Sa seze instalatia de alimentare cu energie electrica a unei societati comerciale

1.Tema de proiect

Sa se proiecteze instalatia de alimentare cu energie electrica a unei societati comerciale, avand receptoarele electrice de joasa tensiune de categoria I, II si III.

Ponderea receptoarelor de categoria I este de 20%.

Postul de transformare este proprietatea consumatorului, amplasat in incinta acestuia, va fi alimentat printr-o linie electrica dubla in cablu " LEC " dintr-un punct de alimentare avand tensiunea nominala Un =20 kV, situat la distanta L=1,8 km si prevazut cu un sistem dublu de bare colectoare.

Puterea unui scurtcircuit pe barele punctului de alimentare Ssc=200 MVA si echivalentul energetic al puterii reactive ke =0.086 [W/VAr].

Putera electrica activa ceruta Pc =320 + 2*(n-10)2 [kW]

Putera electrica reactiva ceruta Qc =300 + (n-12)2 [kVAr]

n = 4

Proiectul va cuprinde:

I. Piese scrise:

1. Tema de proiect;

2. Breviar de calcul;

2.1. Calculul bateriei de condensatoare pentru imbunatatirea factorului de putere;

2.2. Alegerea numarului si puterii transformatoarelor de putere din postul de transformare;

2.3. Stabilirea regimului optim de functionare al transformatoarelor;

2.4. Dimensionarea liniei de alimentare a postului de transformare;

2.5. Dimensionarea caii de curent dintre secundarul transformatorului si tabloul general;

2.6. Calculul curentilor de scurtcircuit;

2.7. Verificarea la stabilitatea termica si dinamica a liniei de alimentare, a postului de transformare si a caii de curent de alimentare a tabloului general;

2.8. Alegerea si verificarea echipamentelor electrice de medie tensiune;

2.9. Alegerea aparatelor de comutatie si masurare de joasa tensiune .

II. Piese desenate:

Schema electrica unifilara a racordului de alimentare;

Vederi si sectiuni ale postului de transformare;

Desene explicative cuprinse in text.

2. Breviar de calcul

2.1. Calculul bateriei de condensatoare pentru imbunatatirea factorului de putere:

Schema electrica simplificata a instalatiei de proiectat:

unde: PA - punct de alimentare;

LEC- linie electrica in cablu;

PT - post de transformare;

TG - tablou general.

Pc - puterea activa consumata in [kW]

Qc - puterea reactiva consumata in [kvar]

Qt - puterea reactiva tranportata in [kvar]

Qp - puterea reactiva produsa de bateriile de condensatoare in [kvar]

Circulatia atat a puterii active cat si a puterii reactive in reteaua electrica produce atat pierderi de tensiune cat si de putere activa si reactiva. Astfel dupa cum se vede si pe figura de mai sus bateria de condensatoare este de fapt o sursa de energie reactiva, care produce o parte din puterea reactiva necesara anumitor consumatori, in special motoare asincrone.

Se defineste un factor de putere neutral , peste care consumatorul plateste numai puterea activa consumata, si sub care plateste si puterea reactiva la un pret unitar mai mic.

Acesta este motivul pentru care se prevede o instalatie de imbunatatire a factorului de putere.

Expresia matematica a factorului de putere este urmatoarea:

cosφ= ;

Puterea aparenta ce trece prin tabloul general este :.

Trasarea diagramelor de fazori se va face in doua cazuri si anume :

Fara baterii de condensatoare:

Se defineste un factor de putere natural, care este in functie de receptoarele detinute de consumator, cu urmatoarea expresie matematica:

cosφnat=

cosφnat=

Cu baterie de condensatoare:

Pentru imbunatatirea factorului de putere vom folosi o baterie de condensatoare, care va produce putere reactiva necesara functionarii anumitor receptoare.

In acest caz diagrama de fazori a puterilor este :

unde:

cosφimb - factor de putere imbunatatit;

Qp - puterea reactiva produsa local;

Qt - puterea reactiva transportata.

Puterea reactiva transportata va fi egala cu :

;

Puterea produsa local va fi egala cu :

Factor de putere neutral :

cosφneutral = 0,92 tgφneutral = 0,426;

Se impune ca factorul de putere obtinut in urma introducerii bateriei de condensatoare sa fie egal cu factorul de putere neutral, astfel ca :

Rezulta ca puterea reactiva produsa va fi egala cu :

Aceasta putere reactiva va trebui sa fie produsa de 10 condensatoare trifazate conectate in paralel, in numar de :

;

unde: Q0 - puterea reactiva unitara a condensatoarelor.

Din [7, energie reactiva] se aleg condensatoare cu puterea reactiva Q0 = 40 kVAr si Q01= 5 kVAr.

Rezulta: n0=4si n01=2.

In acest caz puterea reactiva produsa de bateria de 10 condensatoare va fi de:

Tinand cont de puterea reactiva produsa, puterea aparenta va fi egala cu :

In final factorul de putere imbunatatit va fi egal cu :

Se observa ca factorul de putere imbunatatit a rezultat in final apropiat de cel neutral, deci utilizam pentru imbunatatirea factorului de putere baterie de condensatoare locala formata din:

- patru elementi avand puterea nominala Qn = 40 kVAr

- doi elementi avand puterea nominala Qn = 5 kVAr

Contactoarele sunt fabricate de MERLIN GERIN , distribuite in Romania de Schneider Electric impreuna cu contactorul de actionare LC 1 - D.K , produs " TELEMECANIQUE"

Se alege din tabelul II 9.8 pag.225 [2] condensatoare de tip 'VARMATIC ' cu urmatoarele caracteristici: 400 V, 50 Hz, 40 kVAr si 5 kVAr, numar trepte 4.

