UNIVERSITATEA DIN BACUFACULTATEA DE INGINERIE

Curs pentru uzul studenilor Prof.dr.ing. Aneta Hazi Prof.dr.ing. Gheorghe Hazi

Bacu - 2006

1.GENERALITI1.1.Consideraii generale asupra instalaiilor electrice ale staiilor i posturilor de transformare Sistemul energetic cuprinde ansamblul instalaiilor care servesc pentru producerea energiei ntr-o form utilizabil, conversia acesteia n energie electric i uneori combinat n energie electric i energie termic, transportul, transformarea, distribuia i utilizarea energiei electrice sau termice. Toate elementele unui sistem energetic sunt caracterizate printr-un proces coordonat de producere, transport, distribuie i consum de energie electric sau termic. Sistemul electroenergetic este un ansamblu de centrale, staii, posturi de transformare i receptoare de energie electric, conectate ntre ele prin liniile unei reele electrice. Sistemul electroenergetic reprezint partea electric a sistemului energetic i cuprinde instalaiile de producere a energiei electrice (generatoarele), instalaiile de transformare a acesteia de la o tensiune la alta (staii i posturi de transformare), instalaiile de transport i distribuie a energiei electrice (reele de nalt, medie i joas tensiune) i instalaiile de utilizare a acesteia. Energia electric produs de centralele electrice sufer mai multe transformri ale tensiunii pentru a putea fi transportat cu pierderi ct mai mici la distane ct mai mari i apoi utilizat de consumatori. Transportul energiei electrice la distane mari i foarte mari (de ordinul zecilor respectiv sutelor de kilometri) trebuie deci fcut pe linii electrice de nalt i foarte nalt tensiune (110, 220, 400, 750 kV). Transportul energiei electrice la distane relativ mici (de ordinul kilometrilor sau cel mult cteva zeci de kilometri), se face cu ajutorul liniilor de medie tensiune (6, 10, 20 kV) iar la distane foarte mici (de ordinul sutelor de metri), pe linii de joas tensiune (0,4 kV). Cu ct tensiune este mai mare cu att curentul este mai mic i ca urmare pierderile (consumul propriu tehnologic, C.P.T.) pentru transportul energiei electrice, scad foarte mult deoarece sunt proporionale cu ptratul curentului. Transformarea nivelurilor de tensiune (necesare transportului energiei electrice cu pierderi ct mai mici cu ajutorul liniilor electrice), au loc n staiile i posturile de transformare, care sunt noduri ale sistemului electroenergetic i la care sunt racordate liniile electrice. Instalaiile electrice ale staiilor i posturilor de transformare pot fi mprite n urmtoarele categorii: a) circuite primare (numite i principale) b) circuite secundare c) servicii proprii (consumatorii proprii tehnologici) i instalaii auxiliare Circuitele primare ale staiilor electrice sunt cele parcurse de energia electric care circul dinspre centralele electrice spre consumatori. n aceast categorie a circuitelor primare sunt incluse i circuite care nu sunt parcurse de fluxul principal de energie dar care sunt racordate n derivaie la diverse circuite primare pe care le deservesc, cum sunt circuitele transformatoarelor de tensiune sau ale descrctoarelor cu rezisten variabil (DRV). Circuitele primare funcioneaz obinuit la tensiuni relativ ridicate i sunt parcurse de cureni mari n regim normal de funcionare (cu excepia circuitelor legate n derivaie) i n special n regim de scurtcircuit. Alegerea (verificarea) aparatelor electrice din circuitele primare ( ca de altfel tot echipamentul electric) ale staiilor electrice, se face comparndu-se caracteristicile prii din instalaie unde urmeaz s fie montate (sau sunt montate) cu caracteristicile de catalog (ca i pentru instalaiile electrice ale centralelor electrice).

Alegerea (verificarea) aparatelor electrice, conform normativelor, se face pe baza unor criterii generale care se aplic tuturor tipurilor de aparate i pe baza unor criterii specifice fiecrui tip de aparat n parte. Criteriile generale se mpart n dou mari grupe: a) condiiile de mediu b) condiiile electrice Condiiile de mediu se refer la altitudine, condiii climatice, nivel de poluare etc., iar condiiile electrice se refer la frecven, tensiune i curent. Circuitele electrice secundare deservesc circuitele electrice primare i se caracterizeaz prin faptul c nu sunt parcurse de fluxul principal de energie care circul spre consumatori precum i prin niveluri reduse ale tensiunii (de exemplu Un=220 V, curent continuu) i foarte reduse ale curenilor (de exemplu In=5 A, n secundarul transformatoarelor de curent). Circuitele secundare se mpart n circuite de comand i circuite de control. Circuitele de comand servesc la acionarea voit (de la faa locului sau de la distan) a diverselor mecanisme aparinnd aparatelor de conectare (ntreruptoare, separatoare) i de reglaj. Circuitele de control sunt cele care deservesc instalaiile de informare (semnalizare, msur, nregistrri diverse), blocaj (pentru evitarea manevrelor greite blocaje operative, protejrii personalului de exploatare blocaje de siguran, protejrii instalaiilor tehnologice blocaje tehnologice), sincronizare, protecie prin relee i automatizare. Principalele aparate ale circuitelor secundare dintr-o staie electric sunt amplasate ntr-o camer (ce poate fi camer de comand, camer de supraveghere sau cabin de relee), pe panouri sau pe pupitre, ansamblul acestor panouri i pupitre formnd tabloul de comand. Legtura aparatelor circuitelor secundare cu aparatele din circuitele primare pe care le deservesc, se realizeaz cu ajutorul unui foarte mare numr de cabluri speciale de circuite secundare (fiecare cablu are mai multe conductoare izolate corespunztoare nivelului de tensiune redus), conductoare care datorit curenilor relativ mici, au seciune ce obinuit nu depete 2,5 mm2. Cablurile de circuite secundare sunt pozate n canale speciale de cabluri. Serviciile proprii ale staiilor electrice (consumatorii proprii tehnologici) se mpart n servicii de curent alternativ i servicii de curent continuu. Serviciile proprii de curent alternativ sunt formate din instalaiile de rcire ale transformatoarelor (autotransformatoarelor), instalaiile de reglaj ale transformatoarelor (autotransformatoarelor), instalaiile de ncrcare ale bateriei de acumulatoare, instalaie de ventilaie a ncperii bateriei de acumulatoare, dispozitivele de acionare ale ntreruptoarelor i separatoarelor, instalaia de aer comprimat, instalaia de stingere a incendiilor, instalaia de telecomunicaii, instalaia de iluminat, etc. Serviciile proprii de curent continuu sunt formate din iluminatul de siguran, unele dispozitive de acionare a aparatelor, consumatorii ce nu admit ntreruperi n funcionare, etc. Instalaiile auxiliare din staiile electrice sunt formate din instalaiile menionate anterior la servicii proprii (sunt att servicii proprii ct i instalaii auxiliare) precum i din: bateria de acumulatoare, instalaia de legare la pmnt, instalaia de protecie mpotriva loviturilor directe de trsnet, etc. 1.2. Terminologie, definiii Conform definiiilor din normative: - staie electric este un ansamblu de instalaii electrice i construcii anexe, destinat conversiei energiei electrice i/sau conectrii a dou sau mai multe surse de energie electric ori a dou sau mai multe ci de curent;

-

-

-

-

-

-

staia de transformare este o staie electric care realizeaz transformarea energiei electrice prin transformatoare de putere; staia de conexiuni este o staie electric, care primete i distribuie energie electric la aceeai tensiune i frecven, tensiunea ntre faze fiind mai mare de 1 kV; post de transformare este o staie de transformare mic, destinat alimentrii n joas tensiune (pn la 1 kV inclusiv) a consumatorilor; punct de alimentare este o staie de conexiuni de medie tensiune, destinat alimentrii unor posturi de transformare; instalaie electric de tip deschis este o instalaie electric n care persoanele sunt protejate numai mpotriva atingerilor accidentale a prilor sub tensiune, prin ngrdiri de protecie sau prin amplasarea echipamentului la nlime corespunztoare n zone inaccesibile atingerilor accidentale; instalaie electric de tip nchis este o instalaie electric n care echipamentul electric este dispus n carcase nchise (neetane fa de aerul atmosferic), astfel nct nici o parte sub tensiune din instalaie nu poate fi atins; instalaie electric capsulat este o instalaie la care echipamentul este complet nchis n carcas de protecie, etan fa de aerul atmosferic (n general metalic, legat la pmnt). Izolaia electric a echipamentului n interiorul carcasei se realizeaz prin diverse fluide, n general la presiuni superioare celei atmosferice. Instalaia electric capsulat poate fi instalat fie n exterior (n aer liber), dac este construit corespunztor, fie n interior (ntr-un spaiu nchis); instalaie electric de conexiune i distribuie (sub 1 kV) se numete acea instalaie care servete la primirea i distribuirea energiei electrice i care cuprinde ansamblul tablourilor electrice de for (principale i secundare) i a aparatelor, inclusiv cile de curent pentru alimentarea lor; aparate electrice se consider toate obiectele principale, exclusiv (auto) transformatoarele de putere cu care se echipeaz instalaiile electrice i anume: - aparate de conectare ntreruptoare, separatoare, separatoare de sarcin, sigurane, etc. (inclusiv dispozitivele lor de acionare); - transformatoare de msur; - bobine de compensare i de reactan; - descrctoare; - bobine de blocare i condensatoare de cuplare pentru instalaii de nalt frecven. materiale electrice se consider toate obiectele care servesc la asamblarea (auto) transformatoarelor de putere i a aparatelor electrice din instalaiile electrice ca: - conductoare izolate sau neizolate; - izolatoare; - cleme, armturi, etc. echipamentul electric reprezint totalitatea (auto) transformatoarelor, aparatelor i materialelor electrice cu care se echipeaz instalaiile electrice; mrimi nominale (tensiune nominal, curent nominal, putere nominal, frecven nominal) sunt caracteristici de dimensionare a echipamentului i a instalaiei. Tensiunea nominal (Un) este valoarea eficace a tensiunii ntre faze, dup care se denumete instalaia;

