETELELOR ELECTRICE DE JOASA TENSIUNE

2.1 Consideratii generale

16

Aşa cum s-a arătat, energia electrică, după ce a fost produsă în centralele electrice, pentru a fi pusă la dispoziţia consumatorilor, este necesar să fie transportată la distanţe mari, prin reţele electrice de transport(RET), apoi distribuită, în perimetrul unor aglomerări urbane, rurale, sau zone industriale.

În funcţie de puterea tranzitată prin reţelele electrice de distribuţie (RED) şi de distanţele la care se distribuie, aceste reţele pot fi de diferite clase de tensiuni(tab.1.1). Reţelele electrice de distribuţie de medie tensiune(RED-MT) care au rolul de a alimenta cu energie, de regulă, posturile de transformare, iar în cazul unor mari consumatori industriali, pot asigura şi alimentarea cu energie a unor receptori de medie tensiune.

Pentru consumatorii care au numai receptori de energie electrică a căror tensiune nominală se înscrie în clasa reţelelor de joasă tensiune, sau au şi asemenea receptori(de ex.: sistemele de iluminat şi receptorii electrocasnici),este necesar ca alimentarea acestor consumatori să se asigure prin, sau şi prin reţele electrice de joasă tensiune(RE-JT).

În cazul RE-JT, fiecare din cele două aspecte, are o pondere însemnată deoarece,consumatorii de joasă tensiune sunt foarte numeroşi, iar receptorii de joasă tensiune din cadrul acestora sunt de nelipsit (sisteme de iluminat şi prizele monofazate) şi deosebit de raspândiţi.

Particularitatea principală a unei RE-JT o reprezintă legatura electrică directă cu un foarte mare număr de consumatori, în primul rând si cu un imens număr de receptori în al doilea rând.

Ca urmare, structura de bază a unei RE-JT este cea din fig.2.1 , care cuprinde reţeaua electrică de distribuţie de joasă tensiune(RED-JT), pentru alimentarea consumatorilor (fig.2.1.a) şi reţeaua electrică de la consumator (fig.2.1.b),formată din reţeaua electrică de distribuţie la consumator, de joasă tensiune(REDC-JT) şi reţeaua electrică pentru alimentarea receptorilor (REAR-JT).

Elementul caracteristic al unei reţele care asigură alimentarea cu energie electrică a consumatorilor îl reprezintă racordul electric, iar în cadrul acestuia, punctul de delimitare (PD,fig.2.1.), delimitează domeniile de competenţă în ceea ce priveşte exploatarea reţelei respectiv, ale furnizorului, de cele ale beneficiarului (consumator).De regulă, punctul de delimitare este constituit fizic, de contorul de tarifare a energiei electrice, care este al furnizorului, însă beneficiarul trebuie să aibă posibilitatea de a urmări indexul.

Reţelele electrice de distribuţie de joasă tensiune ale furnizorului, trebuie să asigure energia electrică la punctul de delimitare, iar REDA a beneficiarului la bornele receptorilor, la parametri de calitate stabiliti prin contract.

Dintre acestea, continuitatea în alimentare este direct determinată de configuraţia reţelei electrice care asigură tranzitarea energiei electrice, respectiv de posibilitatea schemelor de conexiuni de a asigura rezerva în alimentare.

17

Deoarece RED-JT reprezintă ultima componentă a unui sistem

electroenergetic (SE), în raport cu consumatorii, cerinţele privind asigurarea continuităţii în alimentare a acestora sunt predominante.

2.2 Tensiuni standardizate Valorile treptelor de tensiune standardizate în cadrul reţelelor electrice de

joasă tensiune s-au prezentat în tabelul 1.1. Răspândirea cea mai largă, în România o are sistemul trifazat de tensiuni cu

valoarea de 380/220V,

18

În ultimul timp se extinde şi sistemul trifazat de tensiuni (660)V/ 500V utilizat pentru alimentarea receptorilor trifazaţi de putere mare, din cadrul unor consumatori industriali, cum sunt industria extractiva de titei si gaze naturale. Dezavantajul acestui sistem, care limitează extinderea lui, constă în necesitatea existenţei la acelaşi consumator şi a unei reţele de 380/220V, pentru alimentarea receptorilor de iluminat şi prize monofazate, a căror tensiune nominală este de 220V.

Valorile standardizate ale tensiunii, din clasa reţelelor de foarte joasă tensiune (sub 50 V), alimentate din RED-JT, sunt utilizate doar în medii cu pericol de producere a unui soc electric (subsoluri tehnice, medii umede,etc.)

2.3 Tipuri de receptori

Pe lângă clasificările, din punct de vedere a gradului de asigurare a continuitatii în alimentare, din punct de vedere al rolului funcţional şi a caracteristicilor lor de funcţionare, receptorii electrici alimentaţi de la REA-JT se împart şi în trei tipuri din punct de vedere al coexistenţei lor în REDA-JT.

2.3.1 Receptori de forţă

Aceştia sunt alimentaţi de la un sistem electric trifazat simetric 380/220V (UR,US,UT) fig. 2.2. ,fiind caracterizaţi din punct de vedere electric prin trei impedanţe Z1,Z2,Z7 ce pot fi conectate în stea, fig.2.2.a, sau în triunghi, fig.2.2.b.

Prin concepere şi execuţie, receptorii trifazaţi reprezintă un sistem trifazat echilibrat şi ca urmare nu necesită alimentarea printr-o reţea electrică cu patru conductoare (nulul de lucru nu este necesar). Din acest motiv(al neaccesibilităţii nulului sistemului electric trifazat al sursei), într-o asemenea reţea , tensiunea de fază nu este accesibilă.

În cazul în care receptorul trifazat este un utilaj, pentru care este necesar să se asigure iluminare locală (strung, freză,maşină de găurit, etc.), reţeaua de alimentare trebuie să fie cu patru conductoare, pentru a fi accesibilă şi tensiunea de fază (220V), dacă nu se adoptă alte soluţii tehnice.

Evident, cerinţele cu privire la simetrizarea sarcinilor, recomandă ca reţeaua electrică pentru alimentarea receptorilor de forţă să fie trifazată fără nul.

UR

UT

US I2

I3

Z3 Z2

3 2 UT

US

Z1

1 I1

UR

Z3 Z1

Z2

b) a) Fig. 2.2

19

Acesta este unul dintre motivele care recomandă ca reţeaua electrică trifazată pentru distribuţia energiei electrice la consumator şi cea de alimentare a receptorilor trifazaţi de forţă să fie separată de cea similară pentru receptorii de iluminat şi prize. Un alt motiv pentru care cele două categorii de reţele, la consumator , sunt separate îl reprezintă regimul perturbator al unor receptori de forţă asupra celor de iluminat, datorită variaţiei curentului pe care îl absorb, deci şi a tensiunii de alimentare.

Din punct de vedere a asigurării a continuităţii în alimentare, receptorii de forţă pe de o parte şi cei de iluminat şi prizele, pe de altă parte, fac parte din categorii diferite, în sensul că REDA-JT a receptorilor de forţă este prevăzută cu un nivel de rezervare superior, în funcţie şi de categoria receptorilor, faţă de REDA-JT pentru iluminat şi prize.

Continuarea lucrului la utilaje, în cazul pierderii alimentării de către REDA-JT pentru receptorii de iluminat şi prize, este asigurată de către sistemul de iluminat de siguranţă pentru continuarea lucrului.

Un motiv strict economic, care impune separarea receptorilor de forţă de ceilalţi, este eventuala tarifare diferenţiată a energiei electrice pentru receptorii de forţă, faţă de cei de iluminat şi prize, iar altul strict tehnic este cel legat de căderile admisibile de tensiune, care sunt diferite pentru receptorii de forţă faţă de cei de iluminat şi prize.

Aşa cum se va vedea, inexistenţa conductorului de nul şi caracterul static(de regulă) al receptoarelor de forţă, impun un mod diferit de aplicare a protecţiei prin legare la nul, pentru evitarea pericolului de electrocutare, faţă de celelalte categorii de receptori.

În cazul în care alimentarea receptorilor de forţă se face de la sistemul trifazat de tensiuni 66o/5ooV separarea celor două tipuri de reţele se impune de la sine.

2.3.2 Receptori de iluminat

Aceştia sunt constituiti din corpurile de iluminat, sursa de lumină din cadrul sistemelor electrice de iluminat interior, sau exterior.

Sursele electrice de lumină cu care se echipează un corp de iluminat au tensiunea nominală de 220V.