2.2. Alegerea numarului si puterii transformatoarelor de putere din postul de transformare:

Alegerea numarului si puterii transformatoarelor este determinata in principal de categoria receptorilor care trebuie alimentati, urmarindu-se totodata ca numarul de transformatoare sa fie minim.

Daca recurgem la varianta cu un singur transformator " N = 1 ", din punct de vedere economic este solutia cea mai convenabila, un transformator cu puterea nominala mai mareeste mai ieftin decat doua transformatoare a caror putere nominala este echivalenta cu a unui transformator. Tipul receptoarelor ce urmeaza a fii alimentate din postul de transformare este de categoria : I, II si III.

Receptoarele de categoria II si III, sunt receptoare nepretentioase, putind suporta un timp mai lung o intrerupere a energiei electrice, pe cand receptoarele de categoria 0 si I sunt receptoare vitale, sunt sensibile la intreruperea alimentarii cu energie electrica , putand suporta intreruperea un timp < 3 secunde, timp necesar automatici de sistem sa treaca receptoarele pe calea de alimentare de rezerva.

Ponderea receptoarelor de categoria I este de 20%, impune alegerea onfiguratiei postului de transformare cu doua transformatoare de putere, alimentate dintr-un punct de alimentare, avand doua sisteme de bare colectoare, prin intermediul a doua linii electrice subterane " LEC 20kV ".

Alegerea unui singur transformator de putere este exclusa deoarece la aparitia unui defect la transformatorul de putere toate receptoarele raman fara alimentare un timp nedefinit, timp necesar inlocuirii transformatorului.

Se alege deci varianta constructiva cu doua transformtoare de putere " N = 2 ". Randamentul transformatorului la functionarea in regim de lunga durata nu se obtine pentru o incarcare de 100%, ci pentru o incarcare de aproximativ 65% 75% din puterea nominala.

Deoarece puterea instalata a consumatorului este de 441 kVA alegem doua transformatoare avand fiecare SnT = 250 kVA, utilizate in functiune, cu AAR-ul (anclansarea automata a rezervei) in functiune pe intrerupatorul cuplei longitudinale de 0,4kV.

Puterea aparenta(finala):

Din [8.pag2,tabel 1.] se aleg transformatoare de SnT=250kVA.

Rezulta un factor de incarcare de :

In acest caz factorul de supraincarcare, in cazul in care un transformator se defecteaza si celalalt trebuie sa preia toata sarcina, va fi egal cu :

Tabelul 1

Din tabelul 1 pentru un coeficient de supraincarcare de 1,388 corespunde un timp de functionare de aproximativ tf 4', deci un transformator va putea prelua intreaga sarcina un timp de aproximativ 4 minute, timp in care trebuie luate masuri pentru deconectarea anumitor consumatori.

Din [8,pag2,tabel1] se dau parametrii transformatoarelor:

- puterea nominala: Sn=250kVA;

- tip:TTU-NL (transformator trifazat in ulei mineral, de de exterior cu reglaj manual pe ploturi si racire naturala in aer);

- tensiunea nominala primar/secundar: Un=20kV/0.4kV;

- factor de reglaj: 5%;

- grupa de conexiuni: Dyn-5;

- pierderi nominale: P0=0.680 kW, Psc=4,4 kW;

- tensiunea de scurtcircuit: usc=6%;

- curentul de mers in gol: i0=2,9%.

2.3. Stabilirea regimului optim de functionare a transformatoarelor :

In acest capitol se va determina regimul optim de functionare a celor doua transformatoare, adica regimul de functionare care duce la pierderi de putere activa minime. Pentru aceasta trebuie cunoscuti mai multi parametrii ai transformatoarelor, pentru a putea determina pierderile de putere activa si reactiva .

2.3.1. Determinarea parametrilor transformatoarelor:

Se va utiliza schema in Γ a transformatorului:

unde:

RT si XT - rezistenta si reactanta transformatorului constituind elemente longitudinale ale transformatorului;

GT si BT - conductanta si susceptanta transformatorului constituind elemente transversale ale transformatorului;

U10 si U20- tensiunea de faza din primar si secundar.

In schema de mai sus s-a reprezentat o singura faza a transformatorului, iar in continuare se va face referire la o singura faza.

Impedanta transformatorului pe faza, vazuta intre o faza si nul este:

;

Notam:

unde: usc- tensiunea de scurtcircuit a transformatorului;

usc* - tensiunea de scurtcircuit raportata.

Rezulta:

S-au utilizat urmatoarele notatii:

UnT - tensiunea nominala de linie din primarul transformatorului;

InT - curentul nominal din primarul transformatorului;

SnT - puterea aparenta nominala a transformatorului;

In continuare toate marimile cu asterisc vor fi marimi raportate.

Calculul rezistentei RT:

Pentru determinarea rezistentei RT se utilizeaza expresia pierderilor de putere activa la mersul in scurtcircuit a transformatorului :

- pierderile de putere activa in transformator, la mersul in scurtcircuit.