2. CONDIII GENERALE CE TREBUIE NDEPLINITE DE STAIILE I POSTURILE DE TRANSFORMARE2.1. Condiiile amplasrii instalaiilor electrice ale staiilor i posturilor de transformare Amplasarea spaiilor i posturilor de transformare trebuie fcut innd seama de factori tehnici, economici i sociali precum i de regulile de protecia muncii i cele de prevenire i stingere a incendiilor. Amplasarea staiilor importante, cu funcii de noduri de reea se face realiznd conexiuni ct mai bune cu sistemul iar a instalaiilor electrice de conexiuni i distribuie pentru alimentarea consumatorilor, ct mai aproape de centrul de greutate al consumului. Amplasarea staiilor trebuie fcut prin economisirea la maxim a terenurilor agricole i forestiere, evitndu-se terenurile periculoase (u posibile alunecri de teren, etc.), dac vor avea personal permanent se amplaseaz n apropierea zonelor locuite, iar amplasamentul i instalaiile electrice trebuie protejate mpotriva inundaiilor, dac este cazul realizndu-se lucrri speciale de aprare. Msurile de aprare a staiilor mpotriva inundaiilor se iau n funcie de importana lor n cadrul sistemului energetic i de importana obiectivelor ce le alimenteaz, innd seama de eventualele alimentri de rezerv din alte surse ale acestor obiective. Pentru realizarea unei investiii ct mai reduse, amplasamentul se stabilete inndu-se seama de eventuale amenajri existente sau n curs de construcie cum sunt drumuri, ci ferate, instalaii de ap, canalizare, etc. Amplasamentul va ine seama de posibilitile de extindere viitoare. Ieirile la tensiunile de 6-20 kV, la staiile urbane, n vederea sistematizrii, se realizeaz n cabluri. Amplasarea tablourilor de conexiuni i distribuie n ncperi umede, cu aciune chimic duntoare, cu temperatur ridicat sau cu pericol de incendiu, trebuie evitat. Dac un astfel de amplasament nu poate fi evitat trebuiesc luate msuri suplimentare de protecie. Amplasarea instalaiilor electrice trebuie fcut innd seama de condiiile climatice ale mediului ambiant, altitudine, pericolul de ptrundere a apei i prafului, pericolul de coroziune, pericolul de incendiu i pericolul de deterior mecanice. Aparatele de msur nu pot fi montate n compartimente cu temperaturi sub 0 0C sau peste 40 0C, cu excepia cazului cnd sunt prevzute nclziri locale ce asigur temperatura minim necesar iar productorul aparatului permite acest lucru. Dac temperatura maxim a spaiului unde este montat echipamentul este cuprins ntre +35 0C i +40 0C se iau msuri de reducerea ncrcrii cilor de curent sau de climatizare a ncperilor. Dac temperatura depete +40 0C se monteaz echipamente speciale ce rezist la aceste temperaturi. Pentru altitudini de peste 1000 m se utilizeaz aparate corespunztoare funcionrii la aceast altitudine iar distanele de izolaie se mresc cu 1,25% pentru fiecare 100 m peste 1000 m dar numai pn la 3000 m. Dac exist pericol de a ptrunde ap sau praf, n ncperea de producie electric se utilizeaz aparate, tablouri sau dulapuri nchise etan. Dac n ncpere este pericol de coroziune echipamentul se protejeaz mpotriva umiditii i agentului corosiv respectiv. Din punct de vedere al pericolului de incendiu, amplasarea staiilor electrice n raport cu alte construcii trebuie realizat la distanele minime indicate n normative. Dac ntre instalaiile electrice i construciile vecine se prevede o separare cu perei antifoc, amplasarea poate fi realizat la orice distan. Tablourile i echipamentele montate n 10

ncperi cu pericol de incendiu se realizeaz astfel nct s nu poat fi cauza unui incendiu, instalaiile electrice se monteaz pe panouri, n dulapuri etc., confecionate din materiale incombustibile i nu se admite amplasarea aparatelor cu ulei. Amplasarea instalaiilor electrice n locuri unde este pericol de deteriorri mecanice trebuie evitat iar dac nu este posibil se folosesc mijloace de protecie speciale. Amplasarea posturilor de transformare i instalaiilor electrice nglobate n cldiri, nu este permis sub sau deasupra ncperilor cu aglomerri de persoane, a obiectelor coninnd obiecte de mare valoare, a cilor de evacuare, etc. Instalaiile electrice exterioare echipate cu ntreruptoare cu aer comprimat, se amplaseaz n centre populate, numai cu condiia respectrii nivelului de zgomot indicat de prescripii. Instalaiile electrice exterioare se amplaseaz la o distan suficient de mare fa de copacii nvecinai, pentru evitarea cderii eventuale ale acestora peste instalaiile electrice. n spaii de producie deservite de macarale, poduri rulante, etc., instalaiile electrice pot fi amplasate numai n afara zonelor de lucru ale acestor mecanisme. Instalaiile electrice ce se amplaseaz n spaiile de producie, trebuie s fie de tip nchis sau capsulate. Instalaiile electrice de conexiuni i distribuie nu se amplaseaz n podurile sau subsolurile de cabluri. Aparatele i tablourile electrice se amplaseaz astfel nct s se poat face uor ntreinerea, verificarea, reparaiile, etc. i s nu fie stnjenit circulaia pe coridoare. 2.2. Condiiile ce trebuie ndeplinite la alegerea schemelor de conexiuni i a echipamentului din staiile i posturile de transformare Instalaiile electrice trebuie s aib scheme de conexiuni simple i clare, care s permit manevre rapide i sigure, realizarea instalaiilor pentru msur, protecie i altor instalaii (automatizare, etc.), precum i separarea de lucru att a ntregii instalaii ct i a unei pri (pentru executarea lucrrilor fr ntreruperea ntregii instalaii), conform exemplelor din fig.2.2 i 2.3.

11

Aparatele a cror separare de lucru se face odat cu liniile sau transformatoarele (auto) deservite (transformatoarele de tensiune i descrctoarele de pe linii, descrctoarele montate la bornele transformatoarelor (auto) i la punctele neutre ale acestora, bobinele i condensatoarele pentru instalaia de nalt frecven pentru telecomunicaii) nu se prevd cu o separare de lucru special. Transformatoarele de curent, din considerente constructive, pot fi uneori montate i dup separatorul de linie (fig.2.4) separarea fcndu-se odat cu linia. Separarea de lucru se admite numai dac se asigur responsabilitatea unic la toate punctele de separaie pe tot timpul separrii de lucru, dac punctele de separaie aparin unor organizaii de exploatare diferite (fig.2.5) sau sunt la distan (fig.2.6). Se Fig.2.3. Schem de conexiuni admite separare de lucru cu dublu sistem de bare ce numai pe o singur parte permite separarea de lucru a Fig.2.2. Schem de conexiuni cu barelor colectoare i simplu sistem de bare ce permite (spre alimentare), n echipamentului cuplei separarea de lucru a barelor colectoare cazurile cnd nu poate transversale i echipamentului circuitelor de linie apare tensiune invers din partea ce nu a fost

Fig.2.4. Schem de conexiuni cu simplu sistem de bare ce permite separarea de lucru a barelor colectoare i a ntreruptorului, cu transformatoarele de curent montate dup separatorul de linie, separarea sa fcndu-se odat cu linia

Fig.2.5. Schem de conexiuni ce permite separarea de lucru a barelor colectoare, separatorului de bare i ntreruptorului cu un nivel de tensiune de transformatorul de putere, ntreruptorul, separatorul de bare i barele colectoare, cu alt nivel de tensiune.

Fig.2.6. Schem de conexiuni ce permite separarea de lucru a echipamentului de la un capt al unei linii de echipamentul situat la cellalt capt al liniei

separat ca n cazul liniilor radiale (fig.2.7) sau circuitelor motoarelor electrice (fig.2.8) i se iau msuri de prevenire a apariiei unor tensiuni inverse. Separarea de lucru trebuie ns fcut obinuit pe toate prile. Se folosesc ca elemente de separare numai aparatele sau dispozitivele cu ntreruperea vizibil a circuitului. La instalaiile capsulate i cele interioare de tip nchis, separrile de lucru pot fi fr ntreruperea vizibil a circuitului dar cu semnalizri sigure de poziie. 12

Instalaiile de conexiuni i distribuie sub 1 kV se prevd cu separri de lucru iar dac acestea nu sunt n acelai loc se consider ndeplinit condiia de separare numai dac pe timpul separrii de lucru este un responsabil unic la toate punctele de lucru. Pentru separare se folosesc numai aparate cu ntreruperea vizibil a circuitului, ca separatoare, ntreruptoare n aer, contacte debroabile, sigurane fuzibile, etc.Fig.2.7. Schem de conexiuni ce permite separarea de lucru numai pe o singur parte (spre alimentare), cnd nu poate apare tensiune invers din partea ce nu poate fi separat, n cazul liniilor radiale Fig.2.8. Schem de conexiuni ce permite separarea de lucru numai pe o singur parte (spre alimentare) cnd nu poate apare tensiune invers n partea ce nu a fost separat, n cazul circuitelor motoarelor electrice

Dup separare, partea de instalaie scoas de sub tensiune trebuie s poat fi scurtcircuitat i pus la pmnt i pentru aceasta se folosesc instalaii fixe (separatoare cu contacte de legare la pmnt) sau mobile (scurtcircuitoare mobile). Legarea la pmnt prin instalaii fixe se face pentru celulele de linie cu tensiuni de peste 20 kV, barele colectoare i de transfer cu tensiuni de minimum 110 kV precum i pentru poriunile de circuit dintre separatoarele de bare i linie la minimum 220 kV. Pentru scurte intervale de timp (pentru manevre), chiar dac se depete puterea de scurtcircuit, se admite conectarea unor pri de instalaie obinuit separate, cu luarea msurilor evitrii accidentelor n caz de scurtcircuit. Pe circuitele ce permit deconectrile i conectrile necesare (prin protecie i automatizare) cu aparate ieftine (separatoare de sarcin, sigurane de nalt tensiune etc.) trebuie montate ntreruptoare. Alegerea echipamentului electric din staiile i posturile de transformare trebuie fcut pe baza condiiilor de mediu. Tensiunile de ncercare trebuie majorate cu 1,25% pentru fiecare 100 m cretere de altitudine ntre 1000 i 3000 m sau se aleg aparate cu tensiune nominal mai mare. La instalaii de tip interior trebuie realizat climatizarea ncperilor dac nu sunt realizate condiiile de mediu impuse conform normativelor. Trebuie respectate i anumite condiii de presiune i poluare impuse de caracteristicile echipamentului i de normative. Echipamentul electric trebuie s aib o tensiune nominal cel puin egal cu tensiunea maxim de serviciu a instalaiei unde se monteaz i trebuie s reziste att la supratensiunile atmosferice ct i la cele interne. Tensiunea nominal a echipamentului poate n unele cazuri s fie mai mic ca cea a reelei (de exemplu la transformatoarele de curent i izolatoarele de pe legtura la pmnt a unui punct neutru), dar s reziste la supratensiunile posibile de la locul de montare. n laborator sau la locul de montare trebuie fcut verificarea nivelului de izolaie al echipamentului; dac aceste verificri nu pot fi fcute, trebuie respectate anumite distane minime de izolare n aer, distane ce sunt date n normative. Trebuie, de asemenea, fcut verificarea echipamentului la scurtcircuit. Se admite utilizarea unor ntreruptoare sau separatoare de sarcin cu capacitate de rupere i de nchidere nominal mai mic ca cea de scurtcircuit, dac aceste aparate nu vor fi utilizate pentru corectri automate la scurtcircuit, cu luarea unor msuri de protecie a personalului de exploatare (de exemplu comanda la distan).

13

Protecia barelor colectoare mpotriva defectelor n transformatoarele de tensiune se face prin legarea acestora la bare prin sigurane fuzibile, pentru instalaii electrice cu tensiuni pn la 20 kV. Dac instalaia electric are circuite legate la surse a cror funcionare n paralel este interzis, trebuie prevzut cu blocaje pentru mpiedicarea conectrii n paralel sau, n cazuri extreme cnd nu exist astfel de blocaje, se monteaz tblie de interdicie. Intrrile n instalaiile de distribuie (tablourile) de joas tensiune trebuie s aib ntreruptoare manuale sau automate. Intrrile n tablourile de joas tensiune ale posturilor de transformare pot s nu aib ntreruptoare dac este alt posibilitate de ntrerupere a alimentrii pe joas tensiune a tabloului. 2.3. Condiii generale pentru realizarea instalaiilor electrice Soluiile constructive care se adopt pentru instalaiile (staiile) electrice trebuie s satisfac o serie de condiii cu caracter general privind: - sigurana n funcionare a instalaiilor; - securitatea personalului de exploatare; - economicitatea soluiei. 2.3.1. Sigurana n funcionare a instalaiilor Modul n care se dispun aparatele i legturile conductoare afecteaz direct gradul de siguran n funcionare al instalaiilor n regim normal de funcionare sau n condiiile apariiei unor perturbaii. Msurile care se iau nc din faza de proiectare a instalaiilor n vederea obinerii unei sigurane n funcionare satisfctoare se refer la: a) Asigurarea nivelului de izolare necesar ntre diferitele elemente sub tensiune sau ntre acestea i pmnt, realizabil prin dispunerea spaial a acestor elemente astfel nct intensitatea cmpului electric n orice situaie de funcionare permis s rmn inferioar valorii critice la care are loc strpungerea mediului izolant folosit. Altfel spus, trebuie asigurate distanele minime izolante. Aceste distane, verificate pe cale experimental, sunt normate i valorile lor pentru pri fixe sub tensiune sunt indicate spre exemplificare n tabelul 2.1. n cazul conductoarelor flexibile, distanele din tabel se suplimenteaz cu distanele de deplasare a conductoarelor n urma acionrii sarcinlor care solicit conductorul. b) Reducerea riscului de avarie datorit arcurilor electrice, care n general sunt mobile, deplasndu-se sub aciunea cmpurilor electromagnetice i termice intense, dezvoltate la scurtcircuite polifazate i care pot deci scoate din funciune parial sau total staia electric. n vederea limitrii efectelor n cazul apariiei unui defect prin arc, se recurge la anumite artificii constructive, cum ar fi prevederea unor perei despritori rezisteni mecanic ntre: - celule alturate; - barele colectoare i restul echipamentelor; - diferite pri din interiorul celulelor, funcie de mrimea curentului de scurtcircuit; - secii de bare colectoare. Aceste msuri constructive se iau, de obicei, la instalaii de tip interior. La instalaii n aer liber, din cauza intervalelor mari ntre prile sub tensiune i ntr-o oarecare msur datorit aciunii n general favorabile a curenilor de aer, este suficient s se fac un amplasament corespunztor al aparatajului pentru a se limita efectele unui defect prin apariia arcului electric. 14

