PTDEE

1. 4.1.2 Construcţia unei linii
Odată ce secţiunea conductoarelor, înălţimea
stâlpilor şi distanţa între stâlpi a fost determinată se poate
trece la montarea conductoarele. Un conductor susţinut
şi tensionat între doi stâlpi (fig.4.8), nu este orizontal. El
are o formă curbată. Distanţa verticală între dreapta care
uneşte doua puncte de pe suport şi punctul cel mai jos al
conductorului poartă numele de săgeată. Cu cât firul este
mai tensionat cu atât săgeata trebuie să fie mai scurtă.
Fig.4.8 Săgeata conductorului activ
Înainte de a întreprinde construcţia unei linii, trebuie
făcut calculul mecanic pentru a determina săgeata şi
tensiunea mecanică admisibilă a conductorului activ.
Trebuie să se ţină seama de temperatura predominantă la
momentul efectuării lucrări. Trebuie să se ia în
considerare că săgeata nu trebuie să fie prea lungă, căci
firul se va alungi datorită căldurii vara, şi distanţa dintre
punctul său cel mai de jos şi pământ nu va fi suficientă
din punct de vedere al izolaţiei. Pe de altă parte tensiunea
mecanică nu trebuie să fie prea mare, căci există
posibilitatea ca firul să se contracte în timpul iernii
datorită frigului şi să devină tensionat în mod periculos.
Vântul şi chiciura pot crea eforturi suplimentare care
riscă să antreneze la ruperea sa. În momentul când stratul
de chiciură se depune pe linie în prezenţa vântului, linia
începe a oscila. Dacă condiţiile sunt favorabile, aceste
oscilaţii pot deveni foarte mari; se spune astfel că linia
intră în „galop”. Acest fenomen poate produce
scurtcircuite între faze sau ruperea conductoarelor.
Pentru a evita aceste probleme se pun uneori pe
conductoarele active amortizoare care împiedică
oscilaţiile să se dezvolte.
4.1.4. Punerea la pământ a stâlpilor
Stâlpii liniilor de transport se leagă la pământ cu
ajutorul prizelor în scopul de a asigura o cât mai mică
rezistenţă. Dacă trăsnetul atinge un stâlp, căderea de
tensiune datorată curentului ce se scurge prin priza de
pământ nu trebuie să depăşească tensiunea de
străpungere a izolatorilor.
Exemplu
Se consideră o linie trifazată de 110kV a cărei izolatori
au tensiunea de ţinere la unda de şoc de 450kV. Linia
este prezentată schematic cu întrerupătoarele sale în
figura 4.9. Presupunem că rezistenţa fiecărei prize de
pământ va fi de 20 Ω . În regim normal, tensiunea
dintre conductorii de linie şi sol este 110/1,73kV şi nici
un curent nu circulă prin prizele de pământ. Dacă
trăsnetul va atinge unul dintre piloni, eliberând brusc un
curent, de exemplu 20kA, căderea de tensiune pe priza
de pământ va atinge valoarea:
400000V2020000AE =×= Ω
Tensiunea dintre stâlp şi pământ fiind de 400kV,
tensiunea conductoarelor în raport cu pământul va atinge
pentru scurt moment valoarea: 110/1.73kV + 400kV =
464kV
Cum această tensiune este superioară tensiunii de ţinere,
ea va provoca străpungerea izolatoarelor. Acesta va pune
cele trei linii în scurtcircuit între ele şi faţă de pământ.
Curentul de scurtcircuit rezultant va acţiona deschiderea
întrerupătoarelor de protecţie D şi va rezulta scoaterea
din lucru al liniei.
Având în vedere numărul mare de abonaţi afectaţi de
aceste întreruperi pe o linie de transport, se încearcă
reducerea acestui tip de defect, atât cât este posibil,
asigurând o cât mai mică rezistenţă de punere la pământ.
Fig.4.9 Supratensiune în rezistenţa de legare la pământ
creată de un curent de trăsnet
În exemplul precedent, dacă rezistenţa de
punere la pământ a stâlpilor ar fi fost
limitată la numai Ω3 , creşterea tensiunii la
bornele izolatoarelor nu ar fi depăşit
valoarea:
60000V320000AE =×= Ω
şi nu ar fi provocat scurtcircuitul.
Curenţii care apar datorită trăsnetelor au o
intensitate de aproximativ 20kA, ei fiind în
mod relativ destul de frecvenţi, dar ca durată
nu au decât câteva microsecunde.
4.2 Realizarea unei linii electrice
subterane
Liniile electrice subterane (LES) sunt
folosite pentru transportul şi distribuţia
energiei electrice la consumatorii din oraşe,
din industrie, din staţii şi centrale electrice.
Faţă de liniile electrice aeriene, ele prezintă
o serie de avantaje: siguranţă mărită în
funcţionare, eliberarea unor suprafeţe de
teren, evitarea atingerilor directe. Totodată
ele prezintă şi o serie de dezavantaje: cost
mai ridicat, reparare mai dificilă, construcţie
mai dificilă.
În funcţie de tensiunea de lucru, liniile
electrice subterane se împart în:
- linii electrice subterane de joasă tensiune,
sub 1kV, care servesc pentru alimentarea cu
energie electrică a motoarelor electrice, a
iluminatului, a consumatorilor casnici, etc;
- linii electrice subterane de medie tensiune,
cu tensiuni mai mici decât 110kV, care
servesc pentru asigurarea legăturilor dintre
punctele de alimentare şi posturile sau
staţiile de transformare şi pentru alimentarea
motoarelor de puteri mari;
- linii electrice subterane de înaltă tensiune,
de 110kV sau mai mari, care servesc pentru
transportul energiei electrice la staţiile de
racord adânc sau la staţiile de transformare
din marile aglomerări urbane.
Liniile electrice subterane sunt realizate, din
punct de vedere constructiv, cu ajutorul
cablurilor electrice. Elementele constructive
ale cablurilor sunt conductoarele, izolaţia,
ecranul, mantaua şi partea exterioară.