Calculul reactantei XT:

Calculul admitantei YT:

Calculul conductantei GT:

La determinarea conductantei GT se utilizeaza expresia pierderilor de putere activa la mersul in gol al transformatorului :

unde:

pierderile de putere activa la mersul in gol.

Calculul susceptantei BT:

2.3.2. Pierderile de putere activa si reactiva in transformator au urmatoarele expresii:

unde:

p - pierderile de putere activa;

p0 - pierderile de putere activa la mersul in gol(pierderi in otelul transformatorului);

ps - pierderile de putere activa din cauza sarcinii transformatorului;

q - pierderile de putere reactiva;

q0 - pierderile de putere reactiva la mersul in gol;

qs - pierderile de putere reactiva din cauza sarcinii.

Pierderile de putere activa la mersul in gol si scurtcircuit sunt egale cu :

unde : α - coeficient de incarcare al transformatorului, care poate fi diferit de coeficientul de incarcare corespunzator sarcinii nominale.

Pierderile de putere reactiva la mersul in gol si scurtcircuit sunt egale cu :

2.3.3. Pierderi de putere activa in transformator si retea din cauza circulatiei puterii reactiva q:

2.3.3.1. in cazul unui singur transformator:

unde: echivalent energetic al puterii reactive dat in tema de proiect, in [W/var];

pierderile totale in transformator si retea, in [kW].

Rezulta:

; n=0,00009kw

2.3.3.2. in cazul a doua transformatoare:

In concluzie se observa ca pierderile totale de putere activa sunt proportionale cu patratul sarcinii.

Pentru stabilirea regimului optim de functionare a transformatoarelor se egaleaza cele doua ecuatii obtinandu-se punctul de intersectie a celor doua curbe (vezi grafic). Se obtine un sistem de forma :

In graficul de mai jos s-a reprezentat dependenta pt(S) in cazul unui singur transformator (curba pt1,rosu) si in cazul a doua transformatoare (curba pt2,albastru), conectate la retea .

Se observa ca pana la SA functionarea optima este cu un transformator iar cand sarcina depaseste valoarea SA se vor conecta ambele transformatoare.

2.4. Dimensionarea liniei de alimentare, a postului de transformare in regim normal de functionare:

Fiecare transformator va avea nevoie de cate o linie de alimentare separata. Se vor utiliza linii electrice in cablu(LES) deoarece postul de transformare se afla intr-o zona populata si din motive de spatiu, aspect si alte considerente nu se pot folosi alte tipuri de linii electrice(de exemplu aeriene).

Schema electrica simplificata dintre punctul de alimentare(PA) si tabloul general(TG) va fi:

Dimensionarea liniei de alimentare se va face la puterea nominala a transformatorului.

Curentul ce trece prin LEC:

unde: Un1 - tensiunea de faza din primarul transformatorului.

Alegerea tipului conductei electrice:

Se vor alege 3 cabluri monofazate pentru fiecare linie, deci in total vom avea 6 cabluri. Nu s-au ales cabluri trifazate deoarece la tensiunea de 20kV nu se fabrica decat cabluri monofazate. Acestea vor fi pozate intr-un sant comun, trei cate trei.

Din [5, pag.70,tab.2.1.3.2.] s-a ales un cablu de tipul A2YSY-20kV,STAS 8778/2-80, avand sectiunea conductorului S = 1x95mm2, unde:

A - aluminiu;

2Y - izolatie din polietilena normala;

S - ecran de cupru;

Y - manta de PVC.

Parametrii de functionare a acestui de cablu sunt:

1. Temperatura nominala maxima a conductorului:

- in regim permanent(temperatura de serviciu) : 70sC;

- la scurtcircuit, cu durata maxima de 5s : 150sC.

2. Temperatura mediului ambiant:

- la montaj : minim : -30sC ; maxim : +40sC.

3. Tensiunea nominala de functionare : 12/20kV; tensiunea maxima de functionare de durata a retelei : 24kV.

Determinarea sectiunii conductoarelor cablului:

1) Conditia de incalzire:

Din [5, pag.76, tab.2.1.3.2.] se aleg parametrii cablului corespunzatori modului de pozare si mediului in care acesta va fi pus, astfel:

Cablurile vor fi pozate in triunghi. De asemenea din cauza faptului ca acestea nu au armatura de otel, vor fi protejate pe fundul santului cu un strat de caramizi asezate adecvat.

Corectia curentului admisibil:

Zona unde se afla intreprinderea prezinta un sol obisnuitcu nisip umed 20%. Conform [5, pag.78, tab.2.1] rezistenta termica a acestui tip de sol este de 175[sC cm/W].

Rezulta urmatorii coeficienti de corectie:

- k1=0,61; din [5, pag.78, tab.2.1]

La alegerea acestui coeficient(k1) s-a tinut cont de faptul ca s-au ales cabluri monofazate in 2 sisteme trifazate, pozate in triunghi.

- k2=0,85; din [5, pag.78, tab.2.1]

Acest coeficient(k2) s-a aproximat pentru n=6 cabluri monofazate, pozate in triunghi cu distanta intre sisteme de 25 cm2.

- k3=1.05; din [5, pag.78, tab.2.1]

S-a tinut cont de faptul ca temperatura maxima a conductorului nu trebuie sa depaseasca valoarea impusa de 70sC si temperatura mediului ambiant la nivelul cablului este de aproximativ 20sC.

Rezulta in final:

Se pune conditia:

Din conditiile impuse mai sus rezulta ca acest cablu este adecvat cerintelor noastre.

