CAPITOLUL 1. Specificatii generale pentru echipamentul de înalta tensiune Solicitari la care sunt supuse echipamentele electrice de înalta

tensiune

In conditii de exploatare, EEIT sunt supuse unui ansamblu de solicitari de natura fizica diferita, expresie a act iunii unor factori interni sau externi. Fiecare solicitare identificata influenteaza în mod specific performantele EEIT în functie de locul în care se aplica în principalele subansambluri ale EEIT respectiv. Principalele categorii de subansambluri sunt:

IzolatiaIntre faza si pamant

Intre faze

interna MEI lichid SolidGaz sub presiune

externa Cu functionare in interior(cladire)Cu functionare în exterior

Calea de curent

Dispozitive de stingere ale arcului (camere de stingere)

Mecanisme de actionare

Notatii folosite pentru ierarhizarea solicitarilor

1 – solicitare importanta si directa pentru subansamblul respectiv, ce conditioneaza functionarea normala si fiabilitatea EEIT în exploatare ½ - solicitare care nu prezinta o importanta majora pentru subansamblul respectiv dar care ar putea deveni importanta într-o combinatie defavorabila cu alte solicitari 0 – solicitari practic neglijabile sau nu au loc în cazul analizat

Comportarea unui EEIT la actiunea solicitarilor mentionate, este asigurata prin alegerea corespunzatoare a performantelor garantate de fabricant. Performantele garantate coordonate cu solicitarile (indiferent de natura lor) Exprimarea unei performante garantate se face în general prin valoarea nominala a caracteristicii la care se refera performanta.

Valoare nominala = indicatie cantitativa atribuita în general de catre fabricant, valabila în limitele unui anumit regim de functionare si în conditii de functionare precizate.

Caracterizarea EEIT

A. Caracteristici tehnice generale (pentru toate EEIT)

1. Caracteristici legate de conditiile de mediu 2. Caracteristici ale izolatiei 3. Comportarea în regim de functionare de lunga durata (curent nominal) 4. Comportarea în regim de scurtcircuit

B. Caracteristici tehnice specifice fiecarui tip de EEIT

1. Caracteristici legate de conditii de mediu

1.1.Tipul constructiv al instalatiei

• echipamente pentru interior - instalate în interiorul unei cladiri, la adapost de actiunea intemperiilor si agentilor poluant i; temperatura ambianta nu coboara de regula sub -5°C (în cazuri speciale -15°C sau -25°C) Nota: nu se recomanda instalarea unor echipamente cu risc de explozie

• echipamente pentru exterior – supuse actiunii directe a factorilor meteorologici si agentilor poluanti.

1.2. Influenta altitudinii

De regula, performantele de catalog sunt garantate de fabricant pentru altitudini > 1000 m. Cresterea altitudinii determina scaderea densitatii relative a aerului.Este influentata comportarea izolat iei externe a EEIT, formata din distante de separatie în aer si linii de fuga pe suprafata izolatiei.

1.3.Conditii climatice

Se refera la plaja de variatie pentru principalii factori meteorologici a caror actiune determina modificarea performantelor.

Conditii climatice:

-temperatura maxima -temperatura medie maxima -temperatura minima -umiditatea relativa a aerului -presiunea vântului -viteza vântului -grosimea stratului de chiciura (grosimea stratului de chiciura difera în functie de zona meteorologica în care este instala EEIT)

Pentru conditii climatice deosebite (clima tropicala, clima rece, etc.) EEIT trebuie sa aiba protectii climatice speciale.

1.4 Gradul de poluare

Specifica conditiile de poluare ale atmosferei de la locul de montaj (produsa de fum, praf, vapori ai unor substant e chimice, etc.). Cunoasterea sa este necesara pentru alegerea corespunzatoare a lungimii liniei de fuga pentru izolatiile externe.

Clasificarea zonelor de poluare

Nivel (grad) de poluare al zonei Lungimea specifica a liniei de fuga (cm/kV)

I slab 1,6II mediu 2,0III puternic 2,5IV foarte puternic 3,1

Pentru izolatia externa a unui EEIT care functioneaza în exterior linia de fuga specifica creste în functie de gradul de poluare. Pentru izolatia externa a unui EEIT cu functionare în interior, linia de fuga specifica corespunde nivelului I de poluare, pentru cazurile în care cladirea este protejata împotriva patrunderii agentilor poluanti, prin etansare si

presurizare interioara. Daca EEIT este instalat într-un spatiu în care, prin climatizare, se asigura o umiditate relativa a aerului sub 65% la 20ºC, atunci izolatiei nu i se impune o linie de fuga minima.

