subiecte rezolvate ie

89
1. INSTALAŢII ELECTRICE LA CONSUMATORI Definiţii, clasificări Instalaţia electrică defineşte un ansamblu de echipamente electrice interconectate într-un spaţiu dat, formând un singur tot şi având un scop funcţional bine determinat. Prin echipament electric se înţelege, în general, orice dispozitiv întrebuinţat pentru producerea, transformarea, distribuţia, transportul sau utilizarea energiei electrice. Această ultimă destinaţie, reprezentând scopul final al întregului proces de producere, transport şi distribuţie, defineşte o categorie distinctă de echipamente, denumite receptoare. Receptoarele electrice sunt dispozitive care transformă energia electrică în altă formă de energie utilă. Receptoarele electrice se împart în: - receptoare de iluminat, cuprinzând corpurile de iluminat prevăzute cu surse electrice de lumină; - receptoare de forţă, care pot fi electromecanice (motoare electrice, electromagneţi, electroventile), electrotermice (cuptoare electrice, agregate de sudură) sau electrochimice (băi de electroliză). Instalaţiile elctrice se clasifică după diferite criterii, ca: rolul funcţional, poziţia în raport cu procesul energetic, locul de amplasare, nivelul tensiunii, frecvenţa şi modul de protecţie. a. După rolul funcţional, instalaţiile electrice pot fi: - de producere a energiei electrice, aferente diferitelor tipuri de centrale electrice sau unor grupuri electrogene; - de transport a energiei electrice, incluzând linii electrice (racord, distribuitor, coloană şi circuit); - de distribuţie a energiei electrice - staţii electrice, posturi de transformare şi tablouri de distribuţie; - de utilizare a energiei electrice, care la rândul lor se diferenţiază în raport cu tipul receptoarelor, în instalaţii de forţă şi instalaţii de iluminat; - auxiliare, din care fac parte instalaţiile cu funcţie de menţinere a calităţii energiei electrice (reducerea efectului deformant, compensarea regimului dezechilibrat, reglajul tensiunii), de asigurare a unei distribuţii economice a acesteia (compensarea puterii reactive), pentru protecţia personalului împotriva electrocutărilor (legarea la pământ, legarea la nul etc.), pentru protecţia clădirilor şi a bunurilor (instalaţiile de paratrăsnet, de avertizare de incendiu), precum şi instalaţiile de telecomunicaţii. b. După poziţia ocupată în raport cu procesul energetic la care concură se deosebesc: 1

Upload: galraul30002066

Post on 21-Jun-2015

669 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Subiecte Rezolvate IE

1. INSTALAŢII ELECTRICE LA CONSUMATORI

Definiţii, clasificări

Instalaţia electrică defineşte un ansamblu de echipamente electrice interconectate într-un spaţiu dat, formând un singur tot şi având un scop funcţional bine determinat.

Prin echipament electric se înţelege, în general, orice dispozitiv întrebuinţat pentru producerea, transformarea, distribuţia, transportul sau utilizarea energiei electrice. Această ultimă destinaţie, reprezentând scopul final al întregului proces de producere, transport şi distribuţie, defineşte o categorie distinctă de echipamente, denumite receptoare. Receptoarele electrice sunt dispozitive care transformă energia electrică în altă formă de energie utilă.

Receptoarele electrice se împart în:- receptoare de iluminat, cuprinzând corpurile de iluminat prevăzute cu surse electrice de lumină;- receptoare de forţă, care pot fi electromecanice (motoare electrice, electromagneţi, electroventile),

electrotermice (cuptoare electrice, agregate de sudură) sau electrochimice (băi de electroliză).Instalaţiile elctrice se clasifică după diferite criterii, ca: rolul funcţional, poziţia în raport cu procesul

energetic, locul de amplasare, nivelul tensiunii, frecvenţa şi modul de protecţie.a. După rolul funcţional, instalaţiile electrice pot fi:- de producere a energiei electrice, aferente diferitelor tipuri de centrale electrice sau unor grupuri

electrogene;- de transport a energiei electrice, incluzând linii electrice (racord, distribuitor, coloană şi circuit);- de distribuţie a energiei electrice - staţii electrice, posturi de transformare şi tablouri de distribuţie;- de utilizare a energiei electrice, care la rândul lor se diferenţiază în raport cu tipul receptoarelor, în

instalaţii de forţă şi instalaţii de iluminat;- auxiliare, din care fac parte instalaţiile cu funcţie de menţinere a calităţii energiei electrice

(reducerea efectului deformant, compensarea regimului dezechilibrat, reglajul tensiunii), de asigurare a unei distribuţii economice a acesteia (compensarea puterii reactive), pentru protecţia personalului împotriva electrocutărilor (legarea la pământ, legarea la nul etc.), pentru protecţia clădirilor şi a bunurilor (instalaţiile de paratrăsnet, de avertizare de incendiu), precum şi instalaţiile de telecomunicaţii.

b. După poziţia ocupată în raport cu procesul energetic la care concură se deosebesc:- instalaţii de curenţi tari, care cuprind elementele primare implicate în procesul de producere,

transport, distribuţie şi utilizare a energiei electrice;- instalaţii de curenţi slabi, care deşi nu sunt înseriate în circuitul fluxului energetic principal,

concură la realizarea în condiţii corespunzătoare a proceselor energetice. Din această categorie fac parte instalaţiile de automatizare, măsură şi control (AMC), de avertizare de incendii, de telecomunicaţii etc.

În mod asemănător, instalaţiile complexe se compun din circuite primare sau de forţă şi circuite secundare sau de comandă, cele două părţi diferenţiindu-se funcţional ca şi instalaţiile de curenţi tari, respectiv slabi.

c. În raport cu locul de amplasare, se deosebesc următoarele categorii de instalaţii:- pe utilaj, un caz deosebit reprezentându-l amplasarea pe vehicule;- în interiorul clădirilor, în diferite categorii de încăperi;- în exterior, în diferite condiţii de mediu.d. După nivelul tensiunii, instalaţiile se clasifică în:- instalaţii de joasă tensiune (JT), a căror tensiune de lucru este sub 1 kV;- instalaţii de medie tensiune (MT), cu tensiuni de lucru în intervalul 1...20 kV;- instalaţii de înaltă tensiune (IT), cu tensiuni de lucru între 35...110 kV;- instalaţii de foarte înaltă tensiune, funcţionând la tensiuni mai mari sau egale cu 220 kV.e. După frecvenţa tensiunii, se deosebesc instalaţii:- de curent continuu;- de curent alternativ.f. Din punct de vedere al modului de protecţie, instalaţiile pot fi:- de tip deschis, faţă de care persoanele sunt protejate numai împotriva atingerilor accidentale a

părţilor aflate sub tensiune;

1

Page 2: Subiecte Rezolvate IE

- de tip închis, la care elementele componente sunt protejate contra atingerilor, pătrunderii corpurilor străine peste 1 mm, a picăturilor de apă şi a deteriorărilor mecanice;

- de tip capsulat, la care elementele componente sunt protejate contra atingerilor, pătrunderii corpurilor străine de orice dimensiuni, a stropilor de apă din toate direcţiile şi contra deteriorărilor mecanice.

2.COMPUNEREA INSTALATIILOR ELECTRICE LA CONSUMATOR

Consumatorul de energie electrică este alcătuit din totalitatea receptoarelor dintr-un anumit spaţiu sau dintr-o întreprindere. Având în vedere corelaţiile de natură tehnologică dintre diversele laturi ale procesului de producţie, la care concură şi instalaţiile electrice, se poate afirma că receptoarele electrice, care în ansamblu formează consumatorul, sunt legate printr-un scop funcţional.

Instalaţiile electrice la consumator se compun din:- receptoare electrice;- reţele electrice şi puncte de alimentare (distribuţie);- echipamente de conectare, protecţie, AMC etc., adică restul echipamentelor electrice, în afară de

receptoare.Racordarea consumatorilor la sistemul electroenergetic naţional se face, de regulă, printr-o singură

linie electrică de alimentare. Aceasta va fi prevăzută cu numărul minim de circuite necesare tranzitului energiei electrice în condiţii economice şi la parametri de calitate şi siguranţă ceruţi de consumator.

Punctul de separaţie între furnizor şi consumator se numeşte punct de delimitare. Două puncte de delimitare se consideră distincte dacă prin fiecare din ele se poate asigura puterea necesară la consumator, în cazul dispariţiei tensiunii în celălalt punct, la parametrii de calitate şi de siguranţă stabiliţi prin proiect. Asigurarea continuităţii în alimentarea consumatorului din puncte de delimitare distincte presupune funcţionarea reuşită a automaticii de sistem şi a sistemului de alimentare extern în ansamblu.

Nodul electric din amonte de punctul de delimitare constituie sursa în raport cu consumatorul considerat.

Din punctul de alimentare, reprezentat de barele staţiei ST (sau SD), se alimentează diferitele posturi de transformare PT, precum şi receptoarele de medie tensiune mi, prin intermediul liniilor 2, numite distribuitoare; în practică se foloseşte denumirea de fider pentru distribuitoarele care alimentează posturi de transformare sau puncte de alimentare intermediare.

De la barele de joasă tensiune ale posturilor de transformare se alimentează receptoarele de joasă tensiune mj, ale consumatorului. Receptoarele mai importante sau cele de puteri mai mari se racordează adeseori direct la tabloul general TG. În general, se realizează puncte de distribuţie intermediare, reprezentate de tablourile de distribuţie TD. Liniile care alimentează tablourile de distribuţie se numesc coloane. O parte din receptoarele de joasă tensiune sunt grupate pe utilaje care având o instalaţie electrică proprie, au şi un tablou de distribuţie TU al utilajului. Linia 4, care leagă tabloul de utilaj la tabloul de distribuţie constituie un circuit de utilaj. Liniile de alimentare 5 ale receptoarelor se numesc circuite.

Instalaţia electrică înseriată între sursă şi un punct de consum considerat se numeşte cale de alimentare, aceasta putând cuprinde linii aeriene şi în cabluri, întreruptoare, separatoare, transformatoare, reactoare etc. Indisponibilitatea oricărui element nerezervat al căii de alimentare conduce la întreruperea alimentării în punctul de consum respectiv.

3. CONDIŢIILE DE CALITATE ÎN ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ A CONSUMATORILOR

Pentru buna funcţionare a receptoarelor, alimentarea cu energie electrică trebuie să îndeplinească o serie de condiţii referitoare la tensiune, frecvenţă, putere şi continuitate. Prezentarea detaliată a acestor condiţii se sistematizează în cele ce urmează.

a. Tensiunea constantă, ca valoare şi formă, constituie o primă condiţie pentru orice tip de receptoare. Este recomandabil ca tensiunea la bornele receptoarelor să fie constantă şi egală cu cea nominală sau

2

Page 3: Subiecte Rezolvate IE

variaţiile posibile să se încadreze în limitele precizate pentru fiecare receptor în parte. În exploatarea instalaţiilor electrice apar variaţii de tensiune, cauzate de consumator, datorită variaţiilor de sarcină sau scurtcircuitelor. Aceste variaţii pot fi lente, cauzate de modificarea în timp a încărcării receptoarelor, sau rapide - cauzate de scurtcircuite sau de modificări rapide ale sarcinii (de exemplu cuptoare cu arc, utilaje de sudare, laminoare, compresoare, maşini cu cuplu pulsatoriu ş.a), inclusiv cele datorate conectărilor - deconectărilor de receptoare. Se foloseşte denumirea de gol de tensiune pentru orice scădere a valorii eficace a tensiunii unei reţele electrice cu o amplitudine cuprinsă între o valoare minimă sesizabilă (circa 0,2 Un) şi Un pe o durată de cel mult 3 s.

Dintre receptoarele şi instalaţiile sensibile la goluri de tensiune fac parte următoarele:- motoarele şi compensatoarele sincrone;- motoarele asincrone (în funcţie de caracteristica cuplului rezistent);- echipamentele electronice, inclusiv redresoarele comandate;- contactoarele de 0,4 kV şi cele din circuitele secundare;- automatica, protecţia, blocajele şi reglajele din circuitele tehnologice.

O diminuare cu caracter permanent a valorii tensiunii poate fi consecinţa subdimensionării secţiunii conductoarelor, situaţie cu urmări negative ca: distrugerea izolaţiei electrice, nefuncţionarea echipamentului şi suprasolicitarea termică a receptoarelor şi conductelor.

Tensiunile de alimentare mai mari decât cele nominale determină funcţionarea în suprasarcină a unor receptoare de forţă şi reducerea duratei de viaţă a receptoarelor de iluminat.

Scăderea tensiunii sub valoarea nominală atrage după sine solicitarea termică (la motoarele electrice), funcţionarea la parametri inferiori (la cuptoarele electrice) sau chiar nefuncţionarea unor receptoare sau instalaţii (desprinderea electromagneţilor, a motoarelor asincrone s.a). Problema formei tensiunii se pune atât în cazul receptoarelor alimentate de curent continuu, cât şi în cazul celor alimentate în curent alternativ.

Tensiunea continuă la bornele receptoarelor de curent continuu poate avea o serie de armonici, mai ales dacă sursa de tensiune este un redresor semicomandat sau comandat. Conţinutul de armonici este limitat în funcţie de efectele acestora asupra receptoarelor, prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Abaterea de la forma sinusoidală a undei de tensiune determină funcţionarea receptoarelor de curent alternativ în regim deformant. În timp ce la unele receptoare, cum sunt cuptoarele cu inducţie, prezenţa armonicilor în unda de tensiune nu deranjează, la altele - printre care şi motoarele electrice - prezenţa armonicilor de tensiune trebuie limitată tot prin precizarea coeficientului de distorsiune admis.

Coeficientul de distorsiune kd al undei de tensiune se defineşte ca raportul dintre valoarea eficace a reziduului deformant Ud şi valoarea eficace U a undei de tensiune,

kU

Udd , (1.1)

în care reziduul deformant are expresia

, (1.2)

unde Ui este valoarea eficace a armonicii i, iar n poate fi limitat la n = 13 pentru calculele practice. Coeficientul de distorsiune total, rezultat din funcţionarea receptoarelor consumatorului şi din

condiţiile din sistemul electroenergetic, se limitează la valoarea:, (1.3)

adică la 5%.Cauzele distorsiunii undei sinusoidale de tensiune se găsesc în cea mai mare parte la consumator. În

timp ce o serie de echipamente, cum sunt bobinele cu miez feromagnetic, receptoarele cu arc electric şi mutatoarele reprezintă surse de armonici de tensiune şi curent, elementele reactive de circuit ca bobinele şi condensatoarele constituie amplificatoare de armonici de tensiune, respectiv de curent. În cadrul instalaţiilor electrice la consumator, trebuie luate măsuri pentru reducerea efectelor deformante şi a influenţei asupra reţelei de alimentare.

b. Frecvenţa constantă a tensiunii de alimentare constituie un deziderat major atât pentru buna funcţionare a receptoarelor, menţinerea preciziei aparatelor de măsură, cât şi pentru maşinile de lucru

3

Page 4: Subiecte Rezolvate IE

antrenate prin motoare de curent alternativ. Variaţiile frecvenţei pot fi cauzate de variaţii importante de sarcină sau de avarii grave în sistem, originea unor asemenea cauze putând fi şi consumatorii de energie electrică.

Menţinerea constantă a frecvenţei industriale (50 Hz) este o problemă la nivel de sistem energetic, fiind legată de puterea în rezervă din centralele electrice ale sistemului şi de operativitatea dispeceratului. În anumite situaţii, când posibilităţile de producere a energiei electrice în centrale sunt limitate, se decide întreruperea alimentării unor consumatori (sacrificarea distribuitorilor), în scopul menţinerii frecvenţei în sistem.

Abaterile maxim admise ale frecvenţei sunt de 0,5 Hz.c. Simetria tensiunilor este condiţia în baza căreia sistemului tensiunilor de fază trebuie să-i

corespundă trei fazori egali şi defazaţi cu 1200.Cauzele nesimetriei sunt pe de o parte instalaţiile de producere şi transport, independente de

consumator, iar pe de altă parte sarcinile dezechilibrate ale consumatorilor.Consecinţele nesimetriei tensiunilor se studiază prin metoda componentelor simetrice, când se

determină pe lângă componentele directe şi componentele inverse şi homopolare. Ultimele sunt cauzele unor cupluri de frânare, respectiv încălzire şi vibraţii la motoarele de curent alternativ.

Nesimetria tensiunilor se exprimă printr-un coeficient de nesimetrie UN , dat de relaţia:

, (1.4)

în care UA, UB, UC reprezintă fazorii tensiunilor de faze, în V, Un - tensiunea nominală a reţelei, în V,

a ej

2

3

- operatorul de rotaţie.

Nesimetria tensiunii este admisă în limitele de până la 2%UN 2% (1.5)

pe o durată îndelungată, la bornele oricărui receptor electric simetric, trifazat.d. Puterea necesară este o condiţie globală a consumatorilor şi unul dintre criteriile esenţiale în

proiectare.În acelaşi tabel, se indică treapta de tensiune minimă care trebuie să existe în staţia de racord,

posibilităţile de alimentare din această staţie şi momentul sarcinii.Consumatorii cu puteri absorbite maxime de 50 kVA se alimentează din reţeaua de joasă tensiune.Sarcina maximă de durată se stabileşte pentru un interval de cerere de 15, 30 sau 60 min, stând la

baza calculelor de dimensionare a elementelor reţelei din condiţii termice şi de determinare a pierderilor de putere. Există şi sarcini maxime de scurtă durată (de vârf), care pot dura 1...10 s şi care se iau în considerare la calculul fluctuaţiilor de tensiune din reţea, la reglajul protecţiilor maximale ş.a.

Modul în care necesităţile de consum de energie electrică sunt asigurate în timp consumatorului de către furnizor este caracterizat prin gradul de satisfacere a alimentării consumatorului în punctul de delimitare. Această mărime, notată cu C, se defineşte ca raportul dintre durata probabilă de alimentare şi durata de alimentare cerută

, (1.6)

în care Tc este intervalul de timp din cadrul unui an calendaristic în care consumatorul solicită criteriul de siguranţă, Tn - durata probabilă de nealimentare în perioada considerată.

Gradul de satisfacere în alimentare poate fi determinat pentru diferite nivele de puteri cerute.Alimentarea cu energie electrică a consumatorilor aparţinând diverselor clase se poate realiza din

sistemul electromagnetic la următoarele niveluri de siguranţă:- nivelul 1, prin două căi de alimentare independente, dimensionate fiecare pentru puterea cerută la

consumator (rezervă de 100% în căi de alimentare) şi prin două puncte distincte de racord (rezervă de 100% în surse). Realimentarea consumatorilor, în caz de avarie a unei căi, se prevede a se realiza prin comutarea automată a consumului pe calea neavariată, cu o discontinuitate de maximum 3 s;

- nivelul 2, prin două căi de alimentare care nu sunt în mod obligatoriu independente (rezervă de 100% în linii electrice) şi de regulă, printr-un singur punct de racord. Realimentarea consumatorului în caz de întrerupere simplă (avaria a unei căi) se poate face numai după identificarea defectului şi efectuarea unor manevre manuale de izolare a acestuia, după o întrerupere de 0,5...8 h, în funcţie de clasa

4

Page 5: Subiecte Rezolvate IE

consumatorului, structura reţelei de alimentare şi poziţia centrului de intervenţie în raport cu locul manevrelor;

- nivelul 3, printr-o singură cale de alimentare. Realimentarea consumatorului în caz de avarie se poate face numai după repararea sau înlocuirea elementelor defecte.

În situaţii justificate, consumul asigurat în caz de întrerupere simplă poate fi mai mic decât sarcina maximă de durată, iar calea de alimentare se dimensionează în consecinţă. Există un nivel de siguranţă optim pentru alimentarea unui consumator.

e. Continuitatea alimentării cu energie electrică a consumatorilor reprezintă cea mai importantă condiţie calitativă.

În funcţie de natura efectelor produse de întreruperea alimentării cu energie electrică, receptoarele se încadrează în următoarele categorii:

- categoria 0, la care întreruperea în alimentarea cu energie electrică poate duce la explozii, incendii, distrugeri grave de utilaje sau pierderi de vieţi omeneşti. Încadrarea receptoarelor în această categorie se admite în cazul în care nu se dispune de alte forme de energie, în cazul în care acestea nu sunt justificate tehnic sau sunt prohibitive economic în comparaţie cu acţionarea electrică, precum şi în situaţiile în care măsurile de prevenire de natură tehnologică nu sunt eficiente.

Se încadrează în categoria 0 instalaţii şi echipamente ca: iluminatul de siguranţă, instalaţiile de ventilaţie şi evacuarea a gazelor nocive sau a amestecurilor explozive, pompele de răcire ale furnalelor şi cuptoarelor de oţelării, calculatoarele de proces ş.a.

- categoria I, la care întreruperea alimentării duce la dereglarea proceselor tehnologice în flux continuu, necesitând perioade lungi pentru reluarea activităţii la parametrii cantitativi şi calitativi existenţi în momentul întreruperii, la rebuturi importante de materii prime, materiale auxiliare, scule, semifabricate ş.a., la pierderi materiale importante prin nerealizarea producţiei planificate şi imposibilitatea recuperării acesteia, la repercursiuni asupra altor unităţi importante sau la dezorganizarea vieţii sociale în centrele urbane.

Receptoarele de categoria I sunt incluse în instalaţii tehnologice organizate pentru producţia în serie mare, în flux continuu, în instalaţii de ventilaţie, de cazane, de transport al clincherului etc.

- categoria a II-a, la care întreruperea alimentării determină nerealizări de producţie, practic numai pe durata întreruperii, care pot fi, de regulă, recuperate. În această categorie se încadrează majoritatea receptoarelor din secţiile, prelucrătoare.

- categoria a III-a, cuprinde receptoarele care nu se încadrează în categoriile precedente (ex. magazii, depozite).

La stabilirea categoriei receptoarelor se ţine seama de:- cerinţele de continuitate în alimentarea receptoarelor;- cerinţele speciale în ceea ce priveşte calitatea tensiunii şi a frecvenţei;- indicatorii valorici ai daunelor provocate de întreruperile în alimentarea cu energie electrică.Clasificarea receptoarelor pe categorii, cu stabilirea duratei de realimentare, adică a duratei

întreruperilor admisibile în alimentare, se efectuează de către proiectantul general, după consultarea furnizorilor de echipamente, a beneficiarului investiţiei şi a proiectantului de specialitate. Durata de realimentare se situează deasupra unei valori minime de 3 secunde (la receptoarele de categoria 0 sau I), corespunzând duratei de acţionare a automaticii de sistem, putând atinge chiar câteva ore (la receptoare din categoriile II şi III), fără a depăşi însă 24 ore.

Astfel, clasa consumatorului şi categoriile receptoarelor din compunerea sa determină în primul rând durata de realimentare şi consumul asigurat, ceea ce conduce la stabilirea celorlalte caracteristici ale nivelurilor de siguranţă, ca modalităţile de rezervare în căi şi surse şi gradul de satisfacere minim.

În caz de întrerupere dublă la consumatorii cu două căi de alimentare, realimentarea se asigură numai după timpul necesar reparării unei căi. La fel, în cazul unor defecţiuni provocate de fenomene imprevizibile, durata de realimentare este determinată de posibilităţile de reparare a instalaţiilor avariate.