Conductoarele pot fi în număr de 1, 2, 3, 4,
sunt confecţionate din aluminiu sau cupru şi
pot avea forme diferite: rotund unifilar sau
multifilar, sector de cerc unifilar sau
multifilar, oval multifilar sau tubular
multifilar.
Izolaţia este realizată din policlorură de vinil
(PVC), polietilenă (PE), cauciuc natural sau
sintetic, hârtie impregnată cu ulei şi
constituie un element de extremă importanţă
din punct de vedere al fiabilităţii.
Ecranul se realizează la cabluri cu tensiuni
peste 6kV, fie prin înfăşurarea conductorului
sub izolaţie cu o bandă de hârtie metalizată,
fie prin aplicare unui strat semiconductor.
Mantaua este elementul de separare dintre
partea activă interioară şi partea exterioară
de protecţie. Ea este element de etanşare faţă
de agenţii fizici, are rezistenţă mecanică
pentru a suporta solicitările mecanice şi are
o conductibilitate termică cât mai bună.
Materialul din care se realizează mantaua
este plumbul, aluminiul sau materialele
plastice.
Partea exterioară este formată din învelişuri
protectoare a căror formă şi material diferă
funcţie de tipul şi destinaţia cablului.
Din punct de vedere al tipului de răcire
cablurile pot fi cu răcire naturală sau cu
răcire forţată. Cablurile cu răcire naturală
sunt utilizate pentru tensiuni până la 35kV,
iar cele cu răcire forţată, care folosesc în
acest scop un fluid (ulei, gaz) la o anumită
presiune, sunt utilizate pentru tensiuni până
la 750kV.
Continuitatea conductoarelor, a mantalei şi a
ecranelor este realizată cu ajutorul
manşoanelor, care permit înnădirea
cablurilor. Acestea se construiesc din fontă,
fiind formate din două parţi ce se îmbină
prin şuruburi. Capetele cablurilor se introduc
prin feţele laterale, iar conductoarele se
înnădesc prin cleme. Se reface izolaţia pe
fiecare fază, se reface ecranul şi mantaua şi
se toarnă în interior masă izolantă.
4.3 Parametrii şi schemele echivalente ale
liniilor electrice de transport
Rolul fundamental al unei linii de
transport este de a transporta o putere
activă. Dacă ea trebuie să transporte în
egală măsură o putere reactivă, aceasta
trebuie să fie mai mică în raport cu
puterea activă. În plus, pe lângă aceste
exigenţe, o linie de transport trebuie să
posede următoarele caracteristici de bază:
- tensiunea trebuie să rămână
constantă pe toată lungimea liniei şi
pentru toate sarcinile cuprinse între zero
şi sarcina nominală.
- pierderile trebuie să fie cât mai mici
în scopul ca linia să posede un randament
cât mai bun.
- pierderile Joule nu trebuie să
provoace o supraîncălzire a
conductoarelor.
4.3.2 Schemele echivalente ale liniilor
electrice de transport
Liniile electrice pot fi clasificate în
linii lungi şi linii scurte, în acest scop
raportându-se lungimea fizică a liniilor,
la lungimea de undă cu frecvenţă
nominală. La frecvenţa de 50Hz,
lungimea de undă este 6000 km, iar
comparaţia se face cu sfertul lungimii de
undă (1500 km). Astfel:
- liniile cu lungime mai mare decât
1500 km sunt lungi;
- liniile cu lungime mai mică decât
1500 km sunt scurte.
Liniile lungi au tensiuni nominale
110 kV, 220 kV, 400 kV, 750 kV şi
servesc la transportul energiei electrice,
iar liniile scurte au Un <110 kV şi servesc
la distribuţia energiei electrice.
Dacă se consideră schema unei linii
electrice trifazate care satisface condiţiile
de simetrie a sarcinii şi tensiunii pe cele
trei faze (fig.4.11), este suficient să se
studieze funcţionarea unei singure faze.
Conductorul de ducere este conductorul
fazei, iar conductorul de întoarcere este
un conductor fictiv de nul (schemă
bifilară).
Parametrii liniei electrice sunt repartizaţi
în mod uniform pe toată lungimea liniei
de aceea se poate reprezenta linia printr-o
serie de circuite R, L, C identice
(fig.4.12). Fiecare secţiune reprezintă un
tronson al liniei de o lungime dată (de
exemplu un kilometru) şi elementele R0,
XL, XC reprezintă parametrii liniei
corespunzători pentru această lungime.
Se poate simplifica circuitul din figura
4.12 însumând toate rezistenţele pentru a
obţine rezistenţa totală. În acelaşi mod,
se obţine o reactanţa inductivă totală si o
reactanţă capacitivă totală (în paralel).
4.12 Impedanţa liniei de transport
compusă dintr-o serie de secţii identice
Se împarte reactanţa XC în doua elemente
de valori 2XC aflate la cele două
extremităţi ale liniei. Circuitul echivalent
din fig.4.13 permite o bună reprezentare
a unei linii cu frecvenţa de 50Hz când
lungimea sa este mai mică de 250km.
Remarcăm faptul că R şi XL cresc cu
lungimea liniei, în timp ce XC scade cu
aceasta
Fig.4.13 Schema echivalentă a unei linii
de transport cu frecvenţa 50Hz a cărei
lungime nu depăşeşte 250 km
În cazul liniilor trifazate, circuitul
echivalent nu se reprezintă decât pe o
fază. Curentul I circulă pe o fază a liniei
şi tensiunea E este cea existentă între o
linie şi punctul neutru N (pământ).
Uneori, se poate simplifica mai mult
schema echivalentă eliminând unul, două
sau toate elementele din fig.4.13.
