Subansambluri folosite in compunerea schemelor de circuite primare

Definitii. Terminologie. Reprezentari

Se prezinta notiunile de:

Circuit primar

Circuit secundar

Schema monofilara

Schema multifilara

Circuit primar - circuit cu rol pur energetic, care serveste la transportul energiei cu ajutorul curentului electric.

Circuite secundare - circuite care au rolul de a contribui la buna functionare a circuitelor primare. Au urmatoarele functii:

Masura

Semnalizare

Blocaj

Comanda

Protectie si automatizare.

Realizeaza aceste functii tot prin curent electric. O parte din circuitele secundare se racordeaza la secundarul transformatoarelor de masurare de curent si de tensiune.

Moduri de reprezentare a circuitelor:

Scheme multifilare - se reprezinta toate conductoarele; se folosesc pentru scheme de montaj

Scheme monofilare - se reprezinta o singura faza a circuitului

2.1. scheme monofilare de principiu - pun in evidenta modul principial de racordare a circuitelor:

Se utilizeaza in anumite faze de analiza a unui proiect si la calculul curentilor de scc.

2.2. scheme monofilare detaliate

Observatie

Pe portiunile de schema unde pot exista nesimetrii de echipare a unui circuit pe cele trei faze se adopta o reprezentare trifilara (de ex. in zona TC-CIRS 10);

In dreptul aparatelor se trec tipul lor si principalele caracteristici (de ex. U_n si I_n).

Schema contine si aparatele de masurare si protectie.

Functiile aparatelor electrice

Aparatele electrice utilizate in instalatii pentru echiparea circuitelor electrice indeplinesc diferite functii, de exemplu:

protectie, respectiv de eliminare / limitare a scurtcircuitelor (de exemplu intreruptoare, sigurante fuzibile, bobine limitatoare) sau a supratensiunilor (eclatoare, descarcatoare);

supraveghere impotriva depasirii unor valori admisibile ale tensiunii, curentului, temperaturii etc. (spre exemplu, transformatoare de masurare sau senzori de curent / tensiune); aceste aparate pot provoca o semnalizare (alarma) sau o intrerupere de circuit (relee, declansatoare);

comutatie: comanda voluntara (manuala sau automata) de inchidere, respectiv, deschidere a unui circuit in conditii normale de exploatare (de exemplu, intreruptoare, separatoare de sarcina, contactoare);

izolare (separare) a unei parti de instalatie, pentru a se putea lucra fara risc de electrocutare, in conditiile mentinerii restului instalatiei sub tensiune (de exemplu, separatoare obisnuite sau de sarcina, intreruptoare debrosabile).

In cazul unui scurtcircuit pe un circuit electric se impune deconectarea sa rapida, pentru a se reduce solicitarile echipamentelor si totodata, pentru a se asigura continuitatea in functionarea altor circuite racordate la acelasi sistem de bare colectoare. De asemenea, in exploatare este de dorit sa existe posibilitatea conectarii si deconectarii fiecarui circuit electric in parte, astfel incat aceste manevre sa nu conduca la intreruperea altor circuite.

Elementul de protectie, cu care trebuie prevazut orice circuit electric, are drept scop principal detectarea sensibila, rapida si sigura a avariei, precum si deconectarea selectiva a elementului avariat, in vederea evitarii extinderii avariei si revenirii cat mai rapide la regimul normal de functionare pentru restul sistemului. O unitate de protectie are deci urmatoarele functii principale:

supravegherea permanenta a diversilor parametri pe circuit;

interventia in situatii anormale;

transmiterea (uneori) de informatii pentru exploatarea retelei.

Informatia necesara pentru comanda de inchidere/deschidere a aparatajului de comutatie in regim autocomandat provine de la transformatoarele de masurare (curent si tensiune), conventionale sau neconventionale, care mai asigura si informatia directa privind valoarea curentului si tensiunii, cea necesara pentru contorizare-inregistrare si, eventual, cea necesara implementarii functiilor SCADA (Supervizory Control And Data Acquisition). De asemenea, transformatoarele de tensiune constituie si sursa de alimentare a dispozitivelor mecanice de actionare, prin asigurarea incarcarii cu energie a unor acumulatoare (in perioadele de functionare normala), pentru alimentarea acelorasi dispozitive mecanice in absenta tensiunii.

Diversele functii indeplinite de aparatele electrice pe un circuit pot fi realizate individual, utilizand pentru fiecare dintre ele cate un aparat specializat (reunirea mai multor functii presupune folosirea mai multor aparate pe circuit) sau prin asocierea mai multor functii pe un aparat (aparate cu functiuni multiple). Tendinta actuala in domeniul statiilor electrice este de a se integra in constructia echipamentelor de baza (transformator de putere, intreruptor) celelalte echipamente specifice.