Această tensiune, în cadrul sistemului electric trifazat cu tensiunile 380/220V se obţine între o fază şi nulul sistemului electric trifazat al sursei fig. 2.3.

Din acest motiv REDA-JT pentru alimentarea receptorilor de iluminat trebuie să fie alimentată de la o sursă (post de transformare sau generator electric) cu înfăşurările conectate în stea (Y), fig. 2.3,cu neutrul accesibil (Yo ),respectiv cu neutrul " prelungit" printr-un conductor de nul până la fiecare receptor în parte.

Fiind sarcini monofazate, încărcarea celor trei faze ale RE-JT va fi nesimetrică şi ca urmare, la proiectarea şi execuţia acestor reţele trebuie să se urmărească echilibrarea puterii pe cele trei faze. UR

N

20

O caracteristică a receptorilor de iluminat o reprezintă, posibilitatea redusă

de electrocutare prin atingere indirectă datorită amplasării lor la înălţime. Ca urmare, pentru corpurile de iluminat, nu se aplică protecţia prin legare la

nul,ca în cazul celorlalte tipuri de receptori. Spre deosebire de receptorii de forţă şi cei alimentaţi de la prizele

monofazate(aparate electrocasnice, de birou,etc.) aceşti receptori absorb un curent constant în timp, deci nu produc şocuri. Ca urmare ,nu sunt perturbatori pentru ceilalţi, iar valorile curenţilor, în funcţie de care se dimensionează căile de curent se stabilesc cu exactitate.

2.3.3 Prizele monofazate.

Prizele monofazate nu reprezintă receptori propriuzişi ci, un aparat la care, prin fişe, sunt conectaţi receptori monofazaţi a căror putere nominală nu depăşesc 2 kw, respectiv, un curent absorbit de 10A.

Receptorii monofazaţi alimentaţi, prin conectarea (branşarea) la o priză, sunt din categoria" debroşabili" respectiv, nu sunt conectaţi permanent (legătură fixă). Pentru comanda acestora (pornire,oprire), există aparate de conectare speciale, încorporate în receptor.

Datorită marii diversităţi a receptorilor monofazaţi(pe seama puterii absorbite) a specificului lor(radio,TV, radiator electric, maşina de spălat, etc.) şi a caracterului debrosabil, probabilitatea producerii unei soc electric este foarte mare şi ca urmare, în sistemul electric din care fac parte aceşti receptori, se impune protecţia prin legare la nul.

Întrucât puterea şi numărul receptorilor monofazaţi ce pot fi branşaţi la o priză monofazată depind în mare măsură de posibilităţile materiale ale "consumatorului", dimensionarea căilor de curent prin care sunt alimentate prizele monofazate se face şi în funcţie de tipul RE-JT (urban, rural), inclusiv de numărul de locuitori ai aglomerării urbane.

Pe seama caracteristicilor diferite ale receptorilor de iluminat, faţă de cele ale prizelor monofazate, reţelele electrice de alimentare (REA ; fig.2.1.b.), aferente lor se separă.

Ca urmare, pe seama caracteristicilor specifice fiecăruia din cele trei tipuri de receptori, reţeaua electrică de distribuţie şi alimentare de joasă tensiune REDA-JT

21

de la consumator, fig. 2.1, are structura din fig. 2.4., din care rezultă că REDA pentru receptorii de forţă este separată de REDA pentru cei de iluminat şi prize, fiind alimentate de la tablouri generale (TG, surse) diferite, iar RED este comună pentru receptorii de iluminat şi prize (fig. 2.4.b), însă la nivelul reţelei de alimentare, acestea se separă.

Se remarcă faptul că conductorul de nulul (N) al sistemului electric trifazat, comun în RED, se transformă în nul de lucru (NL) şi nul de protecţie( NP) la nivelul reţelelor de alimentare (fig. 2.1.b.).

În fig. 2.1. şi fig. 2.4., TG şi TS, reprezintă tablouri electrice de distribuţie, (generale, respectiv secundare) care în principiu sunt puncte de conexiuni şi care la nivelul RE de joasă tensiune au această denumire particulară(în perioada de început a electroenergeticii, datorită necesităţilor practice şi dimensiunilor mici se amplasau pe perete - ca un tablou).

2.4 Tipuri de consumatori

Între furnizorul de energie electrică şi consumatorii de energie electrică, prestarea serviciului de alimentare cu energie electrică se face pe seama unui contract de furnizare cu clauze diferentiate în funcţie de tipul consumatorului. Din acest punct de vedere, consumatorii de energie electrică sunt definiţi astfel:

PD RACORDD

D

TGF TGIP

REDA pentru

receptori de for ţă

REDA pentru ilum.

+ prize

3F+N

TS

F+NL F+NL+NP

TS

REA pentru receptori iluminat

REDA pt. prize

monofazate Circuit de iluminat

Circuit de prize

NL – nul de lucru NP – nul de protecţie

a) b) Fig.7.4.

RACORD

22

-consumator final - persoana fizică sau juridică care consuma energie electrică pe bază de contract şi ale cărui instalaţii electrice de utilizare sunt conectate la instalaţia de alimentare a furnizorului prin unul sau mai multe puncte de delimitare , prin care primeşte şi în conditii determinate retransmite energie electrică unor subconsumatori .

- consumator casnic - Consumator care utilizează energie electrică în exclusivitate în scopuri casnice (pentru iluminat artificial în interiorul şi exteriorul locuinţei, precum şi pentru funcţionarea receptoarelor electrocasnice din propria locuinţă). Receptoarele electrocasnice cuprind totalitatea bunurilor de larg consum destinate uzului propriu şi care sunt alimentate cu energie electrică la tensiunea de 220/380 V;

- consumator industrial şi similar- consumatorul care foloseşte energia electrică, în principal, în domeniul extragerii de materii prime, a materialelor sau a unor produse agricole în mijloace de producţie sau bunuri de consum. Prin asimilare, şantierele de construcţii, staţiile de pompare, inclusiv cele pentru irigaţii, unităţile de transporturi feroviare, rutiere, navale şi aeriene şi altele asemenea, se consideră consumatori industriali. Sunt definiti ca mici consumatori industriali cei cu puteri contractate de 100Kw sau mai mici pe loc de consum. În funcţie de puterea electrică activă maximă simultan absorbita aceşti consumatori se clasifică , la rindul lor astfel:

-Mici consumatori Consumatori cu puteri contractate (pentru consumatorii noi – puterile maxime simultan absorbite solicitate prin cererea de aviz tehnic de racordare) de 100 kW sau mai mici pe loc de consum, cu excepţia consumatorilor casnici; -Mari consumatori Consumatori cu puteri contractate (pentru consumatori noi – puterile maxime simultan absorbite solicitate prin cererea de aviz tehnic de racordare) de peste 100 kW pe loc de consum. Contractele de furnizare a energiei electrice au clauze diferenţiate pentru marii şi micii consumatori ;

- o categorie specială de consumatori, o reprezintă sistemul electric de iluminat public stradal. Acesta, este alimentat din P.T. aferent zonei geografice (urbane sau rurale) pe care o deserveşte şi este în patrimoniul administraţiei locale (primărie), dar este exploatat de furnizorul de energie electrică. Cheltuielile ocazionate de energia electrică consumată şi de cele de întreţinere fiind suportate de administraţia locală, in fiecare post de transformare există punctul de delimitare (contor de energie ), specific oricărui racord electric.

3. SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere, transport şi distribuţie a energiei electrice în cadrul unui sistem electroenergetice (SE), sursa de energie electrică pentru RED-JT o reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare. Postul de transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii

23

de transformare a cărei tensiune de pe partea de înaltă (primară), fig.3.1., face parte din clasa reţelelor de medie tensiune, iar cea de pe partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune.

În cazul unor consumatori izolaţi (cabane, organizări de şantier, staţii de retransmisie radio-TV), care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic, sau în cazul unor consumatori, care din cerinţe de asigurare a continuităţii în alimentare îşi prevăd sursă de rezervă de înlocuire, se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT, un generator electric trifazat, antrenat de un motor cu ardere internă (grup electrogen). Consumatorii care au receptori vitali, de care depinde siguranţa utilizatorilor, trebuie să-şi prevadă sursă de siguranţă, care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori. Aceasta cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce înglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite .

