LINII ELECTRICE SUBTERANE

LINII ELECTRICE SUBTERANE

PROBLEME CU CARACTER GENERAL

Liniile electrice subterane (LES) sint folosite pentru transportul si distributia energiei electrice in orase, pe platforme industriale, in incintele intreprinderilor, in centrale si statii electrice, in complexe agricole si zootehnice, in aproprierea aeroporturilor, la unele traversari de fluvii etc.

Fata de liniile aeriene ele prezinta o serie de avantaje: siguranta marita in functionare, spatiu redus ocupat, evitarea pericolului de atingere directa a partilor sub tensiune, ;ipsa influentei factorilor poluanti si a celor atmosferici, neafectarea din punct de vedere estetic a zonelor parcurse. Au in schimb unele dezavantaje: cost mai ridicat, depistarea si repararea mai dificila a defectiunilor, necesitatea utilizarii unui personal cu calificare superioara la o parte din lucrarile de montaj.

Se cauta ca principalul dezavantaj, care este costul ridicat, sa fie diminuat prin dezvoltarea tehnicii de constructie a cablurilor si cresterea capacitatii de transport.

Totusi, datorita costului mai ridicat, "Normativul pentru proiectarea si executia retelelor de cabluri electrice'' PE107/1981 aprobat de Ministerul Energiei electrice restringe utilizarea liniilor electrice subterane la situatiile strict necesare.

Pentru retelele de distributie publica in localitati solutiile (aerian sau subteran) se stabilesc in functie de modul de sistematizare a localitatii, densitatea de consum, solutiile adoptate pentru celelalte utilitati etc.

Retelele de alimentare a consumatorilor industriali si retelele de distributie din incinte industriale se realizeaza de regula cu linii electrice aeriene. Se admite realizarea acestor retele cu linii electrice in cablu, cu justificarea tehnico-economica, in urmatoarele cazuri:

retele care transporta puteri ce depasesc capacitatea de transport a unei linii aeriene sau a caror realizare conduce la cresterea suprafetelorde teren necesare obiectivului proiectat;

retele amplasate in zone aglomerate, in care traseul aerian ar impiedica circulatia, desfasurarea normala a activitatilor sau ar prezenta pericol pentru personae;

retele amplasate in zonele de influenta ale unor instalatii de transport (cai ferate electrificate, aeroporturi) sau de telecomunicatii (antenele statiilor de radio - TV);

retele amplasate in zone cu pericol de explozii;

retele amplasate in zone cu atmosfera corosiva sau cu depuneri conductoare periculoase pentru materialele folosite la liniile electrice aeriene;

retele electrice cu lungimea traseului mai mica de 50m;

retele pentru alimentarea unor receptori ai instalatiilor de stingere a incendiilor, in cazurile prevazute in normativele PSI in vigoare.

In cazurile de mai sus reteaua de cabluri se realizeaza, de regula, prin pozarea cablurilor direct in pamint.

In functie de tensiunea la care functioneaza liniile subterane se impart in:

liniile electrice subterane de joasa tensiune, cu tensiunea de functionare pina la kv;

linii electrice subterane de medie tensiune, cu tensiunea de functionare mai mare de 1 kv si sub 110 kv;

linii electrice subterane de inalta tensiune, de la 100 kv in sus.

Principalele elemente componente ale unei linii electrice subterane sint cablurile electrice, mansoanele de legatura si de derivatie si cutiile terminale.

Clasificarea cablurilor

Prin STAS 9436/1-73 cablurile si conductele electrice se clasifica si se simbolizeaza astfel:

- cabluri de energie    C

- conducte pentru instalatii electrice fixe    F

- cabluri si conducte pentru instalatii electrice mobile M

- cabluri de semnalizare    CS

- cabluri de camanda si control    CC

- cabluri si conducte de telecomunicatii    T

- cabluri pentru instalatii electrice pe vehicule    V

- cabluri navale    CN

- cabluri si conducte pentru exploatari miniere    CM

In continuare ne vom ocupa numai de cablurile de energie, care se clasifica dupa diferite criterii.