Partea unei statii care cuprinde ansamblul de echipamente, materiale, aparate electrice si dispozitive amplasate intr-un singur loc, care au un scop functional determinat pentru un anumit circuit, constituie o celula electrica.

Un sistem de bare colectoare reprezinta un nod de conexiuni electrice, extins in spatiu pentru a se crea conditiile constructive necesare racordarii mai multor celule dintr-o statie electrica.

Montajul aparatajului electric in celula se poate face fix sau debrosabil. Montajul fix prezinta avantajul unei realizari simple, fara aparate sau blocaje speciale, dar conduce la dimensiuni mai mari ale celulelor. Montajul debrosabil realizeaza, in primul rand, o importanta reducere a volumului celulelor, deoarece este eliminat spatiul din interiorul acestora destinat montajului sau reviziilor. Se reduce, timpul de inlocuire a unor aparate defecte si cel necesar reviziilor, prin folosirea unui carucior/caseta de rezerva. Utilizarea sistemului debrosabil permite realizarea unei constructii fara separatoare, ceea ce conduce la reducerea greselilor de manevrare cu separatorul (in general, insotite de arc electric liber) si contribuie sensibil la compactarea celulei. Este favorizata, utilizarea elementelor prefabricate. Constructiile debrosabile implica insa blocaje speciale pentru interzicerea deplasarii caruciorului atunci cand intreruptorul si eventual separatoarele nu sunt in pozitie "deschis". Sunt necesare, de asemenea, masuri speciale de protectie impotriva atingerii elementelor ramase sub tensiune dupa scoaterea caruciorului.

In constructia statiilor moderne, tendinta generala este de a utiliza echipamente prefabricate, acestea prezentand avantaje cunoscute de multa vreme cum ar fi de exemplu: reducerea investitiilor in partea de constructie a statiilor, economie de timp si manopera la montaj, inlocuire rapida etc. Fiind un tot unitar realizat la scara industriala, care se livreaza complet pregatit si incercat electric, celulele prefabricate beneficiaza de un control de calitate care le garanteaza siguranta si securitatea in functionare. In plus, cerintele mereu in crestere privind ameliorarea calitatii distributiei de energie electrica conduc spre descentralizarea automatizarilor si dezvoltarea dispozitivelor de teleconducere, a caror realizare industriala permite cresterea sensibila a fiabilitatii si scaderea costurilor. Progresele din domeniul aparatajului electric, precum si a echipamentelor de control-comanda, au condus la o reducere sensibila a dimensiunilor celulelor prefabricate, la o diminuare a cheltuielilor de punere in functiune si de exploatare (s-a ajuns la solutii care nu necesita practic intretinere), la cresterea duratei de viata a instalatiilor, precum si la o crestere a fiabilitatii sistemului pe ansamblu.

Aspecte caracteristice pentru schemele de circuite primare

Asigurarea continuitatii in alimentare

Elemente care pot influenta alegerea unei scheme de conexiuni

Elasticitatea schemelor de conexiuni

Criteriul de alegere a schemelor de circuite primare

Asigurarea continuitatii in alimentare - se poate realiza pe 2 cai (diametral opuse):

introducerea de elemente si cai suplimentare de rezervare

de obicei, circuitele de rezervare sunt mentinute active

orice element nou in schema introduce doua dezavantaje:

efort de investitii suplimentar

reprezinta o sursa de avarii

T se accepta un element nou daca avantajele pe care le poate aduce depasesc dezavantajele.

simplificarea schemelor de conexiuni

numarul de elemente se reduce la minimul necesar functional T se reduce numarul surselor de avarie si scade investitia.

Continuitatea in alimentare poate fi afectata de:

Revizii (tendinta mondiala este de a construi echipamente ce nu necesita revizii - fara intretinere)

Aparitia unor defecte (de ex. scurtcircuite).

Elemente care pot influenta alegerea unei scheme de conexiuni

conditiile impuse de consumator (astazi se asigura de catre furnizor o cale de alimentare; o a doua cale de alimentare de rezervare se asigura numai cu contributia investitionala a consumatorului)

configuratia retelei inconjuratoare si gradul ei de rezervare

marimea curentilor de scc. in nodul respectiv.

