Alimentarea cu energie electrica a utilajelor
si receptoarelor industriale

1. Locul instalatiilor industriale in sistemul electroenergetic

Instalatiile din aval de punctul de delimitare intre furnizor si consumator (§ 1.2.1), in cadrul sistemului electroenergetic (SEE) sunt denumite instalatii de utilizare (a energiei electrice) sau instalatii (electrice) la consumator.

Figura 1.1 evidentiaza fluxul de energie electrica de la centrele de producere (centralele electrice) la ultimul receptor R sau utilaj U, cu variantele posibile de retea (reprezentate intre acolade ).

2. Componentele sistemului de alimentare

Sistemul de alimentare cu energie electrica a utilajelor si receptoarelor unui consumator cuprinde, in principal (conform fig. 1.2.1), sistemul extern si sistemul intern.

a. Sistemul extern este reprezentat de reteaua zonala a SEE, printr-un nod al retelei (retele de IT, MT sau JT, in functie de puterea ceruta de consumator). Apartine furnizorului.

b. Statia de primire (sau statiile de primire, in cazul marilor consumatori) este materializata (in functie de puterea solicitata de consumator) prin: statii de transformare, statii de conexiuni (fara transformatoare) sau tablouri de distributie. Poate (pot) apartine fie furnizorului, fie consumatorului (conform contractului incheiat).

c. Sistemul intern, apartinand consumatorului, cuprinde:

- retele de distributie interne (in JT, MT si/sau IT, in functie de consumator) cu puncte de distributie, prin care energia electrica este dirijata in diferite directii si spre diferite elemente alimentate: statii de transformare, statii de conexiuni, tablouri de distributie, bare de distributie;

- surse proprii ale consumatorului:

- surse permanente, care acopera o parte din consumul de energie electrica al consumatorului (de exemplu, o centrala electrica de platforma, conectata la SEE);

- surse de interventie, care permit alimentarea provizorie a unui grup restrans de receptoare importante (vitale), in cazul intreruperii alimentarii din sistemul extern: baterii de acumulatoare, generatoare sincrone mici actionate de motoare cu ardere interna.

Totalitatea elementelor de retea (linii, aparate, etc.) care se interpun intre sursa si un element alimentat constituie ceea ce se numeste o cale de alimentare.

Siguranta functionarii (disponibilitatea) retelei de alimentare

Una din cerintele principale pe care trebuie sa le satisfaca o retea este asigurarea, pe cat posibil, a continuitatii alimentarii receptoarelor, astfel incat indisponibilitatea accidentala a retelei sa afecteze cat mai putin (din punct de vedere tehnic, al consecintelor economice si al protectiei) functionarea acestora.

1. Categorii de receptoare

In raport cu conditiile privind continuitatea alimentarii, receptoarele unui consumator se pot grupa in patru categorii, consecintele intreruperii alimentarii cu energie electrica, pentru fiecare categorie constand in:

- Categoria 0 (receptoare 'vitale') - declansarea de incendii sau explozii, distrugerea utilajelor, pericol pentru viata oamenilor;

- Categoria I - pagube economice importante, rebuturi, imposibilitatea de recuperare a productiei nerealizate;

- Categoria II - nerealizari de productie recuperabile;

- Categoria III - consecinte nesemnificative.

Pentru fiecare categorie, se precizeaza, pe de o parte, durata maxima a timpului de intrerupere a alimentarii si, pe de alta parte, modalitatile de asigurare a unei rezerve de alimentare.

2. Rezervarea in alimentare

In vederea cresterii sigurantei in functionarea instalatiilor consumatorului, se poate prevedea o rezerva de alimentare, tinand cont de eventualitatea defectarii unor elemente ale sistemului de alimentare.

Rezervarea poate fi :

- totala, constand in dublarea ansamblului caii de alimentare;

- partiala, realizata prin dublarea numai a elementelor de retea cu probabilitatea de defectare cea mai mare.

Rezerva poate consta in:

- surse:

- sursa de baza - SEE printr-un nod al sistemului;

- sursa de rezerva:

- SEE prin alt nod;

- surse de interventie;

- linii (cu alimentare fie din aceeasi sursa, fie din surse diferite):

- linia de baza;

- linia de rezerva;

- transformatoare:

- transformator de baza;

- transformator de rezerva, dimensionat la sarcina integrala sau partiala,
conectat la retea fie permanent (rezerva 'calda'), fie numai in caz de avarie
a transformatorului de baza (rezerva 'rece');

- sisteme de bare de distributie;

- buclarea retelelor (alimentarea de la ambele extremitati).

In caz de defect, rezerva poate fi conectata fie manual, fie automat, folosind o schema de anclansare automata a rezervei (AAR).

