Capitolul 4
Capitolul 4
ECHIPAMENTELE ELECTRICE PRIMARE DIN DOTAREA REELELOR
ELECTRICE
Echipamentele electrice, necesare funcionrii sistemelor
electrice cu un nalt grad de fiabilitate, sunt localizate n general
n staiile electrice, posturile de transformare i punctele de
alimentare. n componena lor se disting urmtoarele pri
principale:
cile conductoare de curent, formate din contacte i conductoare
electrice;
piese izolante, care asigur izolarea cilor de curent ntre ele i
fa de pmnt;
piese mecanice, statice sau n micare, care au roluri foarte
variate, n funcie de tipul echipamentului.
Toate aceste elemente ale echipamentelor sunt montate n carcase
de susinere i de protecie.
Dup criteriul tensiunii nominale se mpart n:
echipamente de nalt tensiune ;
echipamente de joas tensiune .
Deosebirile fundamentale ntre aceste categorii sunt determinate
de felul i nivelul de izolaie care fixeaz gabaritele acestora,
performanele tehnice obinute i condiiile de ardere i stingerea
arcului electric.Dup rolul lor n cadrul instalaiilor electrice se
disting:
- echipamente electrice de comutaie, care ndeplinesc funcii
operative de conectare, deconectare i comutare a circuitelor
electrice, cu scopul de a asigura continuitatea sau
discontinuitatea n alimentarea cu energie electric a
consumatorilor. Aceste operaii se realizeaz cu tipurile de
echipamente: ntreruptoare, separatoare i sigurane fuzibile;
- echipamente electrice de supraveghere i protecie mpotriva
avariilor, care limiteaz curenii de scurtcircuit, elimin sau
limiteaz supratensiunile. n aceast categorie sunt cuprinse
descrctoarele electrice, releele de protecie, bobinele de reactan i
de stingere;
- echipamente electrice pentru alimentarea circuitelor electrice
de msurat i de protecie, care cuprind transformatoarele de msurare
de curent i de tensiune;
echipamente electrice prin care energia vehiculeaz cu schimbarea
valorilor de tensiune i curent la ieire fa de cele de la intrarea n
echipament: transformatoare de putere.
4.1 ntreruptoarele electrice
4.1.1 ntreruptoare de nalt tensiune
Aceste aparate sunt destinate s stabileasc, s suporte i s
ntrerup curenii n condiii normale de funcionare ale circuitului
precum i n condiii anormale cum sunt cele de scurtcircuit. Un
ntreruptor este constituit din urmtoarele elemente principale:
sistemul de contacte, sistemul de stingere a arcului electric,
sistemul izolator, dispozitivul de acionare, construcia metalic de
asamblare a acestora.
Sistemul de contacte comport, pentru fiecare faz, cte un contact
fix i unul mobil, sau dou contacte mobile de cupru, constituind
calea de curent a ntreruptorului.
Sistemul de stingere a arcului electric: la desfacerea
contactelor parcurse de curent apare arcul electric ce reprezint o
descrcare electric autonom n gaze, caracterizat prin temperatur
nalt, luminozitate puternic, iar din punct de vedere electric, o
rezisten neliniar, care las s treac prin coloana sa curentul
electric. Arcul electric solicit suplimentar aparatul la eforturi
mecanice datorit forelor electrodinamice pe care le creeaz, la
eforturi termice, prin apariia temperaturii ridicate n zona
contactelor electrice i la solicitri electrice, prin micorarea
rigiditii dielectrice a elementelor de izolaie i apariia unor
supratensiuni. Pentru stingerea lui, se folosesc urmtoarele
procedee:
mrirea vitezei de ndeprtare a contactelor ntreruptorului cu
ajutorul resorturilor metalice din dotare;
suflajul cu aer sau gaz (introdus din exterior sau provenit prin
descompunerea uleiului) n lungul sau perpendicular pe coloana
arcului, pentru rcire i deionizarea spaiului de arc;
divizarea arcului cu ajutorul unor plci electroizolante
rezistente la arc, situate n camera de stingere a
ntreruptorului.
Sistemul izolator este constituit din izolatoarele suport,
mediul n care se gsesc contactele (ulei, aer, hexafluorur de sulf,
vid), tijele izolante care transmit micrile ntre prile mobile
etc.
Dispozitivul de acionare folosete la deschiderea i nchiderea
complet a ntreruptorului sub aciunea agentului din dotare:
pneumatic, electric, mecanic etc.
La nalt tensiune, dup criteriul mediului de stingere,
ntreruptoarele se clasific astfel:
ntreruptoare cu ulei mult ;
ntreruptoare cu ulei puin ;
ntreruptoare cu aer comprimat;
ntreruptoare cu hexafluorur de sulf ;
ntreruptoare cu vacuum (numai n medie tensiune).
a) Principiul de funcionare a ntreruptoarelor de nalt tensiune
Aceste ntreruptoare sunt trifazice, contactele lor mobile fiind
acionate simultan pe cele trei faze de ctre dispozitivul propriu,
livrat mpreun cu ntreruptorul.
