RETELE ELECTRICE DE JT

RETELE ELECTRICE DE JT

1. Generalitati

Instalatiile electrice de joasa tensiune realizeaza distributia energiei electrice la receptoare, indeplinind astfel scopul final al intregului proces de producere, transport si distributie a energiei electrice. In compunerea lor se regasesc aceleasi parti, evidentiate pentru instalatiile electrice la consumatori (scap. 1.2).

Receptoarele electrice alimentate in joasa tensiune sunt de o mare diversitate, ocupand in general o pondere insemnata in valoarea puterii instalate la consumator. Avand in vedere rolul instalatiilor de joasa tensiune, rezulta ca proiectarea acestora este strans legata de caracteristicile tehnico-functionale ale receptoarelor electrice. Cerintele impuse de functionarea corespunzatoare a receptoarelor, din punct de vedere tehnic si economic, trebuie satisfacute intre anumite limite admisibile, de catre instalatia de distributie in joasa tensiune.

Asa cum s-a subliniat, un mare numar de receptoare electrice se afla, in mod obisnuit, montate in cadrul utilajelor tehnologice, acestea cuprinzand unul sau mai multe receptoare. Prin fabricatie, aceste utilaje au o instalatie electrica proprie, care cuprinde atat o parte de forta - circuitele primare, cu rol de distributie si de protectie a receptoarelor, cat si o parte de comanda, automatizare, masura si control - circuitele secundare. In figura 1.12 sunt prezentate schemele de alimentare aferente circuitelor primare ale doua tipuri de utilaje. Instalatia electrica a unui utilaj contine un tablou de distributie, numit pe scurt tablou de utilaj TU, care alimenteaza receptoarele cu energie electrica de la un punct de distributie (bornele de intrare), permite conectarea-deconectarea si realizeaza protectia receptoarelor si a conductelor electrice.

   

a b

Fig. 1. Scheme de alimentare pentru utilaje: a - seping 425 B; b - strung normal SN 400.

Retelele electrice de joasa tensiune sunt constituite din totalitatea coloanelor si circuitelor de utilaj sau receptor. Prin coloana se denumeste ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimenteaza un tablou de distributie, iar prin circuit ansamblul elementelor conductoare de curent, care alimenteaza unul (circuit de receptor) sau mai multe receptoare (circuit de utilaj).

2. Tipuri de retele electrice de JT

In cadrul retelelor electrice de JT se pot face urmatoarele grupari:

- retele de alimentare, care leaga barele de joasa tensiune ale PT la punctele de distributie (tablouri), cuprinzand totalitatea coloanelor electrice;

- retele de distributie, care fac legatura intre punctele de distributie si receptoare sau utilaje, incluzand totalitatea circuitelor de receptor, respectiv de utilaj.

Punctele de alimentare sunt reprezentate, in cazul instalatiilor electrice de joasa tensiune, de tablourile de distributie (TD), care pot fi tablouri generale, principale si secundare. De obicei, echipamentul electric se monteaza concentrat, in vecinatatea punctelor de alimentare (in TD) putand fi insa amplasat si pe traseul unor coloane (cazul magistralelor din bare capsulate) sau al unor circuite (aparatele de conectare).

2.1. Schemele retelelor de distributie

Racordarea receptoarelor si utilajelor la tablourile de distributie se poate face:

- radial;

- cu linie principala.

In figura 1.13 este prezentata o retea de distributie radiala cu sase circuite, doua de receptor, pentru motoarele M1 si M2 si patru de utilaj, pentru utilajele E1E4. Configuratia radiala este cea mai frecvent utilizata pentru retelele de distributie de JT.

Fig. 2. Schema de alimentare radiala aferenta unui TD secundar.

Pentru alimentarea receptoarelor si utilajelor electrice de mica importanta, situate departe de punctele de distributie, insa amplasate apropiat intre ele, se poate folosi distributia cu linie principala, numita in acest caz si conexiune in lant, prezentata in figura 1.14. Evident si in astfel de situatii, se poate recurge la amplasarea unui TD in vecinatatea grupului de receptoare si utilaje, la care acestea sa fie racordate radial.