Validitatea acestei simplificări depinde
de importanţa relativa a puterilor PJ, QL,
QC asociate cu elemente schemei,
raportate la puterea activă P furnizată de
linia de transport. Referindu-ne la
fig.4.14, aceste puteri sunt:
- P puterea activă transportată de linie
şi absorbită de sarcină;
-
2
J RIP = puterea activă disipată
în linie prin efect Joule;
- 2
LL IXQ = puterea reactivă
absorbită de linie;
-
C
2
C
X
E
Q = puterea reactivă
generată de linie.
Dacă una din aceste puteri este
neglijabilă prin raportare la puterea
activă P transportată, se poate neglija
elementul de circuit corespunzător. De
exemplu, liniile cu tensiune mai mică de
1kV sunt mereu scurte astfel că valoarea
reactanţei XC este foarte mare. Prin
urmare, mărimea E2
/XC devine
neglijabilă, ceea ce permite reprezentarea
aceste linii prin circuitul din fig.4.15.
săgeată
deschidere
20Ω
D
110/1.73kV
(nominal)
20kA
20Ω
arc arc
400kV

2. În mod contrar o linie de 750kV poate fi reprezentată
prin circuitul din figura 4.16, căci pierderile prin efect
Joule sunt relativ mici, în timp ce puterile QC şi QL nu
se pot neglija.
Deci schema electrică echivalentă a unei linii
electrice este un cuadripol în ∏ sau Γ având
parametri concentraţi. La liniile electrice scurte cu
tensiune mică unde intensităţile curenţilor transversali
pot fi neglijate, având valori mici faţă de curentul de
conducţie care străbate conductorul, schema
echivalentă este un dipol cu parametri concentraţi.
4.4 Parametrii şi schemele echivalente ale
transformatoarelor
Transformatoarele utilizate în reţelele electrice se
construiesc cu două sau trei înfăşurări trifazate
dispuse pe miezuri magnetice comune sau separate.
Conexiunea acestor înfăşurări, precum şi forma
constructivă a miezului influenţează valoarea
parametrilor.
Fig.4.17 Schemele echivalente pentru transformat
electrice.
Transformatorul este caracterizat prin următorii
parametrii:
- puterea nominală Sn;
- tensiunea nominală Un;
- pierderi nominale prin efect Joule (în cupru)
determinate in regim de scurtcircuit Pcu;
- pierderi în fier determinate la regimul de mers în
gol Pfe;
- tensiunea de scurtcircuit Usc.
Dispunerea parametrilor concentraţi se poate
realiza în T, Π, Γ (fig.4.17a,b,c) pentru
transformatoare cu două înfăşurări sau în Γ şi T
(fig.4.17d,e) pentru transformatoare cu trei înfăşurări.
4.5 Variaţia tensiunii şi puterii maximale
transportată
Reglarea tensiunii şi puterii maxime pe care o linie
o poate transporta sunt două din cele mai importante
caracteristici. Tensiunea unei linii trebuie să rămână
constantă pe măsură ce puterea activă consumată pe
sarcină variază. De obicei, variaţia tensiunii, de la
putere 0 în plină sarcină, nu trebuie să depăşească 5%
din tensiunea nominală, cu toate că uneori se poate
tolera o reglare până la 10%. Este interesant de ştiut,
de asemenea, puterea maximă pe care o linie o poate
transporta.
Ca să cunoaştem variaţia tensiunii şi să
stabilim puterea maximă transportabilă pe o
linie, vom studia succesiv comportamentul a
patru tipuri de linii:
- linie rezistivă;
- linie inductivă;
- linie inductivă cu compensare;
- linie inductivă legând două mari reţele.
4.5.4 Linie inductivă ce leagă două reţele
Marile centre de utilizare a energiei
electrice sunt întotdeauna interconectate prin
una sau mai multe linii de transport. Aceste
interconexiuni ameliorează stabilitatea
reţelei şi îi permite să suporte mai bine
perturbaţiile cauzate de scurtcircuite şi alte
întreruperi. Mai mult, interconexiunile
permit schimburi de putere între companiile
de electricitate din ţară sau din ţări vecine.
Pentru aceste linii, tensiunile la
extremităţi rămân constante. Ele sunt
determinate de necesităţile celor două
regiuni deservite care reacţionează fiecare ca
două reţele infinite independente.
Fig.4.21 Linie inductivă ce leagă două
reţele mari. ES în avans faţă ER (a), ES în
întârziere faţă de ER (b).
Tensiunile ES şi ER sunt în fază. În
acest caz, curentul pe linie este nul şi nu este
transportată nici o putere. Tensiunea ES este
defazată cu un unghi θ în avans faţă de ER
(fig.4.21a). Regiunea S furnizează atunci
energie regiunii R şi se găseşte că puterea
activă transportată este dată de ecuaţia:
θsin
L
2
X
E
P =
unde: P este puterea activă transportată pe
fază (W);
E este tensiunea de fază [V];
LX este reactanţa inductivă pe fază [ ]Ω ;
θ este unghiul de defazaj între tensiuni
la cele două extremităţi a liniei.
Din această relaţie se deduce relaţia
următoare care este utilizată atunci când se
tratează reţele trifazate de înaltă tensiune:
unde: Pt puterea activă totală transportată pe
o linie trifazată [MW];
EL tensiunea de linie [kV];
XL reactanţa inductivă pe fază [Ω];
θ unghiul de defazaj între tensiunile la
cele două extremităţi ale liniei.
Figura 4.22a arată curba puterii active în
funcţie de unghiul de defazaj. Se constată că
puterea transportată creşte progresiv pentru
a atinge o valoare maximă E2
/XL atunci când
defazajul θ între cele două reţele este 90°.
Fig.4.22 Caracteristicile P = f(θ) (a), ES
= f(P) (b) ale unei linii ce leagă două
reţele
O linie ce leagă două reţele impune
de asemenea o limită a puterii maxime pe
care o poate transporta. Această limită
este aceeaşi ca aceea pentru o linie
inductiv compensată. În ciuda faptului că
teoretic se poate transporta o putere şi
când unghiul θ este superior lui 90°, se
evită această condiţie, căci ea corespunde
unui punct de funcţionare instabil. Când
unghiul θ este vecin cu 90° (puţin peste
90°) întrerupătorul de linie poate opri
circuitul.
