Clasificarea retelelor electrice

Clasificarea retelelor electrice

Exista diferite criterii de clasificare a retelelor electrice. O clasificare rezultata din practica de exploatare a retelelor electrice este prezentata schematic in figura 1.2.

Clasificarea RE din punct de vedere al tensiunii nominale

Tensiunile de lucru ale instalatiilor de transport si distributie sunt standardizate la nivelul fiecarei tari si difera, in general, de la o tara la alta. Normalizarea tensiunilor a fost impusa de necesitatea producerii si utilizarii cat mai rationale a echipamentelor componente ale retelelor electrice. Valorile standardizate ale tensiunilor sunt in concordanta cu valorile recomandate de Comisia Electrotehnica Internationala (CEI).

Valorile normalizate ale tensiunilor utilizate in tara noastra sunt: 400 V pentru JT, 6, 10, (15), 20, (35) kV pentru MT, 110, 220 kV pentru IT si 400, 750 kV pentru FIT. Valorile tensiunilor standardizate se refera la tensiunile intre faze, iar valorile puse in paranteza nu sunt preferate, fiind in curs de lichidare.

S-a constatat ca raportul optim dintre doua tensiuni normalizate succesive este de 2÷3, pentru tensiuni medii si 1,5÷2, pentru tensiuni inalte si foarte inalte.

Desi exista o mare diversitate de niveluri de tensiune standardizate in diferite tari, exista o preocupare continua pe plan mondial de a elimina aceste diferente, in special la nivelurile de inalta si foarte inalta tensiune, prin intermediul carora se realizeaza interconexiunea sistemelor din tarile invecinate.

Tensiunea nominala a unei instalatii, echipament sau aparat este valoarea tensiunii pentru care acestea functioneaza normal si cu randament maxim. Tensiunea nominala este o marime caracteristica echipamentului si se stabileste in corelatie cu tensiunea normalizata a treptei respective de tensiune, de care poate diferi putin, in functie de locul pe care il ocupa elementul respectiv in sistem.

La stabilirea tensiunii nominale a echipamentelor se tine seama de faptul ca pe retelele electrice apar pierderi de tensiune de pana la 10% si pentru a le putea acoperi este necesar ca tensiunea la inceputul liniei sa fie mai mare decat cea de la bornele consumatorilor. Astfel, elementele dispuse la inceputul retelei, deci care functioneaza in regim de "surse" (generatoare, infasurarile secundare ale transformatoarelor si autotransformatoarelor) vor avea tensiunea nominala cu (5÷10)% mai mare decat valoarea standardizata a treptei respective, in timp ce elementele dispuse la sfarsitul retelei si care functioneaza in regim de "consumator" fata de elementele din amonte (primarul transformatoarelor de distributie, consumatorii), vor avea tensiunea nominala egala cu valoarea standardizata a treptei respective.

Pentru o utilizarea eficienta a izolatiei liniilor electrice este de dorit ca pierderile de tensiune pe linii sa fie repartizate simetric fata de mijlocul lor. Astfel, tensiunea nominala a liniilor electrice este egala cu tensiunea standardizata respectiva si se atinge la mijlocul acestora.

Tensiune nominala a receptoarelor este egala cu tensiunea normalizata a treptei la care functioneaza.

Tensiunea nominala a generatoarelor este cu 5% mai mare decat tensiunea standardizata a treptei la care sunt conectate.

In legatura cu transformatoarele si autotransformatoarele din retea se evidentiaza urmatoarele situatii:

- primarul transformatoarelor de distributie, care functioneaza in regim de "consumator" va avea tensiunea nominala egala cu tensiunea standardi-zata a treptei respective;

- primarul autotransformatoarelor bloc sau a autotransformatoarelor (AT) din imediata apropiere a generatoarelor va avea aceeasi tensiune nominala cu a generatoarelor, adica cu 5% mai mare decat tensiunea standardizata a treptei respective;

- secundarele transformatoarelor si autotransformatoarelor functioneaza in regim de "sursa". Tensiunea nominala a acestora este definita pentru regimul de mers in gol si se alege cu 10% mai mare decat valoarea standardizata a treptei la care sunt conectate, din care 5% acopera pierderile de tensiune in transformatoare la functionarea in sarcina, astfel ca la inceputul liniilor alimentate de acestea tensiunea va fi cu 5% mai ridicata decat tensiunea normalizata a treptei respective. In cazul autotransforma-toarelor care alimenteaza retele scurte, cu pierderi de tensiune neglijabile, tensiunea nominala a secundarelor se va stabili doar cu 5% mai mare decat valoarea standardizata a treptei respective.