Dupa felul izolatiei de baza cablurile de energie se impart in urmatoarele grupe mari:

cabluri cu izolatie de hirtie impregnata, in manta de plumb;

cabluri de izolatie de PVC, in manta de plumb;

cabluri de izolatie si manta de PVC;

cabluri cu izolatie de polietilina (PE) termoplastica si manta de PVC;

cabluri cu racire artificiala cu circulatie de ulei sau apa;

cabluri cu presiune interioara sau exterioara de gaz.

Primele tipuri de cabluri se utilizeaza pentru joasa si medie tensiune, iar ultimele tipuri pentru tensiuni inalte sau foarte inalte.

Dupa numarul de conductoare cablurile se clasifica in:

cabluri monopolare, formate dintr-un singur conductor izolat si invelisul de protectie exterior;

cabluri multipolare, formate din mai multe conductoare (2,3 sau 4 in cazul cablurilor de energie), isolate distinct electric si solidare mecanic si avind un invelis de protectie exterior.

Din punct de vedere al materialului conductoarelor cablurile se impart in:

cabluri cu conductoare de cupru;

cabluri cu conductoare de aluminiu.

Conform prescriptiilor M.E.E. cablurile de energie se vor prevedea cu conductoare de aluminiu, cu urmatoarele exceptii, cind se admit cabluri cu conductoare din cupru:

la circuitele care alimenteaza receptoare de importanta deosebita (de exemplu: pompe de incendiu etc.), atunci cind sectiunea conductoarelor de aluminiu ar rezulta mai mica de 10 mm²;

la circuitele care alimenteaza receptoare in medii cu pericol de explozie;

in incaperi sa spatii cu mediu corosiv pentru aluminiu si numai daca instalatiile nu pot fi realizate in executie etansa la agentii corosivi respective;

la instalatiile de pe utilaje mobile (macarale, poduri rulante, vibratoare etc.) si la cele de pe utilaje sau constructii supuse socurilor sau vibratiilor permanente (laminoare, poduri etc.) , care se pot transmite cablurilor;

in instalatiile de protectie prin legare la pamint sau la nul, in cazurile mentionate in standardele in vigoare specifice acestor instalatii.

Dupa comportarea la flacara si foc cablurile se clasifica in:

cabluri fara inatirziere la propagarea flacatii;

cabluri cu intirziere la propagarea flacarii, care prezinta proprietatea ca incarcate individual la actiunea flacarii , aceasta se stinge singura dupa un timp determinat si la o lungime determinata de locul aplicarii flacarii;

cabluri cu intirziere marita la propagarea flacarii , care prezinta proprietatea ca incercate in grup, pe trasee verticale sau orizontale, la actiunea flacarii , aceasta se stinge singura dupa un timp determinat si la o lungime determinata de locul aplicarii flacarii;

cabluri rezistente la foc, care continua sa functioneze normal in timpul si dupa un foc prelungit, intensitatea focului fiind suficienta pentru a distruge materialul organic al cablului in zona in care se aplica flacara.

1.2 Simbolizarea

Simbolurile cablurilor trebuie sa cuprinda cel putin urmatoarele:

litera sau grupa de litere, conform clasificarii generale a cablurilor si conductelor (in cazul cablurilor de energie litera C);

simbolurile invelisurilor care intra in contructia cablului, pornind de la conductor spre exterior.

Simbolurile pot cuprinde si alte litere referitoare la domeniile de utilizare ale cablului (se pun la inceputu; simbolului), precum si la caracteristici speciale ale unor invelisuri (la sfirsitul simbolului).