2) Conditia de pierderi de tensiune:

unde:

Un=20kV- tensiunea nominala din primarul transformatorului;

RL,XL - rezistenta, respectiv reactanta pe faza a liniei;

P,Q - puterea activa, respectiv reactiva transportata pe linie.

Calculul rezistentei si reactantei cablului se face cu urmatoarele relatii :

unde: R0,X0 - rezistenta,respectiv reactanta pe 1 km, in [Ω/km].

Din datele de proiectare avem ca : L=1,8km;

Din [5, pag.81, tab.]avem :

rezulta ca rezistenta este egala cu :

Din [3, pag.317] avem:

Din cauza faptului ca intre conductoarele cablurilor exista o tensiune de 20kV se va alege distanta intre conductoare de Sm=25mm, dupa cum s-a considerat la punctul precedent, la determinarea curentului admisibil corectat.

Diametrul conductorului este :

Deci reactanta lineica va fi egala cu:

si reactanta totala a cablului este :

Puterile activa si reactiva a transformatorului calculate pentru vor fi:

In final pierderile de tensiune vor fi:

Se observa ca in regim nominal pierderile de tensiune sunt foarte mici, deoarece cablu ales are un diametru mult mai mare decat am avea nevoie, insa vom vedea la verificarea cablului la scurtcircuit ca acest lucru va fi un avantaj.

2.5.Dimensionarea caii de curent dintre secundarul transformatorului si tabloul general:

Dimensionarea cai de curent dintre secundarul postului de transformare si tabloul general. Deoarece sunt distante scurte se poate utiliza bare dreptunghilare din aluminiu pot fi montate in executie:

deschisa, barele nu sunt protejate, dar se amplaseaza la inaltimi inaccesibile;

acoperita, barele se introduc in canale de beton;

protejata, barele se introduc in canale din tabla de otel, fonta sau tub PVC;

capsula, barele se introduc in canale cu grad minim de protectie.

Se calculeaza cu relatia:

1) Alegerea naturii conductei electrice si modul de pozare:

Se vor alege bare neizolate din aluminiu, vopsite, avand dimensiunea de 40 mmx10 mm si un curent admisibil Iadm = 710 A.

In general posturile de transformare se realizeaza sub forma de cladire cu doua incaperi. O incapere este cea de MT iar cealalta este cea de JT.

2) Determinarea sectiunii conductei electrice:

Se va face dimensionarea in regim de lunga durata, deci in calcul vor interveni marimi nominale.

2.1) Conditia de incalzire:

Tinand cont de faptul ca , din [4, pag.214, tab.4.2] se alege o bara dreptunghiulara de 40x5(sectiunea de 200mm2), cu un curent maxim admisibil de 530A. Acest curent este dat pentru asezarea barei pe cant. De aceea acest curent va fi corectat astfel :

;

unde: k2 - coeficient ce tine cont de modul de asezare a barelor, in cazul nostru pe lat.

Din [4, pag.283, tab.4.29], pentru un numar de 3 bare, vopsite, rezulta : k2=0,85.

Rezulta:

,

deci prima conditie este indeplinita.

2.3) Conditia de pierderi de tensiune:

Datorita faptului ca lungimea barelor e foarte mica(5 - 6m), pierderile de tensiune sunt neglijabile, deci nu vor mai fi luate in calcul.

2.6. Calculul curentilor de scurtcircuit:

Prin scurtcircuit se intelege contactul accidental, fara rezistenta, sau printr-o rezistenta de valoare relativ mica, a doua sau mai multe conductoare, aflate la potentiale electrice diferite.

Scurtcircuitele sunt cauzate de:

deteriorarea izolatiei electice;

ruperea sau desprinderea conductoarelor liniilor electrice sub actiunea eforturilor mecanice;

atingerea sau desprinderea conductoarelor neizolateale liniilor aeriene de catre pasari sau animale;

manevre gresite in instalatii in timpul exploatarii.

In instalatiile de curent alternativ trifazat pot avea loc patru tipuri de scurtcircuite:

a) scurtcircuitul trifazat

b) scurtcircuitul bifazat

c) scurtcircuitul bifazat cu punere la pamant

d) scurtcircuitul monofazat.

Calculul curentilor de scurtcircuit este necesar pentru:

1. verificarea elementelor componente ale instalatiei electrice la stabilitatea termicasi dinamica;

2. alegerea si reglarea instalatiilor de protectie prin relee si automatizare.

Valorile curentilor de scurtcircuit sunt aproximativ de doua ori mai mari decat ale curentilor nominali. Din punct de vedere al distantei electrice dintre locul in care se produce scurtcircuitul si sursele de tensiune, scurtcircuitele se impart in scurtcircuite departate si scurtcircuite apropiate. Prin scurtcircuit departat se intelege scurtcircuitul la care ponderea impedantei generatorului sincron este redusa fata de impedanta dintre sursa si locul de scurtcircuit si deci scurtcircuit se produce departe de generator impedansa de calcul fiind constanta in timp.

Se considera ca scurtcircuitul se produce la t = 0, cand tensiunea retelei trece prin zero(cazul cel mai defavorabil) . Impedanta de scurtcircuit scade foarte mult si curentul de scurtcircuit va avea doua componente , astfel:

unde: ip - componenta permanenta a curentului;

ia - componenta aperiodica sau tranzitorie a curentului;

unde: α - defazajul dintre curent si tensiune la scurtcircuit, permanent;

Ip - valoarea efectiva a componentei periodice.