In concluzie, tensiunile nominale cu care se calculeaza parametrii electrici ai elementelor de sistem se determina cu relatia:

(1.1)

unde: k=1 pentru consumatori, linii, primarul transformatoarelor de distributie;

k=1,05 pentru generatoare, primarul transformatoarelor bloc, primarul autotransformatoarelor;

k=1,1  pentru secundarul transformatoarelor si AT.

Pentru valorile lui k, in exploatarea retelelor electrice pot apare abateri cantitative, dar principiile calitative prezentate mai sus raman valabile.

Stabilirea tensiunilor nominale pentru elementele unei RE este prezentata in figura

O alta problema legata de tensiunea retelelor electrice se refera la stabilirea benzilor de tensiune ale acestora, avand in vedere faptul ca in exploatarea RE apar abateri ale tensiunii fata de nivelul stabilit. La stabilirea benzilor de tensiune este hotarator modul de comportare a echipamentului. Astfel, tensiunea maxima admisa este impusa de nivelul de izolatie a echipamentului. La aceasta tensiune se asigura inca functionarea de lunga durata a retelei in conditii normale de siguranta si de continuitate in alimentarea consumatorilor cu energie electrica la parametrii de calitate impusi.

In timpul exploatarii, ca urmare a unor incidente, nivelul de tensiune poate scadea, tensiunea minima admisa fiind impusa de functionarea normala, din punct de vedere tehnic, a echipamentelor.

In legatura cu benzile de tensiune se fixeaza trei zone:

- zona favorabila este aceea in care echipamentele functioneaza in cele mai bune conditii sub aspectul solicitarilor electrice si mecanice. Majoritatea valorilor tensiunilor trebuie sa se gaseasca in aceasta zona;

- zona admisibila, contine valori care se situeaza in afara zonei favorabile, fiind marginite de valorile minime si maxime admisibile ale tensiunii. Valorile din zona admisibila, care pot fi atinse in exploatarea retelei in situatii mai deosebite, nu sunt de dorit cu toate ca pot fi considerate ca valori normale ale tensiunilor. Echipamentul trebuie sa se comporte corect in aceasta zona, chiar daca performantele realizate sunt inferioare celor din zona favorabila;

- zona extrema margineste in exterior zona admisibila si cuprinde situatii foarte grele care apar ca urmare a unor incidente grave, dar rare. Astfel de situatii urmeaza sa se normalizeze in timp foarte scurt. Este de dorit ca echipamentele sa functioneze pe cat posibil corect si in asemenea conditii. Pentru delimitarea corecta si realista a acestor zone, in cadrul SEE se efectueaza permanent studii, se elaboreaza normative care tin cont de specificul SEE, de performantele echipamentelor din componenta sa, de cerintele consumatorilor privind calitatea energiei electrice si de aspectul economic.

In tabelul 1.1 se indica orientativ zonele favorabile si admisibile pe niveluri de tensiune pentru SEE national.

Tabelul 1.1

Dupa tensiunea nominala retelele electrice sunt de joasa, medie, inalta si foarte inalta tensiune. Incadrarea tensiunilor in aceste categorii se face in concordanta cu practica si experienta internationala, CEI nedefinind inca o asemenea clasificare.

Retelele de joasa tensiune au tensiunea nominala mai mica de 1 kV
(0,4 kV in SEN). Se folosesc pentru alimentarea receptoarelor de mica putere din instalatiile interioare ale constructiilor civile si industriale, cum si in distributia comunala si industriala.

Retelele de medie tensiune, avand tensiunea nominala 1 kV U_n 35 kV (6,10,(15), 20 (35) kV in SEN) sunt specifice distributiei urbane, rurale si industriale. Ele asigura alimentarea unuia sau mai multor transformatoare, avand puterea de ordinul a catorva zeci de kVA pana la cateva sute de kVA; pot alimenta direct motoare de mare putere (sute de kVA).

Retelele de inalta tensiune, cu 35 kV<U_n 275 kV (110 si 220 kV in SEN), asigura transferul unor puteri de ordinul zecilor de MVA pana la (100÷200) MVA si distribuirea energiei electrice marilor aglomerari urbane si marilor consumatori industriali. In timp ce liniile de 220 kV sunt cu precadere linii de transport, cele de 110 kV sunt tot mai mult linii de distributie de inalta tensiune.