3.1 Postul de transformare

3.1.1 Consideraţii generale

În categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi echipamentul electromecanic, menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia electrică, de la valori incluse în clasa reţelelor electrice de medie tensiune, la valori incluse în clasa reţelelor electrice de joasă tensiune, PT asigurând legătura între cele două clase de reţele electrice. Ca urmare, prezenţa unui post de transformare într-o arie geografică are două implicaţii:

- una determinată de prezenţa fizică în spaţiul construit , - şi o alta legată de rolul funcţional, respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune. Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente principale respectiv : - partea constructivă, reprezentătă de suportul în care şi pe care sunt susţinute componentele celei de a două părţi , adoptarea soluţiei de realizare(supraterane,

TRAFO

ID-MT

RED- MT

REDA-JT

ID-JT ≡ TD ≡TG Fig. 3.1

24

subterane sau aeriene), fiind determinată de considerente economice, arhitecturale, de spaţiu disponibil, etc respectiv, - echiparea electro-mecanică, constituită din materialele şi aparatele prin care este tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop, adoptarea soluţiei fiind determinată de considerente economice, soluţie constructivă , dar în special de cerinţele legate de continuitatea în alimentare. Echiparea electro-mecanică a unui post de transformare , la rândul său este constituită din: - circuite primare (principale) fiind cele parcurse de energia electrică tranzitată, respectiv cele expuse la tensiunea de serviciu şi parcurse de curenţii absorbiţi de receptori; - circuite secundare, deservesc circuitele primare, au tensiuni mai mici sau egale cu 220V, iar curenţii sunt foarte mici, de regulă sub 5A. Din această categorie fac parte circuitele de comandă, semnalizare, protecţie, măsură; - instalaţii auxiliare, din care fac parte serviciile proprii de curent alternativ şi de curent continuu, instalaţia de legare la pământ şi cea de protecţie împotriva loviturilor directe de trăsnet. Echipamentul aferent circuitelor primare, (ID-MT; ID-JT, şi îndeosebi transformatoarele) reprezintă partea principală a unui PT, ocupând spaţiul cel mai mare. Echipamentul aferent circuitelor secundare este montat pe panouri sau pupitre, ansamblul lor formând tabloul de comandă. Legătura aparatelor cu care se realizează circuitelor secundare cu aparatele circuitelor primare pe care le deservesc, se realizează cu cabluri de circuite secundare, pozate în canale speciale de cabluri. Pentru partea de construcţii a PT, materialele folosite au evoluat continuu de la cărămidă, beton armat, beton autoclavizat, până la carcase metalice sau din materiale plastice. La PT amplasate în aer liber transformatoarele se amplasează la sol sau suspendate pe stâlpi din lemn sau beton (posturi aeriene). Datorită numărului foarte mare de posturi de transformare utilizate, din considerente economice, dar şi de încadrare în spatiul disponibil, s-au conceput şi realizat soluţii tipizate cu dimensiuni reduse. În tabelul 3.1. este prezentată evoluţia suprafeţei ocupate de PT în Germania, în funcţie de soluţia tehnică de realizare. În Suedia, Olanda au avut loc evoluţii similare (unde volumul unui PT a ajuns la 5m3), iar în Belgia volumul unui post de transformare standard compact este de 3,33m3 (1,8m înălţime, 1,34m lăţime şi 1,405m lungime). Determinantă în obţinerea acestor reduceri a fost utilizarea ca mediu electroizolant a răşinilor epoxidice. Tabelul 3.1.

Nr. crt. Tipul constructiv Suprafaţa ocupată

m2 % faţă de tipul 1

25

1 Clădire din beton 25,2 100 2 Carcasa din oţel 5,9 23,4 3 Carcasa din mase plastice 4,2 16,7 4 Miniaturizat 3,2 12,7

3.1.2. Soluţii constructive pentru posturi de transformare În continuare, se vor prezenţa soluţii constructive pentru posturile de

transformare, corespunzator unei anumite echipări electro-mecanice.

3.1.2.1. Posturi de transformare subterane Posturile de transformare subterane, reprezintă soluţia cea mai avantajoasă din punct de vedere a ocupării terenurilor, dar în acelaşi timp şi cea mai scumpă, comparativ cu celelalte soluţii constructive. Se folosesc cu precădere în zonele urbane, fiind amplasate sub carosabil şi sub trotuare. Posturile de transformare subterane trebuie să aibă partea de construcţie cu o structură de rezistenţă corespunzătoare, cu radieri, pereţi şi planşee din beton armat (construcţie realizată fie la faţa locului, fie în fabrică şi apoi lansată în groapă).Se foloseşte şi soluţia constructivă cu postul de transformare înglobat într-o cisternă metalică prefabricată.

În fig. 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, sunt prezentate schema electrică monofilară, vederea în plan şi secţiuni ale unui post de transformare pentru reţea 20(10)/0,4kV 250-630kVA în construcţie subterană.

Schema monofilară Instalaţia de distribuţie de medie tensiune (cu trei celule plus una de rezervă)

împreună cu tabloul de distribuţie de joasă tensiune şi transformatorul sunt amplasate în aceeaşi încăpere subterană, postul poate fi racordat în derivaţie sau intrare-ieşire. Legătura între bornele de medie tensiune ale transformatorului şi celula sa de medie tensiune se face cu cablu pozat într-un canal de cabluri acoperite cu date de beton armat.

Bornele de joasă tensiune ale transformatorului sunt legate cu tabloul de distribuţie de joasă tensiune prin bare rigide, susţinute cu izolatoare şi console. Transformatorul de forţă este îngrădit pentru evitarea atingerilor directe. Legăturile cu exteriorul, atât pe medie tensiune cât şi pe joasă tensiune sunt realizate cu cabluri electrice pozate subteran.

Postul de transformare are două trape, o trapă mare pentru accesul aparatelor şi transformatorului şi o trapă mică pentru accesul personalului.

26

O altă variantă constructivă o reprezintă postul de transformare subteran în cinsternă metalică. În fig. 3.6. şi 3.7. sunt prezentate schema monofilă şi o secţiune orizontală printr-un post de transformare subteran de 10/0,4 kVA în cisternă metalică. Postul conţine două celule(1) pentru intercalarea în reţeaua de medie tensiune, executată cu linii electrice în cablu(LEC), o celulă(2) pentru transformator şi un spaţiu (3) pentru o celulă de rezervă. Transformatorul de putere (5) de 10/0,4 kA poate fi de 250–400 sau 630 kVA şi este racordat la celula 2 prin cablul 4.

Bornele de joasă tensiune ale transformatorului sunt racordate la barele colectoare 6, de la care, prin cablu subteran ,sunt alimentate tablourile de joasă tensiune 9. Transformatorul şi tablourile de joasă tensiune sunt îngrădite cu plase de protecţie 10, Accesul în post se poate realiza, pentru transformator şi calule, prin trapa 11, iar pentru personalul de exploatare prin trapa 12. Căldura se evacuează cu un ventilator axial 14 cu comanda automată.

3.1.2.2 Posturi de transformare înglobate in cladiri

Posturile de transformare de amplasate la parterul cladirilor au fost concepute având în vedere necesitatea de a elimina din sistematizarea unei zone de cladiri civile sau industriale, o clădire separată cu dimensiuni mici. Totodată,

Fig.4.2.

Fig. 3.3. Fig. 3.5.

Fig. 3.2.

Fig. 3.4

27

această soluţie se adaptează la principiul de introducere a tensiunii ridicate cât mai aproape de consumatori. Postul de transformare este amplasat într-o încăpere de dimensiuni corespunzătoare, la parterul sau la subsolul cladirii.

Intrările pe partea de medie tensiune ca şi ieşirile pe partea de joasă tensiune sunt realizate cu cablu pozat subteran. Postul de transformare dispune de trei celule metalice având următoarele destinaţii:

Fig. 3.6

Fig. 3.7 Fig. 3.8

12

11

28

- o celulă de interior, de tip CIPSC-M-20 (10), pentru intrarea de medie tensiune, cu cablu pozat subteran, echipată cu separator de sarcină STIRS şi cuţite de legare la pământ; - o celulă de interior, de tip CIPS-M-20 (10), echipată cu separator STIR şi cuţite de legare la pământ pentru o ieşire de medie tensiune executată cu cablu pozat subteran ; - o celulă de interior, de tip CIPSi-M-20 (10), echipată cu separator de sarcină STIRS, siguranţe fuzibile STIN şi cuţite de legare la pământ, pentru transformator. Racordul între celula de medie tensiune şi transformatorul de putere de 250,400 sau 630 kVA se execută cu cablu pozat subteran.