In momentul producerii scurtcircuitului curentul creste foarte mult. Valoarea maxima pe care o atinge se numeste curent de soc(de lovitura), isoc. Aceasta valoare se produce la timpul t = T/4.

unde: ksoc - constanta de soc, egala cu :

unde: R - rezistenta de scurtcircuit;

X - reactanta de scurtcircuit.

In practica se constata ca R<<X, iar valoarea lui ksoc se afla in intervalul 1 2.

Din cauza faptului ca nu se cunoaste rezistenta R se va alege pentru constanta de soc o valoare acoperitoare de ksoc=1,8.

Schema electrica pentru determinarea curentilor de scurtcircuit, este :

In figura de mai sus s-au utilizat urmatoarele notatii:

SEN - sistem electroenergetic national;

PA - punct de alimentare;

I    - intreruptor automat de medie tensiune;

LEC - linie electrica in cablu;

T - transformator;

TG - tablou general.

S-a reprezentat numai jumatate din instalatie, cealalta fiind identica. Punctele k1 si k2 sunt punctele in care se face calculul la scurtcircuit la medie tensiune. S-au ales punctele cele mai defavorabile, astfel ca la medie tensiune in vederea verificarii intreruptorului s-a considerat ca scurtcircuitul se produce chiar langa intrerupator(punctul k1). Pentru verificarea LEC se va utiliza punctul k2. La joasa tensiune trebuie verificat transformatorul si barele. Pentru aceasta s-a ales punctul cel mai defavorabil k3, imediat dupa intreruptor.

1) Calculul curentilor de scurtcircuit in punctul k1:

Puterea de scurtcircuit pe barele punctului de alimentare, din tema de proiect, este :

Ssc = 200MVA

Curentul de scurtcircuit in acest caz va fi egal cu :

Se admite:

Curentul de soc va fi egal cu :

2) Calculul curentilor de scurtcircuit in punctul k2:

- curentul de scurtcircuit;

- este puterea de scurtcircuit pe barele puncului de alimentare,

kV - tensiunea nominala din primarul trasformatorului.

Intre sursele de energie electrica si locul in care avem scurtcircuit avem o impedanta a sistemului:

In schema avem scurtcircuit in puctul unde vom calcula curentul de scurtcircuit in acel punct.

;

Valoarea efectiva a curentului de scurtcircuit va fi:

Curentul de soc care se va produce la timpul egal cu jumatatea din perioada curentului de scurtcircuit va fi:

unde:

Puterea de scurtcircuit pe barele puncului de scurtcircuit va fi:

3) Calculul curentilor de scurtcircuit in punctul k3:

Impedanta de la SEN pana in locul scurtcircuitului este:

Se considera ca , rezistenta fiind foarte mica.

Schema echivalenta a instalatiei de la SEN pana la TG este:

unde parametrii raportati sunt :

iar rezistenta si reactanta transformatorului calculate direct in secundar vor fi egale cu :

Impedanta transformatorului este :

rezulta :

Notam:

,

deci impedanta echivalenta a circuitului de la SEN pana la TG va fi egala cu :

deci curentul de scurtcircuit permanent la joasa tensiune este :

Curentul de soc, corespunzator valorilor si , calculate mai sus, este :

rezulta curentul de soc la joasa tensiune este egal cu :

Puterea de scurtcircuit va fi :

2.7. Verificarea la stabilitate termica si dinamica a liniei de alimentare a postului de transformare si a caii de curent de alimentare a tabloului general:

Caracteristicile tehnice ale cablurilor electrice de 20kV cu izolatie din polietilena normala si manta de PVC, A2YSY, sunt date in tabelul de mai jos:

Valorile temperaturii maxim admise si a coeficientului de stabilitate termica(C) la incalzirea conductoarelor in regim de scurtcircuit sunt date in tabelul de mai jos:

Conditia de stabilitate termica a unui element din circuit este indeplinita daca sectiunea conductorului satisface conditia:

unde: S - sectiunea conductorului cablului, [mm2];

Iscmedp - valoarea medie patratica a curentului de scurtcircuit [A];

tsc - timp de scurtcircuit, [s];

C - coeficient de stabilitate termica.

1)Verificarea LES:

Curentul de scurtcircuit mediu patratic este :

Timpul de scurtcircuit este :

unde: tap - timp de actionare a protectiei cu relee;

td - timp de deconectare propriu al intreruptorului.

Pentru timpul de actionare a protectiei se admite o valoare acoperitoare de tap1=0.3s, indicele ,1' insemnand ca se refera la medie tensiune.

Din [4, pag.110, tab.3.14] se alege un intreruptor de medie tensiune de tipul IUP - M - 20 - 630 cu timpul de deconectare de td1=0.07s. Datele tehnice ale acestui tip de intreruptor sunt date la punctul 3.8.

Rezulta:

Deci sectiunea conductorului trebuie sa indeplineasca urmatoarea conditie :

Dar sectiunea conductorului aleasa anterior este de S=95mm2, deci este aleasa bine.

2)Verificarea barelor:

Curentul de scurtcircuit mediu patratic si timpul de scurtcircuit :

Se admite :

.

rezulta timpul de scurtcircuit :

Se impune aceeasi conditie ca la verificarea LEC :

dar S = 400mm2 >206,012mm2, deci barele sunt dimensionate corect.