Extinderea distributiei cu linie principala, adica racordarea de noi receptoare sau utilaje se poate face cu usurinta, daca sectiunea conductoarelor din compunerea liniei asigura si curentii ceruti de noile receptoare. Conexiunea cu linie principala este mai frecvent utilizata la realizarea distributiei in interiorul utilajelor, deci in schemele de distributie ale acestora.

Gruparea receptoarelor si utilajelor pe tablouri de distributie secundare trebuie sa se faca in baza urmatoarelor considerente:

- existenta unor corelatii functionale in cadrul procesului tehnologic deservit;

- amplasarea invecinata in cadrul sectiei;

- utilizarea eficienta a tipurilor de cutii capsulate pentru tablouri de distributie si a altor echipamente electrice;

- tarifarea identica pentru consumul de energie electrica;

- lipsa perturbatiilor reciproce suparatoare intre diferitele tipuri de receptoare;

Fig. Schema unui TD cu linie principala (conexiune in lant).

- eventualitatea unor limitari de putere, la cererea furnizorului, in caz de deficit de putere in sistemul electroenergetic;

- receptoarele de categorii diferite se grupeaza pe TD diferite.

In conditiile de mai sus, se recomanda ca receptoarele de iluminat sa fie racordate la aceleasi TD cu receptoarele de forta.

Nu se grupeaza pe acelasi TD receptoare de diferite tipuri, daca:

- separarea conduce la solutii mai economice;

- se aplica tarifare diferentiata pentru consumul de energie electrica;

- functionarea unora produce perturbatii suparatoare pentru celelalte (de ex. pornirea motoarelor electrice, care determina variatii ale fluxului luminos, emis de sursele de lumina);

- utilajele sau agregatele tehnologice, care se pot inlocui reciproc din punct de vedere productiv sau acestea deservesc linii tehnologice paralele, realizand acelasi produs;

- frecventele de lucru sunt diferite;

- tensiunile faza-pamant sunt diferite.

Ultimele doua conditii nu sunt obligatorii [17] daca un receptor sau utilaj necesita pentru functionarea lui circuite cu curenti de frecvente sau tensiuni diferite. In asemenea situatii, in cadrul TD respectiv, echipamentele care apartin aceluiasi fel de curent sau nivel de tensiune se monteaza separat si se marcheaza distinct.

In concluzie, problema gruparii utilajelor si receptoarelor dintr-o sectie, pe TD, poate fi solutionata, daca se cunosc amplasamentele utilajelor si receptoarelor (schema tehnologica), caracteristicile tehnico-functionale ale acestora si procesul tehnologic din sectie.

2.2. Schemele retelelor de alimentare

Conceperea schemelor retelelor de alimentare, care fac legatura intre PT si TD la receptoare si utilaje, reprezinta unul din aspectele importante ale proiectarii instalatiei de JT, deoarece, asa cum s-a aratat mai sus, retelele de distributie nu ridica dificultati deosebite.

Retelele de alimentare de joasa tensiune pot fi organizate conform schemelor: radiale, cu linii principale; buclate sau combinate. In continuare se prezinta particularitatilor acestor scheme fundamentale, utilizate la organizarea retelelor de JT.

a. Schemele radiale (arborescente) sunt utilizate pentru alimentarea unor tablouri de distributie suficient de incarcate, montate relativ apropiat unele de altele, cat si in cazul TD cu puteri cerute mari, distantate, fata de care TG ocupa o pozitie aproximativ centrala. Aceste scheme asigura totodata limitarea valorilor curentilor de scurtcircuit [1].