Conform STAS 9436/2-80 semnificatia literelor care intra in simbolizarea cablurilor de energie este urmatoarea;

C cablu de energie;

A conductor de aluminiu (se pune la inceputul simbolului)

OA conductor de nul din otel- aluminiu si de faza din aluminiu (se pune la inceputul simbolului);

V izolatie , manta sau invelis exterior de PVC (amestec pe baza de policlorura de vinil plastifiata sau copolimeri pe baza de policlorura de vinil plastifiata);

2V izolatie, manta sau invelis exterior din PE (politilena termoplastica);

H izolatie din hirtie impregnata (cind este asezat imediat dupa litera C din symbol);

C conductor concentric de nul (a doua litera C din cuprinsul simbolului);

CO conductor concentric de nul aplicat ondulat;

HS strat semiconductor si ecran metallic comun, peste conductoarele isolate infuniate;

Se la cabluri cu mai multe conductoare, strat semiconductor peste fiecare conductor si peste izolatia fiecarui conductor si ecran metallic peste fiecare conductor;

P manta de plumb;

Ab armatura din banda de otel;

Abz armatura din banda de otel zincata;

Al armatura din sitma de otel;

Alz armatura din sirma lata de otel zincata;

Arz armatura din sirma rotunda de otel zincata ;

I invelis exterior de protectie din material fibros impregnate;

F cabluri cu intirziere marita la propagarea flacarii ( la sfirsitul simbolului, despartit prin linioara).

Clasificarea si simbolizarea data de STAS nu este limitativa.

Exemple de notare:

ACHPI cablu cu conductoare de aluminiu, cu izolatie de hirtie impregnata, in manta de plumb, cu invelis exterior de protectie;

CVPV cablu cu conductoare su cupru, cu izolatie de PVC, in manta de plumb, cu invelis exterior de PVC;

CVAlzV cablu cu conductoare de cupru, cu izolatie de PVC, cu armatura din sirma lata de otel zincata si manta de PVC;

CVV-F cablu cu conductoare de cupru, cu izolatie de PVC, cu intirziere marita la propagarea flacarii;

AC2VSEV cablu cu conductoare de aluminiu, cu izolatie de PE termoplastica , strat semiconductor peste fiecare conductor si peste izolatia fiecarui conductor, ecran metallic peste fiecare conductor in parte si manta de PVC.

1.3. Elementele componente ale cablurilor

1.3.1. Conductoarele

Conductoarele cablurilor, din cupru sau din aluminiu, pot fi formate din unul (conductoare unifilare) sau mai multe fire (conductoare multifilare).

Constructia conductoarelor pentru cablurile de energie conform STAS (cupru) si STAS 8235-80(aluminiu)

Tabelul 1.1.

Sectiunea nominala la conductoarele rotunde sa sectiunea transversala echivalenta la conductoarele sector.

Se admit si conductoare unifilare; peste 95 mm² numai cu acordul beneficiarului.

Se vor utiliza numai cabluri cu conductoare de aluminiu cu sectiunile notate cu asterisc.

Formele cele mai obisnuite ale conductoarelor sint: rotunda si sector .

Conductoarele de cupru se realizeaza si au caracteristicile conform STAS 1724-80, iar cele de aluminiu conform STAS 8235-80.

Sectiunile nominale ale conductoarelor, numarul de fire si rezistenta electrica maxima admisa la temperatura de +20C sint date in tabelul 1.1.

1.3.2. Izolatia

Izolatia conductoarelor este compusa dintr-unul sau mai multe straturi de material izolant cu care sint invelite conductoarele si constituie elemental cel mai important de care depinde fiabilitatea cablurilor.

Materialele obisnuite de izolatie sint:

hirtia electroizolanta STAS 5649-69, impregnata cu o masa de impregnare care poate fi migratoare sau nemigratoare;

policlorura de vinil (PVC);

polietilena (PE);

polietilena reticulara (PER);

cauciucul;

uleiul;

gazele izolante.