Retelele de foarte inalta tensiune, avand U_n 300 kV (400 si 750 kV in SEN) servesc la transportul pe distante mari (sute de km) a unor puteri de ordinul sutelor sau chiar miilor de MVA. Ele au adesea functia de legatura sau de tranzit intre sisteme.

Clasificarea retelelor electrice din punct de vedere al destinatiei

Potrivit acestui criteriu se deosebesc urmatoarele tipuri de retele: de transport, de distributie si de utilizare.

Retelele de transport asigura transportul unor cantitati insemnate de energie electrica (zeci sau sute de MVA) la distante mari (sute de km) din zonele de producere spre cele de consum, realizand legaturi intre principalele noduri ale SEE.

Transportul energiei electrice se face la inalta si foarte inalta tensiune (220 kV, respectiv 400 si 750 kV). Odata cu dezvoltarea SEN si introducerea treptelor de tensiune mentionate, reteaua de 110 kV s-a transformat treptat din retea de transport in retea de distributie. Cresterea tensiunii in vederea transportului energiei electrice conduce la micsorarea pierderilor de energie si tensiune pe liniile de transport.

Retelele de distributie au o configuratie mai complexa si transfera cantitati mai reduse de energie electrica, pe distante mai scurte, asigurand distribuirea acesteia consumatorilor. Distributia energiei la consumatori se face la inalta tensiune (110 kV), medie tensiune (6÷20 kV) si joasa tensiune (0,4 kV), reducerea nivelului de tensiune realizandu-se in statiile de distributie (110 kV/MT) si in posturile de transformare (MT/0,4 kV).

Conform ultimelor reglementari, reteaua de distributie de inalta tensiune se numeste retea de repartitie, ea asigurand repartitia teritoriala a energiei electrice precum si alimentarea unor consumatori mari, care au puncte de delimitare cu furnizorul la aceasta tensiune.

Retelele de utilizare asigura alimentarea cu energie electrica a receptoarelor. Ele pot fi casnice, cand alimenteaza un mare numar de receptoare casnice de JT si mici motoare cu puteri cuprinse intre cativa W pana la cativa kW si industriale, cand alimenteaza direct receptoare de JT si de MT, de puteri relativ mari.

In mod curent, la noi, prin retele industriale se inteleg retelele de toate tensiunile, care servesc la alimentarea cu energie electrica a consumatorilor industriali.

Clasificarea retelelor electrice din punct de vedere
al teritoriului pe care il ocupa

Clasificarea retelelor din acest punct de vedere tine seama de zona deservita de o anumita retea legata galvanic. Se disting urmatoarele categorii de retele: republicane (magistrale), regionale, urbane si rurale.

Retelele republicane sunt indeosebi retele de transport de 220 si 400 kV, extinse la nivelul tarii, iar cele regionale sunt retelele de 110 kV, cu o extindere mai redusa.

Retelele urbane (de 6, 10, 20 si 110 kV) se extind pe teritoriul oraselor, asigurand alimentarea cu energie electrica a tuturor consumatorilor acestora, cu exceptia intreprinderilor care poseda retele electrice proprii (industriale), iar cele rurale (de 10 si 20 kV) asigura distributia energiei electrice in mediul rural.

Clasificarea retelelor electrice din punct de vedere
al structurii (configuratiei)

Sub aspectul configuratiei exista retele: radiale, buclate si complex buclate.

Retelele radiale au structura cea mai simpla, fiind alimentate la un singur capat, consumatorii primind energia electrica pe o singura cale. Aceste retele au o siguranta in functionare redusa, dar sunt ieftine, usor de exploatat, necesitand aparatura de protectie simpla.

Reteaua buclata se caracterizeaza prin faptul ca fiecare consumator poate primi energia din doua parti. Reteaua este alimentata la mai multe capete, in general de la doua sau trei surse de energie. Cea mai simpla retea buclata este reprezentata de o linie alimentata la ambele capete. In retelele buclate, continuitatea in alimentare este asigurata atat la intreruperea unei surse cat si la defectarea unei portiuni de retea. Aceste retele sunt insa mai scumpe decat cele radiale, necesitand elemente constructive mai numeroase si protectie mai complexa.

Retelele radiale si buclate se utilizeaza la toate nivelurile de tensiune (joasa, medie si inalta).

Retelele complex buclate sunt acelea in care consumatorii primesc energia electrica din mai mult decat doua parti, deci pe mai multe cai si de la mai multe surse. Structura lor este analoga ochiurilor unei plase. Siguranta in alimentare este foarte buna, regimurile de functionare sunt economice, dar necesita aparatura mai multa si mai scumpa.