Realizarea sigurantei in alimentarea receptoarelor

Pentru realizarea sigurantei in alimentarea receptoarelor, in functie de categoria in care se incadreaza acestea, sunt posibile urmatoarele solutii:

- Categoria 0:

- doua cai de alimentare independente, racordate in puncte distincte ale SEE;

- surse de interventie;

- anclansarea automata a rezervei;

- circuite distincte fata de alte receptoare.

- Categoria I:

- doua cai de alimentare racordate in puncte distincte din sistemul intern (bare distincte din statii de transformare, posturi de transformare, statii de conexiuni), cu anclansarea automata a rezervei;

- circuite distincte fata de alte receptoare.

- Categoria II: 1 - 2 cai de alimentare din sistemul intern, in urma unui studiu tehnico- economic.

- Categoria III: o singura cale de alimentare.

4. Retele electrice de distributie la consumator

Structura si componenta retelelor electrice este determinata de realizarea obiectivelor mentionate in § 2.10.1.

Schemele principiale de distributie tin seama, de asemenea, de:

- felul curentului si nivelul de tensiune necesar;

- schemele conductoarelor active;

- schemele de legare la pamant.

4.1. Felul curentului si nivelul de tensiune necesar

Majoritatea retelelor electrice de distributie la consumator sunt retele de curent alternativ de joasa tensiune la frecventa de 50 Hz, corespunzand cerintelor de alimentare pentru cea mai mare parte din receptoarele instalatiilor.

Retelele de inalta tensiune si de medie tensiune sunt folosite la marii consumatori, in principal pentru alimentarea unor puncte de distributie sau posturi de transformare situate in diverse sectoare pe teritoriul consumatorului. Eventualele receptoare de medie tensiune sunt alimentate direct din statiile de conexiuni sau din barele de medie tensiune ale posturilor de transformare apropiate.

Alimentarea receptoarelor de medie frecventa, de curent continuu sau de curent alternativ la tensiuni foarte joase (reduse) se face tot din reteaua de joasa tensiune, la frecventa industriala folosind respectiv convertizoare/convertoare locale, redresoare locale sau transformatoare coboratoare locale.

4.2. Schemele conductoarelor active

Cele mai utilizate scheme ale conductoarelor active in curent alternativ (§ 2.8) sunt:

- monofazat cu doua conductoare (L, N);

- monofazat cu trei conductoare (L, N, PE);

- trifazat cu trei conductoare (L1, L2, L3);

- trifazat cu patru conductoare (L1, L2, L3, PE sau L1, L2, L3, PEN).

4. Izolatia conductoarelor active fata de masa

Pentru a se asigura protectia personalului si continuitatea in exploatare, conductoarele si piesele sub tensiune ale unei instalatii electrice sunt 'izolate' fata de masele metalice, prin:

- utilizarea de materiale izolante;

- distante de izolare in aer si linii de fuga corespunzatoare.

Defectele de izolatie se pot produce:

- in timpul instalarii : deteriorarea mecanica a izolatiei unui conductor sau cablu;

- in exploatare, cauzate de:

- depunerile de pulberi conductive;

- imbatranirea termica a izolatiei, datorita mediului ambiant, numarului prea
mare de conductoare intr-o conducta, unui dulap prost ventilat, curentilor
armonici, supracurentilor;

- fortele electrodinamice dezvoltate in cazul unui scurtcircuit, care pot
deteriora un cablu sau pot diminua o distanta de izolare;

- supratensiunile de manevra sau atmosferice;

- supratensiunile de frecventa industriala rezultate in urma unui defect de
izolare pe partea de medie tensiune.

Defectele de izolatie pot fi:

- de mod diferential (intre conductoare active, degenerand in scurtcircuit);

- de mod comun (intre conductoare active si masa), in care caz apare un curent de circulatie prin conductoarele de protectie sau prin pamant.

In retele se pot intalni:

- un defect simplu, in care este antrenata numai una din fazele retelei;

- un defect dublu, in care este antrenata si o alta faza a retelei inainte ca un defect simplu sa fie eliminat.

Un defect de izolatie prezinta pericol pentru viata oamenilor, pentru conservarea bunurilor materiale si pentru disponibilitatea energiei electrice.

Principalele efecte ale contactului persoanelor cu partile conductive ale instalatiei aflate permanent sau accidental sub tensiune sunt mentionate in paragrafele 1.4 si 14.1.

Incendiile sau exploziile se pot produce fie datorita incalzirii locale importante, fie datorita arcului electric aparut in urma strapungerii izolatiei. Se stie ca un contact punctual intre un conductor si o piesa metalica poate provoca un incendiu, in localuri deosebit de sensibile, daca intensitatea curentului depaseste 500 mA. Riscuri importante apar, de exemplu, in intreprinderi petrochimice. Riscuri medii, dar cu consecinte foarte grave, se manifesta in imobilele cu inaltime mare cu aflux mare de persoane.