Alegerea tipului de izolatie depinde de o serie intreaga de factori: tensiunea de serviciu, performantele dielectrice ale cablului, regimul termic, comportarea la foc si la flacara , fiabilitatea liniei subterane, tehnologia de montaj, costul investitiei.

Cu totul informative, notam din puct de vedereal tensiunii de serviciu:

izolatia din PVC pentru cabluri cu tensiunea de 1...10kv:

izolatia din polietilena pentru cabluri cu tensiunea pina la 110 kv si chiar mai mare;

izolatia din cauciuc 1..6 kv;

izolatia din hirtie impregnata cu racire naturala pentru cabluri 1.20 kv si cu racire fortata (ulei, gaze) si la tensiuni inalte.

Alegerea tipului de izolatie pentru cabluri cu tensiuni peste 110 kv, ca si in cazuti speciale (solicitari mechanize, denuvelari mari, pericol de incendiu etc.), trebuie sa faca obiectul unei analize speciale.

1.3.3 Ecranul

Ecranul este invelisul din hirtie matalizata sau sin banda metalica aplicat peste un conductor izolat sau peste un ansamblu de conductoare isolate, care la cablurile de energie are scopul:

crearii unei suprafete echipotentiale in jurul izolatiei si dirijarii in acest fel a cimpului electric;

reducerii efectelor inductoare ale cimpurilor electrostatice externe si interne;

asigurarii unei cai de trecere a curentilor capacitive sau a curentilor de defect la scurcircuite homopolare;

asigurarii unei oarecare protectii persoanelor si materialelor in cazul perforarii cablurilor prin corpuri exterioare.

Dupa modul de dispunere a ecranelor si repartizarii cimpului electric in regim trifazat, cablurile pot fi un cimp radial (ecran peste fiecare conductor izolat) sau cimp neradial (ecran peste ansamblul izolatiei conductoarelor).

1.3.4. Invelisul cablului

Invelisul are rolul de a realiza o forma determinata a cablului (de obicei cilindrica) si de a asigura protectia contra degradarilor exterioare.

Se compune din:

materialul de umplutura;

mantaua de etansare , care asigura protectia izolatiei impotriva umiditatii sau agentilor corozivi; se realizeaza din plumb, aluminiu sau materiale sintetice;

armatura, care este constituita din benzi metalice, sirma infasurata sau impletitura de sirma si are rolul de a asigura o protectie mecanica suplimentara;

mantaua exterioara, din iuta impregnata sau materiale sintetice asigura protectia chimica si mecanica a cablului.

1.4.Caracteristicile electrice ale cablurilor

1.4.1.Rezistenta electrica

Rezistenta la temperature de 20C este data in tabelul1 1.1.

Pentru alte valori de temperature mai ridicate,rezistenta se calculeaza cu formula:

R₀=R₂₀[1+α(0-20)];    (1.4-1)

R₀ este rezistenta electrica la temperature 0; R₂₀ - rezistenta electrica la 20C, indicata in tabelul 1.1. ; α - coeficientul de temperatura al rezistentei electrice la 20C:

- pentru cupru: α = 0,00393 grad^-1;

- pentru aluminiu: α = 0.00403 grad^-1;

1.4.2 Inductanta si reactanta

Valorile acestor caracteristici depend de dimensiunile si tipul cablului: monofozat sau trifazat.

Pentru un cablu cu o dispozitie simetrica a conductoarelor active, sau pentru un system de trei cabluri monofazate, amplasate in virfurile unui triunghi echilateral, inductanta aparenta L pe faza este data de relatia:

L = ( 4.6log + 0.5) x 10^-4 [H/km];

a_m este distanta medie geometrica dintre conductoare; d - diametrul conductoarelor.

Reactanta pe faza X_L este data de relatia:

X_L= ωL [Ω/km];

Ω= 2πf=314 in cazul frecventei f= 50Hz.