Cunoaşterea structurii unui consumator pe categorii de receptoare are o importanţă deosebită pentru proiectantul de instalaţii electrice, aceasta influenţând unele din etapele de bază ale proiectării cum sunt:

- stabilirea schemei de racordare şi distribuţie în înaltă tensiune,- organizarea posturilor de transformare,- alegerea schemei de distribuţie în joasă tensiune etc.

5

Page 6: Subiecte Rezolvate IE

4. SARCINI ELECTRICE DE CALCUL

În cadrul instalaţiilor electrice, sarcina electrică reprezintă o mărime care caracterizează consumul de energie electrică. Mărimile utilizate frecvent în acest scop sunt puterea activă P, reactivă Q, aparentă S şi curentul I.

În proiectarea instalaţiilor electrice la consumatori este necesar să se cunoască în primul rând puterea activă absorbită de către:

- receptoare, pentru dimensionarea circuitelor de receptor;- utilaje, pentru dimensionarea circuitelor de utilaj;- grupuri de receptoare şi utilaje, pentru dimensionarea tablourilor de distribuţie şi a coloanelor de

alimentare a acestora;- secţii ale întreprinderii şi apoi de întreaga întreprindere, pentru dimensionarea posturilor de

transformare, a liniilor de medie şi înaltă tensiune şi a staţiilor de distribuţie sau transformare.Caracteristicile tehnice nominale ale receptoarelor sunt următoarele:- puterea activă Pn, sau aparentă Sn;- tensiunea Un;- conexiunea fazelor;- curentul In;- randamentul n;- factorul de putere cos n;- relaţia dintre curentul de pornire Ip (conectare) şi curentul nominal In, sub forma raportului Ip/In.În cazul receptoarelor realizate pentru un regim de funcţionare intermitent (motoare electrice), se

specifică şi durata relativă de acţionare nominală DAn.Puterea instalată Pi a unui receptor reprezintă puterea sa nominală raportată la durata de acţionare de

referinţă DA=1,, (1.7)

în care DAn este o mărime relativă subunitară care poate lua una din următoarele valori DAn = 0,15; 0,25; 0,4; 0,6 şi 1. Prin urmare, puterea instalată Pi a unui receptor este mai mică, cel mult egală cu puterea nominală Pn a acestuia.

În cazul receptoarelor caracterizate prin puterea aparentă nominală Sn, puterea instalată este dată de relaţia

, (1.8)Pentru un grup de n receptoare, puterea instalată totală se determină ca sumă a puterilor instalate a

receptoarelor componente

, (1.9)

în care puterile instalate individuale Pij rezultă din relaţiile (1.7) sau (1.8).Puterea activă absorbită, care se ia în considerare în calcul pentru grupuri cuprinzând cel puţin patru

receptoare se numeşte putere cerută sau de calcul. Puterea cerută Pc reprezintă o putere activă convenţională, de valoare constantă, care produce în elementele instalaţiei electrice (conducte şi echipamente) acelaşi efect termic ca şi puterea variabilă reală, într-un interval de timp determinat (ex. 30 min.), în perioada de încărcare maximă.

Determinarea prin calcul a puterilor cerute se face prin diferite metode, utilizate în funcţie de stadiul proiectării şi nivelul la care se efectuează calculele. Deoarece calculele trebuie efectuate la toate nivelele instalaţiei electrice la consumator, începând de la cele inferioare (receptoare) şi până la cele superioare (racordul de înaltă tensiune), atât pentru tensiunile joase, sub 1000 V, cât şi pentru cele mai mari de 1000 V, sunt preferabile acele metode care se aplică acoperitor în toate situaţiile.

În continuare, se indică principalele metode de determinare a puterilor cerute în faza de proiectare şi anume:

6

Page 7: Subiecte Rezolvate IE

- metoda coeficienţilor de cerere, aplicabilă la orice nivel şi în special pentru grupuri mari de receptoare, reprezentând o secţie sau o întreprindere;

- metoda formulei binome, care dă rezultate acoperitoare pentru un grup restrâns de receptoare de forţă având puteri mult diferite între ele, fiind recomandată pentru calculul puterilor cerute în special la nivelul tablourilor de distribuţie;

- metoda analizei directe, aplicabilă pentru un număr mic de receptoare, la nivelul unor tablouri de distribuţie cu plecări puţine, inclusiv a tablourilor de utilaj, când se cunosc diagramele de funcţionare şi încărcare ale tuturor receptoarelor;

- metodele bazate pe consumuri specifice cu raportare la unitatea de produs sau la unitatea de suprafaţă productivă, utilizabile, datorită preciziei reduse, numai în faza notei de fundamentare;

- metodele bazate pe puterea medie şi indicatori ai curbelor de sarcină, recomandate pentru determinarea puterii cerute la nivelele superioare, de la barele de joasă tensiune ale posturilor de transformare, la liniile de racord în înaltă tensiune.

La instalaţii existente, puterea cerută se determină pe baza curbelor de sarcină.

5. METODA COEFICIENŢILOR DE CERERE

Puterea activă cerută se determină prin înmulţirea puterii instalate cu un coeficient subunitar kc, denumit coeficient de cerere

, (1.10)iar puterea reactivă cerută QC - cu ajutorul factorului de putere cerut cos c

. (1.11)

Coeficientul de cerere kc ţine cont de randamentul al receptoarelor, de gradul de încărcare al acestora - prin coeficientul de încărcare ki, de simultaneitatea funcţionării lor - prin coeficientul de simultaneitate ks şi de randamentul r al porţiunii de reţea dintre receptoare şi nivelul la care se calculează puterea cerută. Ca urmare, coeficientul de cerere este exprimat prin relaţia

. (1.12)

Randamentul al receptoarelor se ia în considerare numai la acele receptoare pentru care puterea instalată Pi sau cea nominală Pn, semnifică puteri utile, cum este cazul motoarelor electrice, la care puterea nominală reprezintă puterea mecanică la arbore.

Factorul de putere cerut cos c exprimă consumul de putere reactivă al receptoarelor care absorb puterea activă Pc, în condiţiile reflectate global prin coeficientul de cerere.

Coeficienţii de cerere şi factorii de putere ceruţi sunt determinaţi experimental pe baze statistice, pentru diferite receptoare. Toate receptoarele cărora le corespund aceleaşi valori pentru perechea de mărimi (kc, cos c), se încadrează într-o singură grupare, numită categorie de receptoare. Datorită diversităţii mari a receptoarelor şi a condiţiilor de lucru, există un mare număr de categorii de receptoare.

Pentru explicitarea modului de aplicare a metodei coeficienţilor de cerere, se consideră un consumator de calcul, adică un ansamblu de n receptoare, încadrate în m categorii; consumatorul de calcul poate fi reprezentat de totalitatea receptoarelor, care aparţin unui tablou de distribuţie, unei secţii sau unei întreprinderi. O categorie k cuprinde nk receptoare, astfel încât puterea instalată a acestora Pik este conform relaţiei (1.9)

, (1.13)

iar puterea instalată totală este:

. (1.14)

Puterea cerută de receptoarele care fac parte dintr-o aceeaşi categorie k, este dată de relaţia, (1.15)

7

Page 8: Subiecte Rezolvate IE

în care k/ck este coeficientul de cerere corectat al categoriei respective de receptoare.

Corecţia ţine seama de numărul total de receptoare

(1.16)

şi se realizează prin intermediul coeficientului ka de influenţă a numărului de receptoare, conform relaţiei

, (1.17)

în care kck este coeficientul de cerere pentru categoria de receptoare considerată. De remarcat că, determinarea coeficientului ka de influenţă a numărului de receptoare este corect să se

facă în raport cu numărul total n de receptoare al consumatorului de calcul considerat, fiind acelaşi pentru toate categoriile de receptoare din compunerea acestuia. Acest lucru este firesc având în vedere că ansamblul receptoarelor, indiferent de categoriile cărora le aparţin, determină în mod statistic consumul de energie electrică, datorită nesimultaneităţilor în funcţionare şi în gradele de încărcare.

Pe această bază, dintre doi consumatori de calcul cu aceleaşi puteri instalate totale şi cu repartiţii identice ale puterilor instalate pe categorii de receptoare, cel care cuprinde un număr mai mare de receptoare (cu puteri instalate mai mici) va absorbi o putere mai mică.

Orice modificare ale numărului de receptoare a consumatorului de calcul atrage după sine necesitatea actualizării valorii coeficientului de influenţă ka şi a determinării coeficienţilor de cerere corectaţi k/

ck cu relaţia (1.17).

În cazul în care receptoarele au puteri mult diferite, se recomandă ca determinarea coeficientului de influenţă să se facă în raport cu numărul de receptoare.

, (1.18)în care s-a notat cu n0,5 - numărul receptoarelor celor mai mari, a căror putere instalată însumată este egală cu jumătate din puterea tuturor receptoarelor.

Cazurile limită ale corecţiei sunt următoarele:a. n 4, când ka=1 şi prin urmare k/

c = 1, adică pentru un număr de receptoare mai mic decât patru, puterea cerută este egală cu suma puterilor instalate ale receptoarelor. Un astfel de consumator de calcul se poate întâlni la nivelul tablourilor de utilaj sau al celor de distribuţie care alimentează cel mult trei receptoare.

b. n 50, ka 10 şi conform relaţiei (1.11) se obţine k kc c/ , ceea ce înseamnă că pentru un

consumator de calcul cu un număr foarte mare de receptoare, corecţia coeficientului de cerere este nulă, astfel încât relaţia (1.9) devine:

. (1.19)Astfel de situaţii se întâlnesc la nivelul tablourilor generale din posturile de transformare sau al

tablourilor de distribuţie care alimentează un număr relativ mare de receptoare.Având determinate puterile cerute de receptoarele din fiecare categorie, puterea cerută totală la

nivelul consumatorului de calcul este

. (1.20)

Dacă într-o secţie alimentarea receptoarelor şi utilajelor s-a organizat pe câteva (q) tablouri de distribuţie şi s-au calculat conform celor de mai sus puterile cerute la nivelurile secţiei Pcs şi a tablourilor Pct este evident că

Pcs

având în vedere că puterile cerute ale acestor consumatori de calcul au fost calculate pentru coeficienţi de influenţă ka diferiţi. Asemenea inegalităţi au loc între orice trepte consecutive pe care se organizează un consumator dat.

Calculul puterilor reactive cerute se face, de asemenea, pentru fiecare categorie în parte, (1.21)

puterea reactivă totală rezultând

8

Page 9: Subiecte Rezolvate IE

. (1.22)

Puterea aparentă totală absorbită de consumatorul de calcul este . (1.23)

Dacă rezultatul obţinut se încadrează între valorile400 kVA Sc 1 600 kVA, (1.24)

la componentele activă şi reactivă se aplică reduceri prin intermediul coeficienţilor de reducere kra, pentru puterea activă şi krr - pentru puterea reactivă, conform relaţiilor şi , (1.25)în care kra = 0,9, iar krr = 0,95. Reducerea nu se aplică dacă Sc 400 kVA.

În cazul în care consumatorul de calcul este o secţie sau întrega întreprindere, puterea aparentă de calcul Sc

/ serveşte ca bază pentru alegerea transformatorului de alimentare, (1.26)

în care SnT reprezintă puterea aparentă nominală a transformatorului.Dacă sarcina nu poate fi preluată de un singur transformator (S/

c 1 600 kVA), se grupează receptoarele pe două sau mai multe transformatoare de puteri corespunzătoare, urmând ca la puterile cerute ale fiecărui grup de receptoare să se aplice coeficienţii de reducere menţionaţi. Este indicat ca gruparea receptoarelor să se facă după criterii de amplasament şi tehnologice.

Pentru determinarea puterilor cerute Pct şi Qct din reţeaua de medie tensiune, la totalul obţinut după aplicarea reducerilor se adaugă pierderile active Pr, respectiv reactive Qr din transformatoare, conform relaţiilor:

, (1.27), (1.28)

în care Qbc reprezintă puterea surselor instalate pentru compensarea puterii reactive.În lipsa unor date de catalog, pierderile de putere din transformatoare se pot calcula cu relaţiile

,

, (1.29)

în care cu Sr s-a notat suma puterilor nominale ale transformatoarelor.În cazul consumatorilor de calcul alimentaţi prin nr transformatoare, se recomandă ca valorilor

determinate cu relaţiile (1.27) şi (1.28), să li se aplice coeficienţii de simultaneitate ksa - pentru puterea activă şi ksr - pentru puterea reactivă, rezultând puterile cerute pe partea de medie tensiune:

,. (1.30)

Coeficientul mediu de cerere al consumatorului este:

. (1.31)

Puterea aparentă cerută totală:, (1.32)

permite determinarea factorului de putere mediu:

, (1.33)

care în situaţia că puterea reactivă totală Q/ct a fost calculată fără a se ţine cont de reducerea datorată puterii

reactive a surselor de compensare, se numeşte factor de putere natural.

6. METODA FORMULEI BINOME

9

Page 10: Subiecte Rezolvate IE

Se utilizează pentru consumatori de calcul la nivelul unor tablouri de distribuţie, conducând la rezultate acoperitoare în ceea ce priveşte puterea cerută.

Conform acestei metode, receptoarele se consideră repartizate pe grupe de receptoare, puterea cerută determinându-se la nivelul grupelor, pe baza puterii instalate Pik a tuturor receptoarelor din grupa k şi a puterii instalate Pix a primelor x receptoare din aceeaşi grupă, luate în ordinea descrescătoare a puterilor lor instalate.Puterea activă cerută de cele nk receptoare din grupa k este:

, (1.34)în care a şi b sunt coeficienţii formulei binome, iar x numărul de receptoare pentru care se calculează Pix; aceste date sunt specifice metodei de calcul după formula binomă.

Puterea cerută de cele m grupe de receptoare ale consumatorului de calcul este:

, (1.35)

în care (aPix)M este termenul cu valoarea cea mai mare dintre termenii (aPix)k; b Px ikk

m

1

- suma tuturor

termenilor de forma bkPik, corespunzători celor m grupe de receptoare.Puterea reactivă absorbită la nivelul consumatorului de calcul este:

, (1.36)

în care tg k reprezintă tangenta corespunzătoare factorului de putere introdus de receptoarele din grupa k. Puterea aparentă cerută şi valoarea medie a factorului de putere se calculează cu relaţiile:

şi .

7. METODA ANALIZEI DIRECTE

Această metoda este recomandată pentru calculul puterii cerute de consumatori de calcul cu un număr redus de receptoare, ale căror diagrame de sarcină sunt cunoscute. Astfel de consumatori sunt:

- tablourile de utilaj;- tablourile de distribuţie cu plecări puţine;- tablourile generale cu un număr redus de plecări la subconsumatori mici sau neindustriali, cu puteri

mici, când se cunosc caracteristicile de funcţionare ale acestora şi când puterea instalată pentru iluminat reprezintă mai mult de 60...75% din întreaga putere instalată.

Metoda constă în determinarea directă a coeficientului de cerere, deoarece în astfel de situaţii, valorile factorilor care intervin pot fi calculate sau apreciate cu o bună aproximaţie.

Coeficientul de încărcare ki este dat de relaţia: , (1.37)

în care Pr este puterea reală cu care sunt încărcate receptoarele, iar Ps - puterea în funcţie simultană; în mod obişnuit ki = 0,9 ... 0,95.

Coeficientul de simultaneitate este: , (1.38)

în care Ps are semnificaţia de mai sus, iar Pi este puterea instalată.Randamentul mediu al receptoarelor se determină ca medie ponderată a randamentelor

nominale nj ale receptoarelor, în raport cu puterile instalate. Dacă puterile instalate Pij sunt puteri electrice (absorbite), relaţia de calcul este:

, (1.39)

10

Page 11: Subiecte Rezolvate IE

iar dacă acesta se referă la puteri utile (mecanice - cazul motoarelor electrice), se utilizează relaţia:

, (1.40)

în care n este numărul de receptoare. Randamentul reţelei r se calculează ţinând seama de pierderile de putere; în mod obişnuit r = 0,98 ... 1.

Având determinaţi toţi factorii, se calculează coeficientul de cerere cu relaţia: . Puterea activă

cerută se obţine, în acest caz, din puterea instalată cu ajutorul coeficientului de cerere:. (1.41)

Pentru calculul puterii reactive cerute, este necesară determinarea factorului de putere mediu cos m

al receptoarelor, din condiţia de egalitate a puterii aparente de cele n receptoare cu puterea aparentă a unui

receptor echivalent. Aceasta conduce la relaţia: (1.42) sau (1.43)

dacă Pij reprezintă putere electrică absorbită, sau dacă Pij reprezintă putere utilă.

Puterea reactivă cerută este: , (1.44)

iar puterea aparentă: . (1.45)

10. TIPURI DE POSTURI DE TRANSFORMARE

Posturile de transformare sunt staţii electrice de transformare, coborâtoare, cu o putere cerută maximă de 1600 kVA, în care tensiunea energiei electrice este coborâtă de la o tensiune medie la joasă tensiune, în scopul alimentării reţelelor electrice de utilizare. Posturile de transformare fac astfel legătura între reţelele electrice de medie tensiune şi cele de joasă tensiune.

În cadrul instalaţiilor electrice la consumator, posturile de transformare reprezintă puncte de alimentare cu energie electrică la tensiunea de utilizare, corespunzătoare receptoarelor şi utilajelor.

Principalele criterii de clasificare a posturilor de transformare se referă la soluţia constructivă, amplasarea, structura proceselor tehnologice deservite şi numărul de transformatoare. Alte criterii de clasificare pot fi: nivelul tensiunii înalte (medii), nevelul tensiunii joase, puterea instalată totală ş.a.

Din punct de vedere constructiv, posturile de transformare se realizează în următoarele variante:- posturi de transformare în cabină de zidărie;- posturi de transformare în dulapuri metalice;- posturi de transformare montate pe unul sau doi stâlpi, SnT = (20 ... 350) kVA; aceste posturi de

transformare pot fi pe platformă sau agăţate pe stâlp.Amplasarea se referă atât la poziţia posturi de transformare în raport cu clădirile consumatorilor, cât

şi la cota de situare în raport cu solul.După poziţia posturilor de transformare în raport cu clădirile consumatorilor, se diferenţiază două

tipuri de posturi de transformare:- independente de clădirile consumatorilor, exterior şi interior;- integrate în clădirile secţiilor productive, cât mai aproape de centrul de greutate al sarcinilor

(interioare).Cota de situare a posturilor de transformare în raport cu solul, determină următoarele tipuri de posturi

de transformare:- posturi de transformare subterane;- posturi de transformare supraterane (terestre);

11

Page 12: Subiecte Rezolvate IE

- posturi de transformare aeriene.În raport cu structura proceselor tehnologice deservite, se întâlnesc următoarele două tipuri de

posturi de transformare:- posturi de transformare bloc proces tehnologic, adică posturi de transformare care alimentează

utilaje grupate pe procese tehnologice, în cadrul unei singure secţii sau a câtorva secţii apropiate. Această situaţie conduce la o exploatare economică a posturilor de transformare, în condiţiile unei siguranţe sporite în funcţionare;

- posturi de transformare cu consumator eterogen, destinat alimentării unei diversităţi de utilaje, aparţinând unor procese tehnologice diferite şi prezentând caracteristici electroenergetice diferite.

Astfel de cazuri creează probleme în asigurarea selectivităţii protecţiei şi conduc la o frecvenţă mai mare a deranjamentelor.

Numărul de unităţi de transformator, care poate fi 1, 2 sau 3, este în strânsă legătură cu categoriile receptoarelor din punctul de vedere al continuităţii în alimentarea cu energie electrică şi determină nemijlocit configuraţia schemei electrice a posturilor de transformare şi o serie de aspecte funcţionale.

8. CURBE DE SARCINĂ

Definiţii, clasificări

Datorită imposibilităţii de a stoca energie electrică, satisfacerea necesarului de energie la consumatori impune cunoaşterea nu numai a puterilor cerute, ci şi a modului de variaţie a consumului, sub forma curbelor de sarcină.

Curbele de sarcină prezintă variaţia în timp a sarcinilor electrice, pe o perioadă determinată.La consumatori, ca şi la celelalte părţi componente ale sistemului energetic (centrale, reţele), se

deosebesc diferite curbe de sarcină, după felul sarcinii, durata tc a ciclului la care se referă şi provenienţă.După felul sarcinii, se evidenţiază curbe de sarcini active şi curbe de sarcini reactive, acestea fiind

practic cel mai des întrebuinţate. Se trasează curbe de sarcină şi pentru puterea aparentă, ca şi pentru curent.

După durata tc a ciclului, pentru care redau variaţiile sarcinii, curbele de sarcină pot fi:- zilnice, la care durata ciclului este de 24 h şi dintre care două sunt mai importante, cea caracteristică

pentru vară (în intervalul 18 ... 25 iunie) şi cea pentru iarnă (18 ... 25 decembrie);- anuale, la care durata ciclului este de 8 760 h (12 luni sau 365 zile).După provenienţă se deosebesc următoarele curbe de sarcină:- experimentale, obţinute prin citirea aparatelor indicatoare la intervale egale de timp (din 10 în 10

minute sau din 30 în 30 minute) sau trasate de către aparatele înregistratoare;- tip, care sunt obţinute prin generalizarea curbelor experimentale, specifice unor ramuri sau

subramuri industriale. Aceste curbe prezintă o importanţă deosebită pentru proiectare.Sarcinile electrice pot fi prezentate pe curbele de sarcină fie în valori absolute, fie în valori

raportate la valoarea maximă.

9.INDICATORII CURBELOR DE SARCINA

Consumul de energie electrică conform curbelor de sarcină poate fi caracterizat printr-o serie de mărimi - puteri, durate, coeficienţi adimensionali - numite indicatori ai curbelor de sarcină.

12

Page 13: Subiecte Rezolvate IE

Pe parcursul ciclului, având durata tc, se înregistrează un consum maxim PM cu o durată mai mare de 15 minute; dacă tc = 24 h şi curba este trasată pentru anotimpul rece (iarna), deci este vorba de curba de sarcină zilnică - iarna, atunci PM reprezintă consumul maxim posibil, adică tocmai puterea cerută

PMi = Pc. (1.48)Prin planimetrarea curbelor de sarcină se obţine consumul de energie activă:

, (1.49)

respectiv reactivă: , (1.50)

în care j este indicele de însumare pentru energiile corespunzătoare diferitelor segmente orizontale din curba de sarcină, având ordonatele Pj, respectiv Qj şi lungimile (duratele) - tj. Aceste calcule se fac, în general, numai pentru curba de sarcină anuală.

a. Puterea medie este indicatorul cu semnificaţia unei puteri constante în timp, care ar determina un consum de energie echivalent cu cel real. Puterea activă medie este:

, (1.51)

iar cea reactivă medie: . (1.52)

Între valorile caracteristice ale puterii active - instalată, maximă şi medie - există relaţiile de inegalitate: Pmed < PM < Pi (1.53)

b. Duratele de utilizare indică în cât timp s-ar produce întreg consumul de energie, dacă s-ar funcţiona constant la una din puterile caracteristice. Acestea sunt:

- duratele de utilizare ale puterilor maxime absorbite, corespunzătoare unui consum constant, la

puterile maxime, având expresiile: (1.54)

pentru puterea activă şi (1.55)

pentru puterea reactivă- duratele de utilizare a puterilor instalate, corespunzătoare consumului constant la o putere egală cu

cea instalată. Pentru puterea activă instalată se obţine durata de utilizare cu relaţia:

, (1.56)

iar pentru puterea reactivă instalată:

. (1.57)

Din definiţiile de mai sus, rezultă că pentru energia activă se poate scrie relaţia de echivalenţă:Ea = Pmed tc = PM tPM = Pi tpi (1.58)

şi similar - pentru cea reactivă Er = Qmed tc = QM tQM = Qi tQi. (1.59)c. Coeficienţii de utilizare se obţin prin raportarea puterilor medii la celelalte două valori

caracteristice puterii - maximă şi instalată, după cum urmează:

- coeficienţii de utilizare a puterii maxime sunt: . (1.60)

Dacă tc = 24 h, coeficientul de utilizare a puterii active maxime corespunzătoare curbei de sarcină zilnică, se mai numeşte şi coeficient de umplere sau aplatisare a curbei, fiind folosit în calculele de determinare a puterilor transformatoarelor.