Clasificarea retelelor electrice din punct de vedere
al situatiei neutrului fata de pamant

Din acest punct de vedere retelele electrice pot fi cu neutrul izolat fata de pamant sau cu neutrul legat la pamant. Legarea neutrului la pamant se poate face direct sau printr-o impedanta (reactanta sau rezistenta). Retelele cu neutrul legat la pamant printr-o impedanta se numesc retele cu neutrul tratat.

Orice sistem trifazat de tensiuni are un neutru electric situat in centrul de greutate al triunghiului echilateral format din tensiunile de linie.

Neutrul fizic este reprezentat de punctul comun al conexiunii in stea a infasurarilor generatoarelor sau transformatoarelor. Acest neutru poate fi scos la borna si eventual distribuit in retea prin intermediul conductorului de nul sau poate ramane izolat.

Se mentioneaza ca neutrul electric exista intotdeauna chiar daca, de exemplu, reteaua este alimentata din secundarul in triunghi al unui transformator, cand neutrul fizic este inexistent. In lipsa neutrului fizic sau daca acesta este inaccesibil, el poate fi creat in mod artificial.

In cazul unei retele simetrice si echilibrate, care nu prezinta defecte, potentialul punctului neutru coincide cu potentialul pamantului. Toate cele trei faze au aceleasi capacitati si rezistente de izolatie fata de pamant, iar tensiunile fazelor fata de pamant sunt egale si formeaza un sistem simetric. In aceste conditii, conductoarele neutre (in cazul cand exista) nu vor fi parcurse de curent, iar punctele neutre ale transformatoarelor din retea, cu infasurarile conectate in stea, vor avea potentialul nul al pamantului. In consecinta, la functionarea retelelor in regimuri normale, simetrice, este indiferent daca neutrul transformatoarelor este izolat sau legat la pamant.

Intr-o retea trifazata, punerea la pamant a unei faze (cel mai frecvent incident), ca prim defect de izolatie in retea, apare in mod independent de modul de functionare a neutrului. In schimb, evolutia fenomenelor, consecutiv aparitiei primului defect, depinde de modul de functionare a neutrului retelei.

Prin tratarea neutrului se urmareste ca in cazul punerii la pamant a unei faze sa nu se intrerupa alimentarea consumatorilor si sa se asigure conditii de stingere, intr-un timp cat mai scurt, a arcului electric ce apare la locul defectului.

Retea cu neutrul izolat

Se considera o retea trifazata cu neutrul izolat (fig. 1.4, a) in care se produce o punere accidentala la pamant neta a unei faze. Potentialul fazei puse la pamant devine egal cu potentialul acestuia.

Considerand reteaua simetrica si echilibrata, iar capacitatile de serviciu fata de pamant ale fazelor egale (se neglijeaza rezistentele de izolatie pentru a nu complica expunerea), in regim normal de functionare prin aceste capacitati circula un sistem simetric de curenti si curentul prin pamant este nul; tensiunile fazelor fata de pamant formeaza un sistem simetric si sunt practic egale cu tensiunea de faza a sistemului.

In cazul punerii la pamant a fazei 1, de exemplu, se produce o modificare a tensiunilor fata de pamant ale tuturor fazelor si a punctului neutru al sistemului (fig. 1.4, b). Astfel tensiunea fazei defecte fata de pamant devine egala cu 0 (U₁₀=0), in timp ce tensiunile fazelor sanatoase cresc de la valoarea tensiunii de faza U_f la valoarea tensiunii de linie (; punctul neutru, care inainte de defect avea, din motive de simetrie, potentialul pamantului, capata acum fata de acesta o tensiune egala cu tensiunea de faza U_N0=U_f.

Prin urmare, la aparitia unei puneri la pamant, izolatia fazelor sanatoase fata de pamant va fi solicitata mai mult decat in conditii normale, ceea ce poate determina strapungerea izolatiei pe una din fazele sanatoase. Din acest motiv izolatia acestor linii trebuie intarita.

In cazul punerii la pamant a fazei 1 prin capacitatile fata de pamant ale fazelor sanatoase vor circula curentii I₂₀ si I₃₀, determinati de tensiunile fata de pamant ale acestora U₂₀ si U₃₀; prin pamant si locul de defect va trece curentul rezultant I₀, care se va inchide prin faza defecta (fig.1.4, a).