c) Reducerea riscului de avarie din cauza solicitrilor accidentale mecanice se refer n special la urmtoarele trei aspecte: - dispunerea separatoarelor astfel nct s nu fie posibil deschiderea accidental a cuitelor principale sub aciunea greutii proprii sau a forelor electrodinamice, respectiv nchiderea cuitelor de legare la pmnt, fig.2.1; - prin dispunerea judicioas a legturilor conductoare este posibil ca avariile cauzate de ruperea acestor legturi sau a lanurilor de izolatoare s nu se extind, conform exemplificrii din fig.2.2; - este indicat ca izolatoarele de porelan s fie solicitate n special la compresiune i nu la ncovoiere, conform fig.2.3. d) Diminuarea pericolului de incendiu urmrete realizarea de dispozitive anexe care s limiteze efectele nocive ale unui incendiu pe ct posibil la zona n care s-a produs, tiut fiind c n instalaiile electrice exist materiale puternic inflamabile uleiul de transformatoare, bobine, cabluri i respectiv o bun parte din materialele izolante ale acestora. 2.3.2. Securitatea personalului de exploatare Se prevede evitarea expunerii persoanelor din staia electric la ocuri electrice, termice (la scurtcircuite ori puneri accidentale sub tensiune) sau mecanice (explozii). n acest sens se prevd astfel dispoziiile constructive nct s mpiedice ptrunderea accidental a personalului de deservire n zone care prezint riscurile citate mai sus, s protejeze termic i mecanic culoarele de acces n instalaie. Un principiu verificat este acela ca la revizii/reparaii separarea locului de lucru s poat fi fcut astfel nct s fie scos din funciune numai elementul la care se lucreaz. Se folosesc separri de protecie i n general se dispun la distane inaccesibile numite distane de protecie prile sub tensiune. 2.3.3. Economicitatea soluiei Se apreciaz prin prisma efortului de investiie i a cheltuielilor de exploatare. Aceste elemente se pot influena favorabil printr-o serie de msuri, din care se citeaz: - limitarea spaiilor ocupate i n special a volumului de lucrri de construcii; - limitarea lungimii cilor de curent i a numrului de izolatoare; - ealonarea raional a etapelor de realizare a investiiei; - simplificarea execuiei prin folosirea masiv a elementelor tipizate; - reducerea volumului cheltuielilor de exploatare.

15

3. SCHEME ELECTRICE DE CONEXIUNI ALE CIRCUITELOR PRIMARE DIN STAIILE I POSTURILE ELECTRICE3.1. Criterii de clasificare ale staiilor electrice i de analiz tehnico-economic a diferitelor structuri de scheme de conexiuni pentru circuitele lor primare Circuitele primare ale unei staii electrice conin acele elemente i echipamente care realizeaz nemijlocit transferul energiei electrice, sau concur nemijlocit la realizarea acestui transfer. n componena acestora intr transformatoarele de for i autotransformatoarele, ntreruptoarele, separatoarele, barele colectoare, bobinele de reactan, transformatoarele de msur, conductoarele de legtur etc. Circuitele primare ale unei staii electrice sunt realizate fizic sub form de celule. Celula este o parte component a unei staii, care conine echipamentele aparinnd unui singur circuit sau unui dispozitiv de legtur ntre diverse pri din staie sau unui dispozitiv de msurare sau de protecie i care constituie din punct de vedere constructiv i al spaiului pe care l ocup o unitate distinct. Numele celulei este dat de numele circuitului ale crui elemente alctuiesc celula. Orice staie electric conine cel puin o instalaie de conexiuni. Instalaia de conexiuni este un ansamblu de elemente i echipamente, legate funcional ntre ele, amplasate pe un teritoriu comun, deservite de aceeai formaie de lucru i avnd drept scop primirea i cedarea energiei electrice la aceeai valoare a tensiunii. Instalaia de conexiuni conine aparate de comutaie, sisteme de bare colectoare, aparate i echipamente pentru protecia mpotriva supratensiunilor, transformatoarelor de msur, conductoare de legtur, diferite echipamente auxiliare. Dac o staie electric realizeaz transfer de energie ntre puncte aflate la acelai nivel de tensiune, atunci acea staie conine numai instalaia de conexiuni de la acel nivel de tensiuni, cldirile i instalaiile anexe i nu conine transformatoare de for sau autotransformatoare. n acest caz staia are caracter de staie de conexiuni. Dac o staie electric realizeaz transfer de energie ntre puncte aflate la acelai nivel de tensiune, atunci acea staie conine numai instalaia de conexiuni de la acel nivel de tensiune, cldirile i instalaiile anexe i nu conine transformatoare de for sau autotransformatoare. n acest caz staia are caracter de staie de conexiuni. Dac o staie electric realizeaz transfer de energie ntre puncte aflate la nivele de tensiuni diferite, atunci acea staie, n afara instalaiilor de conexiuni de la acele nivele de tensiune, a cldirilor i instalaiilor anexe, mai conine i transformatoare de for sau autotransformatoare, care fac legtura ntre acele nivele de tensiune. n acest caz staia respectiv are caracter de staie de transformare i conexiuni. Circuitele primare ale unei staii electrice se reprezint grafic prin schema electric de conexiuni. Schema electric de conexiuni a circuitelor primare dintr-o staie electric este reprezentarea prin semne convenionale, stabilite prin standarde, a configuraiei acestor circuite. Schema de conexiuni a circuitelor primare ale unei staii electrice este compus din schemele instalaiilor de conexiuni care intr n componena staiei respective, legtura dintre aceste scheme fiind realizat de ctre transformatoarele de for sau autotransformatoarele 36

staiei. n mod obinuit pentru fiecare din nivelele de tensiune ale unei staii electrice se prevede cte o instalaie de conexiuni. Exist ns i cazuri particulare cnd pentru unul sau mai multe nivele de tensiune dintr-o staie, instalaiile de conexiuni de la acele nivele nu conin sisteme de bare colectoare, devin extrem de simple sau chiar dispar. Sunt urmtoarele categorii de scheme ale circuitelor electrice primare: - scheme monofilare; - principiale; - complete; - scheme multifilare; - scheme de montaj. Schemele monofilare reprezint elementele i legturile dintre ele pentru o singur faz (schema presupune o simetrie perfect pentru toate fazele). Ele sunt principiale atunci cnd se reprezint pe ele numai generatoarele i transformatoarele iar barele colectoare sunt date sub forma cea mai simpl (bar simpl nesecionat). Acestea se folosesc n special n etapa iniial de proiectare pentru operaiile de comparare grosier a variantelor, sau la reprezentarea de pri mari ale sistemului (fig.3.1). Schemele monofilare complete conin toate elementele instalaiei corespunztoare unei faze. Simbolurile folosite n schemele circuitelor electrice primare din centrale i staii sunt date n tabelul 3.1. Schemele electrice multifilare reprezint numrul real de conductoare a fiecrui circuit. De obicei aceste scheme se ntocmesc numai pe poriuni din instalaii i servesc pentru scoaterea n eviden a unor particulariti de detaliu, de exemplu pentru indicarea unor asimetrii n raport cu cele trei faze. Schemele electrice de montaj cuprind elementele instalaiei n perfect concordan cu amplasarea lor pe teren. Ele folosesc la montarea i la exploatarea instalaiilor. Schema electric de conexiuni a circuitelor primare ale unei staii electrice depinde n msur hotrtoare de locul de amplasare i de funcia pe care o ndeplinete staia respectiv n cadrul sistemului energetic. Dup locul de amplasare n cadrul sistemului eletroenergetic, staiile electrice pot fi staii de central i staii de reea sau de sistem. Staiile de central sunt amplasate lng centralele electrice, iar cele de reea sunt amplasate n diferite puncte ale sistemului energetic. Dup funciile pe care le ndeplinesc n cadrul sistemului electroenergetic, staiile electrice pot fi: staii de evacuare, staii de transfer, staii de distribuie i staii cu funciuni multiple. Staiile de evacuare au funcia de a realiza injecia n sistemul electroenergetic a puterii produse n centralele electrice, fr a alimenta direct vreun consumator. Staiile de evacuare sunt staii de central. Staiile de transfer au funcia de a realiza transferul de putere ntre dou sau mai multe puncte ale sistemului electroenergetic, fr a alimenta direct consumatori concentrai. Staiile de distribuie au funcia de a alimenta direct consumatorii. Cele mai simple, dar i cele mai numeroase staii de distribuie sunt posturile de transformare. Acestea sunt staii de distribuie de importan local, care conin unul sau mai multe transformatoare de for, prin intermediul crora se modific tensiunea de la valoarea medie (20kV; 10kV; 6kV) la o valoare joas (0,4kV). n general posturile de transformare sunt alimentate din staiile de distribuie de nalt/medie tensiune. Cnd este necesar instalarea ntr-o anumit zon a unui numr mare de posturi de transformare cu putere nominal mai mic dect 1000kVA, nu mai este economic alimentarea lor individual de la barele colectoare de medie tensiune ale staiilor de 37

distribuie. n aceste cazuri, din staia de distribuie pornete unul sau mai multe cabluri de medie tensiune (fideri) pn ntr-un punct situat aproximativ n centrul de greutate al consumatorilor din zona respectiv. n acest punct se amplaseaz o instalaie de conexiuni de medie tensiune, denumit punct de alimentare, din care energia este distribuit spre posturile de transformare din zon. Staiile cu funciuni multiple au mai mult dect o funciune din cele amintite mai sus. innd seama de criteriile de clasificare ale staiilor electrice prezentate mai sus, sistemul electroenergetic s-ar putea reprezenta schematic ca n fig.3.1. n cadrul staiilor de transfer, precum i n cadrul staiilor de distribuie pot s nu apar ntotdeauna instalaii de conexiuni, motiv pentru care n fig.3.1 acestea au fost reprezentate cu linie ntrerupt.