- coeficienţii de utilizare a puterii instalate active şi reactive: (1.61) .(1.62)

13

Page 14: Subiecte Rezolvate IE

Dacă pentru un consumator de calcul, reprezentat de o secţie sau întreprindere, se cunosc puterea instalată, durata de utilizare a acesteia şi durata de utilizare a puterii maxime, determinarea puterii maxime

se poate face cu relaţia: . (1.63)

Se deduce coeficientul mediu de cerere al consumatorului: , (1.64)

egal cu raportul dintre durata de utilizare a puterii instalate şi cea a puterii maxime.În afara indicatorilor menţionaţi, la dimensionarea puterii transformatoarelor pe baza suprasarcinilor

admisibile, este necesar să se cunoască raportul PMv / PMi, dintre puterea activă maximă vara PMv şi cea maximă iarna PMi. Se recomandă, ca determinarea acestui raport să se facă din curba de sarcină anuală, dar se ajunge la rezultate apropiate dacă se raportează valorile maxime din curbele de sarcină zilnică, trasate pentru cele două perioade caracteristice - vara şi iarna. În lipsa unor date concrete, pot fi utilizate orientativ, următoarele valori pentru raportul PMv / PMi:

- 0,75 ... 0,85, pentru întreprinderi lucrând într-unul sau două schimburi;- 0,85 ... 0,9, pentru întreprinderi lucrând în trei schimburi.

11. STRUCTURA POSTURILOR DE TRANSFORMARE

Instalaţia electrică a posturilor de transformare, indiferent de varianta constructivă a acestora, cuprinde două feluri de circuite:

- circuite primare, incluzând toate elementele care concură la transmiterea şi transformarea energiei electrice;

- circuite secundare, cu rol de protecţie, comandă, semnalizare, măsură, control ş.a.În schemele circuitelor primare, elementele pot fi grupate pe celule funcţionale, concretizate adesea

în unităţi constructiv - funcţionale. Astfel, în MT sunt celule sosire linii, celule cuplă, măsură şi eventual celule ale mijloacelor de compensare a puterii reactive. Celulele transformator leagă părţile MT şi JT ale posturilor de transformare, iar celulele de JT, mai numeroase, pot fi:

- celule plecări;- celula mijloacelor de compensare a puterii reactive;- celule cuplă.În figura 2.2 sunt prezentate variante ale celulelor sosire linii.

a b c dFig. 2.2. Configuraţii ale celulelor sosire linii MT: a - cu separator( Q1A) de rupere în sarcină;b - cu separator simplu (Q1B); c - pentru sistem dublu de bare; d - cu siguranţă şi separator.

Variantele cu un singur dispozitiv de separare a căilor de curent, fie acesta separator cu rupere sub sarcină (Q1A), fie separator simplu (Q1B), sunt destinate unor sisteme simple de bare WI (figura 2.2, a şi b). Când sistemul de bare este dublu, introducerea separatorului de bare Q2C devine necesară.

Separatoarele de pământare (Q2A, Q2B şi Q3C) permit punerea capătului liniei LE la pământ, atunci când sunt prevăzute lucrări de reparaţii, întreţinere sau revizii. Schema cu siguranţă-separator, având eventual şi descărcător cu rezistenţă variabilă (F2D în fig. 2.2, d), se întâlneşte la posturile de transformare cu o singură unitate, de puteri relativ mici (sub 250 kVA), montate pe stâlp sau în construcţie metalică.

Celulele de bază ale posturilor de transformare sunt cele care conţin transformatoarele de putere şi aparatura de protecţie, comutaţie şi măsură aferentă. În figura 2.3, este indicată o structură generală a

14

Page 15: Subiecte Rezolvate IE

celulei transformator, cu prezentarea unor alternative pentru unele dintre aparatele din schema de distribuţie. Aceasta evidenţiază faptul că aparatul de protecţie pe partea de MT, marcat prin Q2 (figura 2.3), poate fi de unul din următoarele tipuri:

- întreruptor automat;- separator cu rupere sub sarcină;- siguranţă de MT.Pe partea de JT, protecţia se asigură prin întreruptor automat (Q3 - figura 2.3) sau, la posturile de

transformare de puteri mai mici, prin siguranţă fuzibilă. Separatorul Q4 este reprezentat în schema de bază ca pentru un sistem dublu de bare pe partea de JT, existând şi alternativa (fig. 2.4, b), ca sistemul de bare să fie simplu. Cu linie întreruptă s-a redat în figură conductorul de nul, prezent sistemul de bare WJ şi legat la pământ prin rezistenţa Ro a prizei de pământ. Transformatoarele de măsură de curent TC1 şi TC2 furnizează aparatelor de măsură ca ampermetre, woltmetre, contoare etc., semnale proporţionale cu curenţii din părţile de MT, respectiv JT.

Fig. 2.3 Structura generală a celulei transformator:a - schema monofilară; b - variante de echipare.

Celula măsură (MT), prezentă în figura 2.4, cuprinde transformatoarele de măsură de tensiune TU; de obicei, se utilizează două transformatoare, legate în V. Acestea furnizează aparatelor de măsură ca voltmetre, wattmetre, cosfimetre etc., semnale proporţionale cu tensiunea de serviciu, de MT.

Fig. 2.4. Celula măsură (MT)

Celulele de MT sunt interconectate prin intermediul barelor de MT, iar celulele de JT - prin barele de JT. Barele de MT pot lipsi la posturile de transformare cu o singură linie MT şi un singur transformator. Sistemele de bare pot fi simple, secţionate sau duble, aşa cum se prezintă în fig. 2.5.

a b cFig. 2.5. Sisteme de bare: a - simplă; b - dublu; c - secţionate.

În cazul unui sistem de bare secţionate (figura 2.5, c), o celulă poate fi conectată numai la una dintre secţiuni, în timp ce în cazul unui sistem dublu de bare, majoritatea celulelor pot fi racordate la oricare dintre sistemele de bare componente (figura 2.5, b).

Existenţa sistemelor de bare secţionate şi duble face necesară prevederea unor celulă de cuplă, care să facă legătura între cele două sisteme de bare, componente. Schemele celulelor de cuplă, prezentate în figura 2.6, sunt valabile atât în MT cât şi în JT; W1 şi W2 reprezintă două sisteme de bare distincte, rezultate prin secţionare sau dublare.

15

Page 16: Subiecte Rezolvate IE

a bFig. 2.6. Schemele celulelor de cuplă: a - simplă; b - automată.

Cupla simplă (figura 2.6, a), cuprinde un singur separator, Q1A, fără posibilitatea de comutare sub sarcină. Cupla automată (figura 2.6, b) este mai dezvoltată, cuprinzând în afara întreruptorului automat Q2B şi separatoarele de bare Q1B şi Q3B. Cupla longitudinală leagă secţiunile distincte ale unui sistem de bare secţionate; cupla transversală leagă sistemul dublu de bare.

Cele mai dezvoltate, ca număr, sunt celulele plecărilor JT, datorită rolului de distribuţie pe care îl joacă posturile de transformare, pe lângă cel de transformare a energiei electrice. Acestea sunt destul de diverse, aşa cum se poate observa în fig. 2.7, în raport cu puterile transportate de liniile JT şi cu aparatura folosită. La curenţii mai mari, liniile JT se protejează prin întreruptor automat (Q2A), ceea ce face necesară prevederea şi a unui separator de bare (Q1A).

a b c d

Fig. 2.7. Configuraţii ale celulelor plecări JT: a - cu întreruptor automat; b - cu separator şi siguranţă fuzibilă; c - cu separator unic pentru mai multe linii JT; d - numai cu siguranţă fuzibilă.

Varianta separator-siguranţă, prevăzută şi cu măsură (fig. 2.7, b), acoperă o gamă largă de plecări JT; din economie, există soluţia montării unui singur separator (Q1C) pentru câteva linii JT (figura 2.7, c). Cea mai simplă şi frecvent utilizată schemă este cea cu protecţia asigurată prin siguranţe fuzibile (figura 2.7, d); linia de JT, după ce s-a decuplat sarcina de la capătul acesteia, poate fi separată de la sistemul de bare (WJ), prin extragerea patroanelor fuzibile, astfel că siguranţele F1D joacă şi rol de separator, în caz de separaţii-revizii.

Compensarea centralizată, la posturile de transformare, a puterii reactive se realizează prin prevederea unor celule de compensare, în JT sau MT. O configuraţie posibilă pentru aceste celule este prezentată în fig. 2.8, în opţiunea JT. Circuitul comun (coloana) se prevede cu protecţie, comutaţie şi măsură, iar circuitele individuale ale treptelor bateriei de condensatoare se prevăd cu protecţie şi comutaţie. De obicei, o treaptă (ex, C0) este fixă, iar celelalte sunt comutabile, manual sau automat.

16

Page 17: Subiecte Rezolvate IE

Fig. 2.8. Celulă compensatoare a puterii reactive.

12. DIMENSIONAREA POSTURILOR DE TRANSFORMARE

Problema dimensionării PT este relativ complexă, deoarece presupune parcurgerea următoarelor etape mai importante:

- stabilirea numărului de PT şi a puterilor cerute pe fiecare PT;- determinarea locurilor de amplasare a PT;- determinarea puterilor activă şi aparentă pe fiecare PT;- stabilirea numărului şi a puterilor transformatoarelor dintr-un PT;- organizarea regimului de funcţionare în paralel a transformatoarelor din fiecare PT.

A. Stabilirea numărului de PT

Modalitatea de grupare a receptoarelor şi utilajelor pe puncte de alimentare în joasă tensiune este subordonată unor criterii ca:

- amplasarea învecinată;- apartenenţa la acelaşi proces tehnologic;- puterile aparente cerute să se încadreze în domeniul (161600) kVA;- puterile cerute pe fiecare PT să aibă valori apropiate.Organizarea energetică a consumatorilor, în ceea ce priveşte numărul de PT, se face pe planul de

situaţie al acestuia, cu luarea în considerare a puterilor cerute de receptoare şi utilaje. Se procedează la gruparea sarcinilor plasate în vecinătate, astfel încât un ansamblu de sarcini să nu depăşească puterea aparentă cerută de 1600 kVA şi să se obţină puteri aparente apropiate pe posturi, pentru ca numărul de tipuri de PT să fie cât mai mic.

Numărul de ansambluri de sarcini astfel delimitat reprezintă numărul de PT, notat în continuare - nPT. Pentru fiecare PT, se calculează apoi puterile cerute, pe baza metodelor de estimare cunoscute.

B. Determinarea locurilor de amplasare a PT

Se consideră toate utilajele şi receptoarele, aferente unui PT, reprezentate pe planul de amplasamente, aşa cum se prezintă în figura 2.9; în plus, s-a asociat arealului dreptunghiular, în care sunt situate utilajele şi receptoarele, un sistem de axe de coordonate xOy, pentru a se putea referi în acest plan fiecare punct de consum. Puterile cerute de utilaje şi receptoare se consideră determinate corespunzător numărului echivalent de receptoare, pentru PT în discuţie.

17

Page 18: Subiecte Rezolvate IE

Fig. 2.9. Centrul de sarcină şi definitivarea amplasării PT

Coordonatele centrului de sarcină echivalentă se calculează cu relaţiile:

, (2.1)

, (2.2)

în care xj şi yk reprezintă coordonatele caracteristice curente, înţelegând prin coordonate caracteristice acele abscise sau ordonate, la care este situat cel puţin un receptor sau utilaj;

Scxj, Scyk - suma puterilor aparente cerute, la coordonatele caracteristice respective, incluse în indice.Evident sumele de la numitorii relaţiilor (2.1) şi (2.2) sunt identice, reprezentând sarcina

"echivalentă", adică suma aritmetică a puterilor aparente cerute. După calcularea coordonatelor (xC, yC) ale centrului de sarcină echivalentă şi reprezentarea acestuia pe planul de amplasamente, se trece la luarea deciziei privitoare la poziţia finală a PT, în funcţie de tipul constructiv al acestuia şi de spaţiul disponibil din interiorul sau exteriorul clădirii (halei). Dacă, de exemplu, se decide că amplasarea PT se face în afara spaţiului ocupat de utilaje şi receptoare, centrul de sarcină va fi deplasat din punctul C (fig.2.9), de coordonate (xC, yC), pe distanţa cea mai scurtă.

C. Definitivarea puterilor aparente pe fiecare PT

Luând ca punct de referinţă determinarea puterilor cerute Pct şi Qct, din reţeaua de medie tensiune, se pune problema determinării puterii aparente, pe baza căreia să se aleagă puterea nominală a transformatoarelor din PT. Mai întâi, se impune remarca referitoare la calculul puterii reactive, totale - Qct: la estimarea acestei mărimi, puterea reactivă a mijloacelor de compensare ar trebui neglijată, Qbc= 0, pentru a conferi un nivel sporit de fiabilitate postului de transformare.

Deoarece echipamentele electrice, cum sunt şi transformatoarele, admit anumite regimuri de suprasarcină, raţionamentul care se aplică la determinarea puterii de calcul, pentru alegerea puterii

18

Page 19: Subiecte Rezolvate IE

nominale SnT a transformatoarelor este următorul: puterea cerută totală, cu semnificaţia acesteia de putere maximă absorbită, să fie suportată de către transformatoarele electrice din PT in regim de suprasarcină. În acest fel, transformatoarele nu se supradimensionează şi, din punct de vedere economic, PT revine la un cost mai scăzut.

Notând cu coeficientul care exprimă capacitatea totală de suprasarcină a transformatoarelor, condiţia enunţată anterior se transpune pentru puterea activă sub forma

, (2.3)în care s-a notat cu PPT puterea activă, de calcul, a PT. Capacitatea de suprasarcină totală a transformatoarelor rezultă datorită variaţiilor zilnice şi anuale a sarcinii, când, datorită funcţionării unor intervale importante de timp la sarcini mai mici, regimul termic al transformatoarelor este mai puţin solicitant şi deci fenomenul îmbătrânirii izolaţiei este diminuat.

Suprasarcina admisă pe baza variaţiilor zilnice ale sarcinii, conform curbei de sarcină zilnică, este definită prin regula celor trei procente, astfel: pentru fiecare 10 de reducere a coeficientului de aplatizare KPM faţă de 100, se admite o suprasarcină de 3. Expresia analitică a suprasarcinii relative admise, notată 3, este în baza regulii enunţate:

. (2.4)

Suprasarcina admisă pe baza variaţiilor anuale ale sarcinii, notată prin p, se defineşte pe baza regulii celor p procente, având următorul enunţ: pentru fiecare p% de subîncărcare vara, se poate admite iarna o suprasarcină echivalentă ca mărime, dar nu mai mare de 15%. Cu alte cuvinte, suprasarcina admisă iarna este egală cu subîncărcarea din timpul verii, ceea ce se scrie analitic sub forma:

; (2.5)

din ultimii doi membrii ai egalităţii se poate obţine relaţia:

, (2.6)

care exprimă sub altă formă regula celor p%.Având definite cele două componente ale suprasarcinilor admise, se determină capacitatea totală de

suprasarcină cu relaţia:, (2.7)

care nu trebuie să depăşească valoarea maximă M = 0,2 pentru transformatoare instalate în interior şi M = 0,3 pentru transformatoare montate în exterior.

Puterea activă, de calcul, pentru PT se deduce din relaţia (2.3), pentru condiţia de egalitate, mai întâi sub forma:

, (2.8)

în care se introduc expresiile (2.4), (2.5) şi (2.7) ale suprasarcinilor admise, obţinându-se relaţia finală

, (2.9)

unde a fost pus în evidenţă raportul PMv/PMi, ca indicator al curbelor de sarcină.În acelaşi timp, puterea activă a PT trebuie să corespundă valorilor maxim admise pentru capacitatea

totală de suprasarcină, conform celor de mai sus, astfel că se impune condiţia suplimentară

. (2.10)

Dacă se are în vedere faptul că, pentru consumatorul racordat la PT se cunoaşte factorul de putere natural cos, se calculează în continuare puterea aparenta de calcul a PT cu relaţia:

, (2.11)

pe baza căreia se poate trece la determinarea puterii nominale a transformatoarelor din PT.

19

Page 20: Subiecte Rezolvate IE

D. Stabilirea numărului şi a puterii nominale a transformatoarelor

Într-un PT se montează, de obicei, transformatoare de aceeaşi putere nominală, din acelaşi considerent, pentru care se evită diversificarea tipurilor de PT, la acelaşi consumator: criteriul economic. Numărul de transformatoare identice dintr-un PT este în funcţie de categoriile receptoarelor, din punct de vedere al continuităţii în alimentarea cu energie electrică, recomandările fiind expuse în continuare, în raport cu încadrarea pe categorii.

Pentru PT alimentând receptoare din categoria 0, se prevăd două transformatoare, fiecare dintre acestea putând suporta întreaga sarcină:

nT=2,, (2.12)

prin aceasta asigurându-se o rezervă de 100% în surse.Dacă consumatorul are receptoare de categoria I-a şi puterea aparentă, totală a acestora, ScI, este mai

mică decât 0,5SPT, atunci se recomandă tot două unităţi de transformator, a căror putere nominală să poată acoperi cel puţin puterea receptoarelor mai exigente, conform condiţiei:

, nT=2. (2.13)

Ponderea mai mare a receptoarelor de categoria I-a, evidenţiată prin inegalitatea:ScI 0,5SPT,

se rezolvă cu recomandarea de a se utiliza, în acest caz, trei unităţi de transformator, ale căror puteri nominale să satisfacă condiţiile:

(2.14)

nT= 3.Pentru cazul în care consumatorul este alcătuit din receptoare de categoria a II-a, condiţiile de

determinare a transformatoarelor din PT sunt după cum urmează:nT=2;

. (2.15)

În sfârşit, dacă în compunerea consumatorului se află numai receptoare de categoria a III-a, se prevede o singură unitate, determinată astfel:

nT=1;. (2.16)

12. INSTALAŢII ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE

Generalităţi

Instalaţiile electrice de joasă tensiune realizează distribuţia energiei electrice la receptoare îndeplinind astfel scopul final al întregului proces de producere, transport şi distribuţie a energiei electrice. În compunerea lor se regăsesc aceleaşi părţi, evidenţiate pentru instalaţiile electrice la consumatori.

Receptoarele electrice alimentate în joasă tensiune sunt de o mare diversitate, ocupând în general o pondere însemnată în valoarea puterii instalate la consumator. Având în vedere rolul instalaţiilor de joasă tensiune, rezultă că proiectarea acestora este strâns legată de caracteristicile tehnico-funcţionale ale receptoarelor electrice. Cerinţele impuse de funcţionarea corespunzătoare a receptoarelor, din punct de vedere tehnic şi economic, trebuie satisfăcute între anumite limite admisibile, de către instalaţia de distribuţie în joasă tensiune.

20

Page 21: Subiecte Rezolvate IE

Aşa cum s-a subliniat, un mare număr de receptoare electrice se află, în mod obişnuit, montate în cadrul utilajelor tehnologice, acestea cuprinzând unul sau mai multe receptoare. Prin fabricaţie, aceste utilaje au o instalaţie electrică proprie, care cuprinde atât o parte de forţă - circuitele primare, cu rol de distribuţie şi de protecţie a receptoarelor, cât şi o parte de comandă, automatizare, măsură şi control - circuitele secundare. Instalaţia electrică a unui utilaj conţine, un tablou de distribuţie, numit pe scurt tablou de utilaj TU, care alimentează receptoarele cu energie electrică de la un punct de distribuţie (bornele de intrare), permite conectarea-deconectarea şi realizează protecţia receptoarelor şi a conductelor electrice.

Reţelele electrice de joasă tensiune sunt constituite din totalitatea coloanelor şi circuitelor de utilaj sau receptor. Prin coloană se denumeşte ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimentează un tablou de distribuţie, iar prin circuit ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimentează unul (circuit de receptor) sau mai multe receptoare (circuit de utilaj).

În cadrul reţelelor electrice de joasă tensiune se pot face următoarele grupări:- reţele de alimentare, care leagă barele de joasă tensiune ale posturilor de transformare la punctele

de distribuţie (tablouri), cuprinzând totalitatea coloanelor electrice;- reţele de distribuţie, care fac legătura între punctele de distribuţie şi receptoare sau utilaje, incluzând

totalitatea circuitelor de receptor, respectiv utilaj.Punctele de alimentare sunt reprezentate, în cazul instalaţiilor electrice de joasă tensiune, de tablourile

de distribuţie care pot fi:- tablouri generale, primind energia electrică de la postul de transformare sau direct din reţeaua

furnizorului;- tablouri principale, alimentate dintr-un tablou general şi care distribuie energia electrică la tablouri

secundare;- tablouri secundare, de la care energia electrică se distribuie la receptoare şi utilaje.Instalaţiilor electrice de joasă tensiune le este specific şi un anumit echipament electric. De obicei

echipamentul electric se montează concentrat, în vecinătatea punctelor de alimentare (în TD) putând fi însă amplasat şi pe traseul unor coloane (cazul magistralelor din bare capsulate) sau al unor circuite (aparatele de conectare).

13. EXPLOATAREA ECONOMICĂ A TRANSFORMATOARELOR

Posturile de transformare, care alimentează receptoare mai exigente din punctul de vedere al continuităţii în alimentarea cu energie electrică (categoriile 0, I şi II), pot fi prevăzute cu două sau chiar trei unităţi identice de transformare. În raport cu sarcina variabilă, tranzitată, regimul economic al posturilor de transformare se consideră corespunzător pierderilor de putere minime în transformatoarele conectate, deci randamentului maxim de transformare a energiei.