Legătura dintre bornele de joasă tensiune ale transformatorului şi tabloul de distribuţie se execută cu bare de aluminiu, suspendate prin intermediul unor izolatoare rigide . Tabloul de distribuţie cuprinde un întrerupător general tip OROMAX-1000, un întrerupător USOL-800 sau 500 pentru iluminat şi treisprezece plecări de joasă tensiune, echipate cu siguranţe cu mare putere de rupere - MPR. Camera postului de transformare este izolată fonic cu un stras de 50 mm grosime din pâslă minerală şi termic cu fâşii din pâslă minerală semirigidă. Transformatorul şi tabloul de distribuţie sunt îngrădite cu panouri mobile de protecţie, executate din material plastic. Sub transformator există o cuvă pentru colectarea uleiului care, eventual, ar putea să curgă.

În fig. 3.8. se prezintă o sectiune printr-un a asemenea post de transformare.

3.1.2.3 Posturi de transformare supraterane.

A. Posturile de transformare în construcţie metalică. Posturile de transformare în construcţie metalică(PTM) sunt destinate a

funcţiona în exterior şi se execută în mai multe variante, în funcţie de destinaţie şi puterea transformatorului şi se racordează , aerian sau cu cablu, la cele două reţele; se instalează pe fundaţii de beton, pe şine de cale ferată montate pe traverse sau direct pe un teren consolidat. Aceste posturi de transformare au avantajul montarii şi demontării uşoare, respectiv doar prin legarea respectiv, dezlegarea legăturilor la reţele şi manipularea întregului post cu macarale şi mijloace de transport corespunzătoare.

PTM sunt formate din una sau mai multe cabine metalice din tablă de oţel ambutisată, asamblate între ele cu şuruburi, în care se montează echipamentul electric, iar transformatorul de forţă poate fi montat în interior, într-o cabină metalică sau în exterior. Dacă transformatorul este montat în interior, cabina sa metalică are jaluzele în partea inferioară şi cea superioară, pentru asigurarea ventilaţiei naturale. Dacă PTM este realizat din două componente principale,în cazul alimentării sale în derivaţie, una din componente este ocupată de transformatorul de forţă şi de tabloul de distribuţie de joasă tensiune, iar cealaltă conţine echipamentul necasar racordarii la RED-MT.

29

Dacă PTM este realizat din trei componente principale (trei cabine metalice), pentru încadrarea într-o RED-MT buclată, în una din cabinele metalice este montat transformatorul de forţă, în o alta este montat tabloul de joasă tensiune şi aparatele de pe curcuitul primarului transformatorului, iar în a treia este montat echipamentul pentru racordarea postului la reţeaua de medie tensiune, conform fig.3.9.

Celulele de medie tensiune ale PTM sunt prevăzute cu separatoare sau cu separatoare de putere ce pot rupe curenţi de sarcină şi au bobine de acţionare pentru a permite: acţiunea AAR (anclanşarea automată a rezervei) şi telecomenzi , circuitul de alimentare al transformatorului este echipat cu siguranţe fuzibile.

Circuitul de alimentare a tabloului general este echipat cu întrerupător automat pentru protecţia transformatorului, iar circuitele de plecare, spre consumatori, sunt prevăzute cu siguranţe tip MPR sau siguranţe cu mâner (SM). Pentru alimentarea circuitelor aferente sistemului de iluminat public este constituit un tablou separat , alimentat din TG prin întrerupator automat şi contor pentru măsurarea energiei electrice. Aceste două tipuri de PTM (cu două sau trei componente) sunt folosite, de regulă, pentru alimentarea reţelelor de joasă tensiune de la periferia centrelor urbane sau din incinta unor consumatori finali. Pentru şantiere mari de constructii sunt utilizate posturi de transformare metalice (PTM) cu puteri ale transformatoarelor de 400,630,1000 kVA, cu transformatorul montat în exterior protejat de o împrejmuire cu plasă metalică, atât pe părţile laterale cât şi la partea superioară, cu una sau două cabine metalice de exterior pentru echipamentul de medie tensiune (întrerupător sau siguranţe fuzibile,) şi dulap metalic pentru tablou de distribuţie de joasă tensiune. Pentru consumatorii temporari (şantiere) mai mici, se folosesc posturi de transformare metalice (cu transformatoare mici de 100 sau 160 kVA), PTM sunt aşezate pe o sanie de oţel profilat şi au un compartiment pentru echipamentul de medie tensiune, alt compartiment pentru transformatorul de forţă şi al treilea pentru tabloul de joasă tensiune. Pentru reţele electrice radiale sau interconectate, abonaţi finali şi şantiere în gama de tensiune 10-20 kV şi gama de puteri 250-400kV şi tensiune joasă 380/220 V se utilizează PTM-7 montat singular. Acest post de transformare metalic se

Fig. 3.9

30

construieşte în mai multe variante de echipare electro-mecanică şi cote de gabarit. Atât pe medie cât şi pe joasă tensiune racordurile se fac cu cablu electric.

B. Posturile de transformare în încăperi supraterane. Reţelele electrice de joasă tensiune pot fi alimentate din posturi de transformare supraterane care se numesc din acest motiv posturi de transformare tip reţea, iar consumatorii finali sunt alimentaţi din posturile de transformare tip abonat. Posturile de transformare supraterane tip reţea, pot avea clădire independentă sau pot fi înglobate într-un spaţiu edilitar, inclusiv în clădirea unei staţii de conexiune de medie tensiune(punct de alimentare). În figurile de mai jos sunt prezentate: schema electrică monofilară (fig.3.10), vederea în plan (fig. 3.11) şi două secţiuni (fig. 3.12 şi fig. 3.13) ale unui post de transformare 20(10)/0,4 kV tip reţea, cu clădire proprie din panouri mari, prefabricate, din beton armat.

Fig. 3.10. Fig. 3.11. Secţiunea A-A

Fig. 3.12

Secţiunea B-B

Fig. 3.13

31

Instalaţia de distribuţie de medie tensiune este formată din trei celule (fig. 3.11.), două pentru intrare-ieşire şi a treia pentru alimentarea (printr-un cablu de medie tensiune pozat într-un canal de cabluri) transformatorului. Există spaţiu pentru a se putea monta, dacă va fi necesar, o a patra celulă de medie tensiune.

Legăturile între bornele de joasă tensiune ale transformatorului şi tabloul de distribuţie de joasă tensiune se fac cu bare rigide fixate, cu izolatoare, de tavanul încăperii. Transformatorul este prevăzut cu îngrădiri pentru protecţia personalului. În panoul din beton armat prefabricat, de lângă transformator, la partea inferioară şi superioară sunt jaluzele pentru ventilaţie naturală, iar sub transformator este o cuvă pentru colectare eventualelor pierderi de ulei. Postul are un singur transformator ce poate avea o putere de 250, 400 sau 630 kVA. Accesul în post se face printr-o singură uşă metalică cu dimensiuni suficient de mari pentru introducerea sau scoaterea echipamentului cu cele mai mari dimensiuni.

În fig. 3.18, 3.15, 3.16 sunt prezentate schema electrică monofilară, vederea în plan şi o secţiune pentru un post de transformare tip reţea de 20(10)/0,4 kV şi puteri cuprinse între 250-630 kVA realizat în clădire independentă din panouri din BCA sau din zidărie. Instalaţia de distribuţie de medie tensiune (ID-MT) are trei celule, două pentru racordarea la reţeaua de medie tensiune (intrare-ieşire) şi una pentru alimentarea transformatorului, iar tabloul general de joasă tensiune are 12 plecări. Legarea bornelor transformatorului la instalaţiile de distribuţie se face cu bare rigide pe izolatoare suport, atât pe partea de medie cât şi de joasă tensiune.

Pe sub celulele de medie tensiune este un canal de cabluri, iar sub transformator o cuvă de beton sclivisit, cu grătar şi strat de pietriş la partea superioară. Atât pereţii de lângă transformator cât şi uşa metalică de la intrare sunt prevăzute cu jaluzele pentru ventilaţie naturală. Se execută şi posturi de transformare de 20(10)/0,4 kV cu două unităţi (transformatoare) 250-630 kVA, înglobat în clădiri edilitare, pentru reţea. Instalaţia de distribuţie de medie tensiune are un sistem de bare secţionat longitudinal printr-o cuplă, iar la fiecare dintre cele două secţii de bare este racordat câte un transformator. Instalaţia de distribuţie de joasă tensiune este formată din două tablouri distincte amplasate într-o încăpere separată, cu ieşire spre exterior, iar fiecare transformator este amplasat într-o cameră separată cu ieşire directă spre exterior. Instalaţia de distribuţie de medie tensiune este amplasată într-o încăpere separată cu ieşirea la ambele capete, celulele sunt aşezate pe un singur rând, iar în faţa lor se găseşte coridorul de manevră şi supraveghere, cu canal de cabluri acoperit. Ieşirile cablurilor pot fi făcute prin tuburi, amplasate în fundatie, pe la fiecare capăt al încăperii.