Disponibilitatea de energie este afectata intrucat, pentru a elimina un defect, se recurge la deconectarea (de regula, automata) a sectorului respectiv, ceea ce poate avea consecinte atat asupra personalului (de exemplu, intreruperea brusca a iluminatului, scoaterea din functiune a unor echipamente si instalatii de protectie), cat si din punct de vedere economic (pierderi de productie).

In plus, daca intensitatile curentilor de defect sunt mari, pot avea loc deteriorari in instalatie si in receptoare (care maresc costurile si durata reparatiilor), iar circulatia de curenti de mod comun poate perturba echipamentele sensibile (mai ales daca acestea fac parte dintr-un sistem de curenti slabi extins teritorial si cu legaturi galvanice).

Supratensiunile de manevra la deconectare, precum si fenomenele de radiatie electromagnetica pot antrena, de asemenea, disfunctionalitatea echipamentelor sensibile.

Supratensiunile atmosferice (traznet) in retelele aeriene de medie tensiune sunt transmise, prin efect capacitiv intre bobinajele transformatorului, conductoarelor active de joasa tensiune, reprezentand o perturbare de mod comun intre retea si pamant.

Supratensiunile de manevra de mod diferential produse de unele aparate de medie tensiune (de exemplu, intreruptoare in vid) sunt transmise retelei de joasa tensiune prin cuplaj capacitiv si magnetic, independent de legatura acesteia cu pamantul.

Strapungerea izolatiei intre cele doua infasurari ale transformatorului duce la cresterea potentialului retelei de joasa tensiune fata de pamant la nivelul tensiunii simple din reteaua de medie tensiune (ceea ce impune masuri pentru descarcarea la pamant).

Strapungerea izolatiei primarului transformatorului fata de masa poate provoca cresterea periculoasa a potentialului neutrului daca acesta este legat la aceeasi priza de pamant cu masa transformatorului (motiv pentru care se recomanda folosirea de prize separate).

4.4. Izolatia retelei fata de pamant

Orice retea electrica este mai mult sau mai putin bine izolata fata de masele metalice si fata de pamant. Scurgerile de curent la pamant se pot reprezenta introducand impedantele de izolatie intre fiecare faza si pamant.

Impedantele corespunzatoare conductoarelor retelei sunt constituite din capacitatea fiecarui conductor fata de pamant C_p, din rezistenta de izolatie a acestora R_iz sau din ambele elemente legate in paralel (fig.4.1) :

(4.1)

Aceste impedante sunt in realitate uniform distribuite pe lungimea l a liniei
(fig. 4.2):

(4.2)

r₀ si c₀ reprezentand rezistenta respectiv capacitatea pe unitatea de lungime.

In retelele de joasa tensiune aeriene se poate neglija componenta capacitiva (considerand numai rezistentele de izolatie), in timp ce la retelele in cablu componenta capacitiva este mult mai importanta decat rezistenta de izolatie (c₀ mF/km,
r₀ 10 MW/km).

In vederea simplificarii calculelor, mai ales atunci cand se urmareste in principal desprinderea unor concluzii de principiu, se pot considera doua scheme echivalente:

- schema cu trei impedante concentrate Z₁, Z₂, Z₃ (fig. 4.3) pentru care pamantul creeaza un neutru artificial (conexiune in stea); in sistemele echilibrate, impedantele pe cele trei faze sunt egale : Z₁= Z₂ = Z₃ = Z_iz fiecare avand componentele C_p si R_iz;

- schema cu o singura impedanta Z' inseriata intre neutru si pamant (fig. 4.4), avand componentele C_p' = 3C_p si R_iz' = R_iz/3

Pentru simplificare, in figurile4.3, 4.4 si in urmatoarele figuri din acest capitol este reprezentat numai secundarul transformatorului de alimentare din retea.

Limitarea riscurilor de natura electrica, precum si protectia personalului si a bunurilor materiale pot fi realizate in mare masura prin diverse moduri de legatura cu pamantul a neutrului secundarului transformatorului MT/JT si a maselor echipamentelor electrice alimentate din retea.

4.5. Schemele de legare la pamant

Schemele de distributie ale instalatiilor electrice se determina in functie de :

- tipurile schemelor conductoarelor active (monofazat cu 2 sau 3 conductoare, bifazat cu 3 conductoare, trifazat cu 3, 4 sau 5 conductoare);

- tipurile de scheme de legare la pamant.