Conform datelor furnizate de către producători, pentru fiecare transformator cu puterea nominală SnT

se cunosc următoarele mărimi:- pierderile active la mers în gol Po;- pierderile active la mersul în scurtcircuit Psc;- curentul de mers în gol io%;- tensiunea relativă de scurtcircuit µsc%.Pierderile de putere activă şi de putere reactivă, prezintă o variaţie specifică la funcţionarea

individuală în sarcină a unui tip de transformator, prezintă o variaţie specifică. Curba pierderilor de putere activă corespunde relaţiei:

[kW], (2.17)în care kT = ST/SnT reprezintă gradul de încărcare al transformatorului, când tranzitează puterea aparentă ST. Curba pierderilor de putere reactivă este descrisă de relaţia:

[kvar], (2.18)în care Qo reprezintă pierderile de putere reactivă la mersul în gol, iar Qsc - pierderile de putere reactivă la mersul în scurtcircuit, date respectiv de relaţiile:

21

Page 22: Subiecte Rezolvate IE

, (2.19)

. (2.20)

Pierderea totală de putere activă se echivalează cu relaţia, (2.21)

în care c reprezintă echivalentul energetic al puterii reactive la bara de racordare a transformatorului, adică pierderea de putere activă ca urmare a creşterii cu o unitate a puterii reactive tranzitate din sistem spre nodul amonte al postului de transformare (emed = 0,03 kW/kvar, informativ).

Tratarea generală a funcţionării economice a transformatoarelor impune considerarea cuplării în paralel cu două transformatoare cu puteri nominale diferite SnT1 < SnT2, având pierderile identificate prin indicii numerici, corespunzători. Prin manevrarea aparatelor de comutaţie, la sarcini mai mici se cuplează transformatorul de putere mai mică, iar la sarcini mai mari va fi mai economic să se conecteze numai transformatorul de putere mai mare. Sarcina limită la care s-ar impune comutarea de pe un transformator pe celălalt se determină din condiţia:

, (2.22)care se explicitează mai întâi folosind relaţiile (2.17) (2.21) sub forma:

. (2.23)Separând termenii dependenţi de sarcină (în membrul stâng) de cei independenţi de sarcină, relaţia

devine, (2.24)

din care se deduce sarcina limită Sl, explicitând gradele de încărcare:

, , (2.25)

sub forma expresiei generale : , (2.26)

Relaţia (2.26) poate fi particularizată pentru orice situaţie concretă, inclusiv prin considerarea transformatorului 1 ca fiind un sistem de nT transformatoare identice, în paralel, iar a transformatorului 2 ca fiind un sistem de (nT + 1) transformatoare identice, în paralel. Sarcina limită la care se impune trecerea de la nT la (nT + 1) transformatoare se obţine explicitând pierderile sistemelor de transformare considerate şi puterile nominale astfel:

P01 = nTP0; Q01 = nTQ0

P02 = (nT + 1) P0; Q02 = (nT + 1)Q0 (2.27)..............................................................SnT1 = nTSnT; SnT2 = (nT + 1)SnT

Notând cu Sl (nT, nT + 1) sarcina limită, se determină relaţia generală pentru aceasta sub forma:

, (2.28)

care poate fi particularizată pentru trecerea de la un transformator la două în paralel şi de la două la trei în paralel, dacă unităţile sunt identice.

Relaţia (2.26) poate fi utilizată şi pentru aprecierea regimului economic de funcţionare a unor transformatoare de puteri diferite. Se subliniază condiţia ca pentru a putea funcţiona în paralel, transformatoarele trebuie să aibă aceeaşi grupă de conexiuni.

O formă simplificată a relaţiei (2.28) se obţine prin neglijarea pierderilor active suplimentare în reţeaua de alimentare, datorate tranzitului de putere reactivă consumate de transformator (0 = 0):

, (2.29)

care conduce la valori cu 8 ... 10% mai mici decât relaţia exactă.

22

Page 23: Subiecte Rezolvate IE

15. SCHEMELE REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE

Racordarea receptoarelor şi utilajelor la tablourile de distribuţie se poate face:- radial;- cu linie principală.Pentru alimentarea receptoarelor şi utilajelor electrice de mică importanţă, situate departe de punctele

de distribuţie însă amplasate apropiat între ele, se poate folosi distribuţia cu linie principală, numită în acest caz şi conexiune în lanţ. Evident şi în astfel de situaţii se poate recurge la amplasarea unui tablou de distribuţie în vecinătatea grupului de receptoare şi utilaje, la care acestea să fie racordate radial.

Extinderea distribuţiei cu linie principală, adică racordarea de noi receptoare sau utilaje se poate face cu uşurinţă dacă secţiunea conductoarelor din compunerea liniei asigură şi curenţii ceruţi de noile receptoare.

Conexiunea cu linie principală este mai frecvent utilizată la realizarea distribuţiei în interiorul utilajelor, deci în schemele de distribuţie ale acestora.

Gruparea receptoarelor şi utilajelor pe tablouri de distribuţie secundare trebuie să se facă în baza următoarelor considerente:

- existenţa unor corelaţii funcţionale în cadrul procesului tehnologic deservit;- amplasarea învecinată în cadrul secţiei;- utilizarea eficientă a tipurilor de cutii capsulate pentru tablouri de distribuţie şi a altor echipamente

electrice;- tarifarea identică pentru consumul de energie electrică;- lipsa perturbaţiilor reciproce supărătoare între diferitele tipuri de receptoare;- eventualitatea unor limitări de putere de 5 ... 10 % la cererea furnizorului, în caz de deficit de putere

în sistemul electroenergetic;- receptoarele de categorii diferite se grupează pe diferite tablouri.În condiţiile de mai sus, se recomandă [32] ca receptoarele de iluminat să fie racordate la aceleaşi

tablouri de distribuţie cu receptoarele de forţă.Nu se vor grupa pe acelaşi tablou receptoare de diferite tipuri dacă:- separarea conduce la soluţii mai economice;- se aplică tarifare diferenţiată pentru consumul de energie electrică;- funcţionarea unora produce perturbaţii supărătoare pentru celelalte (de exemplu pornirea motoarelor

electrice, care determină variaţii ale fluxului luminos emis de sursele de lumină);- utilajele sau agregatele tehnologice se pot înlocui reciproc din punct de vedere productiv sau acestea

deservesc linii tehnologice paralele, realizând acelaşi produs;- frecvenţele de lucru sunt diferite;- tensiunile faza-pământ sunt diferite.Ultimele două condiţii nu sunt obligatorii dacă un receptor sau utilaj necesită pentru funcţionarea lui

circuite cu curenţi de frecvenţe sau tensiuni diferite. În asemenea situaţii, în cadrul tabloului de distribuţie respectiv, echipamentele care aparţin aceluiaşi fel de curent sau nivel de tensiune se montează separat şi se marchează distinct.

Numărul de receptoare şi utilaje care pot fi racordate la acelaşi tablou de distribuţie este limitat de valoarea maximă a curentului care poate fi suportată de elementele conductoare ale echipamentului electric. Acest număr se corelează cu puterile instalate şi coeficienţii de cerere ai receptoarelor.

În concluzie, problema grupării utilajelor şi receptoarelor dintr-o secţie, pe tablouri de distribuţie, poate fi soluţionată dacă se cunosc amplasamentele utilajelor şi receptoarelor (schema tehnologică), caracteristicile tehnico-funcţionale ale acestora şi procesul tehnologic din secţie.

23

Page 24: Subiecte Rezolvate IE

16. SCHEMELE REŢELELOR DE ALIMENTARE

Conceperea schemelor reţelelor de alimentare, care fac legătura între posturile de transformare şi tablourile de distribuţie la receptoare şi utilaje, reprezintă unul din aspectele importante ale proiectării instalaţiei de joasă tensiune deoarece, aşa cum s-a arătat mai sus, reţelele de distribuţie nu ridică dificultăţi deosebite.

Reţelele de alimentare de joasă tensiune pot fi organizate conform schemelor (de alimentare):- radiale;- cu linii principale;- buclate;- combinate.a. Schemele radiale (arborescente) sunt utilizate pentru alimentarea unor tablouri de distribuţie

suficient de încărcate, montate relativ apropiat unele de altele, cât şi în cazul tablourilor de distribuţie cu puteri cerute mari, distanţate, faţă de care tabloul general ocupă o poziţie aproximativ centrală.

Aceste scheme asigură totodată limitarea valorilor curenţilor de scurtcircuit. Reţelele de alimentare radiale, se pot realiza, după cum urmează:- cu o singură treaptă, când tablourile secundare de distribuţie (TS1 ... TS4) sunt alimentate direct de

la tabloul general TG;- cu mai multe trepte, caz în care distribuţia se realizează prin două sau mai multe puncte de

distribuţie intermediare. Pentru distribuţia radială în două trepte, rima treaptă o constituie alimentarea tablourilor principale TP1 ... TP3, iar a doua - alimentarea tablourilor secundare TS1, ..., TS10 de la cele principale. Coloanele se diferenţiază în mod corespunzător în coloane principale, respectiv secundare. În general, arareori se utilizează scheme radiale cu mai mult de două trepte;

- în cascadă, situaţie în care la anumite tablouri de distribuţie (TS1, TS2) se racordează alături de receptoare sau utilaje şi alte tablouri de distribuţie (TS1/, respectiv TS2/), ca în cazul schemelor radiale cu mai multe trepte. Tablourile secundare se consideră de diferite nivele, în sensul distribuţiei energiei electrice spre receptoare, putându-se nota de exemplu TS3 - 1, TS3 - 2 ş.a.m.d., iar cele care alimetează numai receptoare şi utilaje.

De remarcat că schema în cascadă rezultă din suprapunerea unor scheme radiale cu numere diferite de trepte, combinaţia fiind datorată unor linii de distribuţie (coloane) comune. Se recomandă evitarea formării a mai mult de două trepte, din considerente de siguranţă în exploatare.

De subliniat că reţelele de alimentare radiale se disting prin siguranţa în funcţionare din punct de vedere a selectivităţii. Ca un dezavantaj poate fi reţinut faptul că tablourile generale sunt, în cazul schemelor radiale, mai dezvoltate.

b. Schemele cu linii principale se folosesc pentru alimentarea unor tablouri de distribuţie amplasate pe o aceeaşi direcţie faţă de tabloul general, la distanţe relativ mici, iar mărimea încărcării acestor tablouri nu justifică folosirea schemei radiale.

Reţelele de alimentare cu linii principale, pot fi:- cu linii principale nesecţionate, cu sarcini distribuite sau concentrate;- cu linii principale secţionate.În cazul utilizării barelor capsulate ca element constructiv pentru liniile principale, reţeaua de

alimentare poate avea una din configuraţii denumită schemă bloc transformator - linie principală din bare capsulate.

Linia principală se mai numeşte coloană magistrală sau simplu - magistrală, iar liniile care se ramifică din acestea - derivaţii.

Schemele cu linii principale din bare capsulate sunt frecvent aplicate în alimentarea cu energie electrică a unor secţii cu sarcini electrice mari, din uzine metalurgice, constructoare de maşini, de prelucrarea minereurilor etc.

24

Page 25: Subiecte Rezolvate IE

c. Schemele buclate se obţin prin reîntoarcerea capătului liniei principale secţionate la punctul de alimentare de plecare. Aceste reţele asigură în punctele de distribuţie pe care le alimentează o rezervă în linii, putând fi utilizate în cazul unor grupe de receptoare de categoria a II-a.

Sunt prezentate două tipuri posibile de reţele de alimentare cu scheme buclate:- în inel (simplu buclată), obţinută prin buclarea unei linii principale secţionate;- tip plasă (complex buclată), care se compune din mai multe reţele simplu buclate. În aceste scheme,

unele coloane sunt laturi comune pentru două sau mai multe ochiuri, astfel încât rezerva în linii este de minim 100%.

Siguranţa în exploatare a reţelelor buclate de joasă tensiune depinde de modul de amplasare şi dimensionare a elementelor de protecţie.

d. Schemele combinate, cuprind linii radiale, principale şi buclate se utilizează în mod curent, dată fiind diversitatea condiţiilor practice, în care trebuie realizată distribuţia în joasă tensiune.

Dacă se folosesc puncte de distribuţie intermediare, atunci alimentarea tablourilor principale se poate realiza după o schemă, iar a celor secundare după altă schemă; în acest caz se obţin scheme combinate între trepte de distribuţie.

Variantele tehnice ale schemelor reţelelor de joasă tensiune se analizează din punct de vedere al siguranţei în funcţionare, se compară între ele pe baza calculelor economice şi pe această bază se alege soluţia finală.

18. CARACTERISTICI ALE REŢELELOR RADIALE

Alimentarea radială - alimentarea prin care un punct de alimentare este legat de un punct de consum printr-o singură linie electrică.

Principial se numeşte radială, pentru că fizic traseele liniilor electrice de JT. sunt dispuse rectangular, cu tronsoane paralele cu pereţii încăperii.

Fie planul unei secţii, de formă dreptunghiulară (L1L2; L1L2), raportată la planul xOy, ca în figură:

- se consideră determinat punctul C(xC,yC) - punctul de alimentare a secţiei (PT) în funcţie de puteri şi amplasări;

- se trasează dreptele x=xC şi y=yC rezultând patru dreptunghiuri cu centrele de simetrie C1, C2, C3 şi C4 în care vor fi plasate punctele de distribuţie următoare (ex.: TD);

- W1W4 reprezintă conductele electrice radiale dintre punctul de alimentare C şi punctele de distribuţie C1C4.

Ipoteză: sarcinile electrice sunt uniform distribuite pe subzone.- se definesc coordonatele relative ale punctului de alimentare C (centrul de sarcină) sub forma:

; (1)

25

Page 26: Subiecte Rezolvate IE

- lungimea medie a reţelei radiale de distribuţie:

, (2)

unde nL reprezintă numărul liniilor de distribuţie; în acest caz este egal cu numărul punctelor de distribuţie ale consumatorului considerat: nL=nD (pot exista şi linii de distribuţie spre receptoare); Ask – aria ocupată de diviziunea k a consumatorului (subconsumatorul care primeşte energie prin linia k); lrk – lungimea reţelei radiale pentru diviziunea k.Exemplu: pentru dreptunghiul2:

(3)

- pentru cele 4 subzone se obţine

(4)şi apoi

. (5)

Obs: expresia lungimii medii a reţelei nu depinde de modul de împărţire. - se defineşte raportul de aspect al halei:

; (6)

-suprafaţa totală a secţiei:

(7)

Din (6) şi (7) rezultă

şi . (8)

Expresia lungimii reţelei radiale devine

(9)

Se pune problema aflării minimului acestei lungimi; se caută minimul după cele două coordonate relative ale centrului:

; ; (10)

rezultă

. (11)

Mai departe

pentru =1 şi . (12)

Deci valoarea optimă se obţine pentru cazul particular al unui patrat, iar C este în mijloc. Se defineşte coeficientul configuraţiei reţelei radiale:

. (13)

Din (12) şi (13) rezultă

, (14)

deci nu depinde de numărul de linii radiale, deci în câţi subcosumatori se împarte suprafaţa luată în calcul.

26

Page 27: Subiecte Rezolvate IE

Obs.: cu cât r este mai mic, cu atât sunt mai buni indicatorii tehnico-economici, dacă celelalte condiţii sunt identice.

Valoarea minimă a lui r se obţine pentru:

şi ==0.5, (15)

adică dacă C este amplasat în centrul de simetrie. Rezultă:

, (16)

care este minim pentru = 1. Deci rmin = 1, adică suprafaţa de calcul este reprezentată de un pătrat.

Dacă şi sunt date, rmin se obţine pentru:

, (17)

deci. (18)

Caz des întâlnit în practică: punctul de alimentare este scos în afara zonei de plasare a sarcinilor electrice (în afara secţiei):- lungimea reţelei radiale este:

, (19)unde lE reprezintă distanţa de la PA E la proiecţia sa E’ pe porţiunea cea mai apropiată a conturului secţiei. - dacă se împarte cu se obţine:

. (20)

19. DETERMINAREA NUMĂRULUI OPTIM DE TD

Proiectarea reţelelor de secţii se bazează pe determinarea prealabilă a numărului şi amplasării TD, cu repartizarea între acestea a utilajelor şi receptoarelor.

- în general, reţeaua de distribuţie se realizează radial, dar există şi situaţii în care se poate folosi de tip linie principală (receptoare care se pot alimenta prin circuite de protecţie comună la scurtcircuit).

Criterii de grupare a utilajelor şi receptoarelor pe TD:- criterii tehnologice;- amplasare învecinată (dacă nu deservesc procese paralele);- puterea maximă pe un TD - să fie în funcţie de parametrii aparaturii prevăzute la intrările în TD,

utilizabilă la momentul dat şi de curentul admisibil în conductele electrice, conform secţiunilor normalizate;

- selectivitatea între protecţiile de la TD şi de la TG să se asigure natural, datorită treptelor de putere respective şi nu forţat; aceasta pledează încă o dată pentru TD cu încărcări cât mai apropiate;

- categoria d.p.d.v. al continuităţii în alimentare;- condiţiile de tarifare;- criterii privind automatizarea instalaţiilor de distribuţie;

27

Page 28: Subiecte Rezolvate IE

- criterii economice: minimizarea unor costuri şi cheltuieli - cheltuielile totale pentru reţeaua secţiei, alimentată de la un PT să fie minime.

Pe baza acestei funcţii obiectiv se propune [Kojalov] următoarea relaţie pentru numărul optim economic de receptoare electrice (Noe) pe un TD:

, (2)

unde:N – numărul total de receptoare;nD – numărul optim economic de TD;

- numărul mediu de receptoare pe unitatea de suprafaţă (m2) a secţiei;

r – coeficientul configuraţiei reţelei de distribuţie radiale;ar – cheltuielile specifice pentru o plecare cu curentul nominal IN.Având determinat Noe, numărul optim economic de TD se determină din:

. (6)

20. CURENTUL CERUT

Necesitatea determinării curentului cerut (Ic):- dimensionarea conductelor;- alegerea aparaturii de protecţie, comutaţie şi măsură;- alegerea TD.Metode de determinare a Ic:a) pe baza puterii cerute Pc (sau Sc);b) metoda coeficienţilor curentului cerut (intervin numai puteri nominale).a) Determinarea lui Ic pe baza Pc

Pentru receptoare identice, pentru care se cunoaşte Pi, care este putere utilă (la motoare puterea utilă

= putere mecanică): , (8)

unde: .Pentru receptoare identice, cu Pi putere electrică absorbită (ex.: cuptor electric):

. (9)

Pentru n'4, dar din aceeaşi categorie k (kc, cosc) Pc are semnificaţie de putere electrică absorbită:

. (10)

Generalizare:- număr faze:1,3;- Pi: putere utilă / putere electrică absorbită:

, , (11)

Cp şi Cs fiind daţi (valabil şi pentru receptoare monofazate sau în c.c.).

Dacă avem receptoare din categorii diferite: , (12)

cu condiţiile:- Pc se determină cu ajutorul coeficienţilor de cerere pe fiecare categorie;- ka se determină cu acelaşi n';

28

Page 29: Subiecte Rezolvate IE

- se determină .b) Metoda coeficienţilor curenţilor ceruţiSe aplică pentru grupuri de receptoare trifazate până la nivel de TD. Receptoarele se consideră

grupate pe categorii indicându-se pentru fiecare categorie relaţia de calcul a Ic.Fie o categorie k cu nk receptoare (un TD cu plecări puţine). Curentul cerut pe categorie este:

, (13)

unde:(C1, C2)k - coeficienţii curentului cerut de categoria k;x{0,1,2,3,4,5} - un număr de receptoare cu puterile cele mai mari;

- suma primelor x puteri nominale ale receptoarelor, aşezate în ordine descrescătoare.

Puterile din relaţie sunt active (motoare) sau aparente (transformatoare şi cuptoare).Pentru un consumator de calcul care are m categorii se utilizează relaţia (12).

21. MOMENTUL CURENŢILOR CERUŢI

Pierderile de putere activă pentru o linie radială k trifazată, cu secţiunea Sk şi lungimea lk, prin care trece curentul Ick, sunt date de relaţia:

. (14)

Ţinând cont că Jck=Ick / Sk, rezultă:. (15)

Pentru o reţea cu nL linii radiale pierderile totale sunt:

. (16)

Ipoteze:k= (Al sau Cu) este acelaşi pentru k=1nL;JckJmed (aproximativ aceeaşi densitate de curent pe toate porţiunile reţelei).Pentru o reţea, J se poate determina din condiţiile de încălzire admisibilă, de asigurare a unui

randament minim al reţelei sau de minimizare a unei funcţii obiectiv care evaluează costurile materialelor, a pierderilor de energie etc. Astfel, pentru fiecare porţiune se poate determina Jc şi apoi:

. (17)

Expresia pierderilor active totale devine:

. (18)

Se introduce noţiunea - momentul curenţilor ceruţi ai reţelei trifazate:

. (19)

Atunci: . (20)Minimizarea pierderilor de putere în reţea este echivalentă cu minimizarea momentului curenţilor

ceruţi M(Ic) sau a momentului puterilor aparente cerute:

. (21)

Semnificaţia lui M(Ic):

29

Page 30: Subiecte Rezolvate IE

, (22)

sau

, (23)

unde s-a folosit notaţia vck=3Sklk.Deci, conform relaţiilor (22) şi (23), M(Ic) este proporţional cu pierderile de putere şi cu volumul v

al investiţiei de material conductor.Reducerea cât mai mult posibil a momentului M(Ic) a reţelei atrage după sine micşorarea volumului

de material conductor, deci a investiţiilor şi a pierderilor de putere în reţea, deci a cheltuielilor de exploatare.

M(Ic) este cel mai important parametru al reţelei, micşorarea sa determinând creşterea tuturor indicatorilor economici de bază ai reţelei.

Deoarece sarcinile de calcul şi amplasamentele receptoarelor şi utilajelor sunt date, modul de amplasare a conductelor electrice este stabilit prin tehnologia de execuţie (ex.: trasee paralele cu pereţii), singura mărime variabilă, de care depinde M(Ic), este poziţia punctului de alimentare PA(x,y) a consumatorului.

Cea mai potrivită poziţie a PA se determină prin minimizarea lui M(Ic).

Fig. Explicativă la determinarea M(Ic)

- lungimea lk a unui circuit (figura) se poate descompune în două porţiuni perpendiculare, lkx şi lky, paralele cu Ox, respectiv Oy:

. (24) - generalizare:

deci . (25)Momentul total al curenţilor ceruţi este:

, (26)în care:

(27)

şi

, (28)

unde:nx, ny - numărul abscisei, respectiv ordonatei (x[0, L1], y[0, L2]);Icxk, Icyj - curentul cerut total al receptoarelor de la abscisa k, respectiv ordonata j;xk, yj - coordonate caracteristice.