Deoarece cei doi curenti capacitivi I₂₀ si I₃₀ sunt in general mici fata de curentii de sarcina ai liniei, se poate considera ca simetria tensiunilor pe faze (U_1N, U_2N, U_3N) nu este afectata in mod sensibil si linia va continua sa alimenteze consumatorii trifazati cu toate ca una din faze este pusa la pamant. Acesta este de fapt principalul avantaj al retelelor cu neutrul izolat.

In practica se prevad instalatii speciale de control si avertizare asupra starii izolatiei; se recomanda ca un defect de punere monofazata la pamant care a fost depistat sa fie inlaturat cat mai repede (unele norme prevad o durata maxima de 30 min.), pentru a evita aparitia unei duble puneri la pamant, care reprezinta, de fapt, un scurtcircuit bifazat cu punere la pamant.

Considerand capacitatile fazelor fata de pamant egale cu C₀, curentii capacitivi au expresia:

,

iar curentul de punere la pamant:

, (1.2)

Din diagrama fazoriala reprezentata in figura 1.4, b, obtinem:

,

iar relatia (1.2) devine:

, (1.3)

deci curentul de punere la pamant I₀ este defazat cu 90⁰ inaintea tensiunii U_N0.

Daca curentul capacitiv depaseste valorile admisibile (normele noastre impun compensarea curentilor capacitivi mai mari de 10 A), arcul electric amorsat la aparitia defectului poate persista mai mult timp, determinand aparitia unor supratensiuni periculoase.

Se poate mentiona, de asemenea, influenta redusa pe care o au aceste linii, in cazul punerilor simple la pamant, asupra liniilor de telecomunicatii din vecinatate.

Retea cu neutrul legat direct la pamant

Acest tip de retea prezinta o legatura galvanica a neutrului cu pamantul de impedanta practic nula (fig. 1.5). In regim normal de functionare situatia este identica cu aceea de la reteaua cu neutrul izolat. Prin punerea la pamant a fazei 1, de exemplu, aceasta faza este scurtcircuitata prin pamant, iar tensiunea U_1N determina aparitia unui curent de valoare mare pe faza respectiva, numit curent de scurtcircuit (), care trebuie deconectat cat mai rapid pentru a evita deteriorarea echipamentului. Pentru aceste retele punerea la pamant a unei faze se numeste scurtcircuit. In timpul scurtcircuitului, datorita legaturii rigide a neutrului la pamant, potentialul neutrului ramane egal cu al pamantului, deci tensiunile fazelor sanatoase

fata de pamant raman egale cu tensiunea de faza a retelei. Prin urmare, la aceste retele nu este necesara intarirea izolatiei, dar ele trebuie prevazute cu dispozitive suplimentare de protectie, care sa comande deconectarea curentilor de scurtcircuit. Prin deconectare, consumatorii racordati la linia respectiva raman nealimentati. Pentru corectarea acestui neajuns, aceste retele se prevad cu dispozitive de reanclansare automata rapida RAR.

Un alt dezavantaj se refera la influenta mult mai puternica pe care o au retelele cu neutrul legat direct la pamant, in cazul unui scurtcircuit, asupra liniilor de telecomunicatii vecine (zgomote neplacute in aparatele telefonice, strapungeri etc.).

Trebuie mentionat, de asemenea, costul ridicat al instalatiilor de legare la pamant (investitie si exploatare). Este obligatorie verificarea periodica a prizei de legare la pamant a neutrului deoarece, in timp, rezistenta acesteia poate creste prin "coacere", datorita trecerii curentilor de scurtcircuit prin pamant, astfel ca neutrul risca sa fie legat la pamant printr-o impedanta ridicata, ceea ce modifica conditiile de functionare si exploatare.

Retele cu neutrul legat la pamant prin impedante

Legarea la pamant a neutrului retelei printr-o impedanta conduce la reducerea curentului de punere la pamant. In regim normal de functionare, potentialul neutrului fiind egal cu al pamantului, impedanta de legare la pamant nu este parcursa de curent. La stabilirea unui contact accidental intre o faza si pamant, tensiunea punctului neutru se apropie de tensiunea de faza, iar tensiunile fazelor sanatoase de tensiunea de linie, in functie de valoarea impedantei conectate in neutrul retelei; cu cat impedanta de legare la pamant a neutrului retelei va fi mai mare, tensiunea neutrului se va apropia de tensiunea de faza, iar curentul care o strabate va fi mai mic. Daca se doreste evitarea unor tensiuni ridicate ale neutrului transformatoarelor, se aleg impedante de valori reduse, insa, in acest caz, curentul de defect poate atinge valori insemnate.