Schemele de legare la pamant (fig. 4.5) sunt notate prin simboluri care semnifica urmatoarele:

- prima litera - situatia retelei de alimentare in raport cu pamantul :

- T - legatura directa la pamant;

- I - fie izolarea tuturor partilor active fata de pamant, fie legarea la pamant a unui punct printr-o impedanta.

- a doua litera - situatia maselor instalatiilor electrice in raport cu pamantul:

- T - masele instalatiei legate direct la pamant, independent de eventuala legare la pamant a unui punct al alimentarii;

- N- legatura electrica directa a maselor la punctul de alimentare legat la pamant (in mod normal, punctul neutru);

- alte litere - dispunerea conductorului neutru si a conductorului de protectie:

- S- functia de protectie este asigurata printr-un conductor separat de cel neutru sau de un eventual conductor activ legat la pamant ( in curent alternativ );

- C - functiile de neutru si de protectie poate fi combinate intr-un singur conductor (PEN ).

Schemele TN au un punct legat la pamant , masele instalatiei fiind legate in acest punct prin conductoare de protectie. In aceasta schema, curentul de defect intre faza si masa este un curent de scurtcircuit monofazat. Se considera trei tipuri de scheme TN functie de dispunerea conductorului neutru si a conductorului de protectie si anume:

- schema TN-C (fig. 4.5, a), in care functiile de neutru si de protectie sunt combinate intr-un singur conductor pentru intreaga schema;

- schema TN-S (fig. 4.5, b), in care un conductor de protectie distinct este utilizat pentru intreaga schema;

- schema TN-C-S (fig. 4.5, c), in care functiile de neutru si de protectie sunt combinate intr-un singur conductor pe o portiune a schemei.

Schema TT (fig. 4.5, d) are un punct de alimentare legat la pamant, masele instalatiei electrice fiind legate la prize de pamant independente din punct de vedere electric de priza de pamant a alimentarii . In aceasta schema curentii de defect faza - masa , pentru intensitati chiar mai mici decat ale unui curent de scurtcircuit, pot fi suficient de mari pentru a provoca aparitia unei tensiuni periculoase .

In schema IT (fig. 4.5, e) toate partile active sunt izolate fata de pamant sau legate la pamant prin intermediul unei impedante, masele instalatiei electrice fiind legate la pamant. In aceasta schema, un curent rezultat dintr-un prim defect faza-masa are o intensitate suficient de mica incat nu poate provoca nici o tensiune de atingere periculoasa. Limitarea curentului rezultat in cazul unui singur defect se realizeaza prin rezistentele de izolatie ale retelei fata de pamant si se obtine fie in absenta legaturii la pamant a alimentarii , fie prin intercalarea unei
impedante intre un punct al alimentarii (in general neutrul) si pamant.

4.6. Monitorizarea starii de izolatie a retelei

Obiectivele controlului si masurarii izolatiei urmaresc realizarea urmatoarelor functii:

a. in cazul retelelor cu neutrul izolat:

- controlul izolatiei, in cazul unui defect simplu;

- masurarea izolatiei sub tensiune;

- localizarea unui defect, cu deconectarea plecarilor;

- localizarea unui defect, fara deconectarea plecarilor;

- protectia selectiva a plecarilor, in cazul unui defect dublu.

b. pentru retelele cu neutrul legat la pamant:

- protectia generala in cazul unui defect simplu (declansarea obligatorie);

- protectia selectiva a plecarilor;

- localizarea unui defect 'in gol' (fara tensiune, cu intreruptorul general deschis).

Aparatele utilizate pot fi:

- dispozitive de control;

- dispozitive de control si de masura;

- relee de detectie si de comanda;

- dispozitive de localizare sub tensiune.

Ca exemplu, releele de detectie si de comanda, ca si dispozitivele de localizare sub tensiune au la baza un senzor (captor) constituit dintr-un transformator cu miez toroidal, care functioneaza pe principiul transformatorului de masura de curent si care detecteaza prezenta curentilor de scurgere la pamant. Miezul toroidal (fig. 4.6, a) inconjoara ansamblul conductoarelor active ale retelei, care formeaza primarul transformatorului, infasurarea secundara fiind bobinata pe tor (fig. 4.7; a - tor, b - conductor neutru eventual, c - conductor de protectie PE). In absenta unui defect de izolatie, suma (fazoriala) a curentilor primari este nula si deci curentul secundar va fi nul. Aparitia unui defect de izolatie in aval de tor se traduce printr-un curent de scurgere la pamant; rezultanta curentilor primari va fi diferita de zero, ceea ce determina aparitia unei tensiuni mici in secundarul transformatorului, cu o valoare dependenta de curentul de scurgere, care se aplica unui aparat de masura sau unui releu asociat, acesta reactionand la depasirea unui prag prestabilit. Ca si la transformatoarele de masura de curent, transformatorul cu miez toroidal destinat unui montaj fix (pe un anumit tronson de retea) poate fi inlocuit cu un 'cleste ampermetric' (fig. 4.7, b) al carui miez poate fi inchis sau deschis cu ajutorul unor manere, permitand folosirea ca aparat amovibil care poate fi pus in functiune fara intreruperea tronsonului de retea supravegheat.