Printr-o comand electric din faa celulei unde este montat
echipamentul sau din camera de comand a staiei (prin telecomand) se
d impulsul de tensiune bobinei de anclanare sau declanare a
dispozitivului de acionare, iar acesta acioneaz la rndul su
contactul mobil al ntreruptorului, fie apropiindu-l de cel fix (la
nchidere) fie ndeprtndu-l de acesta (la deschidere), cu vitez
pentru a nu lsa timp de ionizare a mediului n care s-a format arcul
electric. Totodat se face alungirea arcului (la deschiderea
ntreruptorului ) n spaiile din camera de stingere i rcirea
acestuia, fie cu gazele rezultate din descompunerea uleiului sub
aciunea cldurii degajate de arc (la ntreruptoarele cu ulei), fie cu
aerul precomprimat sau hexafluorur de sulf ce intr n camera de
stingere prin supapele de admisie ce se deschid odat cu funcionarea
dispozitivului de acionare al ntreruptorului (la ntreruptoarele cu
aer comprimat sau cu ).
La ntreruptoarele cu vacuum distana de deplasare a contactului
mobil este scurt, ntruct spaiul camerei de stingere nu poate fi
ionizat dect foarte slab, n funcie de depresiunea existent n acel
moment n camer , iar arcul este stins pn la trecerea prin zero a
curentului de scurtcircuit.
Datorit construciei sale, acest tip de ntreruptor ofer, n
comparaie cu celelalte tipuri, urmtoarele performane:
- capacitate mare de rupere ( fa de la );
- timp de deschidere mic ( fa de la );
- rezisten dielectric mare;
- o eroziune redus a pieselor de contact;
- o rezisten ohmic de contact mic;
- gabarit mic, cu ocuparea unui spaiu de montaj redus;
- numr mare de acionri sub curent nominal (>ori).b)
Principalele caracteristici tehnice ale ntreruptoruluiTensiunea
nominal, , este valoarea efectiv a tensiunii ntre doi poli ai
ntreruptorului la care acesta poate funciona timp ndelungat, fr
pericol de conturnare sau strpungere a elementelor sale
izolate.
Curentul nominal, , este valoarea efectiv a curentului care
trece prin contactele ntreruptorului, cnd acestea sunt nchise i
pentru care sunt stabilite condiiile de funcionare i nclzire ale
aparatului n regim permanent, la tensiunea nominal.
Puterea de rupere nominal, , este definit convenional prin
relaia:
(4.1)
unde:
este curentul nominal de rupere ce reprezint valoarea efectiv a
curentului maxim care poate fi ntrerupt sigur de ntreruptor la o
tensiune a instalaiei egal cu tensiunea nominal a
ntreruptorului.
Timpul de deschidere, , este intervalul de timp de la
transmiterea impulsului la bobina de deschidere a dispozitivului
asociat ntreruptorului i pn n momentul separrii contactelor cu
stingerea complet a arcului electric format.
c) Marcarea i simbolizarea ntreruptoarelor de nalt tensiune
n funcie de tipul constructiv, orice ntreruptor are marcajul
format din: un grup de litere prin care este precizat tipul
ntreruptorului i dou grupe de numere, primul indicnd tensiunea
nominal n , al doilea curentul nominal n . Spre exemplu:
reprezint ntreruptor cu ulei puin (=ntreruptor;=ortojector,
indicnd modul de suflaj al arcului electric), avnd tensiunea
nominal i curentul nominal, .
Fig. 4.1 Simboluri ale ntreruptoarelor de nalt tensiune n
schemele monofilare ale reelelor electrice, ntreruptorul de nalt
tensiune este reprezentat prin simbolurile din figura 4.1.4.1.2
ntreruptoare de joas tensiune
ntreruptoarele de joas tensiune, utilizate n schemele de
conexiuni ale staiilor electrice, posturilor de transformare i ale
tablourilor generale de la consumator, constructiv se mpart n:
1) ntreruptoare automate, care sunt prevzute cu elemente de
protecie la suprasarcin (relee termice) i la scurtcircuit (relee
electromagnetice);
2) contactoare, care numai conecteaz i deconecteaz un circuit n
baza unei comenzi voite exterioare, fr controlul parametrilor
circuitului;
3) ntreruptoare cu prghie , ce deschid sau nchid un circuit
electric parcurs de un curent a crui valoare este cel mult egal cu
valoarea nominal a aparatului.
Toate aceste tipuri au drept mediu de stingere a arcului
electric aerul. Contactele lor sunt acionate, la primele dou
tipuri, de electromagnei, la comand manual (contactorii) sau/i la o
comand a dispozitivului de protecie prin relee (ntreruptoarele
automate). La tipul 3, acionarea este manual, att la conectare ct i
la deconectare, cu ajutorul manetei.
Gabaritele lor sunt reduse i se monteaz pe stelaje metalice n
tablourile electrice de joas tensiune. Aceste aparate se
construiesc: monopolare, bipolare i tripolare, funcie de cerinele
utilizatorului.
a) Principiul de funcionare a ntreruptoarelor automate i a
contactoarelor
La excitarea bobinei (la comanda de nchidere), partea de miez
magnetic mobil, care conine contactele mobile ale aparatului se
deplaseaz, apsnd suprafaa celor fixe, i rmne n aceast poziie nchis,
bobina fiind meninut excitat printr-un contact auxiliar.
Pentru deschiderea circuitului se dezexcit bobina prin comand
manual sau automat i sub greutatea proprie sau prin destinderea
unui resort metalic, partea mobil revine n poziia iniial.
Principalele caracteristici tehnice ale aparatelor automate de
joas tensiune sunt: tensiunea nominal, , curentul nominal, ,
capacitatea de rupere, , puterea electric absorbit de bobina de
acionare , numrul de manevre (durata de via mecanic).