In practica, legarea la pamant a neutrului prin impedante se realizeaza in doua moduri:

- prin reactanta acordata (bobina de stingere);

- prin rezistor de limitare a valorii curentilor de scurtcircuit monofazat.

Retele cu neutrul legat la pamant prin reactanta acordata (bobina de stingere). Fie reteaua trifazata din figura 1.6, cu neutrul legat la pamant printr-o bobina ideala cu inductivitatea L, in care se produce o punere la pamant neta pe faza 1.

Considerand infinite rezistentele de izolatie ale liniei fata de pamant si reactanta bobinei suficient de mare pentru a avea U_N0=U_f, se constata ca prin bobina va circula curentul I_L=U_N0/jwL, defazat cu 90⁰ in urma tensiunii U_N0 a punctului neutru fata de pamant, iar prin capacitatile fazelor sanatoase este debitat spre pamant curentul capacitiv total (rel. 1.3) , defazat cu 90⁰ inaintea tensiunii U_N0. Prin locul de defect trece suma acestor doi curenti, defazati intre ei cu 180⁰; daca I_L=I_C, rezulta I₀=I_L+I_C=0, deci la locul de defect curentul este nul si arcul se poate stinge la prima sa trecere prin zero. Conditia de anulare a curentului la locul de defect este:

, (1.4)

care reprezinta conditia de rezonanta sau de acordare a bobinei de stingere (denumirea sa este legata de contributia pe care o are la stingerea arcului la locul de defect).

Bobina de stingere (Petersen) este construita cu miez de fier si cu intrefier si are o inductanta foarte mare, care poate fi modificata, fie prin schimbarea numarului de spire, fie prin modificarea intrefierului. Alegand inductanta ei conform relatiei (1.4), rezulta ca in cazul punerii la pamant a unei faze, bobina poate compensa teoretic in totalitate curentul capacitiv, iar arcul se stinge si se elimina posibilitatea aparitiei arcului electric intermitent; in schimb, pe durata punerii la pamant a unei faze, tensiunile fazelor sanatoase fata de pamant cresc pana la valoarea tensiunii de linie, la fel ca la retelele cu neutrul izolat.

Deoarece fazele retelei prezinta fata de pamant in afara de capacitati si rezistente (r), care, practic, nu sunt infinite, iar bobina de compensare are si ea o rezistenta de valoare finita (R_L), este evident ca bobina va putea com-pensa numai curentul capacitiv al retelei, care apare in cazul unei puneri la pamant. Curentul activ, determinat de tensiunile fata de pamant ale fazelor sanatoase, nu poate fi compensat ci, dimpotriva, se insumeaza cu curentul activ determinat de tensiunea U_N0 prin rezistenta activa a bobinei de stingere; curentul activ al bobinei si cel activ rezultant al retelei sunt in faza (fig. 1.7).

Se mentioneaza ca, practic, nu se realizeaza niciodata acordul perfect al bobinei de stingere (1.4), ci se merge cu un dezacord de (15÷25)%, in sensul supracompensarii (I_L>I_C). Experienta arata ca arcul nu devine intermitent la functionarea cu bobina dezacordata, chiar daca curentul rezultant prin locul de defect ajunge pana la valori de (30÷50) A.

Explicatia consta in faptul ca bobina dezacordata favorizeaza stingerea arcului electric nu numai datorita limitarii curentului, ci si datorita limitarii tensiunii de revenire la bornele canalului de arc.

Necesitatea unui dezacord al bobinei se impune pentru prevenirea cresterii potentialului punctului neutru al retelei, la functionarea in regim normal cu bobina acordata, datorita faptului ca niciodata capacitatile fazelor fata de pamant nu sunt perfect egale. Tensiunea punctului neutru al retelei fata de pamant se determina cu relatia cunoscuta din electrotehnica:

, (1.5)

in care: U_1N, U_2N, U_3N sunt tensiunile pe faze ale retelei (formeaza un sistem simetric); Y₁, Y₂, Y₃, admitantele neegale ale fazelor fata de pamant, iar Y_N este admitanta bobinei de stingere. Daca in (1.5) consideram ca admitantele Y₁, Y₂, Y₃ sunt pur capacitive, iar admitanta bobinei Y_N este pur inductiva, cand bobina este acordata, numitorul acestei relatii este foarte mic. Deoarece numaratorul este nenul (Y₁ Y Y ), tensiunea U₀ poate capata valori ridicate, la functionarea in regim normal.