2.8. Alegerea si verificarea echipamentelor electrice de medie tensiune:

Echipamentul electric al unei instalatii electrice trebuie astfel ales incat sa satisfaca urmatoarele conditii:

parametrii nominali ai echipamentului sa corespunda parametrilor locului in care se instaleaza;

sa reziste supratensiunilor si curentilor de scurtcircuit ce pot sa apara in regimuri de avarie.

Curenti de scurtcircuit solicita elementele echipamentului din punct de vedere mecanic si termic; solicitarea electrodinamica este determinata de curentul de scurtcircuit de soc iar solicitarea termica de valoarea curentului de scurtcircuit si de durata acestuia.

Dupa functia pe care o indeplinesc, se deosebesc urmatoarele categorii:

aparate de conectare ( intrerupatoare, separatoare, separatoare de sarcina);

aparate de protectie(sigurante fuzibile, bobine de reactanta si de stingere, deescarcatoare);

aparate de masura (transformatoare de masura).

Toate aparatele si echipamentele sunt de tip interior, deoarece vor fi montate in interiorul unei cladiri special amenajate.

Alegerea transformatoarelor m1 si m2 :

Tipul si parametrii acestor transformatoare au fost prezentate si justificate la un punct anterior, si sunt urmatoarele :

- Tip : TORO-M,

- Tensiunea nominala primar/secundar : Un=20/0.4kV;

- Reglaj : ;

- Grupa de conexiuni : Dyn5;

- Pierderi nominale :

- Tensiunea de scurtcircuit :

- Curentul de mers in gol :

Datele acestui transformator au fost luate din [8,Catalog MACE Italia].

Alegerea intreruptoarelor a3 si a12 :

Intreruptorul a3 si a12 trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

a) sa fie de tip interior;

b) ,

unde : UNap - tensiunea nominala a aparatului;

UNretea - tensiunea nominala a retelei.

c) ,

unde : INap - curentul nominal al aparatului;

Ic - curentul calculat ce strabate partea de medie tensiune.

d) (in punctul k1),

unde : Sr - puterea de rupere a intreruptorului;

Ssc - puterea de scurtcircuit in punctul k1.

e) ,

,

unde : k - coeficient ce tine seama de tipul conductorului si de izolatie. In cazul de fata pentru conductor de aluminiu si izolatie de PVC, se va lua k=84;

S - sectiunea conductorului cablului(LEC);

Isc - curentul de scurtcircuit pe partea de medie tensiune.

f) ,

,

;

unde : Iltap - valoarea efectiva a curentului limita termic al aparatului, dat pentru o anumita

perioada de timp;

Iscmedp - valoarea efectiva a de scurtcircuit mediu patratic, calculat la punctul anterior;

tsc - timpul de scurtcircuit;

tap - timp de actionare a protectiei cu relee;

td - timp de deconectare propriu al intreruptorului.

g) ;

unde : Ild - valoarea de varf a curentului limita dinamic, al aparatului;

isoc - curentul de soc, calculat la punctul anterior.

Din [4, pag.110, tab.3.14] se alege un intreruptor de tipul IUP-M 20 - 630, in care :

I - intreruptor;

U - in ulei;

P - cu ulei putin;

M - modernizat;

20 - tensiunea nominala, in [kV];

630 - curentul nominal, in [A];

S-a ales acest tip de intreruptor in primul rand pentru a indeplini conditiile a, si b(evidente la prima vedere) , expuse mai sus. Verificarea intreruptorului la scurtcircuit se face in functie de datele obtinute la calculul curentilor de scurtcircuit in punctul k1.

Verificarea aparatului :

a) de tip interior;

b) ,

, rezulta : ;

c)

, rezulta : ;

d) ,

, rezulta : ;

e)

- din caracteristicile intreruptorului;

- se admite o valoare acoperitoare.

rezulta :;

f) (pentru t = 1s);

, rezulta : ;

g) ,

, rezulta : ;

Se observa ca acest tip de intreruptor corespunde conditiilor impuse, deci alegerea finala va fi: IUP - M 20 - 630.

Alegerea separatoarelor

Acestor aparate li se impun aceleasi conditii ca si la intreruptoare cu exceptia punctelor d si e, deoarece se stie ca separatoarele nu sunt prevazute cu dispozitive de stingere a arcului electric, deci nu pot fi deconecta in sarcina ci numai in gol.

Din [4, pag.113, tab.3.19] se alege un separator de tipul:

STI - 20 - 200,

unde:

S - separator;

T - tripolar;

I - de interior;

20 - tensiunea nominala, in [kV];

200 - curentul nominal, in [A].

Verificarea aparatului :

a) tip interior;

b) ,

, rezulta : ;

c)

, rezulta : ;

d) (pentru t = 1s);

, rezulta :

e) ,

, rezulta : ;

Separatorul a4, pentru transformatorul de tensiune f1 s-a ales de acelasi tip cu a1, a2 deoarece acest tip de separator (STI - 20 - 200) are curentul cel mai mic dintre aceste tipuri de separatoare de 20kV si deci este cel mai potrivit.

4) Alegerea transformatoarelor de curent :

Conditiile impuse sunt asemanatoare cu cele de mai sus, cu cateva exceptii si anume : nu se impun puterea de rupere si timpul de scurtcircuit. Pe langa acestea la transformatoarele de curent si tensiune se mai impune clasa de precizie care este in functie de aparatele de masura ce se conecteaza in secundarul acestora, cum ar fi ampermetre, voltmetre, wattmetre, contoare de energie activa si reactiva, etc.