3.2. Tipuri de scheme de conexiuni folosite la staiile electrice 3.2.1. Criterii generale tehnice i economice pentru alegerea schemelor de conexiuni Schemele electrice de conexiuni ale instalaiilor primare din staiile electrice constituie elementul caracteristic cel mai important al unei astfel de instalaii. Tendina de a se realiza instalaii ct mai bine adaptate scopului pentru care au fost create i mijloacele disponibile au condus la apariia unui numr mare de tipuri i variante de scheme electrice de conexiuni, determinate de condiii din ce n ce mai complexe i variate n care este pus s funcioneze o staie electric. Acest proces de diversificare a antrenat n acelai timp dificulti crescnde n determinarea soluiei optime, a celei mai indicate scheme de conexiuni pentru o anumit staie. Astfel, la alegerea unei scheme de conexiuni a unei staii electrice este necesar s se aib n vedere, n afar de caracteristicile specifice ale instalaiei analizate, i o serie de criterii care pot s influeneze structura schemei. n acest scop se ine seama de: - Condiiile de funcionare ale sistemului energetic n punctul respectiv, care se refer la tensiunile necesare, circulaiile de cureni n diverse regimuri, puterile i curenii de scurtcircuit, necesitile de secionare pentru izolarea anumitor consumatori, condiiile legate de comportarea n timpul avariilor, posibilitile de extindere, prevederea de instalaii de reglaj, etc. - Caracteristicile consumatorilor alimentai, referitoare la sigurana n funcionare a acestor consumatori, respectiv la exigena necesar cu privire la frecvena i durata ntreruperilor. De asemenea, consumatorii pot influena alegerea schemei prin anumite caracteristici funcionale specifice, ca de exemplu necesitatea atenurii efectelor unor ocuri de putere activ sau reactiv, a unor regimuri deformante, a disimetriilor de curent, etc. - Caracteristicile echipamentului, respectiv calitatea echipamentului, pot influena structural schema de conexiuni. n mod deosebit sigurana n funcionare a ntreruptoarelor, a transformatoarelor i autotransformatoarelor utilizate influeneaz asupra tipului de schem folosit. - Condiiile de exploatare, care se refer la amplasarea pe teren (forma i dimensiunile terenului) i la claritatea schemei pe care trebuie s o ofere personalului de exploatare. - Criteriul economicitii, care este introdus prin intermediul unui indicator tip de eficien economic, cel al cheltuielilor anuale minime de calcul. n acest fel, se ine seama att de cheltuielile anuale datorate reviziilor-reparaiilor, retribuiilor, consumului propriu tehnologic, pierderilor de energie, costul energiei nelivrare 38

datorit ntreruperilor planificate sau accidentale (daune de continuitate), penalizrile pentru abaterile de la valorile nominale ale parametrilor de calitate a energiei electrice (daune de calitate), ct i de investiiile efectuate i termenul normat de recuperare a investiiei. Soluia optim reprezint deci compromisul ntre volumul investiiilor, cheltuielile anuale i daunele medii probabile. 3.2.2. Rolul aparatelor de comutare n schemele electrice de conexiuni Comutarea (nchiderea, deschiderea) diverselor ci (circuite) de energie electric i localizarea defectelor n instalaii se realizeaz cu ajutorul ntreruptoarelor. ntreruptoarele sunt aparate de comutare a circuitelor de T att n prezena curenilor de lucru ct i a curenilor de suprasarcin sau scurtcircuit. Cu ele se realizeaz toate operaiile de nchidere, deschidere n regim de mers n gol, de mers la sarcin normal sau la scurtcircuite. Declanarea rapid automat n caz de scurtcircuit, este operaia principal i cea mai important a ntreruptoarelor, prevenind avarierea i distrugerea echipamentelor electrice datorate curenilor de scurtcircuit. De asemenea, un rol important l au ntreruptoarele n eliminarea abaterilor posibile de la funcionarea normal a sistemului energetic (perturbaii n alimentarea cu energie electric, pierderea stabilitii agregatelor ce funcioneaz n paralel, etc.). Prin declanare ntreruptoarele localizeaz zonele defecte separndu-le de restul reelei. Avnd capacitatea de a ntrerupe sau restabili curentul de scurtcircuit, ntreruptoarele se folosesc mpreun cu dispozitivele de automatizare (RAR) pentru a ncerca restabilirea regimului normal de funcionare dup defectele trectoare care dispar odat cu dispariia tensiunii. ntreruptoarele sunt elementele importante cele mai solicitate, mai complexe i mai scumpe din instalaii. Ele trebuie montate n schem astfel nct s poat fi uor revizuite, reparate sau nlocuite. Separatoarele sunt aparate de comutare, care separ n mod vizibil i cu suficient izolaie conductoarele unui circuit n scopul protejrii personalului care lucreaz n instalaie. Separatorul este un aparat mecanic de conectare care, pentru motive de securitate, asigur n poziia deschis o distan de izolare predeterminat ntre bornele fiecrui pol. Separatorul se utilizeaz pentru a deschide sau nchide un circuit atunci cnd un curent de intensitate neglijabil este ntrerupt Fig.3.4. Poziie separator n circuit: a nseriat cu sau stabilit i atunci cnd nu se un alt aparat de comutare; b untat de un circuit de produce nici o schimbare de tensiune impedan zero la bornele fiecrui pol al separatorului. Deschiderea separatorului se face totdeauna n urma ntreruptorului corespunztor iar nchiderea se face naintea acestuia. n unele cazuri separatoarele se 39

folosesc pentru deconectarea unor cureni mici (cureni de mers n gol a transformatoarelor mici i a LEA scurte). Ele se mai folosesc n schemele circuitelor electrice primare pentru realizarea unei anumite configuraii de funcionare a instalaiei, care configuraie este apoi definitivat cu ajutorul ntreruptoarelor. Separatoarele se mai folosesc pentru legarea vizibil la pmnt a unei pri din instalaie fr tensiune (n acest scop se folosesc mai puin separatoarele speciale i mai mult cuite suplimentare ale separatoarelor din schem). Oricare ar fi rolul separatoarelor n schem, acestea neputnd comuta cureni, vor fi manevrate numai atunci cnd prin comutarea lor nu se produce nici o schimbare de tensiune la bornele oricrui pol al su. Practic aceast situaie poate apare n dou cazuri: - separatorul se gsete pe acelai circuit (nseriat) cu un alt aparat de comutare care este deschis, fig.3.4.a; - separatorul este untat de un circuit de impedan zero, fig.3.4.b. Exist ntre ntreruptoare i separatoare o clas intermediar de aparataj de T care are capacitatea de a comuta (ntrerupe sau restabili) curentul normal de sarcin dar nu pe cel de scurtcircuit. Acestea poart numele de separatoare de putere sau ntreruptoare de sarcin. Sunt mai simple i mai ieftine dect ntreruptoarele i se folosesc n special la MT pe circuitele de mai mic importan, de obicei combinate cu sigurane fuzibile legate n serie. La folosirea unei astfel de combinaii comutrile din regim normal se fac cu separatoarele de putere sau ntreruptoarele de sarcin respective iar separarea unui scurtcircuit se face de ctre siguranele fuzibile. O combinaie similar se face n cazul circuitelor de curent normal foarte mic (exemplu circuit transformator de tensiune) ntre separatoare i sigurane fuzibile. Siguranele fuzibile de T sunt aparate care asigur, prin deconectare, protecia instalaiilor fa de curenii de scurtcircuit i fa de suprasarcinile inadmisibile. Sigurana fuzibil este un aparat de conectare i de protecie care ntrerupe n mod automat curentul n limita puterii sale nominale de rupere prin topirea unei pri a cii de curent. Elementul fuzibil al siguranei se conecteaz n serie n circuitul instalaiei protejate i este topit direct de curentul de scurtcircuit sau curentul de suprasarcin care trece prin acesta. Tot din categoria siguranelor ar putea face parte i limitatoarele de curent folosite n unele ri pentru ntreruperea instantanee a unui circuit cnd curentul depete o anumit valoare. ntreruperea circuitului se face instantaneu prin intermediul unui cartu exploziv amorsat de nclzirea unui filament. Tot din categoria aparatelor de comutare fac parte i scurtcircuitoarele. Acestea sunt aparate din categoria separatoarelor cu nchidere rapid care pot stabili valoarea curentului de scurtcircuit n locul n care sunt montate. Ele se folosesc n scopul protejrii unor circuite sau agregate prin declanarea ntreruptoarelor montate n alt loc din amontele punctului unde ele se gsesc. Montate de exemplu la bornele unui transformator legat direct la o linie poate provoca declanarea ntreruptorului liniei, ntreruptor aflat n alt staie, la defectele incipiente din transformator. Separatoarele de izolare sunt separatoare cu deschidere automat la lipsa de tensiune i deci a curentului. Folosite mpreun cu scurtcircuitoarele, pot separa poriunea defect de reea imediat dup declanarea ntreruptorului datorit aciunii scurtcircuitorului pentru ca restul reelei s poat fi pus sub tensiune prin aciunea RAR.

40

3.2.3. Principalele scheme electrice de conexiuni folosite 3.2.3.1. Scheme cu bare colectoare simple Schemele cu bare colectoare au ca element central barele colectoare, bare la care se leag prin intermediul aparatajului de comutare toate circuitele (linii, transformatoare, generatoare, etc.) ce aduc sau extrag energia electric n i din nodul respectiv. Barele colectoare realizeaz practic legtura dintre toate circuitele ce se racordeaz la staia respectiv. Este dispus transversal pe direcia circuitelor aferente i permite exploatarea comod a staiei. Cea mai simpl i mai ieftin schem este cea cu bar simpl nesecionat, fig.3.5. Spaiul n care se monteaz aparatele ce aparin unui circuit se numete celul. n fig.3.5 se d componena celulelor de generator (G), transformator cu dou nfurri (T2), transformator cu trei nfurri (T3), linie (L), msur (CM) i descrctoare (D). Separatoarele de bare au rolul de a separa n vederea interveniilor directe, echipamentul din celul, de barele colectoare care pot rmne astfel sub tensiune. Lipsa separatoarelor de bare ar impune de fiecare dat cnd e necesar accesul ntr-o celul s fie scoas de sub tensiune ntreaga instalaie. Separatorul de linie (SL) separ vizibil linia de ntreruptor n scopul accesului personalului la acesta din urm. El trebuie demontat atunci cnd exist surs de tensiune (generator, sistem) n Fig.3.5. Schema unei staii cu bare cellalt capt al liniei. Separatorul de linie poate colectoare simple avea cuite de punere la pmnt de o parte sau de alta a sa n scopul legrii la pmnt a elementului respectiv n cazul interveniei la acesta. n special la liniile n cablu cuitele de punere la pmnt sunt folosite i pentru descrcarea sarcinii electrostatice (capacitive) remanente dup deconectarea acestuia de la sursa de tensiune. Similar separatorului de linie, exist n celula transformatorului cu trei nfurri (T3), separatorul de borne (SB). Acesta folosete la separarea ntreruptorului din celul fr a scoate din funciune celelalte dou nfurri ale transformatorului. Cuitele de legare la pmnt (CLP) ale separatorului de bare din celula de msur sau descrctoare (D) folosesc la descrcarea sarcinii electrostatice, respectiv punerea la pmnt a barelor colectoare nainte de eventualele intervenii la acestea. Transformatorul de curent (TC) servete la racordarea aparatelor de msur, protecie, etc. La curentul circuitului respectiv. El este necesar pentru a transforma valoarea curentului primar (care strbate circuitul) valoare, n cele mai multe cazuri, mare sau foarte mare, n scopul de a face posibil racordarea aparatelor de msur de cureni mici i deci mai puin voluminoase i mai ieftine. Montarea transformatoarelor de curent permite, de asemenea, ca aparatele de msur, protecie, etc. Care msoar sau supravegheaz valoarea curentului s fie amplasate oriunde i nu numai n apropierea circuitului respectiv. Curentul care strbate circuitele racordate la secundarul transformatorului de curent fiind mai mic, rezult c i conductoarele acestor circuite vor fi de seciune mai mic. 41