Fig. 4. Scheme ale retelelor de alimentare radiale:

a - cu o singura treapta; b - cu doua trepte; c - in cascada

Retelele de alimentare radiale, se pot realiza conform schemelor prezentate in figura 1.15, dupa cum urmeaza:

- cu o singura treapta, cand tablourile secundare (TS1 TS4) sunt alimentate direct de la tabloul general TG (fig. 1.15, a);

- cu mai multe trepte, caz in care distributia se realizeaza prin doua sau mai multe puncte de distributie intermediare. Pentru distributia radiala in doua trepte, prezentata in figura 1.15, b, prima treapta o constituie alimentarea tablourilor principale TP1 TP3, iar a doua - alimentarea tablourilor secundare TS1 TS8 de la cele principale;

- in cascada (fig. 1.15, c), situatie in care la anumite TD (ex. TS1, TS2) se racordeaza alaturi de receptoare sau utilaje si alte tablouri de distributie (TS1', respectiv TS2^'), ca in cazul schemelor radiale cu mai multe trepte. De remarcat ca schema in cascada rezulta din suprapunerea unor scheme radiale cu numere diferite de trepte, combinatia fiind datorata unor linii de distributie (coloane) comune. Se recomanda evitarea formarii a mai mult de doua trepte, din considerente de economicitate si de siguranta in exploatare.

De subliniat ca retelele de alimentare radiale se disting prin siguranta in functionare, din punct de vedere a selectivitatii. Ca un dezavantaj, poate fi retinut faptul ca TG sunt, in cazul schemelor radiale, mai dezvoltate.

b. Schemele cu linii principale, prezentate in figura 1.16, se folosesc pentru alimentarea unor TD amplasate pe o aceeasi directie fata de TG, la distante relativ mici, iar marimea incarcarii acestor tablouri nu justifica folosirea schemei radiale.

Fig. 5. Retele de alimentare cu linii principale: a - nesectionata, cu sarcini distribuite;

b - nesectionata, cu sarcini concentrate; c - sectionata.

Retelele de alimentare cu linii principale pot fi:

- cu linii principale nesectionate, cu sarcini distribuite (fig. 1.16, a) sau concentrate (fig. 1.16, b);

- cu linii principale sectionate (fig.1.16, c).

In cazul utilizarii barelor capsulate ca element constructiv pentru liniile principale, reteaua de alimentare poate avea una din configuratiile prezentate in figura 1.17, denumite scheme bloc transformator - linie principala din bare capsulate. Linia principala se mai numeste coloana magistrala sau simplu - magistrala, iar liniile care se ramifica din acestea - derivatii.

Fig. 6. Scheme bloc transformator - linie principala din bare capsulate:

a - plecarea liniei principale intr-o singura directie; b - plecarea liniei principale

in doua directii: 1 - linia principala; 2 - derivatii.

c. Schemele buclate se obtin prin reintoarcerea capatului liniei principale sectionate la punctul de alimentare, de plecare. Aceste retele asigura in punctele de distributie, pe care le alimenteaza, o rezerva in linii. In figura 1.18 sunt prezentate doua tipuri posibile de retele de alimentare, cu scheme buclate:

- in inel (simplu buclata), obtinuta prin buclarea unei linii principale, sectionate (fig. 1.18, a);

- tip plasa (complex buclata, fig.1.18, b), care se compune din mai multe retele simplu buclate. In aceste scheme, unele coloane sunt laturi comune pentru doua sau mai multe ochiuri, astfel incat rezerva in linii este de minim 100%.

a b

Fig. 7. Retele de alimentare buclate: a - in inel; b - tip plasa.

Siguranta in exploatare a retelelor buclate de JT depinde de modul de amplasare si dimensionare a elementelor de protectie.

d. Schemele combinate, cuprinzand linii radiale, principale si buclate, se utilizeaza in mod curent, data fiind diversitatea conditiilor practice, in care trebuie realizata distributia in JT. Daca se folosesc puncte de distributie intermediare, atunci alimentarea tablourilor principale se poate realiza dupa o schema, iar a celor secundare dupa alta schema; in acest caz se obtin scheme combinate intre trepte de distributie.

Variantele tehnice ale schemelor retelelor de JT se analizeaza din punct de vedere al sigurantei in functionare, se compara intre ele pe baza calculelor economice si pe aceasta baza se alege solutia finala.