In practica valorile reactantelor se indica de fabricile constructoare si au valori cuprinse intre 0,08 si 0,12 Ω/km pentru cabluri trifazate de 6-35kv.

Pentru calcule aproximative, valoarea inductantei aparente L[mH/km] se poate evalua in functie de raportul a_m/d cu ajutorul graficului din figura 1.1.

1.4.3. Capacitatea de serviciu

Marimea acesteia depinde de dimensiunile cablului, de tensiunea nominala a lui , precum si de felul ecranarii.

Valorile capacitatii de serviciu sint date de fabricile constructoare si pentru cabluri trifazate cu tensiunea de 6-35 kv sint de cca. 0.3μF/km.

1.4.4. Conductanta laterala

Conductanta laterala de energie este legata de pierderile de putere cauzate de fenomenele de ionizare, care se produc in dielectricul lor. Aceste pierderi sint caracterizate prin tangenta unghiului de pierderi (tg δ) , exprimata prin raportul dintre componenta activa si cea reactiva a curentului total de pierderi laterale. Pentru cabluri de inalta tensiune are valori cuprinse intre 2x10^-3 si 8x10^-3.

Pierderile datorita conductantei sint neglijabile la cablurile de joasa si medie tensiune si trebuie luate in cansiderare la cablurile de tensiuni de la 110kv in sus.

1.4.5. Tensiunea nominala

Tensiunea nominala a unui cablu se alege in functie de tensiunea nominala si de tensiunea cea mai ridicata a retelei in care functioneaza cablul respectiv.

Tensiunea nominala a retelei U_n (definita prin STAS 930-75) este tensiunea prin care reteaua este denumita si la care se face referire pentru anumite caracteristici de functionare ale retelei. La retelele construite pentru o tensiune nominala U_n1 si care functioneaza la o tensiune nominala U_n2, diferita U_n1 , prin tensiunea nominala a retelei se intelege tensiunea U_n2 la care functioneaza reteaua.

Tensiunea de serviciu a retelei U_S este tensiunea intre doua faze ale unei retele electrice intr-un anumit punct si la un moment dat.

Tensiunea cea mai ridicata a retelei (U_Mr) este valoare cea mai mare a tensiunii de serviviu admisibila in conditii normale de exploatare (nu tine seama de regimurile tranzitorii).

Tesiunea maxima pentru echipament (U_Me) este valoarea cea mai mare a tensiunii pentru care este proiectat echipamentul ce urmeaza a fi racordat la retea in ceea ce priveste izolatia, precum si alte caracteristici. Tensiunea ce mai ridicata a retelei nu trebuie sa depaseasca tensiunea maxima pentru care este construit echipamentul. Pentru o anumita tensiune nominala a retelei , cablul respectiv trebuia sa fie construit pentru o tensiune nominala la nivelul tensiunii maxime pentru echipament, astfel incit sa poata rezista la tensiunea maxima de serviciu a retelei.

Tensiunile nominale ale cablurilor in functie de tensiunile retelei sint date in tabelul 1.2., in care prin tensiunea U₀ se intelege tensiunea nominala (valoarea efectiva ), la frecventa industriala , intre un conductor si invelisul metallic al cablului sau pamint, iar U este tensiunea nominala (valoarea efectiva), la frecventa industriala, intre conductoarele cablului.

Tabelul 1.2

Tensiunile nominale ale cablurilor in functie de tensiunea retelei

1.4.6. Rigiditatea dielectrica

Rigiditatea dielectrica a cablurilor caracterizeaza nivelul de izolatie la supratensiuni si are valorile indicate in standardele si in normele interne de produs in functie de tensiunea cea mai ridicata a retelei (v. cap. Incercarea cablurilor).

1.4.7. Caderea de tensiune in cabluri

Verificarea sectiunii conductoarelor cablurilor la caderea de tensiune se face tinind seama de intensitatea curentului care parcurge si caracteristicile electrice ale cablului.