Căderea de tensiune EX în linie
poate fi considerabilă, chiar dacă
tensiunile ES şi ER la cele două
extremităţi sunt egale. Este evident că,
tensiunea EX este cu atât mai mare cu cât
defazajul între ES şi ER este mai mare.
Tensiunea ES este defazată cu un
unghi θ în urma tensiunii ER
(fig.4.21b). Puterea activă este deci dată
de ecuaţia 4.15, dar de această dată ea
circulă din regiunea R către regiunea S.
Curba de putere în funcţie de unghiul de
defazaj θ este identică cu aceea din
fig.4.22 şi în ceea ce constă stabilitatea.
Dacă se compară fig.4.21a şi 4.21b, se
constată că sensul circulaţiei puterii nu
depinde de valorile relative ale
tensiunilor ES şi ER (ele sunt legate), ci
de defazajul între ele.
4.5.5 Puterea transportată de o
linie electrică
S-a văzut că puterea P pe care o linie
o poate transporta, pentru o reglare dată,
este proporţională cu raportul ZE2
L /
unde LE este tensiunea de linie şi Z
este impedanţa sa. Deoarece această
impedanţă este proporţională cu distanţa
la care se măsoară, se deduce că
tensiunea iniţială LE este dată de o
expresie de forma:
lPkEL ⋅=
unde: EL este tensiunea de linie [V];
P este puterea transportată pe trei
faze;
l este distanţa de transport [m];
k este factor aproximativ care
depinde de reglarea permisă şi de tipul de
linie.
Pentru o reglare a tensiunii de 5%, avem:
- k = 0,1 pentru o linie fără compensare;
- k = 0,06 pentru o linie cu compensare.
Formula furnizează doar un ordin de
mărime al tensiunii EL, căci valoarea
finală aleasă depinde de factori
economici şi de alte consideraţii. În
general, tensiunea adoptată este cuprinsă
între 0,5 EL şi 1,5 EL.
Există întotdeauna o limită a puterii
pe care o linie o poate transporta.
Această putere maximă este
proporţională cu pătratul tensiunii şi
invers proporţională cu impedanţa de
linie. Fig.4.23 permite să se compare
puterile şi tensiunile pentru cele patru
tipuri de linii. Fiecare linie posedă o
impedanţă de Ω10 şi sursa furnizează
o tensiune ES de 10KV. Dacă se tolerează
o reglare maximă de 5% a tensiunii,
puterile care se pot transporta sunt
limitate la valorile din figură.
În plus, cum liniile posedă
întotdeauna o anumită rezistenţă, s-a
trasat, cu titlu de interes, curba de reglare
corespunzătoare unei linii compensate
având o reactanţă de Ω8,9 şi o
rezistenţă de Ω2 . Curba (trasată
punctat), indică atunci că puterea
maximă ajunge la 8MW, comparativ cu
10MW pentru o linie care nu posedă nici
o rezistenţă.
Fig.4.23 Compararea puterii
transportate pe o linie.
4.5.6 Metode pentru a creşte puterea
transportată
Liniile de înaltă tensiune sunt
întotdeauna inductive şi ele posedă o
reactanţă de aproximativ 0,5Ω/km.
Aceasta creează probleme când se
transportă puteri importante pe lungimi
mari. Presupunem, de exemplu, că
trebuie să se transporte o putere de
5000MW pe o distanţă de 300km.
Reactanţa de linie pe fiecare fază va fi:
150Ω
km
Ω
0,5300km =×
Cum cea mai înaltă tensiune
practică este de 750kV, linia poate
transporta o putere maximă de:
( ) 3750MW
150
750KV
X
E
P
2
L
2
L
max ===
Deoarece această putere este
insuficientă, singura soluţie este de a
utiliza două linii în paralel, una alături de
alta. Notăm că este inutil să se dubleze
grosimea conductorilor căci reactanţa şi
nu rezistenţa firelor este cea care
determină puterea maximă. Pentru puteri
crescute există trei şi chiar patru linii
trifazate care urmează aceeaşi traiectorie
traversând terenul. În plus creşterea
costurilor pune mari probleme.
Din această cauză, s-a recurs la alte
metode pentru a creşte puterea maximă a
unei linii. Când nu mai este posibil să se
mai crească tensiunea unei linii, se
încearcă să se diminueze reactanţa sa
LX .
Prima metodă constă în a utiliza
conductoare fasciculare ceea ce reduce
reactanţa cu aproape 40% şi permite
astfel o creştere a puterii a puterii
transportate cu 67%.
O a doua metodă pentru a creşte
puterea transportată constă în a lega
condensatori XCS, în serie cu
conductoarele de linie pentru a se reduce
artificial valoarea XL.
Astfel puterea maximă devine:
)(
max
CSL
2
L
XX
E
P
−
=
unde: XCS este reactanţa capacitivă a
condensatoarelor pe fază.
Această compensare serie este
utilizată şi pentru a regla tensiunea pe
liniile de medie tensiune când sarcina
prezintă variaţii bruşte. La un scurtcircuit
pe linie, tensiunea la bornele
condensatoarelor serie poate depăşi
limitele permise şi trebuie să se prevadă
eclatoare pentru a scurtcircuita
condensatoarele.