32

Există şi varianta cu cele două transformatoare amplasate în exterior si îngrădite cu plasă metalică şi sârmă ghimpată. Transformatoarele de putere sunt racordate la bare prin celule şi cabluri subterane. Posturile de transformare pentru abonat, se realizează de asemeni suprateran, într-o clădire independentă care este amplasată în curtea acestuia .

Posturile de transformare pentru abonat pot avea transformatoare (cel mult două) cu puteri unitare de până la 1600 kVA, transformatoare ce pot fi montate şi în boxe special amenajate. Măsurarea energiei se face pe intrarea în tabloul general, deoarece postul alimentează în exclusivitate un abonat.

În figurile 3.17, 3.18, 3.19şi 3.20 sunt prezentate: schema monofilară, vederea în plan, o secţiune şi respectiv faţada unui post de transformare pentru abonat cu un transformator de 250-630 kVA. Instalaţia de distribuţie de medie tensiune, cu patru celule, împreună cu tabloul de distribuţie de joasă tensiune sunt amplasate într-o clădire independentă din zidărie.

Schema electrica monofilară

Tablou general 12 plecări

0,4kV

20/10kV 3~50 Hz Linie 1 Linie 2 Trafo

Fig. 3.14.

Fig.3.16. Fig.3.15.

A-A

33

Schema monofilară Descărcător Trafo L1 L2

20(10)k3~50

0,4kV

Tablou distribu ţie abonat

Fig. 3.17

Vedere în plan

Fig. 3.18

Fig. 3.20

Faţada

Fig. 3.19

Secţiunea A-A

34

Transformatorul este împrejmuit cu plasă din sârmă pe stâlpi de beton, iar la partea superioară sunt trei rânduri de sârmă ghimpată. Bornele de joasă tensiune ale transformatorului sunt legate la izolatoare de trecere de tip exterior- interior, iar în clădire legarea la tabloul de distribuţie de joasă tensiune se face cu bare rigide.

Echiparea tabloului de joasă tensiune a postului poate fi simplă, tabloul propriu-zis fiind amplasat într-o încăpere distinctă. Se execută de asemenea şi posturi de transformare pentru abonat 20(10)/0,4 kV cu două transformatoare 250-630 kVA.Transformatoarele sunt amplasate, ca şi în cazul anterior, în exterior pe mici fundaţii, iar instalaţia de distribuţie de medie tensiune, cu şase celule, împreună cu tabloul de joasă tensiune, sectionat cu separator, sunt amplasate în aceeaşi încăpere.

Legăturile, pe joasă tensiune, în interiorul clădirii, sunt realizate cu bare rigide susţinute pe izolatoare suport.

3.1.2.4 Posturi de transformare aeriene

Cele mai răspândite posturi de transformare sunt posturile de transformare montate pe unul sau de doi stâlpi. Posturile de transformare aeriene pe un stâlp se realizează în două variante, ce sunt foarte apropiate ca soluţii şi anume, cu transformatorul instalat pe o platformă sau cu transformatorul agăţat de stâlp. Instalaţia electrică de medie tensiune a unui astfel de post este foarte simplă, deoarece, de regulă, racordul este realizat în derivaţie de la o linie radială. Alimentarea postului se face printr-un separator ce se montează pe un stâlp al racordului de medie tensiune, în amonte faţă de postul de transformare sau chiar pe acelaşi stâlp(stâlpi) cu acesta. Separatorul prin care este alimentat un PTA este, de obicei, tip STEP, deci cu cuţite de punere la pământ, ceea ce permite să se execute lucrări la post fără a mai monta scurtcircuitoarele mobile pe partea de medie tensiune. După separator, sunt siguranţe fuzibile de medie tensiune, apoi transformatorul. Siguranţele fuzibile de pe partea de medie tensiune a PTA pot lipsi, dacă în celula de linie, ce pleacă din staţie, este montată o protecţie maximală, ce este sensibilă şi la defectele în transformatoarele din PTA, ce sunt racordate de la această linie. Protecţia împotriva supratensiunilor atmosferice se asigură cu descărcătoare cu coarne sau cu rezistenţa variabilă care se leagă la priza de pământ a postului de transformare, priză ce trebuie să aibă o rezistenţă de dispersie de maximum 4Ω. Punctul neutru al înfăşurărilor secundare se leagă la priza de pământ de exploatare a reţelei de joasă tensiune, priza ce se execută la o distanţă de peste 20m de postul de transformare şi trebuie să aibă o rezistenţă de maximum 4Ω. Instalaţia de distribuţie de joasă tensiune( tabloul de distribuţie), este închisă într-o cutie de distribuţie şi este formată dintr-un sistem de bare colectoare rigide, trifazat, alimentat de la bornele de joasă tensiune ale transformatorului prin barete de separare sau prin siguranţe cu putere mare de rupere(MPR) sau siguranţe cu

35

mâner(alimentare generală); pe acest circuit(general) sunt montate şi transformatoarele de curent, din secundarul cărora se alimentează înfăşurările de curent ale contorului trifazat de energie activă a postului de transformare.

De pe barele generale sunt alimentate diverse circuite pentru consumatori, fiecare circuit fiind echipat cu siguranţe fuzibile. Unele circuite de plecare pot avea contoare de energie activă şi uneori chiar şi contoare de energie reactivă. În cutia de distribuţie este şi o lampă(L) cu întrerupător pentru intervenţii, la tablou, în timpul nopţii. În fig. 3.21 se prezintă vederea laterală şi din spate ale unui post de transformare aerian(PTA), montat pe stâlp de beton armat vibrat, cu transformatorul instalat pe o platformă.

Racordul liniei electrice aeriene de 20 kV este prins de stâlp cu izolatoare ce sunt prevăzute cu descărcătoare cu coarne de 20 kV şi cu electrozi antipasăre. Prin cordoane din acelaşi material ca al conductoarelor liniei electrice aeriene (oţel-aluminiu), se face legătura liniei (LEA) cu bornele fixe ale cadrului de siguranţe, echipat cu siguranţe fuzibile, montat pe stâlp în poziţie verticală, imediat deasupra transformatorului. Bornele inferioare ale cadrului cu siguranţe fuzibile de medie tensiune sunt legate cu bornele de medie tensiune ale transformatorului instalat pe o platformă.

Cele patru borne(trei faze plus nulul) de joasă tensiune ale transformatorului, sunt legate prin conductoare flexibile izolate la tabloul de distribuţie. Aceste conductoare sunt protejate prin montarea într-o ţeavă verticală prinsă cu bride, ţeavă ce este îndoită în formă de cârjă în partea superioară (pentru a împiedica pătrunderea apei de ploaie), iar la partea inferioară este prinsă etanş de cutia de distribuţie; aceasta se montează la cca. 1,1 m de sol pentru a permite accesul personalului de exploatare.

Cutia de distribuţie este executată din tablă de oţel şi are două uşi, una în faţă pentru acces la siguranţe şi contoare şi alta în spate pentru acces la borne. Uşile se păstrează închise cu lacăt, iar cheile sunt la persoana de exploatare ce are drept de acces la instalaţia electrică. Cutia de distribuţie are ,la partea superioară, o altă ţeavă metalică, prin care, tot cu conductoare flexibile, izolate din aluminiu, se fac legăturile la conductoarele liniilor electrice aeriene de joasă tensiune.

Cele cinci conductoare ale LEA (trei faze, nulul şi un conductor pentru alimentarea corpurilor sistemului de iluminat public), sunt prinse de stâlp prin izolatoare de întindere şi console metalice de întindere. Cutia de distribuţie are şi la partea inferioară o legătură cu o ţeavă metalică ce intră în pământ, ţeava în care se montează cablurile electrice subterane de joasă tensiune ale eventualelor plecări în cablu subteran.

Există şi varianta, post de transformare aerian (PTA) montat pe un stâlp de beton, cu aceleaşi elemente ca cel descris anterior, cu singura deosebire că transformatorul nu mai este amplasat pe o platformă ci este agăţat pe stâlp.