2. Caracteristici ale izolatiei

Se refera la diferitele solicitari de tensiune în regim normal de functionare sau pe durata unor regimuri de defect.

2.1 Tensiunea nominala, Un (rated voltage, tension assignée)

Este o marime cu caracter reprezentativ, folosita pentru denumirea instalatiilor si ca marime de referinta valoarea efectiva a tensiunii între faze prin care este denumita o ret ea si la care se face referire pentru anumite caracteristici de functionare ale retelei

2.2 Tensiunea cea mai ridicata pentru echipament, Um

Reprezinta cea mai mare valoare efectiva a tensiunii între faze pentru care este proiectata izolatia EEIT si la care se raporteaza alte caracteristici ale acestuia. Standardele CEI 60694 si ANSI C 37.06 au fost armonizate în ceea ce priveste valorile acceptate pentru tensiunea Um.

- medie tensiune: 3,6-4,76*-7,2-8,25*-12-15*-17,5-24-25,8*-36-38*-48,3* kV *-valori utilizate numai în SUA

- înalta tensiune: 52-72,5-100-123-145-170-245-300-362-420-550-880 kV

2.3.Nivel de izolatie nominal

Principalele categorii de solicitari electrice, cauzele lor cele mai probabile, tensiunile reprezentative precum si cele standardizate pentru determinarea comportarii izolatiei sunt continute în tabel.

2.3.1. Tensiuni de tinere

Izolatiile se comporta diferit în functie de forma solicitarii electrice aplicate la borne, respectiv valorile tensiunilor la care se produce descarcarea disruptiva (Ud - tensiunea disruptiva) depind de tipul solicitarii: 50 Hz, ITC sau ITT Pentru asigurarea unei bune functionari a izolatiei unui echipament (realizat pentru Um) la actiunea diferitelor tipuri de solicitari de natura electrica ce pot sa apara la bornele sale pe durata exploatarii, i se impun izolatieiechipamentului o serie de conditii ("baremuri"), numite tensiuni nominale de tinere. Tensiune de tinere Ut (se defineste cu unele precautii): Este practic cea mai mare valoare a tensiunii de o forma specificata (50 Hz, ITC sau ITT) pentru care izolatia rezista. Setul tensiunilor de tinere caracterizeaza izolatia.

2.3.2. Nivel de izolatie. Clase de izolatie

Prin nivel de izolatie se întelege un ansamblu de tensiuni de tinere ce caracterizeaza comportarea izolatiei la solicitari electrice. In functie de Um, izolatiile se împart în doua game:

Gama I : 1 kV ≤ Um ≤ 245 kVGama II : Um > 245 kV

Pentru Gama I, nivelul nominal de izolatie cuprinde doua tensiuni nominale de tinere: la 50 Hz 1 minut si la ITT Pentru instalatiile apartinând acestei game de tensiuni, solicitarile electrice cele mai severe care apar în exploatare sunt supratensiunile temporare si supratensiunile de trasnet. Supratensiunile de comutatie desi exista nu conduc la depasirea tensiunii de tinere la ITC a izolatiei.

Pentru Gama II, nivelul nominal de izolatie cuprinde doua tensiuni nominale de tinere: la ITC si ITT Pentru instalatiile apartinând acestei game de tensiuni, solicitarile electrice cele mai severe care apar în exploatare sunt supratensiunile de comutatie si supratensiunile de trasnet. De regula, o izolatie dimensionata sa suporte aceste solicitari va asigura si o tensiune de tinere suficienta pentru supratensiunile temporare (50 Hz).

CAPITOLUL 2. Curenti în regim de scurtcircuit

1. INTRODUCERE

Calculul curentilor de scurtcircuit este necesar pentru luarea deciziilor în legatura cu dezvoltarea si exploatarea instalatiilor energetice.

Regimul de scurtcircuit este asociat unor tipuri de defecte transversale simple reprezentate în figura de mai sus. Calculul curentului de scurtcircuit trifazat metalic (prin impedanta nula), desi foarte rar în exploatare, constituie un element de baza pentru studiul retelelor electrice; se efectueaza întotdeauna în proiectare si în exploatare (cazul a). În retelele cu neutrul legat direct la pamânt (110 kV, 220 kV si 400 kV) un loc deosebit îl ocupa calculul curentului de scurtcircuit monofazat, ca defectul cel mai probabil (cazul b).