Marcarea acestor echipamente este azi foarte diferit, fiind
funcie de furnizor (intern sau extern). Simbolurile utilizate n
schemele electrice sunt indicate n figura 4.2
Fig. 4.2 Simboluri ale aparatelor de acionare
b) Principiul de funcionare a ntreruptoarelor prghie
Pentru acionarea contactelor mobile se folosete o prghie de
comand situat n extremitatea dreapt a aparatului, ce rotete n plan
vertical axul pe care sunt aezate solidar contactele mobile (unul,
dou sau trei funcie de numrul de faze ale circuitului respectiv).
Pentru a fi imprimat o vitez mare la deschiderea contactelor i
independent de viteza de acionare a prghiei de comand de ctre
operator, ntreruptoarele sunt dotate cu resorturi metalice.
ntreruptorul cu prghie este folosit pe circuitele de joas
tensiune din tablourile electrice, naintea siguranelor fuzibile n
sensul scurgerii energiei electrice, pentru a se putea remedia
defeciunile acestora cu scoaterea de sub tensiune a prii din
amonte.
Caracteristicile principale tehnice ale ntreruptoarelor prghie
sunt: tensiunea nominal, , n , curentul nominal , n , capacitatea
de rupere, n , numrul de manevre ale contactului mobil.
n poziia nchis, ntreruptoarele prghie se construiesc astfel nct
s nu se deschid la trecerea curenilor de scurtcircuit sau
suprasarcin prin circuitul pe care este montat. Circuitul este
ntrerupt, n acest caz, de ctre siguranele fuzibile montate n aval
de ntreruptor.
Arcul electric ce se formeaz ntre contactul mobil i cel fix se
stinge datorit alungirii lui prin deplasarea contactului mobil i
suflajului termic natural ce se realizeaz la ridicarea aerului
cald. Reprezentarea n schemele monofilare este redat n figura
4.3.
4.2 Separatoare electrice de nalt tensiune
Sunt aparate de comutaie care conecteaz sau deconecteaz
circuitele electrice cu tensiuni pe care sunt montate, aflate numai
sub tensiune (fr a fi parcurse de cureni) i care asigur n poziia
deschis o distan de izolare predeterminat din motive de securitate
a muncii pentru operatorul care lucreaz pe acel circuit.
Deschiderea separatorului ntr-un circuit parcurs de curenii de
sarcin nu trebuie s se fac dect dup ce a fost precedat de
deconectarea ntreruptorului montat pe acel circuit. Un separator
este constituit din urmtoarele elemente principale: sistemul de
contacte, sistemul izolator, dispozitivul de acionare i construcia
metalic cu articulaie de transmitere a micrii.
Dispozitivele de acionare pot fi: manuale, electrice,
pneumatice.
Pentru recunoaterea tipurilor romneti de separatoare de nalt
tensiune se folosete urmtorul sistem de simbolizare: separator;
monopolar; bipolar; tripolar; de interior; de exterior; cu cuite de
legare la pmnt. Aceste litere sunt urmate de dou grupe de cifre:
prima grup arat tensiunea nominal n , iar a doua curentul nominal
n.
De exemplu, are urmtoarea semnificaie: separator tripolar de
exterior, cu cuite de legare la pmnt, , .
a) Principalele caracteristici tehnice ale separatoarelor
Tensiunea nominal, , este valoarea efectiv a tensiunii, msurat
ntre doi poli ai separatorului, la care elementele izolante ale
aparatului pot rezista un timp ndelungat i sub care se pot face
manevre de nchidere i deschidere ale aparatului n numrul i
intervalele de timp prescrise.
Curentul nominal, , este valoarea efectiv a curentului ce poate
trece un timp ndelungat prin contactele separatorului fr a
deteriora termic sau electrodinamic aparatul.
n schemele monofilare, separatoarele se simbolizeaz ca n figura
4.4.
a) n scheme operative
a1 nchis;
a2 deschis.
b) n scheme de principiu.
Fig. 4.4 Simboluri ale separatoarelor de nalt tensiune
b) Acionarea separatoarelor
Separatoarele sunt acionate prin dispozitive de tip manual,
pneumatic sau electric, funcie de tipul lor constructiv, de treapta
de tensiune la care este montat, de importana staiei electrice n
cadrul reelei electrice zonale.
4.3 Sigurane fuzibile
Siguranele fuzibile sunt dispozitive cu ajutorul crora se
realizeaz protecia circuitelor electrice mpotriva curenilor de
suprasarcin sau de scurtcircuit, prin topirea unui fir fuzibil,
dimensionat corespunztor, conectat n serie cu circuitul care
trebuie protejat.
Sigurana fuzibil reduce de asemenea efectele termice i
electrodinamice ale curenilor de scurtcircuit, limitndu-i ca durat
i ca amplitudine.
Siguranele fuzibile se mpart, dup rol i caracteristici tehnice,
n dou categorii:
de joas tensiune, n subvariantele: cu filet (pn la ) i cu mare
putere de rupere ;
de medie tensiune .
4.3.1 Sigurane fuzibile de joas tensiune
Siguranele de joas tensiune se clasific n urmtoarele grupe
constructive:
Sigurane cu filet, formate din trei elemente principale: soclul,
patronul i capacul.
Soclul ce se execut din material ceramic, asigur fixarea
siguranei pe suportul de susinere n tabloul electric i realizeaz
contactele electrice n circuitul electric. Dup modul de execuie a
legturilor electrice, la soclu, siguranele cu filet se mpart n:
sigurane cu legturi n fa i sigurane cu legturi n spate ;
Patronul este un corp tubular ceramic, n care se afl firul
fuzibil calibrat, nconjurat de nisip de cuar cu rolul de a-l susine
i ajuta la stingerea arcului electric ce se formeaz la topirea
fuzibilului;
Capacul este compus dintr-o pies metalic filetat terminat la
exterior cu un cap din material ceramic, avnd rolul de fixare n
soclu a patronului.