Obs.:- între două coordonate caracteristice componentele MCC variază liniar (figura);

30

Page 31: Subiecte Rezolvate IE

- minimul componentelor Mx(Ic) şi My(Ic) se găsesc în puncte corespunzătoare unor coordonate caracteristice;

- valorile maxime ale MCC sunt la coordonate extreme.Coordonatele PA care minimizează MCC Mx,y(Ic) sunt în vecinătatea centrului de sarcină determinat

ca medie ponderată a coordonatelor caracteristice:

; . (29)

22. MOMENTUL TOTAL AL CURENŢILOR CERUŢI PENTRU O REŢEA DE DISTRIBUŢIE RADIALĂ ÎN DOUĂ TREPTE

Obiectiv: determinarea numărului optim de TD prin minimizarea momentului total al curenţilor ceruţi, pentru reţeaua de distribuţie radială, în două trepte.a. Ipoteze de calcul

- consumator de calcul, repartizat într-un areal de formă dreptunghiulară, L1L2;consumatorul este format din n receptoare identice, uniform distribuite în plan, cu caracteristici tehnice cunoscute - Pn, semnificaţia acesteia, DAn, n, cosn, caracteristici de consum (kc, cosc);

- divizarea pe lungime - n1 diviziuni, pe lăţime - n2 diviziuni, astfel că numărul total de diviziuni ale consumatorului este:

. (1)

- PD ale consumatorului şi subconsumatorilor dintr-o diviziune sunt amplasate în punctele pentru care lungimile medii ale reţelelor radiale, corespunzătoare sunt minime (=0,5);- alimentarea consumatorului se face de la un TG, iar distribuţia se realizează prin nD TD, conform figurii:

Fig. 1. Consumator de calcul, alimentat printr-o reţea de distribuţie radială, în două trepte

Reţeaua: - de alimentare, liniile dintre TG şi TD;

- de distribuţie, liniile dintre TD şi receptoare.

b. Momentul curenţilor ceruţi pentru reţeaua de alimentare

În expresia generală a MCC:

,

se introduce ca lungime a liniei de alimentate, lungimea medie a reţelei radiale - de alimentare:

31

Page 32: Subiecte Rezolvate IE

, (2)

în care a reprezintă raportul de aspect al arealului corespunzător reţelei de alimentare:

. (3)

Curentul cerut de un TD: , (4)

în care este coeficientul de cerere corectat, pentru un număr de receptoare nr=n/(n1n2)

(5)

MCC pe întreaga reţea de alimentare:

. (6)

c. Momentul curenţilor ceruţi pentru reţeaua de distribuţie

Raportul de aspect pentru o diviziune a planului secţiei, cu dimensiunile (L1/n1)(L2/n2):

(7)

astfel că, pentru coeficientul configuraţiei reţelei de distribuţie se obţine:

. (8)

Folosind relaţia generală pentru lungimea medie a reţelei radiale:

,

se determină lungimea medie a reţelei de distribuţie dintre TD şi receptoare:

. (9)

Curentul cerut de un receptor:

, (10)

astfel că MCC pe ansamblul reţelei de distribuţie este:

. (11)

d. Momentul total al curenţilor ceruţi, pe ansamblul reţelei de distribuţie, radiale, în două trepte:

. (12)

Făcând înlocuirile pentru MCC pe cele două segmente ale reţelei:

, (13)

32

Page 33: Subiecte Rezolvate IE

în care Mt0 reprezintă partea constantă a expresiei:

. (14)

23. CURENTUL DE VÂRF

Unele receptoare electrice absorb, în anumite regimuri din funcţionarea lor cu durate relativ reduse, curenţi mai mari decât cei nominali, numiţi curenţi de vârf. În această categorie se încadrează în primul rând motoarele electrice, al căror curent de pornire poate fi de câteva ori mai mare decât curentul nominal, în funcţie de procedeul de pornire folosit. În afara motoarelor, prezintă curenţi mai mari la punerea sub tensiune transformatoarele, elementele reactive (bobine, condensatoare), rezistoarele de încălzire şi unele instalaţii de iluminat.

Cunoaşterea curenţilor de vârf pentru receptoare sau grupe de receptoare este importantă, deoarece parcurgând circuitele, respective coloanele, aceştia solicită conductoarele şi aparatele de protecţie.

Pornirea directă a motoarelor electrice este admisă în următoarele condiţii:- puterea motoarelor să nu depăşească 20% din puterea transformatoarelor funcţionând în paralel, la

consumatorii alimentaţi prin posturi de transformare proprii;- în cazul instalaţiilor alimentate de la surse electrice proprii, puterea motoarelor care pot fi pornite

direct se va determina pe bază de calcul, verificându-se satisfacerea condiţiei de pierdere de tensiune admisă;

- la consumatorii racordaţi direct la reţeaua de joasă tensiune a furnizorului, motoare cu puteri până la 4 kW inclusiv, sau 5,5 kW inclusiv, după cum tensiunea de linie a reţelei este de 220 V, respectiv 380 V.

Pentru restul situaţiilor trebuie stabilite modalităţi adecvate de pornire, după tipul şi puterea motorului, ţinând cont şi de specificul maşinii antrenate.

Condiţiile de pornire a motoarelor electrice cu puteri mai mari de 5,5 kW, la consumatorii racordaţi direct la reţeaua de joasă tensiune a furnizorului (de ex. staţii de hidrofor, pompe de incendiu, staţii de pompare pentru ape uzate, puncte termice etc.), se stabilesc de la caz la caz, pe baza unei analize în faza de proiectare, ţinând seamă de natura consumatorului şi numai cu avizul întreprinderii furnizoare de energie.

În cazul instalaţiilor electrice industriale, alimentarea în joasă tensiune a receptoarelor se realizează prin posturi de transformare, ceea ce impune ca:

- pentru motoarele de acţionare individuale (ventilatoare, polizoare, pompe etc.) să se prevadă modalităţile de pornire corespunzătoare;

- pentru motoarele de acţionare incluse în utilaje, care sunt prevăzute cu anumite sisteme de pornire, să se verifice şi să se rezolve îndeplinirea condiţiilor privind pornirea directă.

Curentul de pornire Ip al motoarelor cuplate direct la reţea se determină cu ajutorul curentului relativ de pornire l, conform relaţiei:

, (16)

în care In este curentul nominal al motorului. Curentul relativ de pornire l se indică în datele de catalog ale motorului, valorile uzuale fiind:

- 6,5 ... 8 - pentru motoare asincrone cu rotor în colivie;- 2 ... 2,5 - pentru motoare asincrone cu rotor bobinat;- 3 ... 7 - la pornirea în asincron a motoarelor sincrone;- 1,7 ... 2 - pentru motoare de curent continuu.Dacă pornirea se face prin cuplare directă, cu ajutorul unor mijloace speciale de pornire, calculul

curentului de pornire se poate face cu relaţia, (17)

în care reprezintă curentul relativ de pornire corespunzător situaţiei reale. Folosirea relaţiei (4.6) este condiţionată de cunoaşterea relaţiei de legătură dintre curentul relativ de pornire din cazul pornirii directe şi cel corespunzător modalitaţii de pornire utilizate. Pentru motoarele asincrone se cunosc următoarele relaţii:

33

Page 34: Subiecte Rezolvate IE

- la pornirea stea-triunghi;

- la pornirea prin autotransformator, K fiind raportul de transformare;

- la pornirea cu reostat de pornire.

Curenţii de pornire determinaţi cu relaţiile (16) şi (17) sunt curenţi de vârf pentru circuitele de receptor, având semnificaţia unor mărimi tranzitorii.

În cazul coloanelor sau circuitelor de utilaj, curenţii de vârf au două componente, dintre care una este tranzitorie (Ivt), reprezentând suma curenţilor de pornire ai receptoarelor care pornesc concomitent sau la intervale în care regimurile lor de pornire se suprapun şi una este permanentă (Ivp), reprezentând suma curenţilor ceruţi de restul receptoarelor, considerate în funcţiune. Se poate scrie deci:

(18)

Un consumator de calcul cu n receptoare, la care se cunoaşte faptul că un număr k de receptoare pornesc simultan, absoarbe un curent de vârf

, (19)

în care

şi .

Dacă nu se cunoaşte numărul motoarelor care pornesc concomitent, se consideră că porneşte motorul pentru care diferenţa dintre curentul de pornire şi curentul nominal este maximă, astfel încât relaţia (4.7) se scrie: , (20)

în care IpM reprezintă curentul de pornire al motorului pentru care (Ip - In) are valoarea maximă.

25. CONDIŢII DE PREVEDERE A PROTECŢIEI REŢELELOR ELECTRICE

Împotriva curenţilor de scurtcircuit, reţelele electrice de joasă tensiune se protejează prin siguranţe fuzibile şi întreruptoare automate cu relee sau declanşatoare electromagnetice.

Sunt reprezentate principalele situaţii în care, conform normativului în vigoare, trebuie prevăzute dispozitive de protecţie (pentru simplificare, dispozitivele de protecţie sunt reprezentate prin simbolul siguranţelor fuzibile). Acestea sunt următoarele:

- la plecările din tablourile de distribuţie;- la ramificaţiile spre receptoare individuale;- pe circuitele secundare de comandă, protecţie, măsură şi semnalizare, cu excepţia cazurilor în care

siguranţele circuitelor de forţă sunt corespunzătoare şi pentru aceste circuite;- în toate punctele în care secţiunea coloanei descreşte. Fac excepţie de la această prevedere cazurile

în care dispozitivul de protecţie din amonte de punctul respectiv asigură secţiunea cea mai mică a ramificaţiei, precum şi coloanele executate din bare;

- după punctul de descreştere a secţiunii pentru coloana ramificată, în locuri accesibile, la distanţe de cel mult 5 m, dacă ramificaţia este amplasată în locuri fără pericol de deteriorare mecanică şi de cel mult 30 m, dacă ramificaţia este amplasată în locuri greu accesibile, cu condiţia ca secţiunea ramificaţiei să aibe o capacitate de transport egală cu minimum 10% din aceea a coloanei magistrale;

- la plecările racordate direct la bornele de intrare ale unui tablou de distribuţie sau înaintea siguranţelor generale ale acestuia. În astfel de situaţii, se găsesc coloanele iluminatului de siguranţă, pompelor de incendiu, ascensoarelor etc.

Prevederea protecţiei în condiţii având legătură cu furnizorul de energie electrică se montează dispozitive de protecţie la:

34

Page 35: Subiecte Rezolvate IE

- ieşirea din contorul de tarifare al întreprinderii furnizoare de energie electrică, dacă lungimea coloanei până la tabloul de distribuţie este mai mare de 20 m;

- intrarea în tablourile de distribuţie cu puterea instalată totală mai mare de 8 kW, la consumatori alimentaţi direct din reţeaua de joasă tensiune a furnizorului;

- intrarea în tablourile de lumină sau forţă, cu mai mult de 5 circuite, alimentate direct din reţeaua de joasă tensiune a furnizorului. În cazul unor puteri instalate de 5 ... 8 kW, necesitatea prevederii dispozitivelor de protecţie la intrarea în tablourile de forţă, cu mai puţin de 5 circuite, se apreciază de proiectant, în funcţie de specificul tehnologic al receptoarelor alimentate din tablourile respective.

Se exceptează de la prevederea referitoare la montarea dispozitivelor de protecţie pe fiecare circuit (ramificaţie) de receptor şi se admite o protecţie comună mai multor receptoare în următoarele situaţii:

- dacă linia principală din care se ramifică circuitele de alimentare a unor receptoare de mică putere, ca aparate de uz casnic, corpuri de iluminat ş.a., este asigurată la plecarea din tablou cu siguranţe de maximum 16 A la tensiunea de 380/220 V, respectiv de 20 A la tensiunea de 220/127 V;

- dacă puterea instalată totală a motoarelor electrice alimentate de la aceeaşi linie principală nu depăşeşte 15 kW. În acest caz, pentru dimensionarea conductoarelor şi fuzibilelor, se va avea în vedere simultaneitatea sarcinilor în regim normal şi la pornire, iar fiecare motor va fi prevăzut cu contactor şi dispozitiv de protecţie (releu termic) contra suprasarcinii.

Montarea dispozitivelor de protecţie este interzisă în următoarele situaţii:- pe conductele utilizate ca nul de lucru. Fac excepţie instalaţiile monofazate din construcţiile de

locuinţe sau alte construcţii, în care nu este asigurată întreţinerea instalaţiei prin personal calificat, la care se montează dispozitive de protecţie (siguranţe sau întreruptoare automate mici) şi pe conducta de nul de lucru. Această conductă nu se admite a fi utilizată, în astfel de cazuri, pentru protecţie şi trebuie să aibă acelaşi grad de izolaţie ca şi conducta de fază;

- pe conductele instalaţiei de protecţie împotriva electrocutării (pământ, nul ş.a.).În general, se recomandă utilizarea siguranţelor fuzibile ca dispozitive de protecţie împotriva

curenţilor de scurtcircuit, montarea lor făcându-se pe toate fazele sau polii instalaţiei electrice respective. Acestea se fabrică într-o gamă largă de curenţi nominali, curentul nominal maxim fiind de 1000 A, sunt simple, ieftine şi sigure în exploatare.

Soluţia protecţiei la scurtcircuit prin întreruptoare automate de joasă tensiune cu relee sau declanşatoare electromagnetice se adoptă în următoarele cazuri:

- când curentul nominal al dispozitivului de protecţie rezultă mai mare de 1000 A;- când este necesară repunerea imediată (manual sau automat) sub tensiune, a consumatorului

alimentat prin porţiunea de reţea considerată;- când se cere ca dispozitivul de protecţie să fie comandat de protecţii suplimentare sau blocaje (de

ex. la utilaje);- când consumatorul funcţionează frecvent în regim de suprasarcină;- când reţeaua de joasă tensiune funcţionează buclat;- când capacitatea de rupere necesară pentru dispozitivul de protecţie, este cel puţin egală cu valoarea

curentului de scurtcircuit care ar putea să apară în punctul considerat, nu poate fi realizată prin montarea siguranţelor fuzibile.

Având în vedere că întreruptoarele automate de joasă tensiune sunt prevăzute, în afara releelor sau declanşatoarelor maximale de curent (electromagnetice) şi cu relee sau declanşatoare, în toate cazurile de mai sus se va face dimensionarea şi reglarea protecţiei la suprasarcină. Rezultă că circuitele de utilaj şi coloanele electrice se protejează la suprasarcină numai în acele situaţii, când protecţia lor la scurtcircuit se realizează prin întreruptoare automate cu relee sau declanşatoare electromagnetice şi termice.26. CONDIŢII DE PREVEDERE A PROTECŢIEI RECEPTOARELOR

Principala protecţie a receptoarelor electrice de forţă este împotriva curenţilor de suprasarcină. Aceasta se realizează prin dispozitive de protecţie cu relee termice, cum sunt contactoarele automate de joasă tensiune cu relee termice.

Caracteristica de funcţionare a releului termic trebuie să asigure acţionarea contactorului înainte de apariţia pericolului de deteriorare (supraîncălzirea şi străpungerea izolaţiei) a receptorului protejat. Pe de

35

Page 36: Subiecte Rezolvate IE

altă parte, protecţia nu trebuie să acţioneze (să întrerupă circuitul) la suprasarcini de scurtă durată, normale, ca de exemplu curenţii de pornire ai motoarelor electrice, vârfurile de curent date de procesul tehnologic etc.

Sunt în curs de răspândire elemente termosensibile realizate pe bază de termistoare, care au avantajul că realizează o protecţie mai sigură decât releele termice, datorită faptului că termistoarele se implantează în mai multe puncte sensibile ale receptorului de protejat.

Protecţia contra suprasarcinii prin dispozitive automate nu este obligatorie în următoarele situaţii:- când nu există posibilitatea apariţiei unor suprasarcini, fie datorită însăşi principiului de funcţionare

a receptoarelor (de ex. sursele de lumină), fie datorită nesimultaneităţii regimurilor lor de suprasarcină (cazul coloanelor şi al circuitelor de utilaj);

- la motoarele electrice cu puteri mai mici de 1,1 kW, în cazurile când acestea au un regim de funcţionare intermitent sau de scurtă durată sau în cazurile de regim de lungă durată, dacă supraâncărcarea lor nu este posibilă (de ex. la aeroterme, ventilatoare etc.).

Siguranţele fuzibile montate pe circuite, de pe care lipsesc dispozitive de protecţie la suprasarcină conform celor de mai sus, ar fi de preferat să aibă o caracteristică lentă de funcţionare.

Motoarele electrice cu puteri sub 1,1 kW, ale căror circuite sunt protejate numai prin siguranţe fuzibile se recomandă să fie prevăzute cu protecţie contra funcţionării în două faze. Această protecţie se impune a fi aplicată şi altor receptoare a căror funcţionare nu este posibilă decât la alimentare trifazată.

Protecţia la lipsa de tensiune sau tensiune minimă se prevede în următoarele cazuri:- la motoarele electrice care nu pornesc prin conectare directă la reţea, ci prin aparate de pornire cu

acţionare manuală;- la motoarele electrice a căror autopornire nu este permisă, fie datorită condiţiilor procesului

tehnologic, fie datorită pericolului pe care-l prezintă pentru personalul de exploatare;- la motoarele electrice cu pornire automată.Dispozitivele care realizează protecţia la lipsa de tensiune sau la tensiune minimă se montează, în

general, pentru fiecare motor în parte; se admite utilizarea unui singur dispozitiv pentru mai multe motoare din aceeaşi încăpere care, dacă sunt pornite direct, suma puterilor lor nominale nu depăşeşte 15 kW sau dacă sunt pornite cu aparate speciale, acestea sunt readuse automat în starea iniţială de pornire, în cazul lipsei de tensiune.

27. SELECTIVITATEA PROTECŢIEIGeneralităţi

Reţelele electrice de joasă tensiune conţin un număr mare de dispozitive de protecţie, de acelaşi tip sau tipuri diferite, unele dintre ele fiind plasate în serie, în sensul distribuţiei de energie. Aceste dispozitive de protecţie, trebuie să funcţioneze selectiv, adică în cazul unei avarii, este necesar să acţioneze protecţia cea mai apropiată de locul avariei şi care este destinată naturii avariei produse, izolându-se astfel numai porţiunea respectivă de reţea, restul receptoarelor continuând să fie alimentate.

Selectivitatea protecţiei, între dispozitive de acelaşi tip sau de tipuri diferite, trebuie asigurată în condiţiile că acestea realizează:

- protecţii similare, fie contra curenţilor de scurtcircuit (selectivitatea între două siguranţe fuzibile, între două întreruptoare automate cu relee sau declanşatoare electromagnetice sau între o siguranţă şi un întreruptor automat), fie contra curenţilor de suprasarcină (selectivitatea între două relee sau două declanşatoare termice sau între un releu şi un declanşator termic);

- protecţii diferite, un dispozitiv realizând protecţia împotriva curenţilor de scurtcircuit şi celălalt împotriva curenţilor de suprasarcină (selectivitatea dintre siguranţă fuzibilă şi releu sau declanşator termic, dintre relee sau declanşatoare electromagnetice şi termice).

În cazul în care protecţia este realizată prin dispozitive de acelaşi tip şi fabricaţie, curenţii nominali ai fuzibililor siguranţelor, respectiv timpii de declanşare ai întreruptoarelor automate vor fi în creştere, în sensul de parcurgere a instalaţiei electrice de la receptor spre sursă.

Pentru dispozitive de protecţie de tip sau de fabricaţie diferită, selectivitatea se asigură prin examinarea caracteristicilor de protecţie corespunzătoare.

36

Page 37: Subiecte Rezolvate IE

Criterii de apreciere a selectivităţii

Funcţionarea selectivă a protecţiei se studiază în mod riguros prin trasarea caracteristicilor de protecţie pentru dispozitivele care lucrează în serie şi determinarea diferenţelor de timp t între timpii de acţionare la anumite valori ale curenţilor. Selectivitatea este asigurată atunci când, aceste diferenţe de timp au valori egale sau mai mari decât cele care se indică în cele ce urmează, pentru fiecare situaţie în parte.

a) Selectivitatea între o siguranţă fuzibilă şi un releu termic, trebuie realizată în special la nivelul circuitelor electrice de receptor, aici găsindu-se înseriate cele două dispozitive de protecţie. Acestea sunt prevăzute pentru protecţii diferite, la scurtcircuit, respectiv suprasarcină, astfel încât selectivitatea între ele este asigurată dacă fiecare dispozitiv acţionează în domeniul corespunzător de supracurenţi.

În figura 1 se prezintă un circuit prevăzut cu siguranţele e1 şi releul termic e2, acesta din urmă acţionând asupra contactorului c1 (fig. 1, a) şi caracteristicile de protecţie corespunzătoare (fig. 1, b).

a b

Fig. 4.34. Explicativă pentru selectivitatea dintre o siguranţă fuzibilă şi un releu termic:a - schema de alimentare a circuitului; b - caracteristicile de protecţie.

Caracteristicile de protecţie se intersectează într-un punct A, care are la stânga domeniul supracurenţilor (de suprasarcină) pentru care protecţia este asigurată de releul termic e2 conform caracteristicii 2, iar la dreapta - domeniul supracurenţilor (de scurtcircuit) pentru care protecţia este asigurată de siguranţele fuzibile e1, conform caracteristicii 1.

La valoarea curentului de scurtcircuit Isc, care s-ar stabili pe tronsonul considerat, diferenţa t între ordonatele corespunzătoare celor două caracteristici, dintre care cea a releului termic este deasupra, trebuie să fie t 0,04 s. Folosirea unei siguranţe fuzibile cu un curent nominal prea mic, ar determina neselectivitatea protecţiei în domeniul curenţilor de suprasarcină, iar una cu un curent nominal mai mare - neselectivitatea în domeniul curenţilor de scurtcircuit. Ultima situaţie este deosebit de periculoasă, deoarece ruperea curenţilor de scurtcircuit de către contactor atrage după sine deteriorarea acestuia.

Din analiza acestor date se constată că selectivitatea între o siguranţă fuzibilă cu putere de rupere medie şi un releu termic este asigurată dacă curenţii respectă condiţia:

Inf 3Irt (4.10)iar dacă siguranţa este de tip MPR (mare putere de rupere):

(Inf)MPR 2,5 Irt (4.11)Evident, se va alege întotdeauna curentul nominal minim al siguranţei fuzibile, care respectă relaţiile.b) Selectivitatea între două siguranţe fuzibile e1 şi e2, având curenţii nominali Inf1 > Inf2 se obţine

atunci când:- caracteristicile lor de protecţie nu se intersectează sau punctul de intersecţie se situează la o valoare

a curentului mai mare decât curentul de scurtcircuit Isc de la locul instalării siguranţei având curentul nominal cel mai mic.

În cadrul reţelelor electrice de joasă tensiune, cazul siguranţelor fuzibile consecutive este cel mai frecvent întâlnit. Pentru rezolvarea mai rapidă a problemei selectivităţii, fără a mai fi necesar studiul caracteristicilor de protecţie timp-curent sau dacă nu există posibilitatea cunoaşterii lor exacte, se

37

Page 38: Subiecte Rezolvate IE

recomandă ca, între curenţii nominali a două siguranţe consecutive, eşalonarea să fie cel puţin din două în două trepte pe scara normalizată, dacă siguranţele sunt cu topire rapidă şi din treaptă în treaptă, dacă sunt cu topire lentă. Se evită montarea siguranţelor cu topire rapidă înaintea celor cu topire lentă.

Pentru exemplificarea modului de eşalonare a siguranţelor fuzibile, se consideră un tablou secundar de distribuţie având pe plecări siguranţe rapide de 35 şi 50 A; în amonte de acestea, pe coloana de alimentare a tabloului, se vor monta siguranţe de minimum 80 A.

c) selectivitatea între un întreruptor automat a1 şi o siguranţă fuzibilă e2 este realizată atunci când caracteristicile nu se intersectează şi diferenţa de timp măsurată între punctele cele mai apropiate ale caracteristicilor este t 0,04 s; dacă siguranţa fuzibilă e2 este prea mare, apare un triunghi de neselectivitate.

Întreruptorul automat se consideră prevăzut cu declanşatoare (sau relee) termice şi electromagnetice, astfel încât caracteristica sa se compune din două porţiuni: pe porţiunea AB acţionează declanşatorul (sau releul) termic, iar pe porţiunea CD - declanşatorul (sau releul) electromagnetic.