Un calcul complet de scurtcircuit trebuie sa dea variatia în timp a curentilor la punctul de scurtcircuit, de la începutul acestuia pâna la eliminarea lui, în corelatie cu valorile instantanee ale tensiunii la începutul scurtcircuitului. Evolutia curentului de scurtcircuit este direct influentata de pozitia locului de scurtcircuit fata de generatoarele reale. Distingem doua cazuri ce vor fi studiate separat: scurtcircuit departe de generator si scurtcircuit aproape de generator .

2. Scurtcircuit trifazat departe de generator

Calculul curentilor în regim de scurtcircuit se face utilizând metoda componentelor simetrice. Metoda componentelor simetrice necesita calculul a trei componente independente (de secventa pozitiva, negativa si zero), fara legaturi între ele în afara conditiilor de la locul de scurtcircuit. Generatorul echivalent de tensiune reprezinta tensiunea reala la locul de scurtcircuit înainte de aparitia acestuia, în conditiile cele mai grele. Aceasta va fi singura sursa activa de tensiune a sistemului.

2.1 Determinarea schemei electrice echivalente pentru scurtcircuit trifazat

Exemplu de schema pentru calculul curentului simetric initial de scurtcircuit I"k3 în concordanta cu metoda generatorului echivalent de tensiune restul subiectului (scurtcircuit departat) a fost predat dupa fisele scrise de mâna.

3.Scurtcircuit "apropiat"

3.1. Introducere

Daca scurtcircuitul se produce în apropierea unor generatoare reale, curentul de scurtcircuit este determinat, într-o masura importanta, de impedanta interna a generatorului sincron. Situatie tipica: scurtcircuit care se produce pe barele unei statii de centrala. Pe durata regimului tranzitoriu de scurtcircuit curentul continua sa fie suma a doua componente: - componenta aperiodica (libera ), depinde de unghiul de comutatie,diferenta dintre unghiul de conectare si faza impedantei echivalente de scurtcircuit, - componenta periodica (fortata), imprimata de sursa care alimenteaza defectul.

Cele doua cazuri de scurtcircuit difera în ceea ce priveste componenta periodica.

O variatie brusca de curent în înfasurarea statorica conduce la reactii în înfasurarea de excitatie (rotorica) si în înfasurarea de amortizare (daca aceasta exista), în sensul tendintei de a conserva fluxul rezultant initial.

Reactia se manifesta prin aparitia unor curenti alternativi în înfasurarea de excitatie respectiv în cea de amortizare, în acord cu legea inductiei electromagnetice. Fluxurile corespunzatoare curentilor indusi se închid local, deci sunt fluxuri de dispersie.

Curentii indusi în înfasurarea de excitatie respectiv în cea de amortizare au un caracter tranzitoriu. Într-o prima etapa se anuleaza curentul din înfasurarea de amortizare (înfasurarea are o constanta de timp mai mica); în etapa urmatoare se anuleaza curentul din înfasurarea de excitatie(înfasurarea are o constanta de timp ceva mai mare).

Amplitudinea componentei periodice a curentului de scurtcircuit variaza în decursul regimului tranzitoriu, spre deosebire de scurtcircuitul "departat" pe durata caruia amplitudinea componentei periodice ramâne constanta.

3.2. Perioade caracteristice în variat ia curentului de scurtcircuit

Pentru simplificarea calculelor de scurtcircuit, durata defectului este împartita în trei perioade:

a) Regim subtranzitoriu: dureaza aproximativ 5 perioade (100 ms) dupa producerea defectului. Reactanta subtranzitorie a generatorului, notata xd” are valoarea minima; în consecinta componenta periodica a curentului de scurtcircuit corespunzatoare regimului subtranzitoriu, este maxima. În consecinta, valoarea subtranzitorie a componentei periodice a curentului de scurtcircuit Ik” este utilizata pentru determinarea capacitatii de rupere a întreruptoarelor si sigurantelor fuzibile.

Observatie: Un scurtcircuit apropiat este cel în care cel putin o masina sincrona contribuie cu un curent de scurtcircuit net initial, care este mai mare decât dublul curentului sau nominal, sau un scurtcircuit la care motoarele sincrone si asincrone contribuie cu peste 5% din Ik” fara aportul motoarelor.

b) Regim tranzitoriu : dureaza de la sfârsitul perioadei subtranzitorii pâna la cca.2 secunde de la producerea defectului. Reactanta tranzitorie a generatorului notata xd’ este mai mare decât xd”.

c) Regim stabilizat: dureaza pâna la deconectarea defectului. Reactanta corespunzatoare regimului, notata xd se numeste reactanta sincrona (sau reactanta la saturatie). Defectul trebuie eliminat înainte de atingerea acestui stadiu.