Siguranele cu mare putere de rupere au soclu ceramic, contacte
electrice fixe, de tip furc, i patronul calibrat, terminat la
capete cu lamele metalice (contacte mobile), n interiorul cruia se
gsesc: firul fuzibil i nisipul de cuar.
Caracteristicile tehnice ale siguranelor fuzibile
Tensiunea nominal, , reprezint valoarea efectiv a tensiunii care
asigur pstrarea calitilor izolante ale soclului, timp
ndelungat;
Curentul nominal al soclului, , este valoarea efectiv maxim a
curentului ce poate trece un timp ndelungat prin contactele
soclului fr a le deteriora termic sau electrodinamic.
Curentul nominal al fuzibilului, , este valoarea efectiv a
curentului maxim ce poate trece prin fuzibil un timp nelimitat, fr
a topi fuzibilul i este marcat (calibrat) pe patron;
Curentul minim de topire a fuzibilului, , reprezint valoarea
efectiv a curentului care traversnd fuzibilul produce topirea
acestuia.
Caracteristica siguranei fuzibile este specific fiecrui fuzibil
calibrat (, , etc.) i reprezint dependena timpului de topire de
valoarea curentului ce strbate fuzibilul (fig. 4.5). Ea este
asimptotic la valoarea curentului minim de topire.
Fig. 4.5 Caracteristica
Din figur se constat c valoarea nominal a fuzibilului este
inferioar valorii curentului de topire .
Alura descresctoare ne arat c odat cu creterea valorii
curentului timpul de topire este mai mic, ceea ce asigur acionarea
selectiv a siguranelor, montate pe circuite legate n serie,
valoarea fuzibilului standardizat crescnd cu trepte din aval spre
amonte n sensul de scurgere a curentului prin aceste circuite.
4.3.2 Sigurane fuzibile de medie tensiune
Siguranele fuzibile de medie tensiune sunt utilizate pentru
protecia la suprasarcin i scurtcircuit n cazul circuitelor care
alimenteaz:
transformatoare de tensiune;
partea de medie tensiune a PTA*;
baterii de condensatoare**;
- unele motoare de medie tensiune, asociate cu aparate de
conectare i deconectare a circuitului sub sarcin.
Principiul de funcionare i caracteristicile tehnice sunt aceleai
ca i pentru cele de joas tensiune, descrise mai sus.
O siguran de medie tensiune are urmtoarele elemente componente:
cadrul metalic cu izolatoarele suport;
contactele fixe montate pe izolatoarele suport i ntre care se
introduce port-fuzibilul;
port-fuzibilul (patronul) confecionat din material izolant
(porelan), avnd n interior nisip de cuar;
elementul fuzibil, confecionat din Cu sau Ag i pe care sunt
aplicate bobie de dizolvant metalic (plumb, cositor), cu scopul de
a reduce artificial temperatura de topire a fuzibilului.
4.3.3 Notaia siguranelor n schemele electrice
a) Sigurane fuzibile de joas tensiune
Fig. 4.6 Simboluri ale siguranelor fuzibile de joas tensiune
Numrtorul reprezint curentul nominal al soclului; numitorul
curentul nominal al fuzibilului.
b) Sigurane fuzibile de medie tensiuneNotaia lor se face dup
tipul circuitului i locul de montare:
, pentru circuitul cu transformatoare de putere montate interior
sau motoare;
pentru circuitul cu transformatoare de putere montate n
exterior;
, pentru circuitul transformatoarelor de tensiune montate n
interior;
, pentru circuitul transformatoarelor de tensiune montate n
exterior.
Primul grup de cifre reprezint tensiunea nominal n , al doilea
curentul nominal n .
Fig. 4.7 Simbolul siguranelor
de medie tensiune
4.4 Descrctoare electrice
Sunt aparate care protejeaz instalaiile mpotriva undelor de
supratensiune ce pot aprea accidental n reelele electrice ca urmare
a descrcrilor atmosferice, scurtcircuitelor sau a manevrelor de
comutare a circuitelor electrice din compunerea acestor reele.
Descrctoarele electrice se monteaz cte unul ntre fiecare faz i
pmnt. Constructiv sunt dou tipuri: tubulare , care se monteaz pe
stlpii liniilor electrice aeriene i cu rezisten variabil care se
monteaz pe barele staiilor i posturilor de transformare.
a) Principiul de funcionare a descrctorului
n regim normal, sub tensiunea de serviciu, legtura electric ntre
i descrctorul este ntrerupt, prin spaiul de izolare al eclatorului
, prestabilit la o anumit valoare de descrcare, .
Cnd o und de supratensiune ajunge n punctul, cu viteza , spaiul
este strpuns i energia undei se scurge spre pmnt prin rezistena,
sub form de curent de scurgere .
Rezistena neliniar , sub aciunea tensiunii undei i micoreaz
valoarea, astfel nct energia undei s se scurg spre pmnt ct mai mult
i ct mai repede.
Dup descrcare, revine la valoarea iniial, micornd curentul de
scurtcircuit ce apare ntre faz i pmnt sub aciunea tensiunii de
serviciu a liniei dup trecerea undei reziduale , , conducnd la
stingerea arcului electric format de procesul de descrcare i
ntreruperea legturii electrice cu pmntul.