Acest caz de selectivitate apare, în general, la nivelul tablourilor generale. d) Selectivitatea între o siguranţă fuzibilă e1 şi un întreruptor automat a1, este asigurată dacă

intersecţia inevitabilă a celor două caracteristici se situează la un curent IA mai mare decât curentul de scurtcircuit Isc din aval de întreruptorul automat, iar între cele două caracteristici există, la curentul de scurtcircuit considerat, un interval t 0,05 s.

Această variantăv de înseriere a celor două dispozitive de protecţie este mai rar întâlnită în instalaţiile electrice industriale, fiind mai frecventă la instalaţiile electrice din clădiri de locuit şi similare, unde se utilizează microîntreruptoare automate pentru protecţia circuitelor.

e) Selectivitatea între două întreruptoare automate a1 şi a2, având curenţii nominali In1 > In2 este asigurată, în general, în domeniul curenţilor de suprasarcină; la curenţii de scurtcircuit, declanşatoarele (sau releele) electromagnetice ale ambelor întreruptoare declanşează practic simultan, deci neselectiv.

Pentru obţinerea selectivităţii este necesar ca acţiunea dispozitivului de protecţie electromagnetic al întreruptorului a1 să fie temporizată cu treapta de timp t 0,15 s. Evitarea măsurii de temporizare a acţiunii releului electromagnetic, care comandă întreruptorul a1, se poate obţine prin repartizarea cât mai uniform posibilă a sarcinilor pe tablouri de distribuţie, ceea ce adeseori permite înlocuirea întreruptorului a2 prin siguranţe fuzibile.

28. ALEGEREA PROTECŢIEI RECEPTOARELOR ŞI CIRCUITELOR

Variantele de echipare a circuitelor cu dispozitive de protecţie şi comutaţie, conform cu condiţiile de prevedere a protecţiei. Se constată că există un număr de trei situaţii posibile:

- pentru un receptor m1 cu regim posibil de funcţionare la suprasarcină circuitul cuprinde siguranţele fuzibile e1 pentru protecţia la scurtcircuit, releul termic e2 pentru protecţia la suprasarcină şi contactorul c1 care asigură comutaţia, precum şi întreruperea regimului de suprasarcină când primeşte comanda de la e2. Când comutaţia circuitului se realizează mai rar şi receptorul m1 funcţionează corelat cu alte receptoare (de ex. în cadrul aceluiaşi utilaj), contactorul c1 poate fi înlocuit printr-un întreruptor manual, urmând ca releul termic e2 să aibe legat contactul de protecţie în circuitul de comandă al contactorului comun;

- pentru un receptor h1 la care regimul de suprasarcină nu este posibil, circuitul cuprinde numai siguranţele e1 şi întreruptorul manual a1, cu rol de comutaţie. La receptoare de iluminat sau prize, siguranţele e1 pot fi înlocuite prin întreruptoare automate mici;

- pentru un receptor protejat printr-un întreruptor automat a2, circuitul mai cuprinde în afara declanşatoarelor sau releelor electromagnetice e1 şi termice e2, care de obicei intră în compunerea întreruptorului automat şi întreruptorul manual a1 cu rol de separator.

În timp ce siguranţele fuzibile, întreruptoarele automate şi separatoarele se dispun în cadrul tabloului de distribuţie de la care se ramifică circuitul respectiv, contactoarele şi întreruptoarele manuale cu rol de comutaţie se pot dispune după caz, fie la tablou, fie în vacinătatea receptorului. Siguranţele fuzibile e1 pot asigura o separare vizibilă şi sigură a circuitului prin extragerea patronului fuzibil.

Pe anumite circuite se pot monta şi aparate speciale de pornire (de ex. comutatoare stea-triunghi), a căror alegere se va face similar cu a dispozitivelor de comutaţie considerate.

38

Page 39: Subiecte Rezolvate IE

În continuare, alegerea aparatelor se organizează nu după configuraţia circuitului, ci după felurile protecţiilor asigurate.

1) Dimensionarea protecţiei la suprasarcinăReleul termic pentru protecţia receptorului împotriva curenţilor de suprasarcină se alege în funcţie de

serviciu Is, care trebuie să îndeplinească condiţia: Is In (4.12)In fiind curentul nominal al receptorului protejat.Reglajul releului termic ales, caracterizat prin curentul de reglaj Irt, trebuie să ţină cont pe de o parte de domeniul curenţilor de suprasarcină admişi de receptor, iar pe de altă parte de domeniul reglajului posibil al releului termic, din punct de vedere constructiv.

Conform primei condiţii, curentul de reglaj trebuie să aparţină intervalului Irt = (1,0 ... 1,2)In, (4.13)

fiind de preferat reglajul releului termic, pe curentul nominal al receptorului sau cât mai apropiat de acesta.În cazul receptoarelor dimensionate pentru un regim de lucru intermitent, în locul curentului nominal

In, din relaţiile (4.12) şi (4.13) se va considera curentul cerut Ic.Cea de-a doua condiţie, a posibilităţii concrete de reglaj, este determinată de tipul constructiv al

aparatului. Astfel pentru relee termice tip TSA domeniul reglajului posibil este, în generalIrt = (0,6 ... 1) kt

oIs, (4.14)în care kt

o este un coeficient de corecţie funcţie de temperatură, având valoarea kto = 1 dacă temperatura

mediului ambiant este în intervalul tao = (10 ... 35)oC. Dacă temperatura mediului este variabilă în cursul

aceleiaşi zile este indicat să se ia kto = 1, iar releul termic şi receptorul să fie în aceeaşi încăpere, pentru a

asigura sensibilitatea necesară a protecţiei.Un reglaj mai precis se obţine când se folosesc diviziunile marcate pe aparat, ca de exemplu la

jumătatea intervalului sau diviziunile de câte o zecime din curentul de serviciu.În final se alege un curent de reglaj, care să aparţină intersecţiei dintre domeniile de valori definite de

relaţia (4.13) şi una dintre relaţiile (4.14), (4.15) sau (4.16) şi să se respecte condiţiile suplimentare expuse mai sus.

2) Dimensionarea protecţiei la scurtcircuitAceasta constă în stabilirea curentului nominal al fuzibilului sau a curenţilor de serviciu şi reglaj

pentru relee sau declanşatoarele electromagnetice.Curentul nominal al fuzibilului Inf se determină în baza următoarelor condiţii:

- siguranţele fuzibile (lente sau rapide) trebuie să suporte curentul de durată al receptoruluiInf In; (4.17)

- siguranţele fuzibile trebuie să reziste la acţiunea curentului de pornire pe toată durata sa, care se

exprimă în cazul siguranţelor cu topire rapidă prin relaţia: (4.18)

în care c este un coeficient de siguranţă egal cu 2,5 pentru porniri rare şi uşoare (durata pornirii este 5 s); c = (1,6 ... 2) pentru motoarele cu pornire grea şi de durată (timpul de pornire 5 ... 10 s) sau pentru motoarele cu porniri uşoare dar dese; c = 1,5 pentru porniri foarte grele (durata pornirii > 10 s). Îndeplinirea acestei condiţii presupune şi satisfacerea condiţiei de a rezista sub acţiunea suprasarcinilor accidentale de scurtă durată;

- protecţia la scurtcircuit prin siguranţe fuzibile trebuie să fie selectivă cu protecţia la suprasarcină prin relee termice, ceea ce înseamnă ca la stabilirea curentului nominal al fuzibilului să se aibă în vedere relaţiile (4.10) şi (4.11).

Curentul de serviciu Is al releului sau declanşatorului electromagnetic este identic cu cel al dispozitivului de protecţie termic, deoarece acestea se fabrică de obicei asociate, sub forma blocurilor de relee sau a declanşatoarelor. Pentru a corespunde condiţiilor de funcţionare, curentul de serviciu al releului (declanşatorului) electromagnetic trebuie să se încadreze în domeniul definit de relaţia:

, (4.19)

în care Ip este curentul de pornire al receptorului alimentat prin circuitul protejat;kpe - coeficient de siguranţă la pornire;kre - coeficientul domeniului de reglaj.

39

Page 40: Subiecte Rezolvate IE

Deoarece dispozitivele de protecţie termice se vor regla pentru protecţia la suprasarcină, a doua condiţie care trebuie impusă la alegerea curentului de serviciu Is este: Is Ic (4.20)

Dacă curentul de reglaj Ire al dispozitivelor electromagnetice de protecţie are o singură valoare (reglaj fix făcut de furnizor), atunci se verifică îndeplinirea condiţiei de nedeclanşare la curentul de pornire cu relaţia: Ire kpe . Ip, (4.21)iar dacă se dispune de un domeniu de valori pentru coeficientul kre al domeniului de reglaj şi reglajul este posibil la diferite valori: Ire = kre Is, (4.22)atunci se alege acea valoare Ire care să verifice relaţia (4.21).

3) Alegerea aparatelor de comutaţieContactoarele şi întreruptoarele automate propriu-zise (fără relee) se aleg ţinând seama de valorile

nominale ale tensiunii, de curentul Inc respectiv Ina al contactelor principale Inc 1,1 In, (4.23)în care In este curentul nominal al receptorului, de capacitatea şi frecvenţa de conectare şi de deconectare în regim normal şi accidental, de tensiunea de serviciu a bobinei de acţionare; toate aceste caracteristici trebuie să satisfacă mărimile nominale şi de serviciu ale circuitelor deservite.

Separatoarele se aleg pe baza tensiunii şi curentului lor nominal, care trebuie să aibă valori cel puţin egale cu ale circuitelor deservite. Pentru separatoarele având curenţi nominali mai mari de 1000 A (la care furnizorul indică valorile maxime admise ale curenţilor de stabilitate termică şi dinamică) este necesar să se facă verificarea lor la scurtcircuit.

Întreruptoarele neautomate (cu pârghie, cu manetă sau pachet) se aleg de asemenea pe baza tensiunii şi curentului lor nominal, dar ţinând seama şi de curenţii de conectare şi deconectare în regim normal de funcţionare (manevra acestor aparate nu este admisă în timpul unui scurtcircuit).În mod obişnuit valoarea curenţilor de închidere şi deschidere a acestor aparate este mai mică decât valoarea curenţilor nominali.

Se recomandă ca aparatele de comutaţie să fie astfel montate, încât contactele lor mobile să nu fie sub tensiune atunci când aparatele sunt deschise şi să nu poată închide sau deschide sub efectul vibraţiilor, la lovirea aparatelor sau datorită greutăţii proprii a părţilor mobile. Aceste contacte trebuie să întrerupă simultan toate conductele de fază ale circuitului (trifazat, bifazat sau monofazat) pe care îl deservesc. Întreruperea conductei de nul de lucru se admite numai la instalaţiile în care aceasta nu este utilizată şi pentru protecţie.

Pentru curenţii mici, sub 63 A, se pot alege fie întreruptoare cu pârghie, fie de tip pachet, în funcţie de caracteristicile lor corelate cu considerentele de gabarit şi de protecţie a omului.

29. ALEGEREA PROTECŢIEI COLOANELOR

Principalele variante de echipare a coloanelor cu dispozitive de protecţie şi comutaţie sunt:- coloană protejată la plecare prin siguranţele fuzibile e1 şi prevăzută la intrarea în tabloul de

distribuţie TD alimentat cu un separator a1;- coloană protejată prin întreruptorul automat a2 care realizează o dublă protecţie la scurtcircuit şi la

suprasarcină, fiind prevăzută cu separatoarele a1 şi a3, la plecare, respectiv la intrarea în tabloul de distribuţie alimentat.

Ca dispozitive cu rol de separator pot servi şi întreruptoarele neautomate (cu pârghie, cu manetă) sau comutatoarele (pachet). Prevederea lor este necesară, în general, pentru a se asigura controlul vizual direct al separaţiei şi în special, la intrarea în tablourile de distribuţie.

Coloane fac legătura între tabloul general şi tablourile principale, între tabloul principal şi cele secundare sau între coloane magistrale şi tablouri secundare. Echipări asemănătoare cu cele din figura 4.41, a şi b se recomandă pentru circuitele de utilaj, cu deosebirea că, întreruptoarele de la intrările tablourilor de utilaj (a1 respectiv a3) pot lipsi, datorită faptului că tablourile de utilaj sunt prevăzute, în general, cu întreruptoare generale la intrare.

a) Protecţia la scurtcircuit constituie protecţia principală a coloanelor.Dacă protecţia este realizată prin siguranţe fuzibile, curentul nominal al acestora se determină cu

relaţiile: Inf > Ic,

(4.24)

40

Page 41: Subiecte Rezolvate IE

similare relaţiilor (4.17), respectiv (4.18), din cazul protecţiei circuitelor. După cum se observă din relaţia (4.24), numai componenta tranzitorie Ivt a curentului de vârf se reduce prin împărţire la coeficientul de siguranţă c.

Având în vedere expresiile concrete (4.8) şi (4.9) ale curentului de vârf:

(4.25)

respectiv:

(4.26)

în care semnificaţiile mărimilor sunt cele definite la relaţiile (4.8), (4.9) şi (4.18).Curentul de serviciu Is al declanşatoarelor sau releelor de protecţie se alege similar, ca în cazul

circuitelor, cu deosebirea că în locul curentului de pornire, din relaţia (4.19), se utilizează curentul de vârf

, (4.27)

,coeficienţii kpe şi kre având aceleaşi semnificaţii şi valori.

Reglajul releelor electromagnetice se stabileşte în mod identic la valoarea: Ire = kre Is, (4.28)în care kre poate avea o singură valoare sau un domeniu de valori şi se verifică la condiţia de nedeclanşare pentru curentul de vârf: Ire kpe Iv. (4.29)

Se recomandă ca alegerea sau reglarea dispozitivelor de protecţie la scurtcircuit, după relaţiile (4.24), respectiv (4.29), să se efectueze cât mai aproape de limita inferioară admisă.

b) Reglarea protecţiei la suprasarcină se face numai pentru coloanele protejate la scurtcircuit prin întreruptoare automate.

În cazul coloanelor, curentul de reglaj al releului termic este necesar să se încadreze în intervalul:Irt = (1,0 ... 1,2) Ic, (4.30)

care defineşte domeniul curenţilor de suprasarcină ai coloanelor.În ceea ce priveşte reglajul posibil, acesta se stabileşte conform relaţiilor (4.14), (4.15) sau (4.16).Curentul de reglaj se obţine şi în cazul coloanelor prin intersecţia domeniului de valori dat de relaţia

(4.30) cu domeniul corespunzător reglajului posibil, în baza aceloraşi indicaţii de la protecţia receptoarelor.

30. ALEGEREA CONDUCTELOR ELECTRICE

Precizări generale

Alegerea conductelor electrice implică examinarea şi respectarea unui şir de posibilităţi şi condiţii, care se încheie prin determinarea corespunzătoare a secţiunii conductoarelor.

a) Materialul conductoarelor, utilizate în instalaţiile electrice de joasă tensiune, poate fi: cuprul, aluminiul, oţelul-aluminiu şi oţelul.

Folosirea cuprului în instalaţiile electrice industriale sub formă de conducte neizolate şi izolate, bare sau cabluri, se permite numai în următoarele situaţii:

- la circuitele care alimentează receptoare de importanţă deosebită cum sunt pompele de incendiu, consumatorii de siguranţă din centrale electrice, corpurile instalaţiei de iluminat de siguranţă pentru evacuare de tip 1 şi 2, dar numai dacă secţiunea conductoarelor de aluminiu ar rezulta mai mică de 10 mm2;

- la circuitele care alimentează receptoare amplasate în medii cu pericol de explozie (în cazurile precizate în prescripţiile specifice);

- în încăperi şi spaţii din exterior cu mediu coroziv, în cazurile în care stabilitatea chimică a aluminiului sau oţelului nu este corespunzătoare şi numai dacă instalaţiile nu pot fi realizate în execuţie etanşă;

- la instalaţiile de pe utilaje mobile (de ex. pe macarale, poduri rulante, vibratoare etc.);

41

Page 42: Subiecte Rezolvate IE

- la instalaţiile de pe utilaje supuse şocurilor sau vibraţiilor permanente, care se pot transmite conductelor electrice (de ex. de pe cajele laminoarelor);

- la instalaţiile de protecţie prin legare la pământ sau la nul;- la circuitele de comandă, automatizate, măsură şi semnalizare, cu excepţia circuitelor de alimentare

cu curent operativ a tablourilor de comandă, atunci când secţiunea conductelor din aluminiu rezultă mai mare de 10 mm2 sau a unor receptoare electrice mai puţin importante, prevăzute numai cu comandă locală şi care nu fac parte din sistemul de automatizare a instalaţiei respective.

De asemenea, folosirea conductelor electrice de orice tip cu conductoare din cupru se limitează numai în zonele în care se impune acest lucru.

În afara situaţiilor de mai sus, se folosesc conductoare de aluminiu. Conductoarele de oţel-aluminiu sunt destinate liniilor electrice aeriene, iar cele de oţel - instalaţiilor de protecţie (prin legare la pământ, împotriva trăsnetelor).

b) Felul izolaţiei trebuie luat în considerare în corelaţie cu categoriile de încadrare a încăperii sau a locului de montare din punct de vedere al caracteristicilor mediului şi al pericolului de incendiu şi explozie, având în vedere şi dezideratul de a utiliza cu precădere izolaţii din materiale plastice, apreciate ca greu combustibile.

c) Domeniul de utilizare reprezintă un criteriu fundamental pentru alegerea conductelor. Din acest punct de vedere interesează în principal următoarele tipuri de conducte:

- pentru transportul energiei electrice (neizolate sau izolate);- pentru instalaţii fixe;- pentru instalaţii mobile;- pentru ascensoare;- pentru branşamente la construcţii indistriale;- pentru sudare electrică;- de comandă, măsură, semnalizare şi control.d) Modul de montare se corelează cu tipul conductei din punct de vedere al domeniului de utilizare,

cu felul izolaţiei şi cu categorii de încadrare a încăperii sau a locului de montare.În cazul barelor, modul de montare poate fi:- pe izolatoare, în execuţie deschisă;- pe izolatoare, în execuţie acoperită (canal, şanţ);- protejat în cutii;- capsulat.Conductele neizolate se montează pe izolatoare, iar cele izolate - fie pe izolatoare, fie în tuburi sau

ţevi de protecţie. În ceea ce priveşte tuburile sau ţevile de protecţie, acestea pot fi amplasate;- pe construcţie;- pe console;- îngropat.Se recomandă utilizarea cu prioritate a tuburilor din materiale plastice.Cablurile electrice se pot instala în următoarele feluri:- aparent pe construcţie;- pe console;- îngropat în tub;- canal, tunel, pod;- canal cu nisip.În general, trebuie să se mai cunoască dacă montarea se face în interior, exterior sau sub tensuială.Modul de montare influenţează într-o măsură hotărâtoare condiţiile de răcire ale conductoarelor şi

prin aceasta alegerea secţiunii, determinând în acelaşi timp, tehnologia de execuţie a instalaţiei.e) Numărul conductoarelor pe anumite tronsoane se determină din schema de alimentare şi schema cu

amplasamente. Interesează astfel numărul conductelor dintr-un tub, al conductoarelor dintr-un cablu sau cordon şi al barelor în paralel pe pol sau fază.

f) Frecvenţa curentului (curent continuu sau alternativ) se cere specificată mai ales în cazul barelor şi cablurilor.

42

Page 43: Subiecte Rezolvate IE

g) Secţiunea minimă admisă pentru conductoare este prevăzută prin normativ, fiind obligatorie chiar dacă din calculele de încălzire sau a pierderilor de tensiune rezultă secţiuni inferioare.

Determinarea secţiunii conductoarelor

Pentru a nu periclita starea izolaţiei conductelor electrice, este necesar ca temperatura acestora să nu depăşească anumite valori maxim admise. Luând ca punct de referinţă temperatura pe conductor, valorile maxim admise to

cadm pentru diversele conducte de joasă tensiune sunt după cum urmează:- bare de oţel, conducte cu izolaţie de PVC +70oC;- cabluri cu izolaţie şi manta de PVC +70oC;- cabluri cu izolaţie de hârtie, bare de cupru şi aluminiu +65oC;- conducte şi cabluri cu izolaţie din cauciuc +60oC.Solicitarea termică a conductelor este datorată curenţilor de sarcină de durată (regim permanent), de

suprasarcină de scurtă (la pornire) şi lungă durată şi de scurtcircuit.Secţiunile conductoarelor electrice se dimensionează pentru a satisface condiţia de stabilitate termică

la încălzire în regim permanent sau intermitent (în funcţie de regimul de funcţionare al receptoarelor alimentate). Secţiunile determinate se verifică apoi la condiţiile de încălzire în regim de scurtă durată (la curenţii de vârf), de pierdere de tensiune şi de rezistenţă mecanică.

În regim permanent, cantitatea de căldură degajată în conductor prin efectul Joule-Lenz este cedată integral, prin suprafaţa conductei, mediului ambiant, distribuţia temperaturilor pe secţiunea conductei rămânând constantă. Relaţia echilibrului este:

(4.31)

în care: Ic - este curentul de durată prin conductor; - rezistivitatea conductorului la temperatura de referinţă to

r = 20oC;k-- coeficientul de creştere a rezistivităţii cu temperatura;to

c - temperatura medie a conductorului;l,s - lungimea şi secţiunea conductorului; - transmisivitatea termică (coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie şi radiaţie) de la

suprafaţa conductei;A - suprafaţa (laterală) de cedare a căldurii;

- temperatura de la suprafaţa conductei;

- temperatura mediului ambiant.Dacă se atribuie temperaturii medii a conductorului valorile maxim admise to

cadm indicate mai sus, pe baza relaţiei (4.31) se pot determina intensităţile maxime admise Ic adm ale curenţilor în regim permanent pentru diverse tipuri de conducte:

. (4.32)

În practică nu se lucrează cu relaţia (4.32), datorită dificultăţilor de apreciere a condiţiilor de răcire în ansamblul lor, dată fiind diversitatea situaţiilor de montare.

Intensităţile maxime admise Ic adm pentru curenţii în regim permanent sunt date în tabele, pentru diferite tipuri de conducte, luând în considerare o temperatură a mediului ambiant to

a = 20 ... 35oC şi anumite condiţii de montare (deci de răcire). În cazul pozării conductelor în alte condiţii decât cele indicate în tabele, se aplică corecţii ale intensităţilor maxim admise, prin intermediul unor coeficienţi de corecţie, precizaţi în cele ce urmează.