Elasticitatea schemelor de conexiuni

Se refera la:

elasticitatea unei scheme de a putea fi adoptata prin manevre de comutatie la configuratia necesara in diferite momente de exploatare (elasticitate conferita de I, S)

elasticitatea unei scheme de a putea fi extinsa in timp prin adaugarea de noi circuite.

Criteriul pentru alegerea schemelor de circuite primare

satisfacerea conditiilor tehnice

solutiile tehnice posibile se ierarhizeaza dupa un criteriu economic (cheltuieli totale-CT):

Ci - cheltuieli de investitie

C_ex - cheltuieli de exploatare

D - daune

Dintre solutiile tehnice posibile se alege cea cu CT minim.

Echiparea circuitelor racordate la un sistem de bare colectoare

Sistem de bare colectoare (BC) - nod electric (in sensul Th. I Kirchhof) extins in spatiu pentru a crea conditii constructive si de izolare necesare pentru racordarea mai multor circuite.

Se numeste sistem deoarece exista:

In 3f (c.a.) - 3 (4 - cu neutru) noduri

In c.c. - 2 noduri: + si -.

Echiparea circuitelor de linie

linie

Fie mai multe linii racordate la un nod (1BC) ca in figura:

In zona imediat urmatoare plecarii liniei de la BC (in punctul de derivatie) se prevad aparate electrice. Necesitatea aparatelor este determinata de:

Intreruperea unor curenti de scc. (ce pot solicita dinamic si termic circuitele);

Conectarea si deconectarea circuitelor in regim normal (elasticitate).

Deconectarea se poate realiza de catre:

Siguranta fuzibila

Intreruptor automat (comandat de un dispozitiv de protectie)

Siguranta fuzibila:

Investitie mica

Actioneaza bine la scc. violent.

Intreruptorul - ofera elasticitate marita

T se pot face conectari si deconectari in regim normal.

Variante de echipare a unui circuit de linie de JT (U_n 1000 V)

l₁ - cea mai simpla echipare a circuitelor de linie, se foloseste, in general, la consumatori casnici.

l₂ - echiparea cu un plus de elasticitate, conferita de IP, cu care se pot face manevre sub sarcina normala. IP separa SF de tensiunea barelor.

l₃ - IA preia ambele functii (separare + manevre). Dezavantaj: atunci cand este necesara revizia la IA, trebuie intrerupta alimentarea barei colectoare T se perturba alimentarea tuturor consumatorilor racordati la bara respectiva T daune.

l₄ - se introduce un separator fata de bare (S_b) T se pot face lucrari la IA fara a intrerupe alimentarea celorlalti consumatori.

Reviziile si reparatiile mai dese la intreruptor sunt determinate de faptul ca sunt cele mai solicitate aparate in exploatare.

Variante de echipare a unui circuit de linie de IT (U_n > 1 kV)

	I
			SL				SL

L₁ - elementul de baza este SF; S_B separa SF fata de bare.

L₂ - elasticitate marita fata de L₁ prin introducerea separatorului de sarcina S_S. S_B + S_S formeaza o constructie unica care are dubla rupere: un cutit joaca rol de S_B si un cutit joaca rol de S_S (separator de sarcina)_. S_S se prevede suplimentar cu dispozitiv de stingere a arcului electric determinat de curenti de regim normal.

L₃ - elasticitate marita fata de L₂ prin introducerea I, care preia functiile S_S + SF. Intreruptorul este flancat inspre BC de catre S_B. Schema se foloseste la circuitele la care tensiunea vine numai dinspre bare (de ex. circuitul de alimentare a unui consumator motor electric).

L_1, L_2, L₃ - circuite la care tensiunea vine dinspre bare.

L₄ - cazul unor linii la care tensiunea poate veni dinspre bare sau dinspre linii T se prevede un separator fata de linie (S_L) alimentare de la doua capete. S_L se prevede cu cutite de legare la pamant formand o singura constructie. S_L este echipat cu trei cutite principale si trei cutite de legare la pamant.

Legarea la pamant este o metoda de baza pentru protectia vietii oamenilor.

NPM ne obliga sa facem legaturi la pamant de jur imprejur, catre toate partile de unde ar putea sa apara tensiuni periculoase.

Moduri de legare la pamant:

Prin cutite de legare la pamant sau prin separatoare scurtcircuitoare;

Prin scurtcircuitoare mobile - sistem de trei cleme pentru cele trei faze si o alta clema pentru legatura la pamant. Legaturile sunt din conductoare flexibile si sunt suficient de groase pentru a nu se topi la trecerea curentilor de scc.