Fig. 4.8 Principiul de acionare al descrctorului electric
unde de supratensiune nainte de ; und rezidual, dup ;
descrctor;
spaiul de izolare; rezistena neliniar; eclator ;
- viteza de deplasare a undei de supratensiune.
b) Caracteristici tehnice Tensiunea nominal, , este valoarea
eficace a tensiunii ntre dou faze, la care sunt conectate
descrctoarele, pentru care aparatul a fost proiectat i construit ca
izolaia s reziste timp nelimitat; valorile sunt cuprinse ntre i
.
Tensiunea de amorsare (de frecven industrial sau la impuls), ,
este valoarea tensiunii la care ncepe s treac prin electorul al
descrctorului un curent de descrcare.
Curentul de scurgere, , este curentul de impuls care trece prin
aparat dup amorsare prin efectul unei supratensiuni de impuls.
Curentul de nsoire, , este curentul care trece prin aparat dup
curentul de scurgere sub influena tensiunii reelei. Simbolurile
descrctoarelor n schemele electrice sunt prezentate n figura 4.9.
Fig. 4.9 Simboluri ale descrctoarelor electrice
a) descrctor tip b) descrctor tubular
4.5 Transformatoare de putere
Transformatoarele de putere sunt aparate electromagnetice care
au rolul de a schimba valorile mrimilor energiei de curent
alternativ - intensitatea curentului i tensiunea - meninnd frecvena
constant.
a) Principiul de funcionare
Principiul de funcionare se bazeaz pe legea induciei
electromagnetice, conform creia fluxul magnetic variabil produs de
curentul din nfurarea primar, induce o tensiune electromotoare
variabil n nfurarea secundar.
Fig. 4.10 Principiul de funcionare
al unui transformator ideal
n figura 4.10 se prezint schematic modul de funcionare a unui
transformator monofazat ideal (fr pierderi i scpri de flux
magnetic).
Pe coloanele miezului magnetic se gsesc dou nfurri de
conductoare din cupru sau din aluminiu, izolate ntre ele i fa de
miez, avnd spire n primar , unde se aplic tensiunea i spire n
secundar .
Tensiunea produce un flux magnetic . Legea induciei
electromagnetice, aplicat primarului, ne conduce la:
(4.2)
sau:
, considernd .
(4.3)
Deci:
,
(4.4)
.
(4.5)
Relaia 4.5 exprim legtura dintre mrimea electric - tensiunea din
primar, valoare efectiv i mrimea magnetic - fluxul magnetic,
valoare maxim .
Neglijnd pierderile n transformator (transformator ideal),
tensiunea din secundar este generat de acelai flux:
,
(4.6)
.
(4.7)
Din relaiile (4.5) i (4.7) rezult:
.
(4.8)
Raportul este o caracteristic a transformatorului denumit raport
de transformare.
Avnd n vedere c puterea aparent din primar este identic cu cea
din secundar (transformator fr pierderi), obinem:
(4.9)
sau
(4.10)
Relaia 4.10 arat c raportul ntre tensiuni i cureni este invers
proporional: dac tensiunea n primar este mai mare dect n secundar,
curentul din primar este mai mic dect cel din secundar i
invers.
b) Construcia transformatoarelor de putere
n reelele electrice de medie tensiune se utilizeaz
transformatoare trifazate cu dou nfurri pe fiecare faz (una fiind
primarul, cealalt secundarul), montate pe coloanele miezului
magnetic. Cele trei nfurri din primar au conexiunile n triunghi ,
respectiv din secundar n stea cu neutrul scos pe capacul
transformatorului pentru a fi legat la pmnt n staia electric sau
postul de transformare n care se monteaz (fig. 4.11).
Fig. 4.11 Conexiunile transformatoarelor cu dou
nfurriPrincipalele pri componente ale transformatoarelor electrice
de medie tensiune sunt:
Cuva transformatorului, cu evi care au un dublu rol: reprezint
pe de o parte baia de ulei ca element dielectric (izolant), iar pe
de alt parte sistemul de rcire al transformatorului; cldura produs
de ctre pierderile electrice din transformator este preluat de
uleiul din cuv de la nfurri i, prin convecie i radiaie, aceasta
este evacuat n exterior;
Miezul transformatorului, format din tole de fier special cu
grosimi de cu un coninut de siliciu, izolate ntre ele cu lac,
prinse pachet, rezultnd cele trei coloane pe care sunt dispuse
nfurrile i unite ntre ele la partea superioar i inferioar prin
juguri, pentru a nchide circuitul magnetic;
nfurrile transformatorului, cilindrice sau n glei, reprezentate
de bobinele cu conductoare de sau , izolate i dispuse spiralizat n
mai multe straturi pe carcase din materiale electroizolante. Numrul
lor: trei bobine (nfurri) legate n triunghi pentru partea de medie
tensiune i trei bobine (nfurri) legate n stea cu neutrul legat la
pmnt pe partea de joas tensiune. Acestea sunt parcurse de curenii
de sarcin i au poteniale diferite ntre ele i cuv sau miezul de
transformator.
Izolatoarele de trecere servesc pentru trecerea conductoarelor
care fac legtura ntre nfurrie transformatorului i instalaia
electric din staia sau postul de transformare, montate pe capacul
cuvei. Ele sunt din porelan, cu rile (ncreituri) pentru mrirea
liniei de conturare i sunt umplute cu ulei.
Conservatorul de ulei este un corp cilindric din oel, etan,
aezat pe capacul transformatorului, avnd rolul de rezervor de ulei
i de preluare a variaiilor de volum ale uleiului nclzit datorit
pierderilor din transformator .