4.7 Scheme electrice de conexiuni
4.7.1 Scheme electrice de conexiuni
folosite la staţiile electrice de înaltă şi
medie tensiune
Schemele electrice pot avea următoarele
reprezentări:
- redusă (principială), în care apar
numai elementele centrale ale instalaţiei,
fără aparate de măsură, etc;
- monofilară, în care fiecare circuit
este reprezentat printr-o singură fază; se
marchează aparatele esenţiale
(întrerupătoare, separatoare, reductoare
de curent şi tensiune), iar unele circuite
pot fi completate cu indicaţii asupra
aparatelor;
2
sinL
t
L
E
P
X
θ=

3. - trifilară (multifilară), în curent continuu şi în
curent alternativ trifazat, unde este necesar să se
explice aparatele pe diferite faze; schema se poate
executa numai cu aparatele de înaltă tensiune sau şi
cu cele de joasă tensiune;
- de serviciu, în care se reprezintă complet toate
aparatele, instrumentele, firele de legătură, circuitele
de comandă, semnalizare, protecţie prin relee
(cuprinzând şi mărcile de borne ale aparatelor şi
instrumentelor, etc.)
Energia electrică produsă în centralele generatoare
este transformată în staţiile electrice de transformare
unde are loc o creştere a tensiunii de la valoarea
medie la tensiunea înaltă necesară pentru a asigura un
transport economic de energie. Tensiunea înaltă
utilizată pentru transport trebuie să fie din nou redusă
în staţiile electrice de distribuţie situate aproape de
marile centre de consum. Aparatajul electric utilizat
în aceste posturi este asemănător celui utilizat în
staţiile electrice de transformare.
4.7.1.1 Aparate electrice folosite în staţiile electrice
de înaltă şi medie tensiune
Cea mai mare parte a staţiilor şi posturilor de
transformare conţin următoarele aparate principale:
- întrerupătoare;
- separatoare;
- transformatoare de putere;
- transformatoare de tensiune şi curent;
- reactanţe de linie;
- paratrăsnete.
In descrierea care urmează se va arăta principiul de
funcţionare a acestor aparate.
Întrerupătorul este un aparat care poate întrerupe
curenţii importanţi, este vorba de curentul nominal
sau de curenţii de defect. El poate fi comandat de la
faţa locului sau prin telecomandă. In plus,
întrerupătorul deschide automat un circuit în care
curentul depăşeşte o valoare predeterminată. El
întrerupe curenţii mari de scurtcircuit şi joacă acelaşi
rol ca o siguranţă, dar funcţionarea sa este sigură şi nu
este nevoie să-1 schimbăm la fiecare întrerupere.
Întrerupătoarele cele mai răspândite sunt:
1. întrerupătoarele cu ulei;
2. întrerupătoarele cu aer comprimat;
3.întrerupătoarele cu SF6;
4. întrerupătoarele cu vid
Datele nominale ale unui întrerupător sunt curentul
nominal de regim permanent, curentul de rupere
(curentul maxim pe care întrerupătorul poate să-1
întrerupă), tensiunea nominală, timpul de deschidere
în cicluri, puterea de rupere în MVA. Graţie unui
suflaj energic şi a unei deionizări rapide a aerului, ele
reuşesc să deschidă circuitul într-un timp cuprins între
trei şi opt cicluri. O deschidere rapidă permite să se
reducă pagubele la linii şi la echipamente şi ceea ce
este important, împiedică reţeaua să devină instabilă.
Fig.4.30 Circuit de comandă pentru deschiderea unui
întrerupător
Deschiderea întrerupătorului poate fi comandată
direct prin trecerea curentului printr-o bobină de
declanşare sau, mai frecvent, prin intermediul unui
releu. Acest releu este un dispozitiv care poate
descoperi condiţii anormale în reţea. De exemplu în
figura 4.30, bobina releului este alimentată de
curentul secundarului unui transformator de curent
înseriat cu unul din conductoarele de linie protejate.
Dacă în linie curentul depăşeşte o valoare
determinată, curentul secundarului care parcurge
bobina releului provoacă închiderea contactelor C1 şi
C2. închiderea acestor contacte realizează
continuitatea circuitul de alimentare al bobinei de
declanşare. Aceasta provoacă deschiderea contactelor
principale şi celelalte operaţii necesare la stingerea
arcului.
1. întrerupătoarele cu ulei se compun în
principal dintr-o cuvă ce conţine ulei izolant, borne de
intrare din porţelan la extremităţile cărora se găsesc
contacte fixe şi un contact mobil acţionat de
deplasarea unei tije izolată.
In momentul suprasarcinii, bobina de declanşare
eliberează un resort puternic care se destinde antrenând
tija izolată şi provoacă deschiderea contactelor. în
momentul separării contactelor, arcul electric se
stabileşte şi volatilizează uleiul care îl înconjoară.
Presiunea gazului astfel produsă, agită energic uleiul.
Uleiul rece reuşeşte să răcească arcul şi să-l destind sa –l
destindă.
In întrerupătoarele moderne de mare putere,
arcul se produce într-o cameră unde marea
presiune rezultată la evaporarea uleiului este
utilizată pentru a forma un jet puternic de
ulei. Acest jet de ulei este dirijat pe arc
pentru al destinde. în alte dispozitive arcul
este deviat şi alungit prin acţiunea unui
câmp magnetic care îl fracţionează printr-o
serie de plăci izolante.
2. întrerupătoarele cu aer comprimat
provoacă stingerea arcului suflând aer la
viteze supersonice între contactele care se
separă. Aerul este păstrat în rezervoare la o
presiune de ordinul a 3MPa, graţie unui
compresor situat în postul de transformare.
Deschiderea acestor întrerupătoare se poate
face într-un interval cuprins între 3 şi 6
cicluri, la o tensiune de. Zgomotul de la
deschidere necesită întotdeauna măsuri de
insonorizare.
3. întrerupătoarele cu gaz SF6
(hexaflorură de sulf) sunt utilizate când
trebuie reduse dimensiunile întrerupătorului,
de exemplu în posturile de transformare din
centrul oraşelor. Aceste întrerupătoare
blindate permit o mare economie de spaţiu
totodată fiind mai silenţioase ca cele cu aer
comprimat.