Un asemenea dispozitiv de protectie este cunoscut sub numele de dispozitiv (de curent) diferential rezidual si este, in general, asociat cu un aparat de comutatie sau integrat in acesta. Dispozitivele respective se pot utiliza in toate sistemele uzuale de distributie (IT, TT si TN).

Supravegherea permanenta a starii izolatiei retelelor de curent alternativ cu neutrul izolat (sistemul IT) necesita aparate specifice, care se bazeaza pe principiul injectiei de curent. O sursa de t.e.m. injecteaza intre retea si pamant fie o tensiune continua, fie o tensiune alternativa de frecventa redusa (10 Hz). Aceasta determina un curent de scurgere la pamant prin ansamblul rezistentelor de izolatie (in curent continuu capacitatile nu intervin, iar la frecventa joasa influenta lor este redusa). Aparatul folosit indica permanent valoarea rezistentei de izolatie si semnalizeaza (optic si/sau acustic) atunci cand un prag prestabilit a fost depasit; la unele aparate este prevazut si un al doilea prag a carui depasire este urmata de o comanda de deconectare a retelei.

Pentru a obtine o detectare selectiva sub tensiune a defectelor de izolatie si pentru a evita deconectarea intregii retele, se recurge la senzori (captori) diferentiali montati pe fiecare plecare.

4.7. Solutii uzuale

Solutia uzuala consta in alimentarea receptoarelor si utilajelor printr-o retea de joasa tensiune, in curent alternativ trifazat, cu patru conductoare (trei faze si neutru), cu neutrul legat la pamant (TN, TT), cu tensiunea nominala 3x380/220 V, la frecventa de 50 Hz care satisface simultan necesitatile receptoarelor trifazate, bifazate si monofazate (inclusiv cele pentru iluminat). Mai recent, o data cu cresterea tensiunii nominale de linie a receptoarelor la 400 V, se recomanda tensiunea de distributie 3x400/230 V.

Transformatoarele MT/JT utilizate pentru realizarea retelei de distributie au, de regula, conexiunea triunghi-stea cu neutrul accesibil (Dy 11 sau Dyn 11).

Retelele au, in majoritatea cazurilor, neutrul legat la pamant chiar la transformatorul de alimentare, printr-o priza de pamant separata de priza de pamant a maselor din instalatie (sistemele TT si TN, fig. 4.5 a,b,c,d), ceea ce permite:

- limitarea tensiunii la care este supus organismul uman la atingerea unei faze;

- eliminarea defectelor de punere la pamant a unei faze (fig. 4.8), prin crearea unui circuit de defect, prin pamant, al carui curent sensibilizeaza aparatul de protectie la supracurenti de pe faza respectiva sau un dispozitiv de protectie diferential;

- limitarea tensiunii la care este supus organismul uman la atingerea unei carcase metalice legate la pamant si intrate accidental sub tensiune, ca urmare a unui defect in instalatie;

- protectia fata de trecerea accidentala a tensiunii medii pe partea de joasa tensiune.

Retelele cu neutrul izolat fata de pamant (IT, fig. 4.5 e) se folosesc, de exemplu, in industria petroliera si miniera sau in alte instalatii din medii cu pericol crescut de electrocutare, unde prezinta avantaj fata de retelele legate la pamant. Solutia este insotita de controlul automat al izolatiei retelei fata de pamant si presupune alimentarea instalatiei dintr-un post de transformare propriu al consumatorului. Schema IT se foloseste, de asemenea, atunci cand se pune pe primul plan continuitatea in serviciu a instalatiei, intrucat un defect simplu nu presupune intreruperea alimentarii. In plus, unele normative nationale impun folosirea unui dispozitiv limitator de tensiune (descarcator) in secundarul transformatorului, ca mijloc de protectie in cazul strapungerii izolatiei intre cele doua infasurari ale transformatorului.

5. Schemele retelelor electrice de joasa tensiune

5.1. Principii generale

Se considera o instalatie electrica destinata sa alimenteze, in final, un anumit numar de receptoare (utilaje) de joasa tensiune, amplasate in diferite pozitii in zona aferenta, conform necesitatilor de utilizare.