1.6.7. Numarul minim de receptoare pe un TD din conditia de selectivitate implicita

Notiunea utilizata pentru titlul acestui subcapitol fiind tratata intr-o lucrare recenta [6], se expliciteaza in cele ce urmeaza. In primul rand, se considera ca protectia la scurtcircuit, atat a circuitelor de receptor, cat si a coloanelor, este realizata cu sigurante fuzibile (SF). Protectia receptoarelor si a circuitelor de receptor este dimensionata si reglata conform [1], curentul nominal al fuzibilului de pe circuitul de receptor fiind I_nfr.

Ansamblul relatiilor care stau la baza alegerii sigurantei fuzibile de pe coloana care alimenteaza n_rD receptoare identice (echivalente), grupate pe acelasi TD, este urmatorul:

(1.26)

; (1.27)

, (1.28)

reprezentand in ordine solicitarile de regim permanent, prin curentul cerut I_c, de regim tranzitoriu la curentul de varf I_v, cu componentele sale tranzitorie I_vt si permanenta I_vp, si de selectivitate cu SF de curent nominal maxim I_nfr, din aval [1]. Relatia (1.28) exprima analitic conditia de selectivitate intre doua SF inseriate, si anume ca intre curentii nominali ai fuzibilelor, dinspre amonte spre aval, sa fie o diferenta de cel putin doua trepte; s-a considerat ca SF din aval este cea de pe circuitul de receptor, avand curentul nominal I_nfr, in pozitia cu numarul de ordine k pe scara curentilor nominali ai fuzibilelor.

Admitand faptul ca relatia (1.28) este indeplinita la limita si ca I_nf al SF de pe coloana indeplineste si conditia de regim tranzitoriu, normal (1.27), se ajunge la conditia care sta la baza metodei propuse, fiind justificata si denumirea de conditie de selectivitate implicita. Pentru a da o forma analitica, utilizabila, conditiei formulate mai sus, se tine mai intai seama de faptul ca seria de valori ale curentilor nominali ai fuzibilelor formeaza o progresie geometrica, avand ratia q_f, astfel ca relatia (1.28) are forma echivalenta:

. (1.29)

In al doilea rand, se considera ca porneste un singur receptor, astfel incat pentru componenta tranzitorie a curentului de varf se scrie relatia:

, (1.30)

iar componenta permanenta a curentului de varf are, in acest caz, expresia:

, (1.31)

avand semnificatia de curent cerut de cele (n_rD-1) receptoare echivalente.

Introducand relatiile (1.29)(1.31) in conditia (1.27) si operand o serie de transformari, se obtine expresia cautata, de lucru, sub forma:

, (1.32)

ale carei solutii trebuie sa fie identificate numeric, datorita faptului ca nu se cunoaste o expresie analitica pentru factorul de corectie k_a, ci numai graficul acestuia in functie de numarul de receptoare ale consumatorului de calcul. Calculand insa separat membrul stang, care are un caracter general, si cel drept, care contine datele particulare ale receptorului echivalent, se determina n_rD prin compararea valorilor acestora, astfel incat sa fie indeplinita relatia (1.32).

In figura 1.25 se prezinta grafic dependenta numarului de receptoare n_rD in functie de puterile nominale ale acestora, dedusa pe baza relatiei (1.32). Valorile n_rD determinate din grafic au semnificatia de numar minim de receptoare echivalente care, daca sunt racordate la acelasi TD, conditia de selectivitate dintre SF de pe circuit si de pe coloana este indeplinita.

Fig.1.25. Numarul de receptoare pe un TD in functie de puterea nominala

a acestora, din conditia de selectivitate implicita.

Se constata ca (fig. 1.25) numarul minim de receptoare, care se pot racorda la acelasi TD, pentru ca selectivitatea protectiei de pe coloana cu cea de pe circuit sa rezulte implicit, prezinta o tendinta generala de scadere cu cresterea puterii nominale a receptoarelor, de la 11, pentru receptoare (motoare) de 1,1 kW, pana la 3 receptoare, pentru domeniul de puteri nominale (18,537) kW, pentru ca sa creasca spre un numar de 6 receptoare, pentru puterea nominala de 55 kW.