4. întrerupătoarele în vid funcţionează pe
un principiu diferit de celelalte
întrerupătoare, deoarece absenţa unui gaz
evită problema ionizării pe perioada
deschiderii contactelor. Aceste
întrerupătoare sunt sigilate ermetic de natură
că nu există nici o problemă de contaminare
sau de zgomot. Tensiunea lor de rupere este
limitată la o valoare de 30kV. Pentru
tensiuni înalte se montează mai multe
module în serie.
Întrerupătoarele cu coarne sunt aparate
care pot deconecta curenţi mici capacitivi de
linie de transport sau curenţi de excitaţie ai
transformatoarelor, dar nu pot întrerupe
curenţi de sarcină normală. Acesta conţine o
lamă mobilă şi o falcă fixă montată pe
izolatori şi în plus două prelungiri (coarne)
care se separă la deschiderea contactelor
principale. Arcul de rupere se stabileşte între
coarne şi se măreşte sub acţiunea combinată
a curentului de aer cald şi a câmpului
magnetic pe care îl produce la stingerea sa.
Aceste coarne se erodează gradual, dar ele
sunt uşor de înlocuit.
Separatoarele nu sunt dotate cu nici o putere
de rupere. Ele permit deschiderea unui
circuit în absenţa curentului electric. Ele
servesc la repararea şi la izolarea vizibilă a
liniilor şi întrerupătoarelor sau a altor părţi
de reţea. Separatorul este înzestrat cu un
dispozitiv de închidere, care îl împiedică să
se deschidă sub acţiunea forţelor
electromagnetice interne produse de curenţii
de scurtcircuit.
Separatoarele de punere la pământ sunt
întrerupătoare de securitate care izolează un
circuit şi care, graţie punerii lor la pământ,
împiedică apariţia tensiunii pe o linie în
timpul reparaţiei.
Descărcătoarele sunt aparate destinate
limitării supratensiunilor impuse
transformatoarelor sau a altor dispozitive,
aparate şi maşini electrice prin trăsnet şi prin
manevra de conectare a liniilor şi a
transformatoarelor. Partea superioară a unui
descărcător este legată la una din fazele
liniei protejate şi partea inferioară este
conectată la sol prin punere la pământ cu
rezistenţă mică, în general mai mică decât
un ohm.
Fig.4.31 Caracteristicile unui
descărcător având tensiunea nominală
30kV
Descărcătorul este construit dintr-un tub
de porţelan izolat în care sunt montate în
serie o mulţime de discuri şi eclatoare.
Un resort menţine ansamblul sub
presiune. Eclatoarele sunt constituite din
doi electrozi separaţi printr-un strat
subţire de aer. Discurile sunt formate
dintr-un material de natură ceramică şi de
carbură de siliciu. Această substanţă are
posibilitatea să ofere o rezistenţă care
variază invers proporţional cu tensiunea
care îi este aplicată. Rezistenţa sa scade
cu cât tensiunea creşte. Când tensiunea
între faza liniei şi sol este normală,
stratul de aer între electrozii eclatoarelor
se opune la trecerea curentului. Când
tensiunea pe linie depăşeşte o valoare
oarecare, un arc se amorsează între
eclatoare şi leagă efectiv linia la pământ
prin seria de discuri care nu prezintă
atunci decât o rezistenţă mică. Sarcina
electrică acumulată pe linie se scurge în
pământ. Când descărcarea este terminată,
discurile prezintă din nou o rezistenţă
ridicată, arcul se stinge şi tensiunea
redevine normală. Figura 4.31 prezintă
curbele caracteristice pentru un
descărcător destinat să protejeze o linie
electrică.
Din ce în ce mai mult se utilizează
descărcătoare cu oxid de zinc, numite şi
cu oxid de metal. Ele sunt compuse dintr-
o serie de pastile cu rezistenţă non-
lineară introduse într-un tub de porţelan.
Absenţa eclatoarelor şi a altor dispozitive
auxiliare conduce la o caracteristică E-I
mult mai plată ca acea a elementelor cu
carburi de siliciu ceea ce reprezintă un
avantaj important. Este important ca
temperatura şi tensiunea în regim
permanent să nu depăşească valorile
admisibile ale descărcătorului.
Descărcătoarele oferă şi protecţie
contra supratensiunilor, ele permit de
asemenea reducerea tensiunii de ţinere la
unda de şoc a tuturor aparatelor instalate
în posturile de transformare. Pe reţeaua
de înaltă şi medie tensiune se realizează
astfel economii la costurile aparatajului.
Bobinele de reactanţă au rolul de a
limita curentul de scurtcircuit la o
valoare inferioară curentului de rupere al
întrerupătorului.
Intr-o staţie de transformare există un
grup de transformatoare alimentate la
tensiune înaltă care în secundar sunt
cuplate la o bară de medie tensiune. Bara
de medie tensiune alimentează mai multe
artere (linii de alimentare sau fideri) care
deservesc regiunea înconjurătoare.
Figura 4.32 prezintă un transformator
trifazat de 69MVA, 220kV/24.9kV,
având o impedanţă de 9,5% care
alimentează o bară trifazată de 24,9kV.
Bara este o sursă care alimentează opt
artere trifazate identice.
Fig.4.32 Transformator trifazat dintr-o
staţie electrică ce alimentează 8 fideri
Analizăm caracteristicile acestui montaj:
1. Curentul nominal în secundarul
transformatorului este:
2. Fiecare fider poate furniza sarcinii sale
un curent nominal:
3. Rezultă că fiecare fider trebuie protejat
printr-un întrerupător de 200A, având o
putere de rupere de 4000A.
4. Deoarece impedanţa transformatorului
este de 9,5%, el poate furniza la
scurtcircuit un curent:
min 1600
16842
% 0,095
no al
SC
I
I A
Z
= = =
5. Apare problema, producerii unui
scurtcircuit înaintea postului, de exemplu
pe fiderul numărul 2. Acesta şi
întrerupătorul său sunt parcurse de un
curent de 16,8kA de 80 de ori mai mare
ca cel nominal. Deoarece curentul de
rupere al întrerupătorului este de 4000A,
acesta se va distruge la deschiderea
circuitului. în plus, fiderul riscă să ardă
pe toată lungimea sa şi se poate produce
o veritabilă explozie în punctul de defect.