Circuitele alimentate de secundarul transformatorului de curent au un curent nominal a crui valoare este normalizat, n general, la 5 A iar la tensiuni mari - 1 A. De remarcat c se monteaz transformatoarele de curent i pe circuitele de T al cror curent este egal sau mai mic dect cel al aparatului de msur. Aceasta cu scopul de a izola circuitele secundare de T. n principiu, totdeauna este necesar, acolo unde este montat un ntreruptor i un transformator de curent. Staia cu bar simpl nesecionat are avantajul c este simpl, ieftin, folosete spaiu redus i este uor de exploatat. Ea ofer ns, o siguran n funcionare redus, fiind scoas din funciune n ntregime pe toat durata reparaiei oricrui defect pe barele colectoare sau a separatoarelor de bare. 3.2.3.2. Secionarea barelor colectoare Pentru a nu fi scoas din funciune ntreaga staie pe toat durata reviziei, reparaiei, se practic secionarea longitudinal a barei colectoare cu unul, cu dou separatoare sau cu o cupl longitudinal funcie de gradul de elasticitate dorit, fig.3.6. Prin secionare longitudinal a barelor se mai realizeaz urmtoarele deziderate: - limitarea curenilor de scurtcircuit; - limitarea influenei consumatorilor cu ocuri asupra celorlalte categorii de consumatori; - alimentarea mai sigur a unor consumatori importani prin legarea acestora la ambele secii de bare. Revizia seciilor de bare se face pe rnd prin deconectarea prealabil a circuitelor aferente seciei respective i a separatorului SCL; doar revizia separatorului SCL implic scoaterea din funciune a ntregii bare colectoare. Aceasta se poate remedia prin nserierea a dou separatoare de cupl longitudinal ca n fig.3.4.b, cnd revizia unei secii de bare se extinde i la separatorul de cupl alturat, cellalt separator de cupl fiind Fig.3.6. Secionarea longitudinal a barei colectoare: a printr-un separator; b deschis. prin dou separatoare; c prin cupl longitudinal Secionarea longitudinal cu separatoare realizeaz totui un grad de elasticitate modest, caracterizat prin aceea c orice defect pe una din seciile de bare conduce la declanarea ntregii staii, funcionarea seciei neavariate fiind reluat dup izolarea seciei defecte prin deschiderea cuplei. 42

Prezena ntreruptorului de cupl longitudinal ofer elasticitate sporit. n regimul de funcionare de cupl nchis, varianta (1) n fig.3.4.c, apare evident avantajul c n cazul unui defect pe una din secii cealalt secie de bare i continu nentrerupt funcionarea prin declanarea ntreruptorului cuplei. n regimul de funcionare cu cupla normal deschis, pentru limitarea curenilor de scurtcircuit, varianta (2), staia este n general alimentat de la dou surse diferite, fie acestea transformatoarele T1 i T2, acionarea ntreruptorului cuplei este supravegheat de automatizarea AAR (anclanarea automat a rezervei); astfel, cu ocazia defectrii unui transformator, ntreruptorul su deconecteaz i dup o scurt pauz de timp, n care secia de bare aferent rmne nealimentat, anclaneaz ntreruptorul Fig.3.7. Alimentarea unor consumatori importani: a prin dou cuplei longitudinale i secia cabluri diferite; b printr-un cablu ntrerupt este realimentat de la transformatorul rmas, care preia toat sarcina staiei. Anterior, cupla era n rezerv cald avnd separatoarele nchise. Uneori, din motive de limitare a plafonului curenilor de scurtcircuit pe bar, cupla include i o bobin de reactan (varianta 3, fig.3.6.c). n cazuri rare, cnd se dorete o elasticitate i o siguran sporit a circuitului de cupl, se nseriaz dou ntreruptoare (varianta 4, fig.3.6.c). Legarea consumatorilor importani la cele dou secii de bare se poate face fie prin dou cabluri diferite, fig.3.7.a, fie printr-un singur cablu (fig.3.7.b), cablu ce poate fi comutat prin separatoare la oricare din secii cu dou separatoare. Aceast schem electric de conexiuni, cu bara secionat longitudinal, a cptat o larg rspndire mai ales la 6-20 kV. Bara, executat de obicei din bar sau eav de aluminiu, contribuie i mai mult la reducerea cheltuielilor de ntreinere ale staiei electrice. 3.2.3.3. Scheme cu o bar colectoare i o bar de ocolire (transfer) n instalaii cu multe plecri i deci multe ntreruptoare, pentru revizia i repararea fiecrui ntreruptor fiind necesar scoaterea din funciune a circuitului respectiv, se impune gsirea unei soluii de rezervare a ntreruptoarelor. Folosirea cuplei transversale de la sistemele duble drept rezerv de ntreruptor este anevoioas deoarece este necesar ca locul ntreruptorului nlocuit s fie untat blocndu-se totodat i sistemul de bare de rezerv, lucru nerecomandat din cauza multiplelor funcii ale acestuia. nlocuirea oricrui ntreruptor prin unul de rezerv se poate face n schemele de bare de transfer unde rolul de ntreruptor de rezerv este jucat de ntreruptorul cuplei de transfer. 43

n fig.3.8 se prezint schema de conexiuni a unei astfel de staii. Se ofer posibilitatea scoaterii n revizie-reparaie a oricrui ntreruptor din instalaie fr sacrificarea continuitii n alimentare, prin nserierea cuplei de transfer. Astfel, pentru linia L3, de exemplu, se creeaz o a doua cale de alimentare ocolit, desenat punctat n fig.3.6, prin nchiderea cuplei i separatorului de ocolire Fig.3.8. Schema principal a unei staii cu un sistem de bare colectoare i bar de (transfer) aferent ocolire (transfer) liniei, SOCL3. ntreruptorul IL3 urmeaz s fie scos n revizie-reparaie, locul lui fiind luat de ICO. Testarea pasager cu ICO a barei de transfer, impus de ordinea manevrelor, n cazul n care L3 este deja n funciune pare o manevr complicat, inutil. Ea este ns necesar pentru ncercarea cu tensiune a barei de transfer. Ocolirea tuturor circuitelor nu este necesar. n fig.3.8 s-a artat c transformatoarele cu trei nfurri nu au fost racordate la bara de transfer, ele putnd s asigure alimentarea consumatorilor i deci putnd fi retrase din exploatare. 3.2.3.4. Scheme cu dublu sistem de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit Este schema care a cptat o larg rspndire n instalaiile de comutaie electroenergetic de unde se alimenteaz consumatori mai importani. n comparaie cu schema cu sistem simplu de bare, schema cu dublu sistem de bare colectoare ofer un grad de eklasticitate sporit prin posibilitatea racordrii circuitelor aferente la oricare din cele dou noduri electrice (bare colectoare). Fiecare circuit se racordeaz la sistemul dublu de bare colectoare prin intermediul ntreruptorului i a dou separatoare de bare, fig.3.9. Exist dou variante ale Fig.3.9. Schema unei staii cu dublu sistem de bare i plecri ntrschemei cu bare duble, funcie de o singur direcie amplasarea pe teren. n prima variant, fig.3.9, staia realizat ocup mai mult teren, iar prin extindere staia i mrete repede dimensiunea paralel cu BC. 44

n varianta din fig.3.10, terenul este mai bine ocupat, cu condiia s existe plecri n ambele direcii. Staia este compact. Staia ofer dou posibiliti de funcionare n regim normal: 1) Toate circuitele se racordeaz la un singur sistem de bare (sistemul de bare de lucru) al doilea sistem fiind liber, n rezerv cald, meninut sub tensiune prin intermediul circuitului de cupl transversal CT. Fig.3.10. Schema unei staii cu dublu sistem de bare i plecri n 2) Instalaia funcioneaz, ambele direcii de regul, cu consumatorii i sursele repartizate pe cele dou sisteme de bare colectoare cu cupla transversal nchis sau deschis. Rolurile cuplei transversale pot fi prezentate sub o form condensat astfel: - permite trecerea circuitelor de pe un sistem de bare colectoare pe altul fr ntreruperea circuitului respectiv; - servete pentru controlul integritii sistemelor de bare colectoare dup revizia acestora; - se poate substitui oricrui ntreruptor din instalaie care este defect sau urmeaz a fi scos n revizie. a) Trecerea unui circuit de pe o bar pe alta se face conform exemplificrii de mai jos pentru cazul liniei L1 racordate la bara colectoare BC1 din fig.3.9. Manevra de schimbare a barei colectoare cu meninerea funcionrii continue implic trei etape i anume: 1) nchiderea cuplei i deci punerea n paralel a celor dou sisteme de bare cu controlul prealabil al sincronismului; 2) comutarea separatoarelor de bar; 3) revenirea la funcionarea cu cupl deschis. Pentru a evita manevrarea separatoarelor sub curent numai pe timpul scurt al etapei a doua, se deconecteaz protecia cuplei transversale. Experiena exploatrii staiilor cu scheme de conexiuni mai dezvoltate a relevat oportunitatea introducerii unor blocaje pentru a evita manevrarea greit a separatoarelor. b) Controlul integritii barelor colectoare se face de regul la terminarea reviziei. Orice scurtcircuit pe aceast bar duce la deconectarea instantanee a ntreruptorului cuplei (acionat de protecia sa prin relee au fost expres reglate s funcioneze fr reinere de timp), indicnd c revizia trebuie reluat i remediate eventualele defeciuni. n cazul n care cupla nu declaneaz nseamn c este asigurat integritatea barei colectoare i se poate conta pe ea pentru manevre. c) nlocuirea unui ntreruptor defect sau care urmeaz a fi scos n revizie poate fi fcut cu ajutorul circuitului de cupl transversal prin dou ntreruperi n funcionare, relativ de scurt durat, n care caz celula n cauz se racordeaz singur la un sistem de bare.

45

Fie schema simpl din fig.3.11. Se presupune c s-a defectat ntreruptorul I1 al liniei L1, prin el trece sarcina liniei dar el nu mai poate realiza operaia de ntrerupere a circuitului. Pentru repararea i nlocuirea sa cu ntreruptorul cuplei pe perioada reparaiei, se procedeaz astfel: se degajeaz complet un sistem de bare S2, cu excepia circuitului n cauz. Cupla transversal rmnnd nchis rezult c s-a nseriat cu circuitul cu ntreruptor defect, manevra fiind fcut cu meninerea continuitii n alimentare. Toate funciunile ntreruptorului defect au fost preluate de ntreruptorul de cupl. Se poate deschide circuitul sau se poate funciona aa pn ce dispecerul aprob scoaterea n reparaie a ntreruptorului defect. Pentru scoaterea n reparaie, se deschide cupla i se separ ntreruptorul defect prin desfacerea legturilor c i refacerea Fig.3.11. Substituirea ntreruptorului unui circuit cu legturilor a i b. Se reia ntreruptorul cuplei transversale funcionarea normal a staiei. 3.2.3.5. Scheme cu bare colectoare duble i bar de ocolire (transfer) Introducerea barei de ocolire (transfer) nu se justific dect pentru staii importante care vehiculeaz mari cantiti de energie pe mai multe linii. Presupunnd c se dorete scoaterea n revizie a ntreruptorului I1 al circuitului de linie racordat de exemplu la sistemul de bare S1, se creeaz o a oua cale de alimentare n paralel a circuitului respectiv prin cupla de ocolire, fig.3.12. ntreruptorul cuplei este echipat cu aceeai protecie ca i ntreruptorul liniei pe care Fig.3.12. Schema unei staii cu dublu sistem de l-a ocolit. bare i bar de ocolire cu ambele tipuri de Schema de comutaie, aa cum este cuple prezentat n fig.3.12, cu ambele tipuri de cuple, se refer n general la staii ntinse, cu multe circuite. Pentru staii cu mai puine circuite, exist scheme mai simple i mai ieftine care pot ndeplini, pe rnd, cu un singur ntreruptor, rolurile ambelor cuple, transversal i de ocolire. Fig.3.13. Cuple: a cupl combinat; b cupl combinat a) Cupla combinat simplificat poate realiza att configuraia 46