36

3.2 Grupul electrogen.

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de bază(consumatori izolaţi, cabane, şantiere în fază iniţială, etc.) sau ca surse de rezervă de inlocuire. Această ultimă soluţie se aplică în cazul consumatorilor care au receptori de categoria zero sau 1, ce necesită un nivel de siguranţă ridicat în alimentare, care nu poate fi asigurat prin alimentarea din SE. Din această categorie fac parte receptorii vitali.

3.2.1 Grupul electrogen - sursă de rezervă de înlocuire

Receptorii vitali, care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală( sursa electrică de înlocuire) se împart în două categorii:

- receptori care nu admit întreruperi în alimentare mai mari de o secundă ; - receptori care admit întreruperi în alimentare cu durate de 1-5 minute.

Vederea laterală şi din spate a unui PTA

Fig. 3.21

37

Alimentarea, în caz de indisponibilitate a sistemului extern(alimentarea de baza), a primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică neântreruptibile, iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern(sursa de înlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene.

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA. În fig. 3.22. este prezentată o minicentrală electrică, ce cuprinde două

grupuri electrogene(astfel se asigură rezerva pentru alimentarea de înlocuire de bază pentru consumatori a căror receptori admit întreruperi mai mici de 5 minute).

Primul, denumit grup electrogen "prioritar" va fi întotdeauna disponibil să intre în funcţiune, în timp ce al doilea constituie rezerva pentru perioada lucrărilor de revizie şi de reparaţie respectiv, indisponibilitatea celui dintâi. Selectarea “grupului electrogen prioritar - grup electrogen de rezervă” se face manual. La indisponibilitatea sistemului extern, pornirea grupului electrogen prioritar are loc automat.

În momentul în care sistemul extern redevine disponibil, grupul electrogen se opreşte automat. Pornirea grupului electrogen se efectuează în gol. După ce tensiunea şi frecvenţa la bornele generatorului s-au stabilizat, conectarea receptorilor pe grup este automată. Tot acest proces se va încadra în intervalul de timp menţionat. Când o sarcină mare este conectată la grupul electrogen, se produce, pentru scurt timp, o scădere de tensiune şi de frecvenţă. Echipamentul de automatizare aflat în panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale.

Un grup electrogen funcţionează stabil numai dacă încărcarea este de cel puţin o treime din puterea nominală a generatorului, la un factor de putere de 0,8. La alegerea grupului electrogen, respectiv la determinarea puterii sale aparente, va trebui să se ţină seama de următorii factori: altitudinea locului unde este amplasat grupul, temperatura aerului din zona şi umiditatea lui relativă, precum şi de factorul de putere total al sarcinii, în cazul în care este mai mic de 0,8

În afara celor menţionate mai trebuiesc avute în vedere urmatoarele :

U <

Releu

U >

demaror

Motor termic

Baterie

U <

Gen.

3

3

3

3

3

F Consumatori

normali KS

KS KP

3

Releu demaror

Motor termic

Baterie

Gen.

3

3

RACORD RETEA GRUP ELECTROGEN 1 GRUP ELECTROGEN 2

KS - contactor selectare grup KP - comutator principal Fig. 3.22.

38

a) un grup electrogen poate fi supraâncărcat cu un curent I<1,1In timp de o oră, după o funcţionare continuă de 12 ore şi o durată de funcţionare mai mare de 500 ore / an;

b) un grup electrogen admite o supraâncărcare cu un curent I<1,8 timp de 30 secunde, iar această supraâncărcare este admisă cel mult de două ori, dacă între acestea există o pauză de cel puţin 10 minute.

În primul caz se acoperă suprasarcinile accidentale, iar în al doilea caz se asigură pornirea unor motoare electrice cu rotor în scurtcircuit la care Ip=(5-7)In .

În cazul pornirii unor motoare electrice de putere mare care antrenează utilaje cu pornire grea (ventilatoare, pompe centrifuge, turbocompresoare) este necesar să se aibă în vedere că şocurile produse la pornirea lor pot avea ca efect scăderi de tensiune şi de frecvenţă, pe care echipamentul electronic de protecţie din panoul de comandă le va interpreta ca informaţii de avarie, deconectând astfel grupul. De aceea, toate motoarele electrice a căror putere depăşeşte 10% din puterea generatorului, precum şi cele care antrenează utilaje cu pornire grea trebuiesc dotate cu demaroare electronice, astfel încât curentul de pornire al unui motor electric nu va depăşi de două ori curentul lui nominal.

Când puterea cerută de consumatorii vitali depăşeşte 600...700 kVA se recomandă un studiu tehnico-economic privind utilizarea a trei grupuri de putere mare. Astfel, reţeaua receptorilor vitali s-ar diviza în două coloane de puteri apropiate, fiecare fiind deservită de un grup electrogen cu o putere egală cu jumătatea puterii cerute, iar al treilea grup, de aceeaşi mărime, constituie rezerva comună.

Din punct de vedere al motorului primar, sunt preferate motoarele diesel răcite cu apă şi având o turaţie de 1500 rot/min.

Evident, minicentrala electrică, sursa de înlocuire poate avea o configuraţie mai simplificată, în funcţie de valoare acceptată a investiţiei.

3.2.2. Grupul electrogen – sursă de bază. Grupul electrogen este utilizat şi ca sursă de bază pentru alimentarea cu

energie electrică a cabanelor, a unor locuinţe din zone izolate şi chiar a utilajelor existente pe şantiere.

Pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori mici, se pot utiliza grupuri electrogene în varianta staţionară sau mobilă, cu puteri cuprinse între 1,4 kVA şi 5,5 kVA, care asigură o autonomie cuprinsă între 1,5 şi 3 ore de funcţionare.

Grupurile electrogene având puteri cuprinse între 2,5 kVA şi câteva zeci de kVA, pot asigura, în condiţii optime, alimentarea cu energie electrică a utilajelor existente pe şantier.

Avantajele utilizării grupurilor electrogene în alimentarea cu energie electrică a şantierelor sunt următoarele :

39

- deschiderea şi organizarea şantierelor nu este condiţionată de efectuarea unor lucrări de racordare la reţelele electrice din zonă;

- funcţionarea instalaţiilor de pe şantier nu este subordonată cerinţelor specifice ale reţelelor de distribuţie electrică, precum şi limitarii vârfului de sarcină în anumite perioade ale zilei şi a realizării unui factor de putere cât mai aproape de unitate;

- libertate absolută de deplasare a echipelor de la un punct la altul; - independenţa totală faţă de întreruperile în alimentare, determinate de

avariile din reţeaua furnizorului. În funcţie de amplasarea şi de structura şantierului, se poate realiza o

microcentrală electrică având un grup electrogen de bază şi unul – două grupuri mai mici pentru acoperirea vârfurilor de sarcină.

De asemenea, se poate recurge la grupurile electrogene portabile sau montate pe remorci. Este posibilă şi o combinaţie între aceste soluţii.

Din punct de vedere constructiv, grupurile cu puteri sub 4kVA se pot executa fie în varianta portabilă (manual), fie pe cărucioare pe roţi.

Grupurile mai mari se execută pe cărucioare, remorci auto, sau în varianta staţionară. Grupurile portabile, datorită gabaritelor mici şi a maselor reduse, se recomandă a fi utilizate pentru alimentarea sculelor folosite în lucrări de finisaje interioare sau în zone izolate.

Grupurile electrogene acţionate de sistemul mecanic al tractorului (fără motor primar) sunt deosebit de utile pe şantiere. Ele sunt concepute pentru tractoare cu o putere de minimum 15 CP. Grupurile acţionate de tractoare şi destinate sudurii, au mai multe tensiuni accesibile :

- o ieşire în c.c. pentru un curent de sudură de 150 –300 A, în funcţie de electrozii folosiţi (3mm....6mm);

- o ieşire de 12/24 V c.c. pentru încărcarea bateriilor de acumulatoare; - o ieşire în c.c. monofazată (220 V) sau trifazată (380/220 V) pentru alte

utilizări. Echipamentul electric din tablourile de comandă utilizate pentru grupurile ce

se constituie în microcentrale, permite funcţionarea generatoarelor independent, în paralel cu reţeaua sau cu un alt grup electrogen. Funcţionarea în paralel cu reţeaua, asigură compensarea vârfurilor de sarcină peste limitele impuse de furnizorul de energie electrică, precum şi ameliorarea factorului de putere.

În cazul alimentării şantierelor de la reţele în care se produc frecvent întreruperi este recomandată existenţa unui grup electrogen cu pornire automată la întreruperea alimentării de la sistemul extern şi cu revenire automată la reapariţia tensiunii la acesta.