In schemele in care statia de primire este alimentata dintr-o singura sursa, energia electrica este transmisa spre receptoare intr-un singur sens, printr-o retea care se ramifica succesiv, pe masura apropierii de receptoare, la diferite niveluri in structura sistemica a instalatiei, permitand dirijarea energiei electrice in diferite directii si la diferite elemente alimentate. Ramificarea se realizeaza cu ajutorul unor echipamente prefabricate specializate, numite puncte de distributie, situate in nodurile corespunzatoare ale retelei.

Fiecare punct de distributie este constituit, ca echipament de putere ('forta') din:

- o sosire, direct de la o sursa secundara sau de la un punct de distributie precedent;

- mai multe plecari, spre alte puncte de distributie sau elemente alimentate;

- un sistem de bare alimentate prin sosire si din care se executa derivatiile pentru plecari.

Un punct de distributie mai poate contine circuite suplimentare de comanda, semnalizare, masura etc. Curentul nominal al sosirii este considerat drept curent nominal al punctului de distributie respectiv.

Ca regula generala, fiecare plecare trebuie sa fie prevazuta cu un aparat de protectie la scurtcircuit (siguranta fuzibila sau intreruptor de putere automat), plasat imediat dupa conexiunea la bare, care sa actioneze la un scurtcircuit care s-ar produce in orice loc pe linia dintre punctul respectiv si urmatorul element alimentat. De asemenea, fiecare sosire trebuie prevazuta cu un aparat de comutatie, care sa realizeze cel putin functia de separator, permitand izolarea fata de reteaua din amonte, dupa deconectarea sarcinii din aval. Exceptiile sunt prevazute in normative.

5.2. Componenta retelelor electrice de joasa tensiune

Primul element din reteaua de joasa tensiune este tabloul de distributie general al consumatorului (I_n 2400 A).

La consumatorii care solicita din retea puteri mici, alimentarea se face direct din reteaua zonala de JT (aeriana sau subterana) a furnizorului, printr-un bransament care face legatura intre linia de alimentare si contorul de energie al consumatorului, situat in amonte de tabloul general sau la intrarea in tablou. De regula, contorul apartine furnizorului.

Consumatorii de puteri mai mari sunt alimentati din reteaua de medie tensiune a furnizorului, printr-un racord care contine un post de transformare. Postul de transformare contine 1-2 transformatoare (10/0,4 kV sau 20/0,4 kV), avand infasurarea secundara in stea, cu neutrul accesibil (4 borne), precum si echipamentul de comutatie si de protectie aferent, atat pe partea de MT, cat si pe partea de JT. Secundarul transformatorului alimenteaza tabloul de distributie general, care poate fi chiar inglobat in postul de transformare.

Celelalte puncte de distributie pot fi:

- tablouri de distributie de tip panou, dulap, din cutii echipate etc., clasificate, dupa intensitatea curentului sosirii, in tablouri principale (I_n 600 A) si tablouri secundare
(I_n 300 A);

- canale prefabricate de bare (un sistem de 4 bare intr-o incinta de protectie), realizate ca tronsoane care pot fi imbinate si prevazute cu posibilitatea efectuarii de derivatii pentru ramificatii. In functie de intensitatea curentului nominal, canalele pot fi canale magistrale si canale de distributie.

In practica, circuitele electrice care alimenteaza puncte de distributie sunt denumite coloane, termenul de circuit fiind consacrat pentru alimentarea fiecarui receptor sau echipament de la ultimul punct de distributie

Circuitele pot fi:

- individuale, pentru fiecare receptor (in sens restrans);

- comune, pentru mai multe receptoare, cu protectie unica la scurtcircuit:

- circuit de iluminat;

- circuit de prize;

- circuit de utilaj;

- circuit pentru mai multe motoare similare, cu puterea totala pana la 15 kW.

5. Tipuri de scheme

a. Scheme radiale. Fiecare punct de distributie, utilaj sau receptor este alimentat printr-o linie separata, care pleaca de la un punct de distributie central (fig. 5.1).

Aceste scheme prezinta avantajul sigurantei in alimentare; un defect pe o linie provoaca scoaterea de sub tensiune, prin functionarea aparatului de protectie respectiv, numai a liniei afectate, restul instalatiei ramanand in functiune.

Dezavantajele schemelor sunt:

- investitii mari;

- consum ridicat de material conductor;

- numar mare de plecari din punctele de distributie (cresterea gabaritului).

Ca utilizare, se recomanda in cazul:

- coloanelor de alimentare a tablourilor de distributie sau al unor canale de bare de distributie secundare;

- circuitelor, pentru:

- utilaje cu receptoare de puteri mari, alimentate direct din tabloul general sau
dintr-un canal magistral;

- utilaje cu receptoare de puteri mici si mijlocii, alimentate din tablouri
secundare sau bare de distributie;

- utilaje si receptoare dispersate;

- utilaje, receptoare si instalatii importante, pentru care riscul de intrerupere a
alimentarii trebuie sa fie minim.

b. Scheme cu linii principale sau magistrale. Se prevede cate o plecare intr-o anumita directie, care trece prin apropierea unor utilaje/receptoare sau grupuri de utilaje/receptoare, care se alimenteaza apoi, de regula, in derivatie (fig. 5.2).