de cupl transversal (S2, S3, S4 i I nchise, S1 deschis), ct i de cupl de ocolire (S4 deschis). Dezavantajul const n imposibilitatea folosirii simultane a celor dou cuple, fig.3.13.a. b) Cupla combinat simplificat economisete un separator fa de cupla combinat (fig.3.13.b), cumulnd ns dezavantajul de a nu ocoli dect circuitele racordate la unul din sistemele de bare (SBC1 n cazul figurii). Ocolirea i a circuitelor racordate la SBC2 implic trecerea lor prealabil pe SBC1 folosind la cupl mai nti configuraie transversal i apoi cea de ocolire. c) Schema cu separatoare de ocolire reine doar cupla transversal, ocolirea avnd loc cu ajutorul acesteia i al unui separator de ocolire. Este suprimat bara de ocolire propriu-zis, locul acesteia lundu-l chiar o bar colectoare (SBC2 n Fig.3.14. Schema cu separatoare de ocolire cazul fig.3.14). O asemenea schem este deosebit de economic. Schema prezint ns dezavantajul c poate folosi cupla doar pentru o singur operaie; pe timpul nlocuirii unui ntreruptor cupla se blocheaz mpreun cu sistemul 2 de bare, care devine bar de ocolire. Celelalte (n-1) circuite sunt trecute n prealabil pe sistemul de bare SBC1, unde un singur defect scoate din funciune toat staia. 3.2.3.6. Secionarea longitudinal a barelor colectoare duble Se recurge la secionarea longitudinal a ambelor sau numai a unuia dintre cele dou sisteme de bare din aceleai motive ca n cazul schemelor cu un sistem de bare colectoare. De obicei se secioneaz numai un sistem (denumit bar de lucru) n dou sau trei secii longitudinale, cellalt sistem (denumit bar de rezerv) rmnnd nesecionat. Cu ocazia avarierii unei secii longitudinale, funcionarea este preluat de bara de rezerv prin intermediul circuitelor de cupl, fig.3.15.a, b. Uneori se secioneaz ambele bare colectoare prin cte dou separatoare nseriate sau prin celule cu ntreruptor, fig.3.15.c. n anumite situaii, n scopul realizrii unor economii de investiii prin reducerea numrului de celule de cupl, se folosesc cuple combinate longo-transversale, fig.3.16. Realizarea fizic implic ns soluii constructive mai complicate, necesitnd spaiu relativ mare sau ncruciri de conductoare care sporesc posibilitatea de apariie a avariilor, cu urmri grave n special pentru cazul celulelor de cupl. ntruct cuplele combinate ndeplinesc mai multe funciuni, n timpul exploatrii pot apare situaii n care cupla rmne blocat ntr-o anumit poziie i deci devine indisponibil pentru cea de a doua poziie.

47

Fig.3.15. Secionarea longitudinal a barelor colectoare: a schema cu bare duble cu dou secii longitudinale; b schema cu bare duble cu trei secii longitudinale; c schema cu bare duble cu ambele bare secionate

Fig.3.16. Cuple longo-transversale

48

3.2.3.7. Scheme cu bare duble i dou ntreruptoare pe circuit Realizeaz o siguran mai mare n funcionare. Cu cele dou ntreruptoare fiecare circuit i continu funcionarea nentrerupt cu ocazia reviziei unui ntreruptor. Dac totui apare un defect chiar ntr-unul din ntreruptoare, dup izolarea acestuia prin separatoarele aferente, circuitul respectiv i reia funcionarea prin cellalt ntreruptor, fig.3.17. Schema face economie de un circuit de cupl, n fond oricare din celulele racordate prin dou ntreruptoare putnd realiza performanele cuplei. n funcionarea normal, ambele sisteme de bare sunt sub tensiune i toate ntreruptoarele sunt conectate. Se observ c, n caz de scurtcircuit pe una din bare, funcionarea ne este ntrerupt declaneaz toate ntreruptoarele racordate la bara respectiv, toate circuitele rmnnd n continuare n funciune. n cazul unui defect pe un circuit declaneaz ambele ntreruptoare aferente. Fig.3.17. Schema cu bare duble i Toate manevrele de comutare se execut numai dou ntreruptoare pe circuit cu ntreruptoare, separatoarele servind numai pentru scoateri n revizie, fapt care contribuie la creterea siguranei n funcionare. Deoarece schema dubleaz practic echipamentul i prin natura sa mai complicat este supus erorilor de manevr, prezint i un important efect contrar celui scontat (de cretere a siguranei). Din aceste motive, schema nu s-a extins prea mult la noi n ar. n sfrit, cele dou ntreruptoare aferente unui singur circuit pot cumula i funcia de secionare a barelor, ca n fig.3.18. Se observ, de asemenea, c nu la toate circuitele revin dou ntreruptoare, n felul acesta se reduce selectiv investiia fr a diminua sigurana n funcionare a circuitelor considerate importante (de exemplu de transformator). S-au ncercat variante intermediare ntre schemele cu 1 i cu 2 ntreruptoare pe circuit, cu scopul de a Fig.3.18. Schema cu bare duble secionate i dou ntreruptoare pe circuit reduce investiia. 3.2.3.8. Scheme cu bare duble i un numr fracionar de ntreruptoare pe circuit Schema cu 3/2 ntreruptoare pe circuit, cunoscut i sub denumirea de schem cu 1 ntreruptoare pe circuit, cumuleaz practic principalele avantaje ale schemei cu dou ntreruptoare pe circuit. Totui, spre deosebire de schema precedent, dac se face revizia ntreruptorului 1 de exemplu (transformatorul T1 alimentat de la BC1 prin ntreruptoarele 2 i

49

Fig.3.19. Schema cu bare duble i 3/2 ntreruptoare pe circuit.

Fig.3.20. Schema cu bare duble i 4/3 ntreruptoare pe circuit

3), la un scurtcircuit pe circuitul de pe aceeai ramur al liniei L1 declaneaz ambele ntreruptoare 2 i 3, iar transformatorul T1 este ntrerupt (pentru scurt timp ns), fig.3.19. De asemenea, cu ocazia unui defect pe un circuit, deconecteaz dou ntreruptoare pentru a-l izola (uzura sporit). Cu alte cuvinte, schema cu 1 ntreruptoare pe circuit reproduce la scara unei investiii mai reduse principalele avantaje i dezavantaje ale schemei cu 2 ntreruptoare pe circuit. Schema cu 4/3 ntreruptoare pe circuit din fig.3.20 realizeaz o investiie mai apropiat de cazul schemei cu un ntreruptor pe circuit pe de o parte, dar pe de alt parte prezint un risc i mai mare al erorilor de manevr. De asemenea, necesit o dispoziie constructiv mai dificil de realizat. Aceasta explic de ce schema cu 4/3 ntreruptoare s-a folosit mai rar dect schema cu 3/2 ntreruptoare pe circuit. Schema transformator-bar este tot o schem cu bare colectoare duble, situat ntre schema cu un ntreruptor i dou ntreruptoare pe circuit din punctul de vedere al investiiilor, la care ns fiecare transformator are acces doar la o singur bar colectoare prin separatorul de bare aferent, fig.3.21. n funcionare normal, ambele ntreruptoare sunt nchise, ambele bare fiind sub tensiune. n timp ce numrul liniilor este variabil, se poate observa c numrul transformatoarelor racordate direct la bar prin separator este fix i egal cu doi. Fig.3.21. Schema de comunicaie tip Schema este interesant pentru cazul a dou transformator-bar circuite de transformator i un numr redus de linii electrice de nalt tensiune.

50

3.2.3.9. Scheme cu sistem triplu de bare colectoare Sunt scheme mai complexe la care fiecare celul se racordeaz prin trei separatoare de bare (fig.3.22). Evident un al treilea sistem de bare reprezint un nod electric suplimentar, cu toate avantajele ce decurg de aici, n special cu ocazia reviziei cnd staia funcioneaz ca i cum ar fi echipat cu sistem dublu de bare. n acelai timp ns, al treilea sistem de bare poate fi sediul unor defecte suplimentare, necesit un spaiu fizic mai mare Fig.3.22. Schema de comutaie cu sistem triplu de pentru realizarea cmpului de bare i evident bare manevrele sunt mai complicate din cauza numrului de separatoare de bare, sensibil majorat. innd seama de dezavantajele enumerate, schema nu s-a bucurat de o rspndire prea mare.

3.2.3.10. Scheme n punte (fr bare colectoare) Se folosesc acolo unde exist o configuraie cunoscut a staiei. Pentru care nu se prevd, n general, extinderi viitoare. Schema a cptat o larg extindere n cazul staiilor electrice de T i FT n cazul particular a dou blocuri transformator-linie (4 circuite), fig.3.23. Schemele n punte, denumite i scheme n H, realizeaz o investiie sensibil mai redus fa de schema obinuit cu un ntreruptor pe circuit; n acest sens, schema mai este cunoscut i sub numele de schema cu ntreruptoare pe circuit. Ele deriv din schemele bloc, fa de care au prevzut n plus legtura transversal (puntea). La producerea unui defect pe una din linii, deconecteaz ntreruptorul ramurii respective (fig.3.23.a) sau acesta i cel al punii (fig.3.23.b). Din acest motiv, este indicat folosirea schemelor cu punte spre transformator n cazul staiilor cu linii lungi cu probabilitate sporit de defectare, sau al liniilor electrice mai scurte de medie tensiune realizate cu o siguran mecanic mai mic, sau al Fig.3.23. Schema de conexiuni n punte (tip H): a cu puntea centralelor hidroelectrice spre transformator (H interior); b cu puntea spre linie (H ndeprtate. Deconectarea unei linii superior) angajeaz funcionarea n suprasarcin a celeilalte, cu ambele transformatoare n funciune. 51

Schemele cu punte spre linie sunt indicate pentru staiile de transformare unde exist manevre dese pe partea transformatoarelor, sau acolo unde probabilitatea defectelor pe linie este redus. Schemele H superior, cum se mai numesc cele cu punte spre linii, se mai recomand n cazul n care se face un tranzit de energie important ntre cele dou linii. Se dorete ca acest tranzit de energie s aib loc printr-un singur ntreruptor (b) nu prin trei (a). 3.2.3.11. Scheme poligonale Cunoscute i sub numele de scheme n inel, realizeaz fr bare colectoare propriu-zise o bun parte din avantajele schemelor cu dou ntreruptoare pe circuit, dei sunt realizate fizic doar cu un ntreruptor pe circuit. Sunt denumite i scheme n ptrat, hexagon, decagon, etc. Dup cum numrul ntreruptoarelor este 4, 6, 10, etc. De fapt, barele colectoare sunt dispuse n inel i secionate cu ajutorul ntreruptoarelor dup numrul de circuite; la plecrile din inel nu se pun ntreruptoare, ci doar separatoare. Fiecare ntreruptor deservete dou circuite, de exemplu ntreruptorul 1 deservete circuitele T1 i L1 (fig.3.24). Ca i la schemele cu bare duble i dou Fig.3.24. Schema de conexiuni a unei ntreruptoare pe circuit, i schemele n inel permit staii hexagonale revizia ntreruptoarelor fr ntreruperea alimentrii; protecia prin relee a unui circuit deconecteaz ambele ntreruptoare adiacente cu ocazia apariiei unui defect. n plus, aici ruperea inelului duce la modificarea sensibil a circulaiei de cureni, suprancrcnd unele laturi. Fie un scurtcircuit pe linia L1, izolat prin declanarea ntreruptoarelor 1 i 2. Se deschide imediat separatorul de linie, dup care prin nchiderea ntreruptoarelor se reface inelul. Dac ntre timp ntreruptorul 6 al transformatorului T1 era n revizie, cu ocazia unu scurtcircuit pe linia L1, transformatorul T1 sufer o scurt ntrerupere n alimentare. Presupunem mai departe c n locul liniei L1 ar fi fost racordat transformatorul T2 i c acest transformator ar fi fost sediul Fig.3.25. Schema bipoligonal: a cu o singur punte (P1); unui defect n timpul reviziei b cu dou puni (P1 i P2) ntreruptorului 6. Rezultatul ar fi fost c staia rmnea fr alimentare, 52