Transformatoarele vor avea doua infasurari in secundar, una pentru alimentarea aparatelor de precizie ridicata, cum ar fi contoarele, cu o clasa de precizie de 0,5, si una pentru alimentarea aparatelor de precizie mai scazuta(ampermetre, voltmetre, etc.).

Din motive economice se aleg transformatoare bifazate, cu doua infasurari in primar, pe faza 1 si pe faza 3, deoarece pentru masurarea puterii sau a energiei electrice se utilizeaza metoda celor doua wattmetre.

Din [4, pag.123, tab.3.25] se alege un transformator de curent tip suport pentru montaj interior, cu izolatie din rasina turnata de tipul:

CIRS - 20 - 60/5/5

unde:

C - transformator de curent;

I - de tip interior;

R - izolatie din rasina turnata;

S - tip suport;

20 - tensiunea nominala;

60 - curentul nominal din primar, in [A];

5/5 - curentii nominali din cele doua secundare .

Verificarea aparatului:

a) de tip interior.

b) ,

, rezulta : ;

c)

, rezulta : ;

d) (pentru t = 1s);

, rezulta :

e) ,

, rezulta : ;

f) Clasa de precizie : 0,5/1, rezulta ca masura si aparatele de precizie ridicata vor fi conectate la infasurarea de 0,5 si restul la infasurarea cu clasa de precizie de 1.

5) Alegerea transformatoarelor de tensiune:

Din [4, pag.126, tab.3.26] se alege un transformator de tensiune bifazat pentru montaj interior, cu izolatie din rasini de turnare TIRB - 20/0,1, in care :

T - transformator de tensiune;

I - de interior;

R - izolatie din rasini;

B - bifazat;

20 - tensiunea nominala din primarul transformatorului, in [kV];

0,1 - tensiunea nominala din secundare, in [kV].

Conditiile impuse sunt :

a) tip interior;

b) ,

, rezulta : ;

c) clasa de precizie : 0,5/1.

Transformatorul va avea doua infasurari, ca si in cazul transformatoarelor de curent, una cu clasa de precizie de 0,5 si puterea nominala de 120VA, iar una cu clasa de precizie de 1 si puterea nominala de 240VA.

6) Alegerea sigurantelor fuzibile

Din [5, pag.331, tab.5.1.5.2] se alege o siguranta de tipul FITn20 cu suport de tipul SFITn20. Aceste sigurante trebuie sa indeplineasca o singura conditie si anume: , deci 20kV = 20kV. Nu se impun conditii de curent deoarece curentii absorbiti de transformatoarele de tensiune sunt foarte mici.

2.9. Alegerea aparatelor de comutatie si masurare de joasa tensiune :

Aparatele de joasa tensiune care intervin in schema noastra, sunt reprezentate in plansa nr.1.

Verificarea aparatelor la joasa tensiune se face la fel ca la medie tensiune, cu precizarea ca nu se mai pune conditia ca puterea de rupere a aparatului sa fie mai mare decat puterea de scurtcircuit, ci curentul de rupere sa fie mai mare decat curentul de scurtcircuit.

1)Alegerea intreruptoarelor automate a6, a14, si a8 :

Din [4, pag.260, tab.4.19] se alege un intreruptor de tipul OROMAX - 0,5 - 1000, in care:

OROMAX : denumirea intreruptorului;

0,5 : tensiunea nominala, in [kV];

1000 : curentul nominal, in [A].

Verificarea intreruptorului :

Verificarea la scurtcircuit se face in functie de datele obtinute la calculul de scurtcircuit in punctul k2.

Conditii impuse :

a) de tip interior ;

b) ,

, rezulta : ;

c)

, rezulta :

d)

, rezulta :

e) (pentru t =1s)

La un punct anterior s-a stabilit ca timpul de actionare a protectiei cu relee este de si timpul de deconectare propriu al intreruptorului este de Rezulta :

rezulta :

f)

, rezulta :

Acest tip de intreruptor indeplineste toate conditiile impuse, deci in final se va alege

OROMAX - 0,5 - 1000.

2)Alegerea separatoarelor:

Din [5, pag.275, tab.5.1.1.1] se alege un separator de interior de tipul STI - 3 - 1250, in care :

S - separator;

T - tripolar;

I - de interior;

3 - tensiunea nominala, in [kV];

1250 - curentul nominal, in [A].

Verificarea separatorului :

a) de tip interior;

b)

, rezulta : ;

c)

, rezulta : ;

d)

, rezulta : ;

e)

, rezulta : .

Din conditiile impuse mai sus rezulta ca separatorul ales este potrivit.

3) Alegerea transformatoarelor de curent:

Se utilizeaza transformatoare de curent cu cate o infasurare in primar si una in secundar pentru fiecare faza . La joasa tensiune aparatele fiind mai ieftine nu s-ar face mare economie daca am utiliza transformatoare bifazate (cu doua infasurari in primar, pe doua faze), ca la medie tensiune si de aceea se vor utiliza transformatoare trifazate.

Din [4, pag.121, tab.3.25] se alege un reductor de curent tip trecere, cu izolatie din rasina turnata pentru montaj interior : CIRT - 0,5t - 600/5 CP 0,5, in care :

C - transformator de curent;

I - de tip interior;

R - izolatie din rasina;

T - de trecere;

0,5 - tensiunea nominala, in kV;

t - rasina turnata;

600 - curentul nominal in primar, in [A];

5 - curentul nominal in secundar, in [A];

CP 0,5 - clasa de precizie de 0,5.