Dintre avantajele tratarii neutrului prin bobina de stingere se mentioneaza:

- asigura continuitatea alimentarii consumatorilor in cazul punerilor la pamant monofazate (cca. 70 % din defectele pasagere nu sunt sesizate decat de aparatele inregistratoare);

- curentul la locul de defect este redus la cateva procente din valoarea curentului capacitiv al retelei;

- se exclude posibilitatea aparitiei scurtcircuitelor cu arc persistent;

- influente mai reduse asupra liniilor de telecomunicatii decat in cazul retelelor cu neutrul izolat.

Principalele dezavantaje ale acestui sistem de tratare a neutrului sunt:

- necesita nivel de izolatie mai ridicat in instalatii, deoarece supratensiu-nile sunt similare cu cele din retelele cu neutrul izolat;

- complicarea instalatiilor de protectie;

- nu compenseaza componenta activa a curentului rezidual al cablurilor (care poate avea o valoare importanta la cablurile din PVC) si, ca urmare, stingerea arcului la locul de defect nu mai poate fi asigurata in retelele extinse;

- dificultatea identificarii locului avariei;

- exploatare mai dificila in absenta reglajului automat;

- nu este eficient in prezenta unor consumatori deformanti, cand curen-tul capacitiv are un continut ridicat de armonici.

Modul de tratare a retelelor prin bobina de stingere se intalneste curent in multe tari din Europa si in tara noastra, fiind considerat ca o solutie optima pentru retelele aeriene de MT in care curentii capacitivi depasesc valorile admise (cca. 10 A).

Retele cu neutrul legat la pamant prin rezistenta. Valoarea relativ scazuta a rezistentei de legare la pamant face ca, in cazul unei puneri la pamant, retelele tratate cu rezistor de limitare sa aiba o comportare asema-natoare cu retelele cu neutrul legat direct la pamant. Legarea la pamant a neutrului retelei printr-un rezistor are rolul de a limita valoarea curentului de scurtcircuit monofazat la o fractiune din valoarea curentului de scurtcircuit trifazat .

Gradul de limitare prin rezistenta a curentului de scurtcircuit monofazat depinde de mai multi factori de care trebuie sa se tina seama in calcule si anume:

- stabilitatea termica a rezistorului de limitare (asigurarea disiparii pierderilor de energie in rezistenta pe durata scurtcircuitului monofazat);

- caderea de tensiune pe rezistenta, in caz de defect;

- functionarea selectiva a instalatiilor de protectie (valoarea curentului de scurtcircuit monofazat trebuie sa fie suficient de mare in raport cu valoarea curentului maxim de sarcina).

Alegerea unui raport cat mai mic duce la micsorarea pierderilor de energie in rezistor, fapt ce simplifica problemele de dimensionare a acesteia, dar conduce la o deplasare importanta a punctului neutru, la supratensionarea fazelor sanatoase si dificultati in reglarea protectiilor, in cazul unor curenti importanti de sarcina.

Adoptarea unui grad mai redus de limitare, de exemplu , conduce la supratensiuni mai mici pe fazele sanatoase, dar pune probleme deosebite pentru dimensionarea rezistorului.

Pe de alta parte, tratarea prin rezistor implica unele cheltuieli suplimentare pentru rezolvarea protectiei de curent pe trei faze si asigurarea unor valori reduse pentru prizele de pamant din retea.

Valorile optime ale curentilor de defect se determina astfel incat sa se respecte factorii restrictivi mentionati mai sus si, in acelasi timp, sa conduca la cheltuieli minime in retele. Pentru retelele de MT din tara noastra, valorile recomandate ale curentului de defect (), calculate pe baza variatiei tensiunii neutrului retelei si analizei statistice a rezistivitatii prizelor de pamant, sunt de (200÷250) A, pentru retelele aeriene si de (800÷1000) A, pentru retelele in cablu.

Marimea rezistentei de tratare se poate determina aproximativ, utilizand relatia:

, (1.6)

in care: I_kdorit este curentul de scurtcircuit dorit (recomandat), iar curentul de defect monofazat in retea, daca neutrul ar fi legat direct la pamant. In aceasta relatie, este suficient de mare pentru ca ultimul termen sa poata fi neglijat. Pentru rezistentele de tratare din retelele de
(6-20) kV rezulta valori de ordinul ohmilor sau a zecilor de ohmi.