presupunnd transformatoarele T1 i T2 ca surse de injecie de energie. Se desprinde deci regula de a dispune circuitele de alimentare pe diagonal. n funcionare normal inelul este nchis. Schemele bipoligonale rezult prin dezvoltarea schemelor poligonale. Dou poligoane sunt legate ntre ele printr-o singur punte, de obicei cnd numrul laturilor este mai mic, fig.3.25.a; pentru un numr mai mare de laturi sunt create dou puni, fig.3.25.b. Se observ c schemele bipoligonale rezolv una din principalele dificulti ale schemelor poligonale clasice, i anume dificultile de extindere. Scheme cu poligoane jumelate rezult din aplicarea a dou sau mai multe poligoane formnd o bucl multipl, mai uor extensibil. Se d de exemplu n fig.3.26 schema unei staii cu poligoane jumelate. Datorit avantajelor remarcabile, schemele poligonale au cptat o extindere apreciabil la tensiuni nalte i foarte nalte, unde costul ntreruptoarelor este ridicat i se cere o siguran i elasticitate n funcionare deosebit. Fig.3.26. Schema cu poligoane jumelate 3.2.3.12. Scheme pentru staii de racord adnc O soluie economic pentru alimentarea consumatorilor importani industriali sau urbani este staia de racord adnc (SRA). Se alimenteaz din barele staiilor de 110-220 kV de conexiuni sau transformare ale sistemului energetic i sunt dimensionate n ideea rezervrii 100% att a racordurilor ct i a unitilor trafo. Transformatoarele de for amplasate aproximativ n centrul de greutate electric al consumatorului (de unde i denumirea de racord adnc) se leag tip bloc cu racordul din sistem, fr bare colectoare pe partea de T i fr alte legturi ntre cile de alimentare, fig.3.27. n cazul ieirii din funciune a unuia dintre racorduri, secia de bare respectiv de medie tensiune cu consumatorii si se cupleaz automat prin AAR pe secia cu racordul n funciune, dimensionat s preia i aceast sarcin suplimentar. SRA de obicei se realizeaz fr personal de exploatare permanent. Comenzile de regim (conectare, deconectare, supravegherea funcionrii SRA) se efectueaz de la staia principal din sistemul energetic, printr-un fir pilot sau prin canale Fig.3.27. Schema unei staii de racord adnc (SRA) de nalt frecven. Tot prin firul pilot se 53

transmit semnale preventive referitoare la funcionarea transformatoarelor cobortoare (semnale gaze, supratemperaturi), ale proteciei ntreruptoarelor, etc. n caz de avarie n transformator sau n partea de T a SRA, se transmit impulsuri de declanare ctre staia principal din sistem tot prin fir pilot. Se poate renuna la firul pilot, mai ales cnd SRA este la mare distan, 100-200 km, prin agravarea voit a defectului din SRA, de ctre un separator de scurtcircuitare SSC, montat n locul celui de linie, din schema bloc linie-transformator cobortor.

54

Conductoare i izolatoare

4. CONDUCTOARE I IZOLATOAREn staiile i posturile de transformare se folosesc obinuit conductoare (bare) neizolate rigide sau conductoare neizolate flexibile. 4.1. Conductoare (bare) neizolate rigide Conductoarele (barele) neizolate rigide sunt realizate , de obicei, din aluminiu sau aliaje de aluminiu i au seciune dreptunghiular, rotund, tubular sau alte profiluri, fig.4.1. Aluminiul are caracteristici electrice i mecanice inferioare cuprului ns este mai ieftin i are o cldur specific mare, sub aciunea arcului electric se degaj cantiti mici de fum (oxid de aluminiu) care nu este bun conductor de electricitate. Cuprul are rezistivitate electric mic i rezisten mecanic mare, dar este scump i se folosete numai n mod excepional. Se pot folosi totui conductoare (bare) de cupru la instalaiile cu cureni de scurtcircuit foarte mari, pentru care barele de aluminiu n fabricaie nu permit obinerea rezistenelor mecanice necesare, n cazul cnd din motive constructive trebuie ci de curent cu seciuni mai mici dect ale celor din aluminiu pentru acelai curent nominal, dac trebuie mbinri prin contact pentru cureni mai mari dect pot suporta barele de aluminiu, cnd cile de curent sunt supuse unor vibraii mecanice importante la care nu ar Fig.4.1. Seciunile barelor colectoare rigide. rezista barele de aluminiu, sau cnd atmosfera este poluat i are aciune coroziv asupra barelor de aluminiu (n apropierea industriilor chimice, pe malul mrii etc.). Conductoarele (barele) rigide au obinuit o temperatur maxim de regim de 70 0C. Conductoarele (barele) pot suporta cureni cu att mai mici cu ct este mai mare temperatura mediului ambiant. La instalaii electrice exterioare trebuie cunoscut temperatura maxim a mediei de 24 ore i temperatura maxim absolut a aerului care apare cel puin odat la 10-15 ani i se ia din datele climatice statistice ale regiunii n care se amplaseaz instalaia: dac aceste date climatice nu sunt cunoscute, pentru Romnia se pot lua ca valoare 1

Conductoare i izolatoare maxim de scurt durat temperatura de 40 0C, iar pentru valoarea maxim a mediei pe 24 ore temperatura de 35 0C. Pentru instalaiile electrice interioare se adopt aceleai temperaturi (40 0 C respectiv 35 0C). Curentul maxim de durat (Imd) al conductorului (barei) trebuie s fie mic sau cel mult egal fa de curentul de durat admisibil (Ida) al conductorului (barei) la temperatura maxim a aerului nconjurtor. (4.1) Imd Ida Curenii de durat admisibili, (Ida) ai conductoarelor (barelor) sunt indicai n tabele i depind de dimensiunile barelor, seciune, numrul de bare pe faz, poziie (verticale sau orizontale) dac sunt vopsite sau nu, dac au traseul orizontal, dac sunt strbtute de curent continuu sau alternativ, de material (cupru sau aluminiu), de temperatura maxim a aerului ambiant (35 0C) i temperatura maxim admis a barei (65 0C), de distana ntre bare de pe aceeai faz, de distana liber ntre pachetele de bare, de forma seciunii barelor, altitudine (pn la 1000m) etc. Pentru ca barele (conductoarele) s nu se nclzeasc reciproc trebuie ca a / l > 2 , unde a este distana ntre axele pachetelor de bare, iar l limea unui pachet de bare. Distana ntre barele componente a unui pachet de bare (2-3) se ia egal cu grosimea unei bare. n cazul instalaiilor capsulate curenii admisibili sunt mai mici dect cei din tabele datorit lipsei ventilaiei i sunt dai de constructorul instalaiei capsulate. Curenii maxim admisibili (Ida) ai conductoarelor (barelor) sunt dai n tabele funcie de o serie de condiii ce au fost menionate anterior i care sunt pe larg precizate n literatura de specialitate. Temperatura maxim admisibil a unei bare de aluminiu la sfritul scurcircuitului este de sc = 180 0C iar a unei bare de cupru de sc = 200 0C. Conductorul (bara) ndeplinete condiia de stabilitate termic dac: I (4.6) S mjt

unde: Im este curentul echivalent termic de o secund al curentului de scurcircuit (curentul care dac ar strbate bara timp de o secund ar produce acelai efect termic ca i curentul real de scurtcircuit n timpul real al scurcircuitului); jt densitatea de curent admisib la scurtcircuit. Determinarea lui Im i jt se face conform instruciunilor. Curentul echivalent termic de o secund (Im) se determin cu relaia (5.7): " Im = Ik (m + n) t (4.7) " unde: Ik - valoarea efectiv iniial a componentei periodice a curentului de scurtcircuit; m, n coeficieni ce in seama de componenta aperiodic respectiv periodic a curentului de scurtcircuit, t durata scurtcircuitului. Verificarea la eforturi electrodinamice se face pe baza curentului maxim de scurtcircuit trifazat. Fora exercitat de vnt asupra unei deschideri (Fv) se consider orizontal i se calculeaz cu relaia:Fv = Cv d L V2 163

(4.21)

unde: Cv este coeficient aerodinamic (tabelul 4.15); d limea proieciei suprafeei conductorului (cu sau fr chiciur) pe un plan vertical, paralel cu axa longitudinal a conductorului; L lungimea deschiderii ntre dou puncte de sprijin vecine; v viteza vntului (maxim sau n condiii de chiciur). Rezistena n conductor datorit greutii proprii respectiv greutii proprii plus a chiciurei este: G L (4.22) g = 1,25 10 3 W

2

Conductoare i izolatoare unde: G este greutatea total a pachetului respectiv a pachetului acoperit cu chiciur pe lungimea deschiderii; L, W cu semnificaiile anterioare. Se adaug sarcinile concentrate (de ex. legturile la aparate). Rezistena n conductor datorit vntului (v) este: F L (4.23) v = 1,25 10 3 vW

Rezistena rezult n bar este: (4.24) unde stat este suma rezistenelor n conductor datorite greutii proprii, chiciurei i vntului.rez = din + stat

4.2. Conductoare neizolate flexibile Conductoarele neizolate flexibile sunt obinuit realizate din funie de oel, aluminiu i mai rar din aluminiu sau aliaje de aluminiu; se mai utilizeaz conductoare funie din oel, protejate prin zincare la cald sau alt procedeu mpotriva coroziunii, pentru conductoarele de protecie. Dac atmosfera are aciune coroziv (pe malul mrii, n apropierea industriilor chimice, metalurgice, siderurgice, etc.) se folosesc materiale ce nu sunt atacate de agenii respectivi; aceast msur nu este necesar dac se respect distana minim de protecie fa de sursa de contaminare a atmosferei dat de normative (5 km fa de malul mrii sau al lacurilor saline etc.). Obinuit temperatura maxim de regim a conductoarelor flexibile este de +70 0C. Pe baza datelor climatice statistice ale regiunii de amplasare a staiei se determin temperatura maxim a aerului exterior, considernd temperatura maxim absolut ce apare cel puin odat la 10 ani (pentru Un 110kV) respectiv la 15 ani (pentru U>110kV); dac lipsesc datele climaterice statistice pentru Romnia se ia +40 0C pentru altitudini sub 700m i +30 0C pentru altitudini peste 700m. Seciunea conductorului se alege ca i la bare rigide, astfel nct curentul maxim de durat al circuitului (Imd) s fie mai mic, cel mult egal fa de curentul de durat admisibil Ida al conductorului la temperatura maxim a aerului nconjurtor: I md I da (4.35) Dac curentul maxim de durat al circuitului nu apare cnd aerul nconjurtor are temperatura maxim, se alege o seciune mai redus. Dac conductoarele sunt fasciculare se consider o repartiie egal a curentului ntre conductoarele fasciculului. Stabilitatea termic se determin pentru solicitrile cele mai grele, respectiv pentru cea mai mare valoare posibil a curentului de scurtcircuit, pentru care se calculeaz curentul mediu echivalent (Im). La sfritul scurtcircuitului se admite o temperatur maxim ( sc ) a conductorului funie supus unei tensiuni mai mici, de 1 kgf/mm2 de 1800C - Al, 2000C Cu, 2000C OL, iar dac tensiunea este mai mare de 1 kgf/mm2 de 1600C OL- Al, 1600C Aldrey, 1300C Al, 1700C Cu, 1700C Cu, 2000C OL. 4.3. Izolatoare Izolatoarele folosite n staiile i posturile electrice de transformare sunt de suspensie, suport i de trecere. Forma izolatoarelor i materialele folosite la realizarea lor, depinde de nivelul de izolaie ce trebuie s-l asigure, de faptul dac se vor monta n exterior (n aer liber) sau n interiorul unor cldiri i de eforturile mecanice la care vor fi supuse n timpul funcionrii. 3