Variantele de funcţionare ale grupului sunt legate direct de tipul tabloului de comandă solicitat. Printre acestea se numără şi sistemele de protecţie la suprasarcină sau diferenţiale, programatoarele electronice pentru porniri periodice – care pornesc şi opresc grupurile conform unui program stabilit, precum şi telecomenzile cu două sau patru canale. Telecomenzile cu două canale comandă

40

pornirea şi oprirea grupurilor, iar cele cu patru canale comandă în mod suplimentar şi contactoarele din reţeaua furnizorului extern şi/sau ale grupului. 3.3. Surse de energie electrică neintreruptibile.

În diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu producă întreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune. Aceasta este cazul echipamentelor de calcul, al camerelor de comandă, al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor, etc. Pentru a sigura o alimentare neintreruptă sunt necesare trei elemente distincte:

a)o sursă de energie electrică auxiliară, independentă de reţea; b)un convertor al acestei energii în energie electrică, având aceiaşi parametri

(număr de faze, tensiune, frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate în mod curent echipamentele;

c)un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern, care să facă comutarea pe sursa de siguranţă , neâtreruptibilă, prevazută de consumator. Ca sursă de energie de siguranţă, este preferată bateria de acumulatori, aflată în regim de încărcare permanentă. Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără întreţinere iar reâncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat.

Producătorii de UPS “Uninterruptible Power Supply” (sursă de alimentare neântreruptă) – termen folosit în literatura de specialitate, utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric, având în structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atât în procesul de încărcare cât şi în procesul de descărcare. Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani, după care capacitatea lor scade sub 80% din cea iniţială. Unii constructori de acumulatoare nu mai folosesc acidul sulfuric, ci o pastă(gel) care permite funcţionarea lor în orice poziţie. Invertorul, care transformă tensiunea continuă a acumulatoarelor în tensiune alternativă cu aceeaşi valoare şi frecvenţă ca a reţelei, este realizat cu tranzistoare MOS sau IGBT, comandate de un procesor specializat şi acoperă domeniul de la 300 VA la 700 kVA. Când parametrii energiei electrice furnizate de sursa de bază (sistemul electroenergetic) nu se mai încadrează în limitele admise (valoare tensiune, frecvenţă, etc.) un comutator static (CS, fig. 3.23), inclus în U.P.S., comută receptorii (sarcina) de pe sursa de bază pe “invertor” care, alimentat fiind de la sursa de siguranţă, conservă parametrii tensiunii şi frecvenţei. Acest mod de lucru este economic şi măreşte disponibilitatea echipamentului, deoarece alimentarea receptorilor se asigură, în regim normal de la sursa de bază, iar invertorul este folosit numai în cazul indisponibilităţii sursei de bază (Ub =0).

41

Un alt sistem este cel cu dublă conversie, fig. 3.24 În acest caz, receptorii

sunt conectaţi permanent la invertor, iar acesta, la rândul lui, este alimentat, fie de la sursa de bază, fie de la sursa de siguranţă, când cea dintâi nu mai este disponibilă (pe seama comutatorului static CS, similar cu cel din fig. 3.23) Invertorul funcţionează neîntrerupt, iar la defectarea lui accidentală se trece automat pe sursa de bază (ICS). Acest mod de lucru are dezavantajul unui randament energetic mai mic, datorită dublei conversii, însă receptorii sunt permanent alimentaţi de la o sursă de energie electrică cu parametrii de calitate corespunzători. S-au realizat şi convertoare cu triplă conversie, care faţă de cele precedente dispun de un circuit specializat pentru corecţia factorului de putere. Normativele europene impun funcţionarea la cos φ ≈ 1.

CS

Baterieacumulator

Invertor

CS1 (Normal inchis)

Redresor

CS3(Normaldeschis)

CS2 (Normal inchis)

Tensiune neintreruptibila

Ub

Receptori neintreruptibili

Sursa debaza

CS

Baterieacumulator

Invertor

Redresor

CS3

Tensiune

Ub

CS1

CS2

1CS1CS1 neintreruptibila

1CS2

Sursa debaza

Fig. 3.24

Fig. 3.23

42

Dacă se estimează că întreruperile în alimentare pot fi de durată mare şi frecvente (de ex.câteva ore), utilizarea acumulatoarelor drept sursă de siguranţă nu este recomandabilă, deoarece costul lor este ridicat şi necesită spaţii mari de instalare. În acest caz este preferabil să se utilizeze grupuri electrogene cu pornire rapidă, automată, a căror intrare în regim, în plină sarcină, se face în mai puţin de 1 minut. Ca urmare, bateria de acumulatoare, se va dimensiona pentru asigurarea alimentării pentru o durată de câteva minute, necesara pornirii grupului electrogen. Bateria de pornire a grupului este menţinută permanent încărcată. În cazul utilizării sistemelor de conectare statică a ondulatoarelor, întreruperea alimentării în timpul comutării este de maxim 30 milisecunde în regim asincron, iar în cazul regimului sincron (ondulatorul conectat permanent la reţea) timpul de comutare se reduce la 0,1 milisecunde.

4. RETELE ELECTRICE DE DISTRIBUTIE SI ALIMENTARE DE JOASA TENSIUNE 4.1 Reţele electrice de distribuţie şi alimentare la consumatorii mici sau mari Pentru unii dintre aceşti consumatorii caracteristica principala este aceea

ca pot avea şi receptori de categorii zero sau unu, consideraţi receptori vitali, pentru care trebuie asigurată rezerva în alimentare, atât printr-un nivel de rezervare ridicat (unul sau doi) al sursei de baza (RED- a furnizorului) cât şi prin prevederea unei surse locale, din cele prezentate în capitolul anterior.

Fig. 4.3

U.C.- utilaj complex

Fig. 4.1 Fig. 4.2

43

O altă caracteristică este aceea ca aceşti consumatori au atât receptori monofazaţi de iluminat şi prize, cât şi receptori trifazaţi de forţa. Ca urmare, este necesara atât o separare a receptorilor de forţa de ceilalţi, cât şi o separare din punct de vedere a categoriei lor, al nivelului de rezervare ce trebuie asigurat.

Datorită numărului mare de receptori şi a răspândirii lor pe mai multe nivele sau corpuri de clădiri, rezultă ca necesară o schemă electrică de distribuţie pentru alimentarea tablourilor secundare (TS), de la care sunt alimentaţi direct receptorii. Deoarece, consumatorii terţiari nu dispun de personal de deservire adecvat pentru exploatarea unui post de transformare, (PT), chiar dacă sunt alimentaţi direct de la PT, acesta este al furnizorului, punctul de delimitare este pe partea de JT a transformatorului, în PT, accesibil, pentru urmărirea consumului şi beneficiarului.

4.2 Scheme electrice generale de distribuţie.

Receptorii de forţă şi cei de iluminat şi prize, sunt alimentaţi prin reţele electrice separate. Configuraţia acestor reţele, de regulă, este similara, asigurând acelaşi grad al continuităţii în alimentare pentru ambele tipuri de receptori.

Ca urmare, în continuare, se vor prezenta scheme electrice de distribuţie numai în funcţie de gradul de continuitate în alimentare.

In domeniul reţelelor electrice de distribuţie şi alimentare cu tensiuni sub 1000V, se folosesc noţiunile de:

- tablou general de distribuţie, este tabloul electric racordat direct la reţeaua furnizorului de energie electrică, la un post de transformare sau la o sursă proprie a consumatorului şi care distribuie energia electrică la alte tablouri sau care alimentează direct anumiţi receptori;

- tablou principal de distribuţie, este alimentat din tabloul general şi distribuie energia electrică la tablouri secundare şi direct unor receptori ;

- tablou secundar de distribuţie, este alimentat dintr-un tablou principal sau din cel general, şi din care sunt alimentaţi receptorii;

- coloană electrică, calea de curent prin care se alimentează un tablou electric de distribuţie. În funcţie de schema electrică a reţelei, coloanele electrice pot fi magistrale

sau colective. Pentru calea de curent prin care se alimentează din tabloul de distribuţie un

receptor individual de forţă sau mai multe corpuri de iluminat sau prize monofazate se foloseşte noţiunea de circuit electric şi nu cea de coloană individuală.

A) Scheme generale de distribuţie care nu asigură rezervă în alimentare. a) Schemă generală de distribuţie radială, fig. 4.2, este destul de răspândită,

deşi este mai puţin economică, deoarece permite o localizare uşoară a coloanei cu defect.