L₅ - pentru linii cu tensiuni mari, pentru revizii la I T se dispun separatoare de legare la pamant (S_PI)

S_B - are un set de CLP (cutite de legare la pamant)

S_L - are doua seturi de CLP.

TC = trafo. de masurare de curent. Se dispune dupa I pentru ca in cazul unui scc. in TC, I sa poata deconecta componenta care vine dinspre BC T nu se intrerupe functionarea BC si nu se perturba ceilalti consumatori.

Ordinea de manevrare a aparatelor de comutatie

Manevra = succesiune de operatii prin care se schimba starea operativa a echipamentelor.

Atentie la:

sa nu se rupa curenti mari cu separatoarele (nu au dispozitiv de stingere a arcului electric);

sa nu legam la pamant instalatii aflate sub tensiune.

Situatii cand este recomandata manevrarea separatoarelor:

In absenta sarcinii sau la sarcini reduse (I< 1% I_n)

In sarcina, dar diferenta de potential la bornele separatorului sa fie DU<1% U_n.

Ordinea de manevrare a aparatelor de comutatie pentru L₄

La inchiderea circuitului

Observatie: Se inchide mai intai S_B pentru a proteja bara. In cazul unui defect pe linie se deschide S_L imediat.

  La deschiderea circuitului:

Etape pentru pregatirea interventiei (revizii-reparatii) la un circuit (de linie)

realizarea manevrelor de deschidere a circuitului

verificarea absentei tensiunii:

la IT cu voltmetre montate in secundarul TT (transformator de masurare de tensiune);

la MT cu stanga cu lampa indicatoare;

la JT cu creion de tensiune;

legarea la pamant pe fiecare parte a zonei de lucru

montarea placutelor avertizoare si delimitarea zonei de lucru (de ex. cu franghie); placute:

pe chei de comanda 'NU MANEVRATI'

in dreptul celulei 'AICI SE LUCREAZA'

Echiparea circuitelor de generator sau de bloc generator - transformator

Generatoarele sincrone de mare putere folosite in centralele electrice se construiesc pentru tensiuni nominale variind intre 6 30 kV.

Moduri de racordare a generatorului la BC:

direct

prin intermediul unui transformator

			IscSEN

S_B se monteaza obligatoriu pentru a realiza separarea vizibila cand se lucreaza la I.

De regula, racordarea unui generator la SEN este insotita de un soc de curent, care este cu atat mai mic cu cat sunt realizate mai bine conditiile de sincronism ale generatorului cu sistemul electroenergetic.

Sincronism - suprapunerea sistemelor de fazori de tensiune ai generatorului si ai sistemului.

Cele doua sisteme de fazori sunt in sincronism cand voltmetrul V ar indica valoarea zero.

Conditii pentru realizarea sincronismului sistemelor de fazori:

Acelasi sens de rotatie a fazorilor

f_G = f_S

(in modul)

d ( U_{G R,S,T} , U_{S R,S,T}) = 0

Fie un defect (scc.) in zona A (intre intreruptor-I si generator-G). Protectia sesizeaza defectul si da comanda de deconectare. Evenimente care au loc:

Deconectarea I intrerupe componenta I_sc.SEN debitata de SEN la locul de defect;

ADR (automat de dezexcitare rapida) asigura deconectarea infasurarii de excitatie a generatorului si disiparea energiei inmagazinata in campul inductiv al masinii; in acest fel se elimina componenta debitata de generator la locul de defect (I_sc.G). Altfel, generatorul excitat si in rotatie ar continua sa debiteze pe defect.

Pentru sesizarea unui defect se foloseste principiul protectiei diferentiale: acest lucru se realizeaza cu trafo. de masurare de curent TC₁ si TC₂ dispuse unul pe partea neutrului G, celalalt langa intreruptor:

Echiparea circuitului de transformator sau de autotransformator

Se vor analiza scheme pentru:

Trafo. de mare putere (zeci, sute MVA)

Trafo. de mica putere (zeci, sute kVA)

Transformatoare de mare putere

Cazul transformatoarelor cu trei infasurari sau AT_r

Fac legatura intre trei noduri, cu U_n    > 1 kV

La bornele fiecareia din infasurari se dispune cate un intreruptor (I) cu rolul de:

Deconectare in regim de scc.

Manevre in regim normal

Fiecare I este flancat de separatoare (ex. S_B si S_Tsup)

Rolul S_{Tsup, mij, inf.}:

Prin deschiderea unuia dintre aceste separatoare si a S_B corespunzator, se da posibilitatea lucrului la I fara a intrerupe tranzitul intre celelalte 2 infasurari ale trafo.