6. Pentru a evita acest pericol, plasăm o
bobină de reactanţă în serie cu fiecare
fază a fiderului (fig.4.33). Această
reactanţă trebuie să limiteze curentul de
rupere al întreruptorului, dar impedanţa
sa trebuie să fie destul de mică pentru a
se evita o cădere de tensiune excesivă la
sarcină nominală.
Fig.4.33 Bobină de reactanţă montată pe
fider în scopul reducerii curentului de
scurtcircuit
In acest exemplu limităm curentul de
scurtcircuit la 4000A, iar valoarea
reactanţei pe fază este:
Transformatorul de punere la pământ
este necesar într-o reţea trifazată pentru a
crea un fir neutru în scopul convertirii
acesteia într-o reţea trifazată cu patru
fire. Acesta este de fapt un
autotransformator trifazat ale cărui
înfăşurări sunt legate în zig zag conform
schemei din figura 4.34
Dacă conectăm o sarcină monofazată
între linie şi pământ, curentul I se divide
în trei curenţi egali 1/3 în înfăşurări. Cum
aceşti curenţi rămân egali, punctul neutru
N nu se deplasează şi tensiunile rămân
echilibrate, ca în cazul unei reţele de
patru fire. în practică, repartizăm
sarcinile monofazate în mod egal între
cele trei faze şi pământ, deci curentul I
care circulă în firul neutru este un curent
monofazat scăzut.
4.7.1.2 Scheme cu bare colectoare
simple
Semnul distinctiv al barei colectoare
(BC), în reprezentarea monofilară, este o
linie groasă (precizarea numărului de
faze fiind opţională).
Schema cu bare colectoare simple
(fig.4.35) este soluţia pentru instalaţii de
tensiune mică, cu putere redusă şi număr
mic de manevre (tensiuni 6...35 kV, cu
număr redus de celule). Soluţia se
foloseşte în posturile trafo urbane.
Avantajul principal al BC simple este
realizarea ieftină, cu puţin material.
In schema din fig. 4.35 trei
transformatoare, cuplate la BC,
alimentează liniile L1, L2. Cuplarea la BC
a liniilor şi transformatoarelor se face
prin întrerupător I şi separator S.
6
69 10
1600
24900 1,733
S x
I A
xE
= = =
1600
200
8
A
A=
3,6
0,0095 9,5
2 2 50
LX
L H mH
f xπ π
= = = =

4. Fig.4.35 Schemă cu bare colectoare simple
In cazul scurtcircuitului K1, pentru a izola
defectul, întrerupătorul I2 declanşează, iar restul
instalaţiei continuă să funcţioneze (defect în aval de
BC). La scurtcircuitul K2 în transformator, izolarea
defectului se face prin declanşarea întrerupătorului I3.
Porţiunea defectă este separată de restul instalaţiei,
care continuă să funcţioneze.
In cazul scurtcircuitului K3, scurtcircuit pe BC,
este necesară deconectarea tuturor întrerupătoarelor
I1, I2...I5, pentru a izola bara defectă şi a o remedia,
rezultând un defect grav. La scurtcircuitul K4 situat la
separatorul de bare al liniei L1, în mod analog
scurtcircuitului K3, rezultă un defect grav.
Dezavantajul BC simple se vede în cazul
scurtcircuitului de tipul K3, K4, când se întrerupe
alimentarea cu energie electrică a consumatorilor.
Rolul întrerupătorului I este de a cupla sau decupla
celula (de linie sau trafo) de la BC. Rolul
separatorului S este numai de a separa vizibil BC de
elementele celulelor. Separatorul nu este conceput
pentru a întrerupe / a cupla un curent sub sarcină
(generator, transformator) de la / la BC. în astfel de
cazuri arcul neputând fi întrerupt, se întinde şi
datorită încălzirii puternice, conturnează izolatorul.
Arcul se deplasează către o fază vecină, producând
unul dintre cele mai grave defecte, scurtcircuitul la
bare (se topesc legăturile, se rup barele). Remedierea
unui astfel de defect are consecinţe economice grave.
Din acest motiv orice manevre de aparataj de
comutaţie primară se efectuează numai într-o
succesiune strictă de operaţii, consemnată într-o
foaie de manevră.
De exemplu:
- la închiderea unui circuit separatoarele se
închid înaintea întrerupătorului, iar la deschiderea
circuitului, numai după deschiderea întrerupătorului
(fără ca acestea să închidă sau să deschidă curentul de
sarcină al circuitului);
la deschiderea unui circuit aparatele se deconectează
dinspre consumator spre sursă (pentru linia L1, întâi
SI1, apoi Sb ambele după deconectarea I1), iar la
închiderea circuitului succesiunea este inversă (întâi
Sb, urmează SI1, apoi conectarea I1).
4.7.1.3 Schema cu bare colectoare duble
Soluţia cu BC duble (fig.4.36) se aplică când se
impun următoarele condiţii:
- un număr mare de celule;
- un număr mare de manevre;
- siguranţă sporită pentru anumiţi consumatori.
Fig.4.36 Schemă cu bare colectoare
Fiecare din sistemele SI, SII ale BC este trifazat.
In funcţionare normală, se utilizează un singur sistem
de BC, celălalt fiind rezervă (la noi este in funcţiune
SI). Prin intermediul separatoarelor SbG1', SbG2'
SbL, elementele schemei sunt legate la sist de bare SI
La apariţia unui defect pe SI, sistemul
de bare este scos de sub tensiune. După
sesizarea defectului se decuplează
întrerupătoarele I1, I2, IL de la SI, (apoi se
deschid separatoarele legate la sistemul SI,
corespunzătoare acestor circuite).