Avantajele constau in:

- consum redus de material conductor;

- derivatii din mai multe locuri;

- numar redus de plecari din punctele de distributie.

Dezavantajul este siguranta mai mica in exploatare, deoarece un defect pe linia principala antreneaza intreruperea alimentarii tuturor derivatiilor din linie.

Utilizarea acestor scheme se recomanda pentru:

- utilaje grupate, la distante relativ mici, linii tehnologice;

- distributia in canale de bare.

c. Scheme mixte:

- scheme radiale pentru:

- utilajele/receptoarele dispersate;

- echipamentele/receptoarele importante;

- scheme magistrale pentru utilajele grupate.

Figura 5.3 cuprinde principalele variante (reprezentate intre acolade) de realizare a alimentarii receptoarelor R dintr-o instalatie electrica.

d. Exemplu de schema

In fig. 5.4 se prezinta schema monofilara, radiala, de principiu, simplificata a unei retele de joasa tensiune la consumator, cu mentionarea elementelor aferente fiecarui circuit si a identificarii lor.

6. Impedanta caii de alimentare in retelele radiale

6.1.Impedanta transformatorului

Tensiunea U₂ la bornele secundare ale unui transformator alimentat la tensiunea constanta U₁ variaza cu sarcina conectata la aceste borne. Ca sursa de energie pentru reteaua de joasa tensiune, transformatorul poate fi echivalat cu un transformator ideal, a carui tensiune secundara se mentine constanta si o impedanta (numita impedanta interna) legata in serie cu fiecare faza a infasurarii secundare (fig.6.1).

Secundarul transformatorului poate fi deci considerat drept o sursa de energie caracterizata prin tensiunea de functionare in gol (fara sarcina) U₂₀ si o impedanta interna pe faza Z_T. Aceasta impedanta difera de impedanta proprie a infasurarii secundare, ea fiind datorata ambelor infasurari (primara si secundara) cuplate magnetic. Rezistenta R_T si reactanta X_T depind de constructia transformatorului (exprimata prin tensiunea de scurtcircuit si pierderile la scurtcircuit) si de puterea aparenta a acestuia (cap. 9).

In tabelul 6.1 sunt prezentate valori utilizabile in calcule pentru cateva transformatoare in ulei (u_sc = 4%).

Tabelul 6.1

6.2. Impedanta liniilor

O linie de joasa tensiune realizata din conductoare dintr-un anumit material, avand sectiunea transversala s si lungimea l, poate fi asimilata unui cuadripol (fig. 6.2) caracterizat prin impedanta Z_l, constituita dintr-o rezistenta R_l si o reactanta inductiva X_l (capacitatea dintre conductoare putand fi neglijata)

(6.1)

alimentat cu tensiunea U₁ si conectat la impedanta de sarcina Z_s, la bornele careia tensiunea devine U₂ < U₁ (datorita caderii de tensiune pe impedanta Z_l).

Rezistenta R a unui conductor al liniei

(6.2)

depinde de:

- materialul conductorului, prin intermediul conductivitatii electrice s

- sectiunea transversala a conductorului s;

- lungimea conductorului l.

Rezistenta poate fi exprimata prin relatia:

(6.3)

in care

(6.4)

reprezinta rezistenta specifica, pe unitatea de lungime.

Tinand seama de abaterile fata de sectiunile nominale (in medie cu 2%) si de modificarea lungimii prin torsadarea conductoarelor (in medie cu 2 3%), conductivitatea poate fi considerata ca avand valorile 53 W m^-1 (53 m/W mm²) pentru cupru si
32 W m^-1 (32 m/W mm²) la temperatura de 20 °C. Variatia cu temperatura

(6.5)

conduce la valori de 44 W m^-1 (44 m/W mm²), respectiv 27 W m^-1 (27 m/W mm²) la temperatura de 70 ^oC.

Reactanta inductiva nu depinde practic de sectiunea si de materialul conductoarelor, ci numai de dispunerea relativa a acestora, putand fi exprimata prin relatia:

(6.6)

in care reactanta specifica (pe unitatea de lungime) poate fi considerata, in joasa tensiune,
x₀ 0,1 mW m^-1, pentru cabluri si conductoarele montate in tuburi de protectie, respectiv x₀ 0,25 mW m^-1, in cazul liniilor aeriene.