Comutatorul de ploturi, aezat pe capac, servete la modificarea
numrului de spire de pe partea de nalt tensiune pentru schimbarea
valorii tensiunii secundare.
c) Caracteristicile transformatoarelor trifazate
Tensiunea nominal din primar, U1n (kV( este valoarea efectiv a
tensiunii msurate ntre dou faze ce a servit la dimensionarea
transformatorului n regim simetric i echilibrat i la care izolaia
transformatorului i menine proprietile sale dielectrice.
Tensiunea nominal din secundar, U2n (V( este valoarea efectiv a
tensiunii msurate ntre dou faze i care corespunde ncrcrii nominale
a transformatorului, cnd primarului i se aplic tensiunea U1n, iar
comutatorul de ploturi este pe poziia median.
Puterea aparent nominal din secundar, S2n (kVA(, este valoarea
puterii aparente cu care transformatorul se poate ncrca n condiiile
pstrrii temperaturilor n miez i nfurri la valorile proiectate.
Puterea aparent nominal din primar, S1n (kVA(, este definit prin
relaia:
(4.11)
n care (n este randamentul nominal al transformatorului.
Pierderile n cupru nominale, (kw(, reprezint pierderile de
putere activ prin efect Joule-Lenz n nfurri, n regim de scurt
circuit al transformatorului (U2= 0).Pierderile n fier nominale,
(PFe (kw(, reprezint pierderile de putere activ ale
transformatorului la mersul n gol al acestuia.
Tensiunea de scurtcircuit procentual, usc % este definit prin
relaia:
(4.12)
n care este valoarea redus a tensiunii aplicat primarului cnd
secundarul este n scurtcircuit, iar curentul primar are valoarea
nominal, I1n.
Curentul de mers n gol procentual, i0%, este definit prin
relaia:
(4.13)
n care I10 este valoarea curentului din primarul
transformatorului cnd secundarul este n gol (u2 = U20).
Grupa de conexiuni a transformatorului este exprimat prin dou
litere i o cifr care au semnificaia: prima liter reprezint modul
conexiunilor nfurrilor din primar, a doua din secundar, iar cifra,
nmulit cu 300, reprezint decalajul tensiunii secundare fa de
analoga ei din primar. Exemplu: (/Y5 - nfurrile din primar sunt n
triunghi, cele din secundar n stea, iar tensiunea din secundar este
defazat fa de cea din primar cu 5 x 300 = 1500.
d) Mersul n paralel al transformatorului de putere
n scopul acoperirii curbei de sarcin, n staiile electrice i
posturile de transformare, se monteaz cte dou sau mai multe
transformatoare de putere conectate n paralel: nfurrile primare la
fazele corespunztoare ale barelor colectoare de nalt tensiune, iar
cele de medie sau joas tensiune la fazele corespunztoare ale
barelor colectoare de medie sau joas tensiune.
Pentru a putea funciona n paralel transformatoarele trebuie s
ndeplineasc urmtoarele condiii:
a) tensiunile nominale primare i cele secundare s fie respectiv
egale (se admit abateri ale rapoartelor de transformare de (
(0,5%.... 1%);
b) tensiunile de scurtcircuit s fie egale (se admit abateri de (
10%);
c) tensiunile fazelor corespunztoare trebuie s aib aceleai
defazaje (aceeai grup de conexiuni);
d) se recomand ca raportul puterilor nominale ale
transformatoarelor s nu fie mai mare de 3/1, luate dou cte dou n
comparaie.
e) Simbolizarea transformatoarelor de putere n schemele
monofilare
Transformatoarele cu dou nfurri, frecvent utilizate n
instalaiile din treapta de distribuie, sunt reprezentate n schema
monofilar conform fig. 4.12.
a) medie tensiune/joas tensiune
b)nalt tensiune/medie tensiune
Fig. 4.12 Simboluri ale transformatoarelor de putere cu 2
nfurriCercul superior, P, reprezint nfurrile primare conectate n
triunghi n a) i n stea n b), iar cercul inferior, pe cele secundare
conectate n stea cu neutrul legat la pmnt n a) i n triunghi n
b).
4.6 Transformatoare de msur
Sunt aparate care servesc pentru reducerea valorii mrimilor de
pe circuitul primar pn la valorile nominale ale aparatelor de
msurare care se monteaz n secundarul acestor transformatoare.
Dup criteriul funcional se mpart n:
transformatoare de curent
transformatoare de tensiune.
4.6.1 Transformatorul de curent
Este destinat reducerii valorii curentului care circul prin
primar la o valoare de pn la 5A sau 10A.
Transformatorul de curent se construiete numai monofazat i se
monteaz nfurarea primar n serie cu o faz a circuitului primar, iar
nfurarea secundar se conecteaz la bobinele de curent ale aparatelor
de msurare, legate n serie.
Principiul de funcionare este acelai cu al transformatorului de
putere, funcionnd ns cu secundarul practic n scurtcircuit.
Fiind dimensionat pentru acest regim rezult c secundarul trebuie
s fie totdeauna conectat pe o impedan mic (bobinele de curent ale
aparatelor de msurare: ampermetre, bobinele de curent ale
contorului, ale wattmetrului etc.); procednd altfel (lsnd
secundarul deschis) transformatorul se va defecta datorit apariiei
unei tensiuni mari pe secundarul deschis, care va strpunge izolaia
aparatului punnd n pericol de electrocutare personalul
operativ.
Pentru acest motiv nu se monteaz sigurane fuzibile pe circuitul
secundar, care prin topire, vor lsa deschis acest circuit.