Conductoare i izolatoare Izolatoarele de suspensie trebuie s aib un coeficient de siguran mecanic n raport cu sarcina medie de rupere, cnd instalaia electric este parcurs de cureni de scurtcircuit, de minimum 2, iar la strile I, II, III, IV de minimum 4. Se consider c efortul de traciune asupra izolatoarelor de suspensie, determinat pe baza calculului mecanic al conductoarelor, este aproximativ egal cu H. Izolatoarele suport i cele de suspensie, trebuie s aib un coeficient de siguran mecanic n raport cu sarcina nominal de inere, cnd instalaia electric este parcurs de cureni de scurtcircuit de minimum 1,25. Izolatoarele nu admit n general eforturi de traciune i ca urmare trebuie astfel montate n instalaia electric nct fora Fi exercitat la scurtcircuit asupra izolatorului s fie perpenticular pe axul izolatorului sau dirijat n lungul su. ntreprinderea productoare a izolatoarelor, garanteaz pentru acestea o for de inere F, cnd Fi este perpenticular pe axul izolatorului, n funcie de distana forei fa de captul izolatorului (h), printr-o diagram de forma celei din fig.4.19, unde poriunea AB corespunde ruperii pe linia b-b iar poriunea BC corespunde ruperii pe linia a-a. La izolatoarele de trecere, curentul de sarcin maxim de durat ce trece prin izolator (I), trebuie s fie mai mic, cel mult egal cu cel nominal indicat de furnizor (In): I I n . Izolatoarele de trecere trebuie de asemenea s aib stabilitate termic la scurtcircuit, deci curentul echivalent termic de 1 s al curentului de scurtcircuit (It sc), s fie mai mic, cel mult egal, cu cel de stabilitate termic de 1 s (Ilt), garantat de productor: I t sc I lt .

4

BATERII DE CONDENSATOARE I BOBINE DE REACTAN 1. Baterii de condensatoareBateriile de condensatoare (unt), se monteaz obinuit n instalaiile trifazate de medie tensiune ale staiilor cobortoare de 110 kV/MT n conexiune

Fig.6.1. Scheme electrice de alimentare a bateriilor de condensatoare unt de medie tensiune: a baterie cu 1 treapt; b baterie cu 2 trepte cu celul general; c baterie cu 3 trepte cu celul general; d baterie cu 3 trepte fr celul general; e baterie cu 2 trepte fr celul general

1

stea cnd sistemul energetic din zon prezint regim deformant sub 5%; pentru modificarea (reglajul) circulaiei de putere reactiv se folosesc una sau mai multe trepte de puteri egale ce se comut manual sau automat. O instalaie de condensatoare este un ansamblu de instalaii electrice, format din bateria de condensatoare, celulele de medie tensiune de alimentare, cablurile de racordare i dulapurile de comand i protecie. Bateria de condensatoare (sau baterie, treapt) este un ansamblu de uniti monofazate racordate ntre ele electric i formeaz un sistem de conexiuni trifazate. Un condensator (sau unitate) este un ansamblu format din unul sau mai multe elemente aezate ntr-o singur cuv i legate la bornele de ieire. Un element de condensator (sau element) este partea invizibil a unui condensator, format din armturi separate printr-un dielectric. Prin nivel de izolaie al unei baterii de condensatoare se nelege o combinaie a valorilor tensiunilor de ncercare la frecven industrial i la impuls ce caracterizeaz aptitudinea izolaiei de a suporta solicitrile dielectrice ntre bornele de ieire ale bateriei i prile metalice legate la pmnt. Puterea nominal a condensatorului (Qc) este puterea reactiv la tensiunea nominal i la frecvena nominal, pentru care a fost realizat condensatorul. O celul general de MT, este o celul de condensator, racordat direct la bornele principale ale staiei de distribuie i destinat alimentrii unei baterii de condensatoare cu mai multe trepte de putere. O celul de treapt de medie tensiune este o celul de condensator, racordat direct la bornele principale ale staiei de distribuie i destinate alimentrii unei baterii de condensatoare cu mai multe trepte. n fig.6.1 sunt prezentate diferite scheme electrice de alimentare a bateriilor de condensatoare pentru celule generale i de treapt. 1.1. Schemele electrice de alimentare i de conexiuni ale bateriilor de condensatoare Bateriile de condensatoare de medie tensiune (6, 10, 20 kV) pot fi cu una, dou sau maximum trei trepte, cu sau fr celul general i sunt alimentate prin cablu de la celulele de condensator ale instalaiei de distribuie de medie tensiune, celule echipate cu diverse aparate, conform fig.6.1. Se folosete sau nu celul general funcie de spaiul disponibil n cldirea staiei de distribuie de medie tensiune i de rezultatul comparaiei tehnico-economice a celor dou variante. Celula general poate avea celule de treapt echipate cu ntreruptor (fig.6.1.a) sau contactor 2

a b Fig.6.2. Conexiuni ale bateriilor de condensatoare: a - conexiune dubl stea cu neutrele izolate fa de pmnt; b conexiune n stea simpl (nefolosit)

(fig.6.1.b,c).

Bateriile de condensatoare trifazate unt de medie tensiune se amplaseaz obinuit n exterior (cu excepia cazului cnd zona are grad ridicat de poluare) i conexiunea lor se face de obicei n dubl stea cu neutrele izolate fa de pmnt, cu transformator de curent pe legtura dintre neutru (ce alimenteaz o protecie diferenial mpotriva defectelor interne din condensatoare), conform fig.6.2.a. Nu se realizeaz conexiunea n stea simpl a bateriilor de condensator (fig.6.2.b) deoarece la defecte interne n uniti nu poate fi asigurat protecia. Dac tensiunea unui condensator este inferioar tensiunii nominale a reelei, se conecteaz n serie pe faz mai multe uniti iar dac trebuiesc puteri mai mari dect cele corespunztoare unitilor, acestea se conecteaz n paralel pe faz, conform fig.6.3. Pentru a folosi un numr redus de condensatoare se folosesc uniti monofazate de 100 kVAR cu care se realizeaz obinuit puteri pn la 3 MVAR pe treapt la 6 i 10 kV i pn la 6 MVAR la 20 Fig.6.3. Schema de conexiuni a bateriilor de condensatoare kV.cu mai multe uniti pe faz

1.2. Alegerea i dimensionarea bateriilor de condensatoare Bateriile de condensatoare se folosesc pentru compensarea puterii reactive. Dimensionarea bateriilor de condensatoare unt i amplasarea lor se face pe baza analizei structurii sistemului energetic din zon, curbei de sarcin reactiv pe 24 ore i a msurtorilor armonicilor superioare, stabilindu-se dac bateria este cu o treapt sau cu mai multe trepte (la puteri de peste 1,2 MVAR). Dac n locul de amplasare sunt armonici de ordinul 5 i 7, proiectantul trebuie s prevad viitoarea instalaie i cu filtre de armonici. Conectarea, deconectarea i descrcarea automat a bateriilor este nsoit de fenomene tranzitorii. Conectarea bateriilor de condensatoare produce un curent de oc. Dac curentul de oc este prea mare se crete lungimea cablurilor de racord. ocul de tensiune ce apare la conectarea bateriilor de condensatoare unt trebuie s fie mai mic cu 3% ca tensiunea nominal a reelei. Dac se depete limita admis a ocului de tensiune bateria trebuie s funcioneze n trepte. Bateriile de condensatoare se conecteaz numai dac sunt complet descrcate, deoarece n caz contrar pot apare suprapresiuni i supracureni mari care pot s deterioreze instalaia electric i chiar s perturbeze parial sistemul energetic. 3

Bateriile de condensatoare se prevd cu instalaii fixe de descrcare automat care sunt astfel dimensionate nct dup maximum 5 min de la deconectare s reduc tensiunea sub 50 V. Instalaia de descrcare este format din nfurrile a dou transformatoare de tensiune bifazate legate n triunghi deschis i racordate direct la bornele bateriei de condensatoare. Capacitile condensatoarelor repartizate pe faz trebuie s aib o abatere maxim de 10% dac puterea nominal este de pn la 3 MVAR i de maximum 5% dac puterea nominal este de peste 3 MVAR. 1.3. Instalarea bateriilor de condensatoare Bateriile de condensatoare i conductoarele pentru alimentarea lor trebuie s aib un nivel de izolaie corespunztor tensiunii instalaiei unde se monteaz. Dac nivelul de izolaie al unitilor este mai mic ca al bateriei (uniti n serie pe faz), trebuie izolate suplimentar unitile sau stativele. Bateriile de condensatoare se monteaz obinuit n exterior, cu mprejmuire cu panouri cu plas din srm a fiecrei trepte de putere (pentru a putea lucra la o treapt cnd cealalt este n funcie) i poart cu blocaj electromagnetic, pe stavile metalice din oel, protejate mpotriva coroziunii i fixate n fundaii de beton prin intermediul unor suporturi izolante ce realizeaz att izolaia fazelor ct i cea fa de pmnt. Stativele se leag la centura de punere la pmnt (direct dac stativul este neizolat sau printr-un cuit de legare la pmnt dac stativul este izolat fa de pmnt).

Fig.6.5. Baterie de condensatoare ntr-o staie electric exterioar

4

Condensatoarele trebuie descrcate (prin scurtcircuitarea bornelor cu o tang izolat) msurate i apoi sortate pentru a realiza la montaj ramuri ct mai echilibrate. Montarea condensatoarelor se face obinuit n poziie vertical, pe stative n locuri fr vibraii sau ocuri, cu legturi la aparate din bare rigide de aluminiu sau conductoare flexibile de oel-aluminiu i legturi ntre ele din conductoare flexibile pentru ca bornele s nu fie solicitate. Cuvele condensatoarelor se leag galvanic cu stativele metalice n carcasele aparatelor din incint, cutiile terminale ale cablurilor i mprejmuirea metalic a bateriei se leag la priza de pmnt a bateriei (situat n exteriorul incintei i legat la priza staiei). Dac este prevzut de fabricant protecia condensatoarelor de radiaie solare, se execut un parasolar din material uor, rezistent la foc i intemperii. n incint se mai monteaz transformatoarele de msur i instalaia de descrcare automat. Pentru protecia bateriei contra supratensiunilor atmosferice, amplasamentul bateriei trebuie s fie n zona de protecie a staiei. n interior, bateriile de condensatoare se monteaz de asemenea pe stative metalice fixate n pardoseal. ncperea unde se instaleaz condensatoarele trebuie prevzut cu ventilaie natural, cu goluri de admisie i evacuare. Dac ventilaia natural nu este satisfctoare se realizeaz ventilaie mecanic. Bateria de condensatoare trebuie montat ntr-o ncpere uscat, protejat contra incendiului i exploziilor, fr gaze agresive i neexpus temperaturilor ridicate. Bateria trebuie amplasat astfel nct s nu fie expus luminii directe solare, prin ferestre. Dac ncperea are lungimea de peste 10 m trebuie prevzut cu ui la ambele capete. 1.4. ntreinerea i exploatarea bateriilor de condensatoare Conectarea la reea a bateriilor de condensatoare ncrcate poate produce supratensiuni i supracureni i ca urmare este admis conectarea lor numai n stare complet descrcat iar dup deconectare de avarie, conectarea este admis numai dup nlturarea cauzelor ce au produs deconectarea. Cnd urmeaz a se efectua lucrri la baterie, dup descrcarea automat trebuie fcut i descrcarea suplimentar de 5 s cu tang izolat i scurcircuitarea bornelor condensatorului. n timpul funcionrii trebuie efectuat zilnic controlul vizual al bateriei urmrind zgomotele, scurgerile