A. Determinarea secţiunii conductoarelor pentru a satisface condiţia de stabilitate termică la încălzire în regim permanent sau intermitent (în funcţie de regimul de lucru al consumatorilor şi receptoarelor) se face cu relaţia:

, (4.33)

în care: Ic - este curentul cerut de receptor sau de consumatorul de calcul;

43

Page 44: Subiecte Rezolvate IE

a - coeficientul de corecţie al regimului de lucru;K - coeficientul de corecţie al condiţiilor de răcire, dependente de tipul conductei, de condiţiile de

instalare şi de mediu.Coeficientul de corecţie al regimului de lucru are valoarea a = 1 pentru regimuri permanente şi

, (4.34)

pentru regimuri intermitente de lucru, cu durata totală a ciclului de minimum 10 minute şi durata de funcţionare de maximum 4 minute; DA reprezintă durata relativă de anclanşare (conectare), adică raportul dintre durata de funcţionare şi durata totală a ciclului. Aplicarea coeficientului supraunitar dat de relaţia (4.34) este admisă numai pentru conductoare de cupru cu secţiuni peste 10 mm2 sau de aluminiu - peste 16 mm2, ceea ce revine la curenţi ceruţi în regim intermitent după cum urmează:

- Ic > 70 A, dacă se folosesc conducte izolate cu PVC sau cauciuc;- Ic > 110 A, dacă se folosesc conducte neizolate, cordoane sau cabluri în curent alternativ;- Ic > 140 A, dacă se folosesc cabluri în curent continuu.Pentru situaţiile limită, cărora le-ar corespunde în urma corecţiei cu coeficientul a, secţiuni mai mici

decât cele menţionate mai sus, alegerea se va face considerând în final ă = 1.Coeficientul de corecţie K al condiţiilor de răcire se determină în mod diferit, după tipul conductei.a) În cazul conductelor neizolate şi izolate, pozate la temperaturi ale mediului ambiant diferite de

+25oC, coeficientul de corelaţie al condiţiilor de răcire este:K = K1 (4.35)

în care K1 este coeficientul de corecţie pentru temperaturi ale mediului ambiant diferite de +25oC.b) Pentru bare, intensităţile maxime admise sunt valabile următoarele condiţii de funcţionare şi

montaj:- conductivităţile de referinţă sunt sCU = 56 m/Wmm2 pentru cupru şi sAL = 35,1 m/Wmm2 pentru

aluminiu;- barele dreptunghiulare sunt montate pe muchie, iar traseul este orizontal;- temperatura mediului ambiant barelor este de 35oC, iar temperatura barelor este de 65oC;- barele sunt montate distanţat, astfel încât efectul de vecinătate nu se manifestă;- altitudinea este de maximum 1000 m;- disiparea căldurii se face în mod natural etc.Alte condiţii de funcţionare şi montaj se iau în considerare în relaţia (4.33), prin calcularea

coeficientului de corecţie al condiţiilor de răcire cu formula:K = K1 K2 K3 K4 K5 K6 (4.36)

în care: K1 este coeficientul de corecţie pentru variaţia conductivităţii barelor;K2 - coeficient de corecţie pentru reducerea sarcinii la aşezarea barelor cu lăţimea pe orizontală sau

pentru un traseu vertical mai lung de 2 m;K3 - coeficientul de corecţie pentru temperaturi ale mediului ambiant şi a barelor diferite de cele de

referinţă.Pentru barele având secţiuni diferite de cele indicate în tabele sau grafice, însă ale căror perimetre nu

diferă sau diferă puţin ca formă şi valoare de ale acestora, încărcările admisibile se pot determina cu aproximaţie cu relaţia

, (4.37)

în care: ICadm2 este curentul admisibil al unei bare (dreptunghiulare sau ţeavă) sau al unui pachet de n bare (dreptunghiulare) în paralel pentru care nu au putut fi aplicate direct corecţiile;

ICadm1 - curentul admisibil al unei bare sau al unui pachet de bare similare, pentru care corecţiile pot fi determinate direct din tabele sau grafice;

p1, p2 - perimetrele secţiunilor a câte unei singure bare dintre cele care se găsesc, respectiv nu se găsesc în tabele sau grafice;

s1, s2 - ariile secţiunilor corespunzătoare, conform semnificaţiilor indicilor.Relaţia (4.37) este aplicabilă barelor cu secţiuni dreptunghiulare având aceeaşi lăţime şi o grosime

care diferă cu cel mult 50% de cea a secţiunilor din tabele, precum şi barelor ţeavă având acelaşi diametru exterior însă grosimea peretelui diferind cu cel mult 50% de cea a secţiunilor din tabele.

44

Page 45: Subiecte Rezolvate IE

La barele capsulate, coeficientul de corecţie calculat conform relaţiei (4.36) se multiplică prin factorul 0,8, pentru a ţine seamă de condiţiile speciale de răcire.

c) În cazul cablurilor, aplicarea corecţiei referitoare la condiţiile de răcire se face diferenţiat, după natura mediului - pământ, aer sau apă - în care se pozează cablurile.

Pentru cablurile pozate în pământ, corecţia se determină cu relaţiaK = Kc1 Kc2 Kc3, (4.38)

în care: Kc1 este coeficientul de corecţie în funcţie de rezistenţa termică specifică a solului. Temperatura solului se consideră egală cu valoarea medie a temperaturilor maxime din lunile de vară, la adâncimea de pozare. Dacă nu există date precise, această temperatură se adoptă astfel:

+24oC - pentru regiunile de şes;+15oC - pentru regiunile de deal şi de munte.Se consideră neglijabilă variaţia temperaturii solului, în funcţie de adâncimea de pozare, în domeniul

70 ... 120 cm. Pentru cablurile pozate mai aproape de nivelul solului decât 70 cm, se consideră o temperatură superioară cu 5oC faţă de temperatura de calcul.

Pentru pozare alăturată în aer, în diferite moduri şi la temperaturi ale mediului ambiant diferite de +30oC, coeficientul de corecţie al condiţiilor de răcire este

, (4.39)în care: K’

c1 este coeficientul de corecţie în funcţie de modul de pozare;K’

c2 - coeficientul de corecţie în funcţie de temperatura mediului ambiant.În cazul cablurilor expuse razelor solare, se va aplica suplimentar un coeficient de reducere egal cu 0,9.

Dacă pozarea se face în apă, se consideră K = 1,15.Secţiunea se poate schimba la trecerea cablului din apă în pământ sau în aer, în funcţie de rezultatele

calculelor.B. Determinarea secţiunii conductelor din condiţia de stabilitate termică la supracurenţii accidentali

reprezintă o etapă de calcul, care se asociază celei corespunzătoare încălzirii în regim permanent (pct.A). a) Stabilitatea termică a conductelor la curenţi de suprasarcină, se consideră asigurată dacă

, (4.40)

Irt fiind curentul de reglaj al releului sau declanşatorului termic montat pe porţiunea de reţea considerată (numai la circuite şi coloane protejate prin relee sau declanşatoare termice).

b) Pentru curenţii de scurtcircuit, condiţia de stabilitate termică se exprimă diferit, în funcţie de felul dispozitivului de protecţie.

Astfel, dacă protecţia este asigurată prin siguranţe fuzibile, condiţia de stabilitate termică este dată, în cazul instalaţiilor electrice de forţă, de relaţia:

, (4.41)

iar în cazul instalaţiilor electrice de iluminat şi prize:

, (4.42)

dacă posibilitatea apartiţiei suprasarcinilor este minimă la anumite instalaţii electrice de iluminat şi prize (de ex. în cazul utilizării corpurilor de iluminat cu tuburi flourescente), intensitatea maxim admisă a curentului permanent prin conductoare se obţine cu relaţia:

. (4.43)În cazul protecţiei la scurtcircuit realizate prin întreruptoare automate cu relee sau declanşatoare

electromagnetice cu acţiune instantanee, stabilitatea termică a conductelor este asigurată dacă

. (4.44)

Intensităţile maxim admise prin conducte se determină din condiţiile (4.33), (4.40) şi una din relaţiile (4.41) ... (4.44

C. Verificarea secţiunii conductelor se face într-o primă etapă la următoarele solicitări:- rezistenţa mecanică, exprimată prin secţiunile minime admise conform tabelelor;

45

Page 46: Subiecte Rezolvate IE

- încălzirea în regim de scurtă durată la pornire, care se verifică prin intermediul densităţii de curent la pornire:

(4.45)

sau

(4.46)

şi care trebuie să fie pentru conductoare din aluminiu:, (4.47)

iar pentru conductoare din cupru. (4.48)

O ultimă verificare pentru secţiunile determinate se realizează prin calculul pierderilor de tensiune.D. Secţiunea conductorului de nul de lucru se stabileşte în corelaţie cu cea a conductoarelor de fază,

după cum urmează:- egală cu secţiunea conductorului de fază în cazul circuitelor de lumină trifazate cu patru

conductoare, până la o secţiune de 16 mm2 a conductoarelor de fază şi a circuitelor monofazate;- cel puţin 50% din secţiunea conductoarelor de fază şi astfel încât să corespundă intensităţii maxime

de curent posibile în conductele respective, în cazul instalaţiilor de forţă;- pentru circuite de lumină trifazate cu patru conductoare, începând cu secţiunea conductorului de

fază de 25 mm2.

32. PIERDERI DE TENSIUNE

Circulaţia curenţilor prin ramurile reţelelor electrice determină pierderi de tensiune în lungul acestora, deoarece atât conductoarele cât şi echipamentele electrice făcând parte din circuit, prezintă anumite rezistenţe sau impedanţe electrice după cum curentul este continuu, respectiv alternativ.

Pierderea de tensiune pe o linie este definită de relaţia

, (4.49)

în care: U1 este tensiunea la începutul liniei;U2 - tensiunea la capătul liniei;Un - tensiunea nominală a liniei.Pentru o funcţionare normală a receptoarelor, se impune ca valorile oscilaţiilor de tensiune, de la

sursă până la bornele acestora, să se încadreze între anumite limite. Calculul pierderilor de tensiune se face pe tronsoanele reţelei (coloane, circuite, porţiuni ale liniilor principale), în care: R şi X reprezintă rezistenţa, respectiv reactanţa tronsonului; Ic, Pc şi Qc - curentul, puterea activă şi puterea reactivă cerute pe tronsonul respectiv (cuprins între punctul de racord la sursa de alimentare şi punctul de conectare al sarcinii concentrate).

Pierderea de tensiune totală, pe o direcţie de distribuţie, se obţine prin însumarea pierderilor parţiale de pe diferitele tronsoane.

Pentru calculul parametrilor electrici R şi X ai liniilor electrice de joasă tensiune, având secţiunile s (în mm2) şi lungimile l (în km).

În cazul reţelelor cu linii principale buclate, calculul pierderilor de tensiune este mai complicat, necesitând transformarea prin transfigurare a reţelei reale într-una cu linie principală alimentată la ambele capete. În continuare se determină punctul de separaţie al sarcinilor, punct în care linia se poate întrerupe, fiind astfel echivalentă cu două porţiuni alimentate fiecare de la un singur capăt.

Având în vedere că, scopul acestui calcul este de a verifica dacă secţiunile alese asigură până la bornele receptoarelor o pierdere de tensiune inferioară valorilor maxime admise, se recomandă efectuarea calculelor numai pentru receptoarele mai încărcate şi mai îndepărtate.

În cazul în care pierderile de tensiune calculate rezultă mai mari decât cele indicate, se alege o secţiune superioară pentru circuitul receptorului (fără a depăşi secţiunea coloanei din care se ramifică) sau

46

Page 47: Subiecte Rezolvate IE

pentru tronsonul cu ponderea cea mai mare în pierderea de tensiune totală şi se reiau calculele de determinare a pierderilor de tensiune. De subliniat că în baza metodicii de proiectare dezvoltare, nu se impune în asemenea cazuri o revenire şi asupra aparatelor de protecţie şi comutaţie.

33. CORPURI DE ILUMINAT, CARACTERISTICI FOTOMETRICE

Sursele de iluminat sunt incluse in corpuri de iluminat. Corpul de iluminat este un aparat care serveste la distribuirea, filtrarea sau transformarea luminii lampilor, construit din toate piesele necesare pentru fixarea si protejarea lampilor, precum si pentru conectarea acestora la reteaua electrica.

Partile componente ale unui corp de iluminat

Sistemul optic are rolul de a reduce luminanta lampii, de a modifica compozitia spectrala si distributia fluxului luminos al acesteia. Sistemul optic cuprinde urmatoarele elemente:

reflectoare (bazate pe fenomenul de reflexie) refractoare ecrane difuzante din substante translucide filtre gratare de ecranare

Armatura corpului consta din ansamblul pieselor metalice care asigura: fixarea lampii (dulii) si a SO alimentarea cu energie electrica protejarea lampilor impotriva atingerii

Caracteristici fotometrice

Curba fotometrica este reprezentata grafic in coorfonate polare a intensitatii luminoase a corpului de iluminat in functie de inaltimea θ.

.

Randamentul ηc al corpurilor de iluminat este raportul dintre fluxul luminos al corpului de iluminat si fluxul luminos al lampilor montate in corp:

.

Unghiul de protectie δ (intr-un anumit plan meridian) este unghiul dintre orizontala si linia limita sub care poate fi vazuta lampa montata in corp. Daca δ < 30º atunci nu se asigura o protectie suficienta a ochiului fata de luminanta sursei de lumina.

34. CLASIFICAREA CORPURILOR DE ILUMINAT

Criterii

In functie de felul surselor de lumina utilizate: corpuri de iluminat pentru lampi cu incandescenta corpuri de iluminat pentru lampi fluorescente

Dupa forma corpului fotometric: simetrice – o singura curba fotometrica nesimetrice – corpuri fotometrice cu 2 plane de simetrie (2 curbe fotometrice)

– corpuri fotometrice asimetrice (curbe izocandele)

47

Page 48: Subiecte Rezolvate IE

In raport cu distributia fluxului luminos (Φvc) in cele doua emisfere – superioara (Φs)– inferioara (Φi)

direct– Φi 0,9 Φvc

semidirect – Φi = [0,6 ... 0,9) Φvc

mixt – Φi = [0,4 ... 0,6) Φvc

semiindirect – Φs = [0,6 ... 0,9) Φvc

indirect – Φs 0,9 Φvc

In functie de marimea unghiului solid in care se distribuie fluxul luminos: cu repartitie difuza cu repartitie larga cu repartitie mijlocie cu repartitie concentrata

In raport cu felul instalatiei de iluminat: pentru iluminat interior pentru iluminat exterior pentru instalatii de iluminat etanse cu utilizari speciale

In functie de particularitatile de executie si fixare: aplice (fixate pe pereti) plafonice pendule corpuri de iluminat local corpuri de iluminat portabile

35. CLASIFICAREA INSTALAŢIILOR ELECTRICE DE ILUMINAT

In raport cu locul de amplasare: de iluminat interior de iluminat exterior de iluminat etanse speciale (sali de spectacole, vitrine, expozitii)

Dupa natura surselor de lumina: cu lampi cu incandescenta cu lampi fluorescente cu lampi cu lumina mixta

In functie de directia luminii emise de corpuri in functie de planul de utilizare: iluminat dirijat (lumina ajunge pe obiectele luminate dintr-o directie principala) – producerea umbrelor si

realizarea contrastelor iluminat difuz – reducerea luminantelor

Dupa amplasarea corpurilor de iluminat in raport cu suprafetele iluminate: iluminatul general – uniform

– zonal– trebuie sa realizeze iluminarea uniforma a unor spatii sau zone, fara a se tine seama de

necesitatile particulare ale unor portiuni din acele apatii sau zone iluminatul local

48

Page 49: Subiecte Rezolvate IE

– realizeaza iluminarea unor suprafete relativ mici iluminatulcombinat

– se combina iluminatul general cu cel local

In functie de destinatia lor: instalatii pentru iluminat normal – care trebuie sa asigure desfasurarea unor activitati instalatii pentru iluminat de siguranta – care sunt utilizate in cazul defectarii celor pentru iluminat normal instalatii pentru iluminat de paza

36. CONDIŢII DE CALITATE ALE ILUMINATULUI

Nivelul de iluminare al suprafetei sau obiectelor trebuie sa aiba o valoare suficient de mare pentru a corespunde activitatii care se desfasoara in incapere. Valorile minime admisibile pentru nivelele minime ale iluminatului sunt date in tabele, acestea se refera la planul util nu cel de lucru (suprafata medie la care se executa lucrarile). Planul de lucru este la (0,85 ... 1) m fata de pardoseala in salile de studium rspectiv la nivelul pardoselii pentru caile de acces, garaje, etc.

Uniformitatea iluminarii se exprima prin 2 factori de uniformitate:

minim – maxim

minim – mediu

Instalatiile de iluminat trebuie sa asigure o iluminare cat mai uniforma evitandu-se astfel obosirea ochiului.Uniformitatea iluminarii depinde de amplasarea corpurilor de iluminat:

la iluminatul direct corpurile trebuie sa fie monatate la h cat mai mari si la d cat mai mici la iluminatul indirect corpurile trebuie sa fie monatate la h cat mai mici fata de planul util

Compozitia spectrala a luminii influenteaza contrastul dintre detaliu si font si redarea culorilor.Sursele de lumina trebuie sa aiba in general o culoare corespunzatoare activitatii care se desfasoara in incinta iluminata. Confortul vizual este direct legat de culoare si nivelul de iluminare.Culorile sunt – calde (nivele de iluminat scazute)

– reci (nivele de iluminat ridicate)Exista o corelatie intre culoare (temperatura de culoare) si nivelul de iluminare.

Directia luminii si umbrele depind in mare masura de sistemul de iluminat.

Luminanta si contrastele de luminanta sunt factori de calitate dintre cei mai importanti. Luminanta influenteaza direct ochiul uman. Daca luminanta obiectelor depaseste anumite valori pot avea loc fenomene de orbire. Pentru inlaturarea orbirii corpul de iluminat trebuie sa fie prevazut cu elemente fe protectie.

PROIECTAREA INSTALAŢIILOR DE ILUMINAT INTERIOR

Obiective

Asigurarea eficienţei economice pentru o instalaţie de iluminat interior în funcţiune prezintă un număr redus de grade de libertate, iar efectele, insuficient de convingătoare, pot inhiba aplicarea măsurilor preconizate. Cea mai potrivită sursă pentru optimizarea economică a instalaţiilor de iluminat interior o reprezintă proiectarea, pentru instalaţii noi, şi reproiectarea, pentru instalaţii existente, deoarece acestea furnizează informaţii complete asupra soluţiilor alternative, comparabile din punct de vedere tehnic dar

49

Page 50: Subiecte Rezolvate IE

diferenţiate economic, care ţin seama totodată de evoluţiile înregistrate în tehnologia surselor de lumină, a corpurilor de iluminat şi a circuitelor de alimentare ale acestora.

Existenţa unor programe perfecţionate, realizate în general de firmele producătoare de echipamente electrice de iluminat, poate conduce unii proiectanţi spre falsa impresie că rularea succesivă a unor combinaţii corp-lampă-înălţime de suspendare, mai mult sau mai puţin inspirat alese, reprezintă metoda susceptibilă de a satisface perfect toate părţile interesate.

Lucrarea îşi propune să releve calea de urmat pentru o asistare sistematică a proiectării instalaţiilor de iluminat interior, astfel încât alegerea soluţiei optime din punct de vedere economic să se facă din ansamblul tuturor soluţiilor tehnic acceptabile, pentru o ofertă dată de echipament electric.

Etapele optimizării economice

Abordarea corectă a unui proiect de iluminat interior, cu utilizarea programelor de calcul disponibile şi cu respectarea condiţiilor ca soluţia propusă să satisfacă luminotehnic pe deplin, iar din punct de vedere economic să reprezinte optimul dorit de beneficiar, presupune parcurgerea etapelor conform organigramei, similară în anumite privinţe cu cea a metodologiei de urmat pentru instalaţii de iluminat exterior.

Etapa iniţială a definirii aplicaţiei, presupune o descriere amănunţită a acesteia, identificarea valorilor corespunzătoare sau normate pentru mărimile fotometrice şi explicitarea restricţiilor referitoare la amplasarea pe verticală sau în plan a corpurilor de iluminat.

Analiza ofertei este denumirea generică pentru etapa a doua, care selectează tipurile de corpuri după destinaţiile recomandate de către fabricant, iar tipurile de lămpi după echipările stabilite ale corpurilor şi temperatura de culoare ( sau indicele de redare al culorilor Ra ).

Predeterminarea echipamentului electric poate fi fundamentată pe metode analitice, care iau în considerare unul sau câteva caracteristici luminotehnice de îndeplinit de către instalaţia de iluminat; în lucrare, se utilizează metoda factorului de utilizare, într-o formă originală, matricială.

Etapele a lV-a şi a V-a se desfăşoară cu asistare de calculator, presupunându-se că se dispune de un program care să poată acoperi cerinţele de calcul pentru ambele aspecte.

Pentru mai buna urmărire a parcurgerii etapelor relevate în organigramă şi mai ales a obiectivelor proiectării, se propune piramida soluţiilor, ilustrată în figura 2 şi care cuprinde următoarele niveluri de soluţii:

- soluţii în ofertă (SO), reprezentând partea din ofertă care corespunde aplicaţiei şi totodată baza piramidei soluţiilor;

- soluţiile tehnic posibile (STP), selectate în urma parcurgerii etapei de predeterminare a echipamentului electric;

- soluţiile tehnic acceptabile (STA) reprezintă rezultatul parcurgerii etapei de verificare pe calculator a soluţiilor STP, dintre care se selectează numai acelea care îndeplinesc în totalitate condiţiile luminotehnice;

- soluţia economică (SE), de fapt optimul economic dintre soluţiile tehnic acceptabile.

Figura 2 Piramida soluţiilor la proiectarea instalaţiilor de iluminat electric.

Detalierea etapelor proiectării şi evidenţierea modului de conturare a soluţiilor corespunzătoare se face în cele ce urmează. Pentru o mai bună percepere a metodologiei şi pentru a concretiza construcţia piramidei soluţiilor s-a considerat utilă parcurgerea în paralel a unui exemplu.

50

Page 51: Subiecte Rezolvate IE

a. Definirea aplicaţiei

Încăperea pentru care se reproiectează instalaţia de iluminat interior furnizează datele iniţiale, reprezentate de următoarele caracteristici:

- destinaţia: laborator de specialitate, electrotehnic;- dimensiunile: L1 = 8,95m, L2 = 6 ,70 m, H = 4,24 m;- aspectul pereţilor, cu evidenţierea tuturor elementelor care concură la caracteristicile fotometrice ale

acestora. Structura pereţilor, prezenţa mobilierului cu dimensiuni apreciabile, a uşilor şi ferestrelor sunt necesare pentru determinarea coeficientului mediu de reflexie a pereţilor pentru orice înălţime considerată, de suspendare a corpurilor de iluminat deasupra planului de utilizare;

- înălţimea planului de utilizare hu = 0,8 m;- încăperea este cu degajare redusă de praf.Având în vedere destinaţia şi felul activităţilor din încăpere, se preconizează proiectarea unei

instalaţii de iluminat general, care să satisfacă următoarele condiţii:- iluminarea medie, minimă Emed = 300 lx;- uniformitatea iluminării să satisfacă atât factorul de uniformitate medie:

, (1)

cât şi factorul de uniformitate minim/maxim:

; (2)

- temperatura de culoare a lămpilor, corespunzătoare nivelului de iluminare medie , să se situeze în intervalul Tc[2800,4200] K sau, dacă se cunoaşte indicele de redare a culorilor Ra pentru lămpi, acesta să se situeze în domeniul .

b. Analiza ofertei

Oferta de corpuri de iluminat şi de lămpi poate fi extinsă, în general, oricât de mult doresc proiectanţii şi beneficiarii, dar în cazul considerat, având în vedere că în etapele de asistare cu calculator se va folosi programul CALCULUX, s-au reţinut în ofertă numai corpurile de iluminat (Philips) existente în baza de date a acestui program.