Construcia cuprinde, n funcie de treapta de tensiune nominal,
urmtoarele elemente principale:
miezul de fier, compus din tole magnetice izolate ntre ele i
strnse pachet;
nfurarea primar, reprezentat de o bobin dispus pe miezul
magnetic i avnd spire puine, izolate, cu seciuni mari;
nfurarea secundar, avnd bobina cu spire multe i seciuni
mici;
carcasa metalic, cu izolatoare de porelan sau turnate n rini
sintetice;
bornele pentru racordarea la circuite: dou pe primar, notate cu
P1, P2 sau K, L i dou pe secundar notate cu S1, S2 sau k, l.
n figura 4.13 se arat modul de conexiuni n circuitele
electrice
Fig. 4.13Conexiuni ale transformatoarelor de curent
a) circuit primar monofazat cu 1TC b)circuit primar trifazat cu
3TC montate n Y0A - ampermetru, W bobina de curent a wattmetrului,
CA bobina de curent a contorului activ, TC transformator de curent.
Mrimile caracteristice principale ale transformatoarelor de curent
sunt:
Tensiunea nominal U [V] sau [kV], reprezentnd valoarea efectiv a
tensiunii ntre dou faze ale circuitului primar la care izolaia nu
este strpuns timp nelimitat.Curentul nominal primar Ipn [A] care
este valoarea standard a curentului ce strbate nfurarea primar tip
ndelungat fr a provoca deteriorri prin nclzirea ei.Curentul nominal
secundar Isn [A], a crui valoare este fie 5A, fie 1A n funcie de
tipul constructiv.Puterea aparent nominal, Sn [VA], exprimnd
capacitatea de ncrcare a nfurrii secundare corespunztoare clasei de
precizie celei mai mari. Pentru a nu fi depit aceast putere nominal
este necesar ca impedana sum a aparatelor conectate pe secundar s
ndeplineasc condiia:
(4.14)
Clasa de precizie, exprimat n procente (0,2 %, 0,5 %, 1 %, 3 %)
ce reprezint eroarea de curent maxim la funcionarea n plin sarcin a
transformatorului.Raportul de transformare nominal al
transformatoarelor de curent reprezint raportul dintre curentul
nominal primar i curentul nominal secundar (ex. 100/5, 200/5,
1000/5):
(4.15)
n schemele monofilare, transformatoarele de curent se
simbolizeaz conform fig 4.14.
Fig. 4.14 Simbolul transformatorului de curent
4.6.2 Transformatorul de tensiune
Este destinat reducerii valorii tensiunii circuitului primar la
o valoare de pn la 100 sau 110 V.
Principiul de funcionare este acelai cu al transformatorului de
putere, funcionnd cu secundarul conectat pe o impedan foarte mare
(practic n gol). Drept consecin, pe secundar se vor racorda,n
paralel, bobinele de tensiune ale aparatelor de msurat (voltmetre,
bobinele de tensiune ale wattmetrelor, contoarelor, etc). Spre
deosebire de transformatoarele de curent, pentru protejarea
transformatorului mpotriva curenilor de scurtcircuit, se monteaz
att pe primar ct i pe secundar sigurane fuzibile.
Transformatorul de medie tensiune se construiete n urmtoarele
variante:
monofazat, cu o nfurare primar i una secundar;
trifazat, cu trei nfurri primare i trei nfurri secundare;
trifazat, cu trei nfurri primare, trei secundare i trei nfurri
teriare (triunghi deschis pentru aparatele de protecie
homopolar).
La treapta de nalt tensiune (110 750 kV), transformatoarele de
tensiune sunt de tipul capacitiv. Principiul de funcionare este:
divizarea tensiunii fazei respective prin condensatoare legate n
serie ntre faz i pmnt (primarul) i conectarea la bornele ultimului
condensator a unui transformator inductiv cu ploturi de reglaj
pentru a obine n secundar valoarea tensiunii standard de 100 sau
110 V.
Prile constructive la transformatorul de tensiune inductiv
(folosit n treapta de medie tensiune) sunt aceleai cu cele ale
transformatorului de curent.
Mrimile caracteristice principale ale transformatoarelor de
tensiune sunt:
Tensiunea nominal primar Upn [kV], respectiv tensiunea nominal
secundar Usn [V], reprezint valoarea efectiv a tensiunii nscris pe
plcua transformatorului pentru care acesta este dimensionat ca numr
de spire, inducie, putere i clasa de precizie
Raportul de transformare nominal ce reprezint raportul ntre
valorile nominale ale tensiunilor din primar i secundar:
(4.16)
Puterea aparent nominal, Sn [VA], exprimnd capacitatea de
msurare a nfurrii secundare corespunztoare clasei de precizie celei
mai ridicate . Pentru a nu fi depit aceast putere nominal este
necesar ca impedana rezultat a impedanelor conectate n paralel pe
secundar s ndeplineasc condiia:
(4.17)
Clasa de precizie, exprimat n procente (0,2 %, 0,5 %, 1 %, 3
%)este definit asemntor cu cea de la transformatorul de curent.
Transformatorul trifazat de tensiune se conecteaz i simbolizeaz
n schemele monofilare conform fig. 4.15.