Exceptie: se poate renunta la S_{Tsup, mij, inf}     daca suntem intr-o statie coboratoare, alimentarea se face numai de la sistem, iar in celelalte doua retele nu exista surse, facandu-se numai distributie de energie electrica.

Cazul trafo. cu doua infasurari:

TC   ST nu mai este necesar, cand se lucreaza la I se intrerupe tranzitul prin trafo.

T

Transformatoare de mica putere (S_nT zeci, sute kVA)

Se folosesc ca trafo. coboratoare de la MT (6, 10, 20 kV) la o joasa tensiune (U_n 1 kV). Astfel de instalatii se numesc, in tara noastra posturi de transformare.

2.A.

intreruptorul are rolurile:

manevre in regim normal

deconectarea scc. din aval de I

S_BJT util pentru separarea vizibila in cazul unor lucrari la JT

Varianta de schema folosita mai rar.

2.C.

SF_MT are rolul de a intrerupe scc. din aval

S_B + S_S - separator cu dispozitiv simplificat de rupere a curentului de regim normal sau de suprasarcina

S_BJT util atunci cand se fac lucrari pe partea de JT.

Varianta mai des folosita.

2.B.

Varianta fara intreruptor pe intreg circuitul de trafo. T pentru deconectarea circuitului de trafo. trebuie mai intai deconectati toti consumatorii de JT. Totusi mai ramane curentul de mers in gol al trafo. (foarte mic) care poate fi rupt cu S_B (I_rup.s < 1% I_ns). Curentul de mers in gol se datoreaza pierderilor in fier.

Coordonarea alegerii SF_MT si SF_JT :

La punerea sub tensiune a trafo. (acesta fiind in gol) este posibil sa apara un curent de soc de magnetizare (5 6 x I_n) T fuzibilul sigurantei de MT se alege mai gros, astfel incat sa reziste la acest curent si sa se arda numai in cazul unor scc. T nu se arde la suprasarcina si trafo. s-ar putea supraincalzi:

Siguranta de JT are rolul de protectie la suprasarcina, fuzibilul fiind ales mai subtire.

Racordarea transformatoarelor de tensiune si a descarcatoarelor

Trafo. de tensiune (TT) se racordeaza in derivatie pe circuite.

Solutii de racordare a TT si a descarcatorului:

La bornele generatorului

In noduri

Pe alte circuite (L, T)

la bornele generatorului

T poate sa existe sau nu.

Rolurile TT:

Verificarea conditiilor de sincronism

Alimentarea contoarelor

Alimentarea circuitelor de protectie

Alimentarea RAT (regulatorul automat de tensiune)

in noduri si pe alte circuite (de ex. T, L)

2.c)

2.a) +2.b) - solutii de racordare a TT si DRV la BC. Uneori se poate prevedea pe linii TT_L pentru a compara tensiunea de pe linie cu cea de pe bara colectoare.

Pentru U_n 35 kV, TT se racordeaza la nod prin SF.

Rolul SF este de a se arde in cazul unui scc. in TT, intrerupand componenta ce vine de la sistem T defectul nu se muta pe bare. La tensiuni mai inalte, nu se foloseste SF (2.b)) T in caz de scc. in TT se intrerupe BC

Separatoarele sunt utile in caz de revizie la TT.

2.c) Se elimina dezavantajul unui defect datorat unui scc. in TT prin dispunerea TT numai pe circuitele racordate la bare (trafo., linii).

TT pot fi si de tip TECU (tensiune-exterior-capacitiv-ulei) - dotate cu un divizor de tensiune capacitiv la care se racordeaza un TT inductiv. TT este izolat pentru o tensiune mai mica. Se construiesc pentru retele cu U_n≥110 kV.

Observatie:

Rolul infasurarii in triunghi deschis (U) a TT:

in regim normal T Voltmetrul V nu indica nimic

in regim de scc. nesimetric sau in cazul unor puneri la pamant T Voltmetrul V sesizeaza defectul de izolatie

Desecarcatoarele

Se prevad pentru protectia echipamentelor impotriva unor supratensiuni externe sau interne.

Se prevad, de regula, alaturi de TT pe bare (2.a + 2.b)

In varianta 2.a) se prevad pe linii numai daca acestea sunt LEA. Daca reteaua este in cablu, se poate renunta la folosirea descarcatorului.

In varianta 2.b):

Pentru trafo. este obligatorie prevederea de descarcatoare

Pentru linii se dispun eclatoare cu coarne sau descarcatoare la 110 sau 220kV. La 400 kV se dispun numai descarcatoare.