Deoarece dimensionarea căilor de curent ale schemei se efectuează pe seama caracteristicilor receptorilor alimentaţi, în faza de proiectare, rezultă că ulterior nu este posibilă o modificare a repartiţiei receptorilor între tablourile secundare. Din acest motiv se consideră că aceasta schemă este rigidă.

44

În cazul alimentării receptorilor monofazaţi, coloanele sunt, de regulă trifazate, se admit coloane monofazate pentru curenţi < 30A.

Acestei scheme îi este caracteristic tabloul de distribuţie principal, care poate să lipsească, dacă tablourile secundare sunt într-un număr redus, schema devenind din radial arborescentă, radial simplă(directă). b) Schemă generală de distribuţie cu coloană magistrală, fig 9.6 Coloana electrică magistrală este coloana care alimentează pe parcursul ei cel puţin două tablouri de distribuţie în derivaţie.

Acest tip de schemă care nu asigură rezervă în alimentare, dar şi un nivel redus de continuitate în alimentare, deoarece un defect pe magistrală (mai lungă decât coloana unui TP, fig 4.2), determină pierderea alimentării pentru toate TS ale acesteia, se recomandă unei distribuţii în lungul unor axe verticale sau orizontale a receptorilor. Datorită dificultăţilor de execuţie se recomandă ca secţiunile conductoarelor sa nu depăşească 70 mm2. Din această condiţie şi din cea a căderilor admisibile de tensiune, rezultă şi numărul de TS alimentate de la o magistrală. Întrucât, secţiunea magistrală este constantă, la nivelul acesteia este posibilă şi modificarea repartiţiei receptorilor pe TS.

c) Schema generală de distribuţie în cascadă, fig. 4.3 Este practic schema magistrală, la care TS sunt racordate în varianta intrare-

ieşire, în acest fel este posibilă limitarea zonei afectate de un defect, respectiv, numai la porţiunea din aval de defect.

Reprezentarea cascadei, fig 4.4, evidenţiază şi faptul că o cascadă este un semidistribuitor al unei scheme simple buclate (inel).

Evident, secţiunea căilor de curent ale coloanelor este diferită, respectiv se micşorează în spre aval.

B) Scheme generale de distribuţie care asigură rezervă în alimentare

Aşa cum s-a arătat în, rezerva în alimentare se impune în cazul existenţei unor receptori de categoria zero, unu, sau doi.

În funcţie de ponderea receptorilor din aceste categorii, alimentarea de rezervă se asigură pentru consumator în ansamblul său, sau numai pentru o parte dintre receptori, consideraţi vitali.

Racordarea unor asemenea consumatori la RED a furnizorului, se face în una din următoarele variante, în funcţie de valorile admise pentru ceilalţi indicatori ce se asociază gradului de asigurare al continuităţii, respectiv durata medie probabilă şi maximă probabilă a unei întreruperi:

- prin branşament intrare-ieşire, în care caz realimentarea se asigură după efectuarea manevrelor de izolare a defectului şi de trecere pe alimentarea de rezervă. Această soluţie se adoptă în cazul consumatorilor ce au receptori de categoria a 2-a, prin încadrarea branşamentului într-o RED-JT a furnizorului cu schemă buclată. In funcţie de clasa de putere a consumatorului, durata realimentării poate fi cuprinsă între 30 minute şi 8 ore;

45

Fig. 4.8

Fig. 4.7

Fig. 4.6

Fig. 4.5

Fig. 4.4

46

- prin branşament de joasă tensiune, dar direct din secundarul unui PT, prevăzut cu transformator de rezervă, fig 4.5. În funcţie de încadrarea PT pe partea de medie tensiune, se poate asigura

nivelul 2, fig. 4.5.a, sau nivelul l, fig. 4.5.b de rezervare. Cele două TG se constituie, pentru RED-JT a consumatorului, în două surse

de alimentare. Această soluţie de rezervare a alimentării de bază din sistemul electroenergetic (SE), asociată şi cu dispozitive automate de trecere de pe o alimentare pe alta(AAR- anclanşarea automată a rezervei), limitează durata unei eventuale întreruperi a alimentării la 3 secunde, ceea ce reprezintă un gol de tensiune (nivel l de rezervare).

În cazul în care consumatorul are şi receptori de categoria zero, care nu admit nici goluri de tensiune (de ex. blocul operator dintr-un spital), pentru aceştia se prevăd surse neîntreruptibile.

În continuare, se vor prezenta schemele generale de distribuţie care asigură rezervă în alimentare, pe seama faptului că dispun de două TG (surse), respectiv nivelul l sau 2 de rezervare.

a) Schema generală de distribuţie radială dublă, fig. 4.6 Se utilizează în cazul consumatorilor care au receptori de categoria zero,

grupaţi pe un tablou de distribuţie special (TD0), restul receptorilor fiind alimentaţi din TG. Această schemă se adoptă în cazul în care receptorii de categoria zero sunt relativ puţini (staţie de pompe sau hidrofor de incendiu, ventilaţie de avarie etc.) putând fi grupaţi pe un singur tablou de distribuţie.

Trecerea de pe sursa de bază (SB) pe cea de rezervă (SR) se face prin acţionarea manuală sau automată (AAR) a comutatorului C.

b) Schema generală de distribuţie cu coloane magistrale duble, fig. 4.7, se adoptă în cazul consumatorilor cu receptori de categoria l (policlinici, studiouri RTV, instituţii care lucrează în 3 schimburi etc.). Trecerea de pe alimentarea de regim normal pe cea de rezervă, se face prin acţionarea comutatoarelor CIJ, manual sau automat (AAR), în funcţie de durata admisă a întreruperii.

c) Schemă generală de distribuţie simplu buclată, fig. 4.8. Caracteristicile schemei buclate sunt cele prezentate mai sus, remarcând

însă că durata unei întreruperi este relativ mare, determinată de timpul necesar operaţiilor de localizare a defectului (K) şi de acţionare a aparatelor de conectare (AC).

d) Scheme de distribuţie speciale. În cazul consumatorilor terţiari care au receptori de categoria zero, care nu

admit întreruperi ale tensiunii(centrale telefonice, bloc operator dintr-un spital etc.), aceştia se grupează pe tablouri speciale alimentate de la surse neîntreruptibile, bazate pe acumularea de energie electrică în baterii de acumulatori, fig. 4.9.

În funcţie de caracterul alternativ sau continuu al acestor receptori, se poate folosi schema de principiu din fig. 4.9.a sau 4.9.b(regim tampon).

În cazuri deosebite, când se estimează că bateria de acumulatori nu poate asigura energia necesară pentru un timp relativ mare, se poate prevedea un grup

47

electrogen, cu pornire manuală sau automată, funcţie de capacitatea bateriei. Interconectarea grupului electrogen cu RED-JT şi tabloul receptorilor vitali, se corelează şi cu caracteristicile elementelor de automatizare ce se folosesc.

4.3 Scheme secundare de alimentare.

Schemele secundare de alimentare asigură alimentarea nemijlocită cu energie electrică a receptorilor. Aşa cum s-a arătat, există trei tipuri de receptori din punct de vedere a modului de alimentare cu energie electrică.

Există unele excepţii şi anume: - se pot monta până la 15 LL/circuit în cazul în care sunt alimentate LL de pe holuri. - sunt, aşa cum se va vedea, alte recomandări cu privire la echiparea cu aparate de protecţie, în cazul în care există personal calificat de întreţinere a reţelei electrice. Schemele secundare pentru alimentarea receptorilor de forţă, reprezintă de

fapt circuitele prin care sunt alimentaţi receptorii de forţă, trifazaţi, din TS ale schemelor generale de distribuţie.

De regulă, receptorii de forţă sunt echipamente complexe, cu un anumit rol funcţional şi care includ scheme electrice complexe, inclusiv un tablou electric propriu, concepute şi executate de firma producătoare. În clădirea civilă, un asemenea echipament trebuie alimentat cu energie electrică printr-un circuit ce

Fig. 4.10

Fig. 4.9

48

face legătura între TS al RED-JT a consumatorului şi tabloul electric propriu al echipamentului, fig. 4.10.

Regula de bază în cazul schemelor secundare pentru receptoarele de forţă este că sunt formate din circuite individuale. Alimentarea comună de pe acelaşi circuit a motoarelor mici, a căror putere cumulată este sub l,5Kw, este posibila dar protejate individual.

Pe un circuit electric al unui echipament ce conţine un motor electric se poate monta, eventual, un aparat pentru limitarea curentului de pornire al motorului, pentru reducerea căderilor de tensiune pe RED-JT a consumatorului, în regim de pornire.