P primar
S secundar
T teriar
Fig. 4.15 Simbolul transformatoarelor de tensiune
Not: Tensiunile sunt tensiuni pe faz, respectiv ori tensiunea
ntre faze.Circuit secundar
CA
W
a) general
b) indicnd poziia nchis
c) indicnd poziia deschis
b) ntreruptor cu relee termice
i electromagnetice
a) contactor
A
Fig. 4.3 Simbolul ntreruptorului cu prghie tripolar
cu In = 100 A)
SFI - 20 - 40
IP III 100 A
a) sigurane fuzibile cu filet
1 circuit monofazat;
2 circuit trifazat
b) siguran fuzibil tip MPR
1
2
MPR 160/80A
LF25/6
LF25/16
A
v
EMBED Equation.3
A
v
EMBED Equation.3
s
R
D
E
Is
LEA
a1
a2
STI 20-400
DRV 20 kV
DT - 10 kV
i2
u2
(S)
w1
w2
(P)
i1
M
0
R
S
T
R
S
T
0
miez magnetic
coloan magnetic
t
r
R
s
T
a) conexiune n Y
b) conexiune n (
c) dispunerea nfurrilor pe miezul magnetic
TC 10 kV 25/5A
Y
Y
bare colectoare
separator
sigurane fuzibile medie tensiune
TT - EMBED Equation.3
TT - EMBED Equation.3
sigurane fuzibile medie tensiune
separator
bare colectoare
Y
Y
T
S
P
P
S
20 kV
S
(
Yo
Y
(
CA
W
A
S1
Is
S2
P2
TC
P1
Ip
R
1TC
R
P1
P2
S1
S2
2TC
P1
P2
S
S1
S2
T
P1
P2
3TC
S1
S2
b
Fazele 1,2,3 (medie tensiune)
P
S
Fazele 1,2,3 (nalt tensiune)
Nul(0)
Fazele 1,2,3 (joas tensiune)
U1n/0.4 [KV]
S2n [kVA]
Fazele 1,2,3 (medie tensiune)
P
S
U1n/U2n [kV]
S2n [MVA]
(
STI 20-400
EMBED Equation.3
* Post de transformare de tip aerian;
** Dispozitive care folosesc pentru mbuntirea factorului de
putere al instalaiei electrice respective.
PAGE 15
_1106319476.unknown
_1106328031.unknown
_1107577092.unknown
_1107578965.unknown
_1130753174.unknown
_1130754094.unknown
_1130756374.unknown
_1130756375.unknown
_1130755423.unknown
_1130755848.unknown
_1130755857.unknown
_1130755549.unknown
_1130754168.unknown
_1130753221.unknown
_1130753226.unknown
_1130753181.unknown
_1130753046.unknown
_1130753131.unknown
_1130751639.unknown
_1130753008.unknown
_1107580160.unknown
_1107578031.unknown
_1107578906.unknown
_1107578927.unknown
_1107578881.unknown
_1107578772.unknown
_1107577304.unknown
_1107577367.unknown
_1107577290.unknown
_1106332382.unknown
_1106332649.unknown
_1106333798.unknown
_1106334578.unknown
_1106334587.unknown
_1106334639.unknown
_1106333847.unknown
_1106333106.unknown
_1106333139.unknown
_1106332964.unknown
_1106332421.unknown
_1106332635.unknown
_1106332406.unknown
_1106328938.unknown
_1106332340.unknown
_1106332359.unknown
_1106329421.unknown
_1106328695.unknown
_1106328773.unknown
_1106328482.unknown
_1106326463.unknown
_1106326892.unknown
_1106327702.unknown
_1106327909.unknown
_1106328019.unknown
_1106327714.unknown
_1106326908.unknown
_1106327688.unknown
_1106326900.unknown
_1106326551.unknown
_1106326857.unknown
_1106326873.unknown
_1106326570.unknown
_1106326617.unknown
_1106326512.unknown
_1106326530.unknown
_1106326494.unknown
_1106325961.unknown
_1106326296.unknown
_1106326419.unknown
_1106326445.unknown
_1106326382.unknown
_1106326260.unknown
_1106326276.unknown
_1106326238.unknown
_1106325775.unknown
_1106325903.unknown
_1106325940.unknown
_1106325890.unknown
_1106325690.unknown
_1106325723.unknown
_1106325652.unknown
_1106315744.unknown
_1106316857.unknown
_1106318915.unknown
_1106319184.unknown
_1106319201.unknown
_1106319466.unknown
_1106319192.unknown
_1106319065.unknown
_1106319123.unknown
_1106319018.unknown
_1106318160.unknown
_1106318255.unknown
_1106318856.unknown
_1106318177.unknown
_1106317880.unknown
_1106317921.unknown
_1106317854.unknown
_1106316374.unknown
_1106316441.unknown
_1106316704.unknown
_1106316789.unknown
_1106316678.unknown
_1106316403.unknown
_1106316413.unknown
_1106316388.unknown
_1106316325.unknown
_1106316347.unknown
_1106316364.unknown
_1106316337.unknown
_1106316176.unknown
_1106316315.unknown
_1106315814.unknown
_1106291655.unknown
_1106292355.unknown
_1106292628.unknown
_1106315715.unknown
_1106315726.unknown
_1106315693.unknown
_1106292570.unknown
_1106292598.unknown
_1106292544.unknown
_1106291790.unknown
_1106291857.unknown
_1106291885.unknown
_1106291800.unknown
_1106291749.unknown
_1106291763.unknown
_1106291740.unknown
_1106290504.unknown
_1106290699.unknown
_1106290824.unknown
_1106291593.unknown
_1106290762.unknown
_1106290535.unknown
_1106290651.unknown
_1106290520.unknown
_1106289113.unknown
_1106290467.unknown
_1106290490.unknown
_1106289485.unknown
_972918265.unknown
_1106288540.unknown
_1106289052.unknown
_989826374.unknown
_1106288525.unknown
_989825249.unknown
_989825368.unknown
_989402082.unknown
_945160128.unknown
_945160139.unknown
_945123535.unknown