La acest transformator bobinajul primar este format din insasi bara instalatiei.

La joasa tensiune nu exista aparate de masura ce necesita clasa de precizie ridicata, cum ar fi contoarele, deoarece decontarea energiei se face la medie tensiune . S-a ales totusi un transformator cu o clasa de precizie de 0,5 deoarece din punct de vedere al conditiilor de mai sus si din punct de vedere economic este cel mai potrivit.

4)Circuitul de alimentare al bateriilor de condensatoare :

In circuitul de alimentare a unei baterii de condensatoare am ales dispozitivul de actionare cu disjunctor tip " NS 100 " si curentul de rupere capacitiv Icu =25 kA, o siguranta si un transformator de curent.

La verificarea aparatului se impune o singura conditie, si anume :

.

In aceasta relatie apare coeficientul 2,5 deoarece se stie faptul ca un condensator cuplat la retea in momentul in care tensiunea retelei difera de tensiunea de pe condensator , produce un salt brusc de curent, care este limitat doar de rezistentele si reactantele din amonte de condensator. In instalatia noastra in paralel cu bateria de condensatoare se pune o rezistenta de descarcare de valoare destul de mare astfel incat sa nu produca pierderi de putere activa importante in timpul functionarii. Situatia cea mai defavorabila este atunci cand bateria de condensatoare se decupleaza de la retea in momentul trecerii tensiunii prin valoarea negativa maxima, si este cuplat imediat in momentul in care tensiunea retelei este de valoare pozitiva maxima.

Vom avea :

rezulta :

Alegerea sigurantelor fuzibile :

Deoarece avem un curent mai mare de 100A, se vor utiliza sigurante cu mare putere de rupere.

Din [5, pag.326, tab.5.1.5.1] se alege : MPR 500, in care :

MPR - siguranta cu mare putere de rupere;

500 - curentul nominal, in [A].

Alegerea conductei de legatura :

Aceasta conducta se monteaza aerian si trebuie sa reziste la solicitari mecanice, cum ar fi loviturile. Din [PE 107/95] un cablu de tip ACYAbY de 3x90mm2,

in care :

A - conductor de aluminiu;

C - cablu;

Y - izolatie de PVC;

Ab - armatura din banda de otel;

Y - manta de PVC.

Conditie impusa : .

Din [PE 107/95] pentru pozare in aer la +30sC, curentul admisibil este de si , rezulta :

Alegerea reductoarelor de curent f4 si f8 :

Se vor utiliza transformatoare de curent trifazate, deoarece in fiecare secundar se va monta cate un ampermetru . Rolul acestor ampermetre e foarte important deoarece indicatia lor ne da starea bateriei de condensatoare, astfel ca daca unul dintre ele indica o valoare diferita de celelalte doua inseamna ca unul sau mai multe condensatoare sunt defecte, pe faza respectiva si trebuie luate masuri pentru inlocuirea lor.

Din [4, pag.121, tab.3.25] se alege un transformator de curent, tip trecere, cu izolatie din rasina turnata, pentru montaj interior : CIRT - 0,5t - 300/5 CP 1,

in care :

C - transformator de curent;

I - de tip interior;

R - cu izolatie din rasina;

T - tip trecere;

0,5 - tensiunea nominala, in [kV];

t - rasina turnata;

120 - curentul nominal din primar, in [A];

5 - curentul nominal din secundar, in [A];

CP 1 - clasa de precizie.

Singura conditie de indeplinit este :

si , rezulta : .

5)Aparate de masura :

Se utilizeaza voltmetre, ampermetre, wattmetre si contoare de energie activa si reactiva.

Asa cum am mentionat la alegerea transformatoarelor de curent si tensiune, ampermetrele voltmetrele si wattmetrele sau alte aparate de masura de precizie mai scazuta, cor fi montate pe infasurarea de clasa de precizie mai scazuta(in general 1) . Pe partea de medie tensiune, unde se face decontarea energiei electrice, contoarele de energie activa si reactiva se vor monta dupa metoda celor 2 wattmetre la infasurarile cu clasa de precizie de 0,5.

Pe partea de joasa tensiune avem de masurat trei tensiuni de linie si trei de faza, insa nu se vor folosi 6 voltmetre, ci unul singur si un comutator voltmetric CV.

Bibliografie:

Cilinghir, V. : Alimentarea cu energie electrica a intreprinderilor, vol I. Editura Universitatii "Transilvania" Brasov, 2001;

Cilinghir, V. : Alimentarea cu energie electrica a intreprinderilor, vol II. Editura Universitatii "Transilvania", Brasov, 2002;

Ionita, G. : Linii electrice subterane 1 - 200kV. Indrumar de calcul si proiectare. Editura Tehnica, Bucuresti, 1990;

Comsa, D. : Proiectarea instalatiilor electrice industriale. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982;

Pietrareanu E. : Agenda electricianului. Editura Tehnica, Bucuresti, 1979;

***** Normativ privind proiectarea si executarea instalatiilor electrice, la   

consumator, cu tensiuni pana la 1000 V c.a si 1500 V c.c, I.7-98,Bucuresti

Catalog Sneider - Electric 2004

Catalog MACE Construzioni Elettromeccaniche Italia