Avantajele sistemului de tratare a neutrului prin rezistenta sunt:

- exploatarea simpla a retelei, care poate fi extinsa fara modificarea modului de tratare (valoarea curentilor capacitivi este mica in comparatie cu I_k⁽¹⁾ si acestia pot fi neglijati in calcul);

- detectarea si localizarea rapida a defectelor;

- amortizarea rapida a oscilatiilor libere care apar in timpul proceselor tranzitorii, care insotesc scurcircuitele cu arc;

- diminuarea solicitarilor izolatiei la supratensiuni tranzitorii;

- costuri mai reduse decat in cazul tratarii prin bobine de stingere.

Dintre dezavantaje se mentioneaza:

- majorarea investitiilor in retea (rezistoare, transformatoare de curent individuale, prize de pamant, instalatii RAR);

- cresterea numarului de deconectari fata de reteaua cu neutrul izolat.

Tratarea neutrului prin rezistor se aplica cu rezultate bune in cazul retelelor extinse de cabluri si in prezenta consumatorilor deformanti, dar prezinta unele dificultati in cazul liniilor aeriene la care se impune realizarea unor valori stabile ale rezistentei prizelor de pamant ale stalpilor sau instalarea unui conductor suplimentar care sa preia rolul mantalei cablurilor.

Situatia neutrului pentru retele de diverse tensiuni ale SEE

Modul de functionare a neutrului retelelor electrice de diverse tensiuni se stabileste in functie de avantajele si dezavantajele prezentate in paragrafele anterioare.

Astfel, in cazul retelelor de inalta si foarte inalta tensiune (110, 220, 400 kV) solutia generala adoptata in tara noastra este legarea directa la pamant a neutrului transformatoarelor si autotransformatoarelor. In acest caz se evita supratensionarea izolatiei, ceea ce ar impune intarirea acesteia si cresterea costului izolatiei, care si in mod normal are o pondere insemnata in costul retelei.

Necesitatea utilizarii in aceste retele a unui aparataj complex de protectie si comutatie, deci o majorare a cheltuielilor, este justificat de puterile mari transportate, constructia acestor retele reclamand investitii mari.

Daca prin legarea la pamant a neutrului transformatoarelor si autotransformatoarelor, care functioneaza in paralel, curentul de scurtcircuit monofazat devine mai mare decat cel trifazat, pentru care sunt dimensionate aparatele electrice de comutatie din retea, se vor lega la pamant numai neutrele unor transformatoare (AT), celelalte ramanand izolate; se recomanda ca in fiecare retea cel putin un transformator (AT) sa aiba neutrul legat la pamant.

In retelele de medie tensiune, datorita costului redus al izolatiei, se functioneaza, in principiu, cu neutrul izolat daca curentul de punere la pamant este mai mic decat cel admisibil (10 A). Cand nu se poate realiza aceasta conditie (in cazul liniilor extinse, in special in cablu), neutrul retelei se trateaza prin bobina de stingere sau rezistenta de limitare.

Pentru retelele de joasa tensiune, solutia adoptata este legarea directa la pamant a neutrului retelei. In cazul acestor retele nu se ridica probleme de izolatie (din acest punct de vedere reteaua ar putea functiona cu neutrul izolat) dar ele sunt accesibile personalului de deservire si pentru a evita aparitia unor tensiuni periculoase s-a ales solutia mentionata.

Deoarece aceste retele alimenteaza si consumatori monofazati ele sunt prevazute cu un conductor suplimentar de nul, legat la neutrul infasurarii de JT a transformatoarelor, deci la pamant.

Clasificarea retelelor electrice dupa frecventa de lucru

Sub acest aspect, retelele electrice pot fi de curent continuu sau de curent alternativ, cele din urma fiind mono- sau polifazate.

Cele mai raspandite retele de transport si distributie sunt cele trifazate, care s-au impus datorita posibilitatilor usoare de a lega diferite trepte de tensiune prin intermediul transformatoarelor. Desi initial frecventa acestora era redusa (16 2/3 Hz si 25 Hz) pentru a obtine valori reduse ale reactantelor, ulterior s-au ales frecvente mai mari pentru a micsora dimensiunile masinilor si a altor aparate cu miez de fier. In prezent se utilizeaza frecventa de 50 Hz in majoritatea tarilor, mai putin in America, unde se foloseste frecventa de 60 Hz.

Exista preocupari, in prezent, pentru sisteme de transport prin microunde, prin curenti turbionari etc., fara perspective certe de aplicare practica.