Caderea de tensiune in cablu este diferenta dintre U₁ si U₂ , respective segmental BD. Pentru simplificare, facind o mica aproximatie , se considera caderea de tensiune corespunzatoare segmentului BC , respective proiectia pe directia tensiunii U₂ a celor doua caderi de tensiune:

ΔU=ΔU_Rcosφ+ΔU_Lsinφ. (1.4 - 3)

In functie de tipul retelei considerate se pot folosi formulele:

In curent continuu:

ΔU=2lRI.

In curent alternativ monofazat:

ΔU=2lI (Rcosφ + Lωsinφ);

In curent alternativ trifazat:

ΔU=(R cosφ + Lω sinφ);

ΔU este caderea de tensiune [V]; in current alternativ trifazat se considera intre faze; l - lungimea liniei [km]; R - rezistenta aferenta a unui conductor [0hm/km], la temperature de functionare (v. tabelul 1.1. si formula 1.4 - 1); L - inductanta aparenta a unui conductor [henry/km], (v. formula 1.4 - 2 si fig. 1.1); ω = 2πf; f=frecventa.

In fig. 1.3. si 1.4. se dau grafice permitind calculul rapid aproximativ al caderilor de tensiune pentru cabluri de joasa tensiune trifazate si monofazate cu conductoare din aluminiu avind sectiuni cuprinse intre 16 si 300 mm².

Caderea de tensiune efectiva nu trebuie sa depaseasca valorile maxime admise de receptoare si anume, in cazul alimentarii directe din reteaua de joasa tensiune a furnizorului

3% pentru instalatiile de iluminat;

5% pentru instalatiile altor receptoare.

In cazul alimentarii de la posturi de transformare de abonat sau din centrale proprii se admit urmatoarele valori:

8% pentru instalatiile de iluminat:

10% pentru instalatiile altor receptoare.

1.5. Conditii de rezistenta mecanica a cablurilor

1.5.1. Sectiuni minime ale conductoarelor

La cablurile de energie normativele Ministerului Energiei Electrice impugn ca sectiuni minime 1,5 mm² in cazul conductoarelor din cupru si 4mm² in cazul conductoarelor de aluminiu.

1.5.2 Rezistenta mecanica a cablurilor

Rezistenta mecanica a cablurilor este asigurata de invelisurile de protectie si in mod special de armatura metalica.

De regula, cablurile trebuie sa fie pozate pe trasee ferrite de solicitari mecanice, astfel incit sa nu necesite armaturi metalice.

Se vor prevedea cabluri armate in urmatoarele situatii:

in cazul pozarii aeriene cind exista pericolul de deteriorare mecanica si nu se justifica economic alte masuri de protectie mecanica;

in cazul pozarii in terenuri supuse alunecarii sau tasarii;

in locuri supuse trepidatiilor puternice;

in mediile cu pericol de explozie.

1.5.3. Eforturi mecanice in caz de surcircuit

In cazul cablurilor monopolare pozate in aer , apar intre conductoare, in caz de scurtcircuit , eforturi electrodinamice, care pot provoca deplasari ale cablurilor.

Pentru a evita astfel de deplasari, cablurile se fixeaza din loc in loc distantele intre punctele de fixare calculindu-se in functie de eforturile electrodinamice intre cabluri si de natura izolatiei.

Efortul electrodinamic F se calculeaza formulele:

1) In caz de scurtcircuit bifazat:

F = 2,04

2) In caz de scurtcircuit trifazat:

F = 1,77;

i_soc este curentul de soc - amplitudine [kA_max]; a - distanta intre conductoarele cablului [cm].

Distanta d dintre punctele de fixare a cablului este:

d = kD [cm];

D este diametrul exterior al cablului [mm]; k - coeficientul in functie de valoarea efortului electrodinamic si de natura izolatiei cablului, avind valori conform tabelului 1.3.

Valorile coeficientului k

Tabelul 1.3.