6. Impedanta barelor de distributie si intreruptoarelor

Rezistentele pot fi, de regula, neglijate, iar reactantele se considera 0,15 mW m^-1, respectiv 0,15 mW/pol.

6.4. Impedanta retelei

Impedanta retelei, definita pentru o faza, reprezinta suma impedantelor sursei si ale tuturor tronsoanelor de retea care constituie calea de alimentare a receptorului considerat:

(6.7)

In cazul unui defect monofazat, trebuie considerat si aportul conductoarelor N, PE si PEN.

7. Impedanta receptoarelor pasive

Alimentarea receptoarelor in curent alternativ se realizeaza, in general, de la o retea cu tensiunea de linie U (tensiunea intre doua conductoare de linie) si tensiunea de faza U_f =U/ (tensiunea intre un conductor de linie si conductorul/punctul neutru al retelei), curentii prin cele trei faze ale retelei fiind defazati cu 120^o. Prin curentul unei retele se intelege valoarea intensitatii curentului printr-un conductor de linie (curentul corespunzator unei faze a retelei); nu se poate vorbi de un curent trifazat total!.

Notiunea de faza are urmatoarele semnificatii:

- pentru retea - ansamblul conductor de linie-conductor/punct neutru;

- pentru un receptor sau o sursa in curent alternativ monofazat - impedanta interna a receptorului/sursei, rezultata din constructie;

- pentru un receptor echilibrat sau o sursa in curent alternativ trifazat - una din cele trei impedante care pot fi conectate in stea sau in triunghi (fig. 7.1)); in particular, cele trei faze pot fi constituite din trei infasurari distincte (de exemplu, in cazul motoarelor electrice).

A nu se confunda deci o faza a receptorului cu o faza a sistemului trifazat de conductoare al retelei !.

Marimile caracteristice receptorului sunt impedanta unei faze Z_f si intensitatea I_fmax a curentului maxim admisibil pentru o faza (careia i se aplica tensiunea U_Z) - parametru constructiv care rezulta din temperatura maxima admisa.

Data fiind existenta sistemului trifazat de tensiuni de alimentare, notiunea de impedanta globala a unui receptor trifazat nu are sens !

Din punctul de vedere al retelei, prezinta interes marimile la bornele receptorului: tensiunea de alimentare si curentul de linie I (receptorul este 'vazut' la borne!).

In cazul unui receptor monofazat, tensiunea aplicata unei faze este U_Z = U_f iar intensitatea curentului I_Z = I iar puterea activa solicitata din retea

(7.2)

In cazul unui receptor trifazat, tensiunea aplicata unei faze U_Z si intensitatea curentului I_Z depind de conexiunea celor trei impedante. Puterea absorbita de receptor de la retea va fi, indiferent de conexiune, triplul puterii absorbite de fiecare faza:

(7.3)

Din figura 7.1, rezulta ca, la aceeasi tensiune de alimentare, intensitatile curentului de linie, respectiv puterile absorbite din retea, in cazul conexiunilor in stea si in triunghi, vor fi:

(7.4)

gasindu-se in rapoartele

(7.5)

Puterea nominala a receptorului trifazat se indica pentru o anumita tensiune de alimentare si o anumita conexiune a celor trei impedante. Alimentarea cu tensiuni diferite a aceluiasi receptor este posibila daca cele trei impedante au ambele extremitati accesibile la borne, unde se realizeaza conexiunea dorita.

Intrucat trebuie sa fie respectata relatia I_Z I_fmax, rezulta ca, pentru un motor dat, la aceeasi putere, tensiunile de linie ale retelei de alimentare, in cazul celor doua conexiuni posibile, trebuie sa se gaseasca in raportul , valoarea mai mica revenind conexiunii in triunghi. De exemplu, un motor trifazat care are inscris pe placuta de identificare 220/380 V nu va putea fi alimentat la conexiunea in triunghi din reteaua cu tensiunea nominala 3x380/220 V.

Intrucat, intr-un sistem trifazat, sursa de alimentare si linia sunt caracterizate prin impedantele pe fiecare faza, pentru a aprecia contributia receptorului la stabilirea sarcinii electrice a retelei, in regim normal, acesta trebuie considerat ca avand o conexiune stea cu o impedanta Z_uf pe fiecare faza.

Din punct de vedere al puterii absorbite din retea, un receptor cu impedantele Z_f conectate in triunghi este echivalent unui receptor cu impedantele Z_f/3 conectate in stea.

Impedanta pe faza Z_uf a utilizatorului (receptorului), "vazuta " la borne, pentru un receptor trifazat, rezulta din valorile indicate pentru puterea nominala P_n si tensiunea nominala (de linie U_n respectiv de faza U_fn):

(7.6)