Se prezintă variantele de echipament electric corp-lampă, adoptate ca ofertă pentru aplicaţia în studiu şi principalele caracteristici tehnice ale acestora. Dintre acestea, cea mai importantă mărime este reprezentată de fluxul lămpilor dintr-un corp, deoarece va reprezenta mărimea de bază în selecţia soluţiilor în etapa de predeterminare.

De subliniat faptul că, din punct de vedere luminotehnic, înălţimea de suspendare nu reprezintă o mărime fixată şi dacă pentru aceasta se adoptă un interval de variaţie cu un increment dat, numărul de soluţii luminotehnice în ofertă este destul de mare.38. PREDETERMINAREA ECHIPAMENTULUI ELECTRIC

Mărimea fotometrică pe baza căreia se sortează soluţiile în ofertă pentru a obţine soluţiile tehnic posibile (STP) este reprezentată de fluxul lămpilor dintr-un corp. Se recurge la metoda factorului de utilizare pentru a calcula această mărime, astfel încât este necesară parcurgerea următoarelor subetape:

- determinarea înălţimii de suspendare;- calculul factorilor de utilizare;- amplasarea în plan a corpurilor de iluminat;- calculul fluxului lămpilor dintr-un corp.

Înălţimea de suspendare

51

Page 52: Subiecte Rezolvate IE

Pentru o mai bună adaptare a proiectării la particularităţile soluţiilor, nu se alege o singură valoare pentru înălţimea de suspendare deasupra planului de utilizare, ci se urmăreşte determinarea unui domeniu de valori posibile pentru această mărime.

Amplasarea pe verticală a corpurilor de iluminat se exprimă analitic în raport cu mărimile geometrice, redate în figura 4, care reprezintă o secţiune verticală a încăperii. Mărimile geometrice caracteristice sunt următoarele: H-înălţimea încăperii; hu-înălţimea planului util; hc -lungimea pendulului; hom -înălţimea medie a omului, până la nivelul ochilor; Ho- înălţimea de montare a corpurilor, măsurată de la nivelul ochilor; Hs -înălţimea de montare a corpurilor deasupra pardoselii şi h-înălţimea de suspendare, reprezentând distanţa corpuri de iluminat - plan util, pe verticală.

Valoarea minimă a înălţimii de suspendare se determină din condiţiile de limitare a fenomenului de orbire, precizate sub forma corelaţiilor admise dintre înălţimea de montare de la nivelul ochilor Ho şi dimensiunile încăperii (L1 ,L2 ), din planul orizontal, în funcţie de luminanţa corpurilor de iluminat.

Figura 4 Secţiune verticală a încăperii.

Pentru corpuri cu luminanţe Lc< 5000 nt, se determină condiţiile pentru înălţimea minimă de suspendare hmin sub forma:

; (4)

. (5)

Înălţimea de suspendare maximă rezultă din condiţia de lungime minimă a pendulului hcmin , reprezentând distanţa dintre tavan şi centrul optic al corpului de iluminat, atunci când acesta ar fi montat direct pe tavan: hMax = H-hu-hcmin . (6)

Pentru cazul în studiu, se obţine astfel domeniul de valori ale înălţimii de suspendare , care poate fi incrementat cu pasul dorit (de ex. 0,2 m).

Se poate determina în continuare indicele încăperii i, dat de relaţia: (7)

şi valorile factorului mediu de reflexie a pereţilor pentru fiecare valoare a înălţimii de suspendare, prin ponderarea prin arii a factorilor de reflexie a zonelor puse în evidenţă în structura pereţilor.

Factorii de utilizare

Cunoscând felul distribuţiei fluxului luminos pentru fiecare tip de corp selectat, factorii de reflexie ai tavanului şi pereţilor, precum şi indicele încăperii, se poate determina factorul de utilizare u, corectat cu valoarea reală a randamentului corpurilor de iluminat. Deoarece randamentul unui corp de iluminat depinde de puterea Pl şi numărul nlc al lămpilor dintr-un corp, factorii de utilizare corespunzători unui tip de corp pot fi organizaţi într-o matrice tridimensională, a treia variabilă fiind reprezentată de înălţimea de suspendare h.

În relaţiile de calcul cu metoda factorului de utilizare, acesta apare la numitor, astfel încât devine necesară determinarea matricilor cu valorile inverse [u-1](3) ale factorului de utilizare.

Numărul de corpuri

52

Page 53: Subiecte Rezolvate IE

Este cunoscut faptul că amplasarea în plan a corpurilor de iluminat se soluţionează pe baza distanţei relative dintre două corpuri d*, ale cărei valori maxime recomandate [3,4] ar trebui să fie în concordanţă cu condiţiile de uniformitate ale iluminării.

Se consideră numai relaţiile referitoare la amplasarea surselor liniare, acestea fiind tipurile selectate din ofertă. Astfel, pentru numărul N1 al numărului de corpuri pe o bandă se utilizează dubla inegalitate:

, (9)

în care d1*M = 0,7 este valoarea maximă recomandată pentru distanţa relativă dintre corpurile de iluminat din cadrul aceleiaşi benzi;

LC - lungimea corpului de iluminat, echipat cu surse liniare;kp1 - coeficient ţinând seama de distanţa la perete a corpurilor de iluminat şi utilitatea dată spaţiilor de

la perete [ 3], cu valori în domeniul (0,25...0,5).De remarcat că numărul de corpuri pe o bandă este limitat atât inferior, cât şi superior.Numărul de benzi, notat N2 pentru modalitatea de dispunere a benzilor, este însă limitat numai

inferior, conform relaţiei: , (10)

în care d2*M = 0,6 este valoarea maximă recomandată pentru distanţa relativă dintre două benzi învecinate;kp2 - coeficient similar cu kp1, dar corespunzător distanţelor la perete după dimensiunea L2. Din punct de vedere economic, este mai bine să se înceapă calculele cu numărul minim de corpuri:

, (11)urmând ca incrementarea numărului de corpuri să se facă din aproape în aproape, până la epuizarea tuturor soluţiilor tehnic posibile, limitate de valorile minime ale fluxului lămpilor, pentru fiecare tip de corp de iluminat.

Fluxul lămpilor dintr-un corp

Predeterminarea echipamentului electric corp-lămpi se încheie cu calculul fluxului lămpilor dintr-un corp, mărime deja cunoscută pentru corpurile de iluminat din ofertă (tab.1). Devin soluţii tehnic posibile (STP) acele instalaţii de iluminat, caracterizate prin combinaţia corp-lămpi, înălţime de suspendare şi număr de corpuri, care îndeplinesc dubla inegalitate scrisă în formă condensată, matricială:

, (12)

în care A=L1L2 este aria încăperii;EmedM-limita superioară a iluminării medii, stabilită în raport cu valoarea următoare lui Emed din scara

iluminărilor; kMt-factorul de menţinere total al instalaţiei de iluminat.Scrierea matricială a relaţiei (12) este convenţională, iar indicele (2) arată că se tratează matricile

bidimensionale având organizate liniile şi coloanele, respectiv după variabilele n lc şi Pl. Totodată, aspectul convenţional al scrierii matriciale rezidă din faptul că se consideră validate acele soluţii care corespund unor valori particulare, deci unor elemente ale matricilor şi nu neapărat tuturor elementelor acestora.

39. ASISTAREA PROIECTĂRII CU PROGRAMUL CALCULUX-INDOOR

Facilităţi ale programului

Philips CALCULUX LINE este un pachet de programe care include programul CALCULUX INDOOR, destinat proiectării instalaţiilor de iluminat interior şi care are următoarele facilităţi: permite selectarea corpurilor de iluminat din baza de date proprie sau din fişiere special formatate; defineşte o grilă de calcul, ataşată planului de lucru sau altei suprafeţe de interes; simulează situaţii reale de iluminat al incintelor, permite analiza diferitelor tipuri de amplasări, oferind posibilitatea alegerii soluţiei optime din punct de vedere tehnico-economic; permite modificarea amplasării corpurilor de iluminat, în vederea

53

Page 54: Subiecte Rezolvate IE

obţinerii soluţiilor fotometrice optime; prezintă rezultatele calculelor sub formă de text, tabele comparative, reprezentări 2D şi 3D şi calculează costurile investiţiei.

Date iniţiale

În derularea programului CALCULUX INDOOR, datele iniţiale solicitate sunt: - factorul de menţinere general al proiectului;- dimensiunile încăperii (lungime, lăţime, înălţime);- factorii de reflexie ai tavanului, pereţilor şi podelei;- iluminarea medie impusă (recomandată);- definirea grilei, ataşată planului util sau unei alte suprafeţe de interes;- alegerea tipului de corp de iluminat şi echiparea sa;- alegerea modului de amplasare a corpurilor de iluminat;- stabilirea parametrilor de montare pentru corpurile de iluminat, numărul de corpuri pe lungime,

lăţime, precum şi înălţimea de montare.

Identificarea soluţiilor tehnic acceptabile (STA)

În urma efectuării calculelor, rezultatele sunt prezentate sub formă de tabele şi grafice, acestea putând fi reprezentări bidimensionale şi tridimensionale, pentru iluminări. Se indică, de asemenea, valorile factorilor de uniformitate Emin/Emed şi Emin/Emax.

CALCULUX INDOOR oferă detalii privind echiparea corpurilor de iluminat legate de tipul carcasei, tipul şi numărul lămpilor, fluxul lămpii, dimensiunile şi geometria lămpii, valorile parametrilor calitativi precum şi diagramele izocandelă, carteziană şi polară.

Calculul economic

Programul CALCULUX permite evaluarea investiţiei totale şi a costurilor totale, anuale. Investiţia totală include costurile corpurilor de iluminat, ale lămpilor şi costul montării corpurilor de iluminat. Costurile totale anuale cuprind costul energiei, al investiţiei anuale, al înlocuirii lămpilor şi al lucrărilor de întreţinere. Datele iniţiale necesare în vederea evaluării economice sunt preţul unităţii de energie, durata de amortizare, unitatea monetară, numărul de ore de funcţionare, preţul corpului şi al lămpii şi costul instalării corpului. Viziunea completă d.p.d.v. economic asupra tuturor STA este însă de natură a permite proiectantului şi beneficiarului să se orienteze asupra celei mai potrivite soluţii de aplicat, luând în considerare situaţia reală a instalaţiei obiectiv, intervenţiile necesare şi fondurile disponibile.

41. PREDETERMINAREA TIPULUI DE CORP ŞI LAMPĂ LA LUMINATUL EXTERIOR

54

Page 55: Subiecte Rezolvate IE

Fig. 1 - Coordonatele geometrice ale punctului Pm de iluminare minimă, în cazul amplasării unilaterale a corpurilor de iluminat.

Cunoaşterea coordonatelor punctului de iluminare minimă, a valorii iluminării minime şi a amplasării corpurilor de iluminat în raport cu planul util permite predeterminarea echipamentului electric, susceptibil de a satisface luminotehnic aplicaţia dată.

a) Se consideră cazul amplasării unilaterale a corpurilor de iluminat pentru un spaţiu exterior cu lăţimea l0, ca în figura 1. Corpul fotometric al sursei de lumină montate în punctul S1 este simetric în raport cu planul S1O1O'1, astfel încât contribuţiile celor două surse S1 şi S2 la iluminarea punctului Pm sunt identice.

Coordonatele unghiulare ale punctului de iluminare minimă sunt:

(1)

relaţii în care distanţa relativă între corpuri este d*=d/h.Intensitatea luminoasă a corpului de iluminat pe direcţia punctului de iluminare minimă poate fi dedusă

din expresia iluminării orizontale, momentul predeterminării surselor de lumină bazându-se pe dubla inegalitate:

, (2)

în care U0 este factorul de uniformitate medie, kM - factorul de menţinere total şi EmedM - valoarea maxim admisă pentru iluminarea medie. O relaţie similară relaţiei (2) poate fi scrisă dacă se lucrează cu valori ale luminanţelor.

b) În cazul amplasării axiale a corpurilor de iluminat, dintre care două, S1 şi S2, sunt reprezentate în figura 2, problema este de asemenea simetrică şi contribuţiile celor două surse de lumină în punctul Pm sunt identice. Coordonatele unghiulare ale punctului Pm de iluminare minimă în raport cu sursa S1 sunt date de relaţiile:

Fig. 2 - Coordonatele geometrice ale punctului Pm de iluminare minimă, în cazul amplasării axiale a corpurilor de iluminat.

(3)

cu aceleaşi semnificaţii ale mărimilor ca la punctul "a". Determinarea combinaţiilor corp - lampă - înălţime de suspendare se face tot cu relaţia (2), dar pentru unghiurile date de relaţia (3). Deschiderea perspectivei tehnice asupra aplicaţiei implică luarea în considerare a tuturor tipurilor de corpuri de iluminat utilizabile, cu toate echipările posibile şi cu baleierea întregului domeniu al înălţimilor de suspendare. În acest fel, pe baza relaţiei de forma (2) se pot selecţiona toate combinaţiile corp - lampă - înălţime de suspendare care se prezintă ca soluţii tehnice acceptabile, pentru a fi analizate în continuare, mai amănunţit, din punct de vedere luminotehnic şi apoi economic. Este cunoscut faptul că majoritatea programelor de firmă pentru proiectarea instalaţiilor de iluminat invită mai întâi programatorul să aleagă un tip de corp şi o lampă. Predeterminarea surselor de lumină adecvate pentru o aplicaţie dată, cu relaţii de forma (2) asigură o cale mai sistematică de asistare a proiectării cu calculatorul.

55

Page 56: Subiecte Rezolvate IE

c) Amplasarea bilaterală, faţă în faţă a corpurilor de iluminat, redată în figura 3, evidenţiază două puncte de iluminare minimă, Pm1 şi Pm2, simetrice faţă de axa drumului. Corpurile de pe aceeaşi parte a planului util au contribuţii identice în iluminarea oricăruia din aceste puncte. Se consideră punctul Pm1

pentru efectuarea calculelor.

Fig. 3. - Punctele de iluminare minimă de pe planul util în sistemul de iluminat bilateral, f ă în faţă.

Pentru corpurile S1 şi S3, punctul de iluminare minimă (Pm1) este situat la coordonatele sferice:

(4)

iar pentru corpurile S2 şi S4, acelaşi punct se află la coordonatele:

(5)

Dubla inegalitate care permite selectarea combinaţiilor corp-lampă, posibil potrivite pentru soluţia luminotehnică a aplicaţiei în condiţiile geometrice date, are în acest caz forma:

(6)

semnificaţiile mărimilor fiind explicitate la relaţia (2).Amplasarea corpurilor de iluminat conform figurii 3 poate fi întâlnită atât la căi de circulaţie, spaţii

industriale cât şi la terenuri sportive.d) Amplasarea bilaterală, alternativă (în zig-zag), ilustrată în figura 4, pune în evidenţă poziţia

punctului de iluminare minimă la mijlocul distanţei O1O3 dintre două corpuri consecutive, aflate de aceeaşi parte a planului util.

Pentru corpurile S1 şi S3, punctul de iluminare minimă Pm este situat la coordonatele sferice:

(7)

Fig. 4. - Punctul de iluminare minimă de pe planul util în sistemul de iluminat bilateral, alternativ (zig-zag).

iar pentru corpul S2

(8)

56

Page 57: Subiecte Rezolvate IE

Relaţia de selectare a combinaţiilor corp – lampă pentru fiecare ipoteză geometrică particulară de amplasare bilaterală, alternativă a corpurilor de iluminat este în acest caz următoarea:

(9)

În lipsa altor convenţii, pentru EmedM se consideră valoarea din scara iluminărilor, imediat superioară valorii Emed. Dacă intensităţile luminoase ale corpului dau o valoare mai mică decât limita minimă definită prin inegalitatea (9), atunci corpul de iluminat nu corespunde cu echiparea respectivă şi se caută altă soluţie. În schimb, dacă intensităţile luminoase depăşesc limita maximă din inegalitate, atunci se pot relua calculele pentru înălţimi de suspendare şi/sau distanţe dintre corpuri mai mari.

43. IDENTIFICAREA SOLUŢIILOR LUMINOTEHNICE CU PROGRAMUL CALCULUX

Structură şi caracteristici

Philips Calculux Line este un pachet de programe de proiectare şi calcul de aplicaţii de iluminat care cuprinde :

- Calculux Road : proiectarea instalaţiilor de iluminat pentru aplicaţii stradale;- Calculux Area : proiectarea instalaţiilor de iluminat pentru suprafeţe sportive şi intersecţii;- Calculux Indoor : proiectarea instalaţiilor de iluminat interior.

Programul Calculux Road, utilizat pentru tema abordată, are următoarele facilităţi :- simulează situaţii reale de iluminat al căilor de circulaţie rutieră, permite analiza diferitelor tipuri de

amplasări oferind posibilitatea alegerii soluţiei optime din punct de vedere tehnico-economic;- ţine cont de toate recomandările naţionale şi internaţionale referitoare la condiţiile de calitate a

iluminatului;- defineşte o grilă de calcul în funcţie de cerinţele internaţionale sau specifice (CIE, DIN ş.a.);- optimizează parametrii de montare ai corpului de iluminat : distanţa între stâlpi, înălţimea de montare,

lungimea şi înclinarea braţului;- permite selectarea corpurilor de iluminat din baza de date proprie sau din fişiere special formatate;- prezintă rezultatele calculelor sub formă de text, tabele comparative, reprezentări bidimensionale şi

tridimensionale;- calculează costurile investiţiei iniţiale şi cele de întreţinere, permiţând compararea eficienţei economice a

soluţiilor.

Date iniţiale

În derularea programului Calculux Road, datele iniţiale solicitate sunt următoarele: - factorul de menţinere; - caracteristicile arterei de circulaţie : numărul benzilor de circulaţie, partea pe care se circulă, rezerva centrală, lăţimea drumului (L), tipul materialului (asfalt, beton etc); - definirea grilei de lucru; - stabilirea poziţiei observatorului; - alegerea tipului de corp de iluminat si echiparea sa cu numărul şi tipul de lămpi corespunzătoare; - alegerea modului de amplasare a corpurilor de iluminat; - stabilirea parametrilor de montare pentru corpul de iluminat: distanţa dintre stâlpi, înălţimea de montare, lungimea şi înclinarea braţului.

Rezultate

În urma efectuării calculelor, rezultatele sunt prezentate sub formă de tabele (cu text si grafice), reprezentări bidimensionale si tridimensionale pentru iluminări şi luminanţe. Se prezintă de asemenea valorile factorilor de uniformitate mediu si general pentru iluminări respectiv luminanţe, valorile indicelui de orbire de disconfort TI si a indicelui global de orbire G si valorile raporturilor de zonă alăturată, stângă respectiv dreaptă. Calculux Road oferă detalii privind echiparea corpurilor de iluminat legate de tipul

57

Page 58: Subiecte Rezolvate IE

carcasei, tipul si numărul lămpilor, fluxul lămpii, dimensiunile şi geometria lămpii, valorile parametrilor calitativi precum şi diagramele izocandelă, carteziană şi polară.

Calculul economic

Programul Calculux calculează investiţia totală şi costurile totale anuale pentru evaluarea economică a fiecărei soluţii luminotehnice.

Investiţia totală INV include costurile corpurilor de iluminat, ale lămpilor şi costul montării corpurilor de iluminat.Costurile totale anuale TC cuprind costul de energie al investiţiei anuale, al înlocuirii lămpilor şi al lucrărilor de întreţinere.

Datele iniţiale necesare în vederea evaluării economice sunt preţul unităţii de energie, durata de amortizare, unitatea monetară, numărul de ore de funcţionare, preţul corpului şi al lămpii, preţul stâlpului şi costul instalării corpului.

Cuprins

1. INSTALAŢII ELECTRICE LA CONSUMATORI........................................................................................- 1 - 2. CONDIŢIILE DE CALITATE ÎN ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ A CONSUMATORILOR............................................................................................................................................- 2 -3. SARCINI ELECTRICE DE CALCUL..............................................................................................................- 6 -4. METODA COEFICIENŢILOR DE CERERE.............................................................................................- 7 - *5. METODA FORMULEI BINOME.................................................................................................................- 10 -*6. METODA ANALIZEI DIRECTE..................................................................................................................- 10 -*8. TIPURI DE POSTURI DE TRANSFORMARE............................................................................................- 11 -7. CURBE DE SARCINĂ...................................................................................................................................- 12 -*9. STRUCTURA POSTURILOR DE TRANSFORMARE.............................................................................- 14 -*10. DIMENSIONAREA POSTURILOR DE TRANSFORMARE.................................................................- 17 -*12. INSTALAŢII ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE.................................................................................- 20 -

58

Page 59: Subiecte Rezolvate IE

11. EXPLOATAREA ECONOMICĂ A TRANSFORMATOARELOR........................................................- 21 -*13. SCHEMELE REŢELELOR DE DISTRIBUŢIE.........................................................................................- 23 -14. SCHEMELE REŢELELOR DE ALIMENTARE........................................................................................- 24 -15. CARACTERISTICI ALE REŢELELOR RADIALE................................................................................- 25 -*16. DETERMINAREA NUMĂRULUI OPTIM DE TD..................................................................................- 27 -*17. CURENTUL CERUT....................................................................................................................................- 28 -*18. MOMENTUL CURENŢILOR CERUŢI....................................................................................................- 29 -*19. MOMENTUL TOTAL AL CURENŢILOR CERUŢI PENTRU O REŢEA DE DISTRIBUŢIE RADIALĂ ÎN DOUĂ TREPTE.............................................................................................................................................- 31 -*20. CURENTUL DE VÂRF................................................................................................................................- 33 -*21. CONDIŢII DE PREVEDERE A PROTECŢIEI REŢELELOR ELECTRICE........................................- 34 -22. CONDIŢII DE PREVEDERE A PROTECŢIEI RECEPTOARELOR.....................................................- 36 -23. SELECTIVITATEA PROTECŢIEI..............................................................................................................- 36 -24. ALEGEREA PROTECŢIEI RECEPTOARELOR ŞI CIRCUITELOR...................................................- 38 -25. ALEGEREA PROTECŢIEI COLOANELOR.............................................................................................- 40 -26. ALEGEREA CONDUCTELOR ELECTRICE..........................................................................................- 41 -*27. PIERDERI DE TENSIUNE............................................................................................................................- 46 -32. PROIECTAREA INSTALAŢIILOR DE ILUMINAT INTERIOR.........................................................- 47 -*33. PREDETERMINAREA ECHIPAMENTULUI ELECTRIC....................................................................- 52 -*34. ASISTAREA PROIECTĂRII CU PROGRAMUL CALCULUX-INDOOR.............................................- 54 -35. PREDETERMINAREA TIPULUI DE CORP ŞI LAMPĂ LA LUMINATUL EXTERIOR................- 55 -*36. IDENTIFICAREA SOLUŢIILOR LUMINOTEHNICE CU PROGRAMUL CALCULUX..................- 57 -28. CORPURI DE ILUMINAT, CARACTERISTICI FOTOMETRICE......................................................- 47 -*29. CLASIFICAREA CORPURILOR DE ILUMINAT..................................................................................- 48 -*30. CLASIFICAREA INSTALAŢIILOR ELECTRICE DE ILUMINAT.....................................................- 48 -*31. CONDIŢII DE CALITATE ALE ILUMINATULUI.................................................................................- 49 -*

59