Observatie: Baza de raportare pentru reactantele generatorului exprimate în unitati relative (sau în procente) este impedanta nominala a generatorului

RG - rezistenta înfasurarii statorice (se determina experimental-prin masurare) deoarece de regula se considera RG << XG , de regula se considera ZG~ XG

4. Valori remarcabile ale curentului de scurtcircuit

Sunt importante pentru: • verificarea stabilitatii electrodinamice si termice în regim de scurta durata • alegerea capacitatii de rupere a echipamentului de comutatie

Curentul initial de scurtcircuit Ik”= Valoarea efectiva a componentei periodice a curentului de scurtcircuit în momentul producerii acestuia.

Curentul de soc : isoc = Cea mai mare valoare instantanee a curentului de scurtcircuit.

Curent permanent de scurtcircuit Ik = Valoarea efectiva a curentului de scurtcircuit care ramâne dupa amortizarea fenomenelor tranzitorii.

Curent de rupere Ir (caracteristic întreruptoarelor) = Valoarea efectiva a unei perioade complete a componentei periodice a curentului de scurtcircuit la un scurtcircuit net, în momentul separarii contactelor primului pol al unui echipament de comutatie.

• Pentru defect departe de generator :

Ik = Ik” (amplitudinea componentei periodice a curentului de scurtcircuit este constanta pe toata durata defectului), în consecinta : Ik” = Ik = Ir

• Pentru defect aproape de generator :

Ik” > Ir > Ik (amplitudinea componentei periodice a curentului de scurtcircuit variaza în timpul defectului), în consecinta Ir trebuie calculat în functie de momentul în care se produce întreruperea curentului de defect în dispozitivul de stingere (camera de stingere).

Curentul de rupere se poate determina:

a)-conform CEI 60909 folosind un factor de decrement Ir = µ I”

Factorul µ depinde de timpul minim de deconectare, tmin si de raportul Ik”/ING ING - curentul nominal al generatorului.

Valorile factorului µ în cazul turbogeneratoarelor cuplate la medie tensiune, a generatoarelor cu poli aparenti si compensatoarelor sincrone având excitatie rotativa sau statica se pot aproxima cu urmatoarele relatii:

Reprezentarea grafica a relatiilor în figura de mai jos:

b)-utilizând curbe de decrement pentru diferite tipuri de generatoare

Curbele au fost întocmite pentru cele doua tipuri de generatoare turbo- respectiv hidrogeneratoare, prevazute cu regulatoare automate de tensiune . Utilizare:

1) se calculeaza reactanta echivalenta a retelei vazuta de la locul defectului :

2) se citeste din grafic valoarea raportului Kt = Ik/ Ib de pe curbacorespunzatoare momentului de timp pentru care se doreste evaluarea valorii efective a componentei periodice.

3)valoarea efectiva a componentei periodice a curentului de scurtcircuitdupa t-secunde de la producerea defectului se calculeaza ca fiind : Ik,t = Kt * Ib

5. Capacitatea de rupere nominala la scurtcircuit (pentru întreruptoare)

Valoarea efectiva a celui mai mare curent de scurtcircuit pe care întreruptorul trebuie sa îl poate întrerupe în conditiile de utilizare si functionare prescrise. Capacitatea de rupere se determina pe oscilograma curentului de scurtcircuit întrerupt, în momentul separarii contactelor si este caracterizata de doua valori:

• valoarea efectiva a componentei periodice (Ir) • valoarea componentei aperiodice în momentul separarii contactelor

β = Iap / √2 Ir

In legatura cu componenta aperiodica: (a)-prezenta ei determina cresterea solicitarii termice a camerei de stingere (b)-întârzie momentul trecerii prin zero a curentului îngreunând condit iile de stingere ale arcului.

A) Componenta periodica a capacitatii de rupere se alege din seria R10: 12,5-16-20-25-31,5-40-50-63-80-100 kAB) Componenta aperiodica: se evalueaza cu relatia

pentru timpul Tmin = tdp + tr

- tr durata detectarii defectului (din momentul în care protectia prin relee sesizeaza aparitia defectului pâna la recept ionarea comenzii de catre dispozitivul de actionare al întreruptorului) - tdp durata proprie de deschidere a primului pol al întreruptorului

Daca tr = 0 atunci Tmin = tdp

Verificarea capacitatii de rupere se face prin efectuarea încercarii standardizate (CEI 60056). Un întreruptor trebuie poata sa întrerupa un curent mai mic, cel mult egal cu capacitatea sa de rupere. Trebuie însa retinut faptul ca pentru un întreruptor, conditiile cele mai severe nu corespund întotdeauna curentului de scurtcircuit maxim.