Pentru alimentarea sistemului de bare SII,
se închid întâi separatoarele SbG1, SbG2,
SL', corespunzătoare circuitelor G1, G2.
respectiv L aflate pe sistemul de bare SII,
după care se cuplează şi întrerupătoarele I1,
I2, respectiv IL. Aceste manevre de trecere
de pe sistemul SI pe sistemul SII a
ansamblului de circuite necesită câteva
minute, faţă de durata mult mai mare
necesară pentru remedierea defectului.
In cazul unei manevre de trecere de pe
sistemul SI pe sistemul SII, pentru o lucrare
planificată, trecerea se poate face iară
întreruperi. Se închide întâi separatorul SbG1
astfel punându-se sub tensiune şi sistemul
SII, apoi se închid şi separatoarele SbG2,
SL'. In acest moment funcţionează ambele
sisteme SI, SII. Acum se pot deschide, întâi
SbL, apoi SbG1', SbG2', sistemul de bare SI
rămânând fără tensiune.
Dezavantajele BC duble sunt:
- construcţia a două rânduri de bare;
- prevederea unui număr dublu de
separatoare şi a legăturilor între perechile de
separatoare;
- efectuarea manevrelor este destul de
dificilă şi necesită un plus de atenţie datorită
complexităţii schemei.
4.7.2 Scheme electrice cu
posibilităţi de mărire a elasticităţii
şi îmbunătăţirii fiabilităţii
4.7.2.1 Cupla transversală
In cazul BC duble, trecerea unui circuit de
pe un sistem al BC pe celălalt necesită
întreruperi. în schemele cu număr mare de
circuite se prevede o legătură
între cele două sisteme BC, formată de
întrerupătorul ICt, separatoarele SC1, SC2,
numită cuplă transversală. în fig.4.39
generatoarele G1, G2, G3 sunt cuplate la
sistemul SI şi alimentează liniile L1, L2, L3.
Presupunem că linia L3 a fost în reparaţie şi
este necesar să fie pusă sub tensiune.
Dacă se cuplează întrerupătorul IL3 la SI,
există riscul ca în cazul unei remedieri
necorespunzătoare să decupleze IL3 prin
protecţiile sale sau, mai grav, se ajunge la o
întrerupere generală prin decuplarea
întrerupătoarelor generatoarelor.
Dacă se leagă linia L3 separat la SII
(astfel se deschide întrerupătorul IG3, apoi
separatorul SG31 decuplându-se generatorul
G3, se închide SG32, apoi întrerupătorul IG3
cuplându-se generatorul G3 la SII) este
necesar să se închidă separatoarele SL32,
SL3 şi întrerupătorul IL3. In acest mod L3
este pusă sub tensiune pe cale separată, iar
dacă există un defect pe linia L3, se
decuplează numai întrerupătorul IL3. In acest
moment există două sisteme separate,
sistemul SI, alimentat de la generatoarele
G1, G2 şi sistemul SII, alimentat de la
generatorul G3. Aceste sisteme pot fi puse
în paralel prin întrerupătorul ICt al cuplei
transversale (punerea în paralel se face cu
condiţia unor sisteme trifazate de tensiuni
identice pe sistemele de bare SI şi SII), în
cazul obişnuit se păstrează în funcţiune un
singur sistem de bare SI, astfel se închid
separatoarele SG31 SL31, se deschid
separatoarele SG32, SL32 şi apoi se
decuplează întrerupătorul ICt al cuplei
transversale.
Avantajele cuplei transversale sunt
următoarele:
- secţionarea sistemului în mai
multe zone, pentru limitarea curenţilor de
scurtcircuit;
- întrerupătorul ICt poate servi
pentru separarea unei porţiuni defecte din
sistem, trecând această zonă pe un sistem
de bare separat cu ajutorul Ict;
- pentru situaţii speciale când un
consumator nu poate accepta întreruperea
alimentării pe perioada reviziei sau
reparaţiei întrupătorului, cupla poate fi
utilizată ca întrerupător (vezi cazul barei
de transfer). în această perioadă cupla
transversală şi sistemul BC sunt
imobilizate.
Printre dezavantajele cuplei transversale
se pot enumera:
- manevrele sunt ample, complicate;
- întrerupătorul Ict poate fi parcurs
de curenţi importanţi, care trec dintr-un
sistem al BC în celălalt; acesta are un
curent nominal ridicat, fiind mai solicitat
decât întrerupătoarele de pe circuitul
generatoarelor, din acest motiv este un
aparat puternic, greu, scump.
4.7.2.2 Scheme cu posibilităţi de
reducere a curentului de scurtcircuit
Înserierea unei bobine de reactanţă în
calea curentului de scurtcircuit
Există trei moduri de integrare a
reactorului într-o schemă de staţie 6-10
KV. Unul din moduri este racordarea
unei surse suplimentare la bornele unei
instalaţii (generator până la 6-10 kV) prin
bobina de reactanţă BR (fig.4.44a).
Circuitul sursei se divizează prin câte un
reactor BR1, BR2 şi se leagă la secţiile
de bare a şi b ale unui sistem sec ionat.
Fig.4.44 Racordarea unei surse
suplimentare prin bobină de reactanţă (a),
varianta cu bobină divizată (b).
In fig.4.44b se prezintă o soluţie mai
eficientă, care utilizează reactorul divizat
în două jumătăţi, între care apare efectul
inducţiei mutuale M. în regim normal de
funcţionare, când curenţii In în cele două
jumătăţi sunt de sensuri opuse, reactanţă
BR este:
( ) ; 0,5RX L M M Lω= − ⋅ ≈
(pt curenti In egali)
Coeficientul de cuplaj reduce la jumătate
reactanţă bobinelor.
In cazul scurtcircuitului K, curenţii care
parcurg cele două secţii sunt de acelaşi
sens, inductivitatea M se înseriază cu L
mărind reactanţă în calea curentului de
scurtcircuit:
2 ( )totalX L M ω= ⋅ + ⋅
(pt. curenti egali IX1=IX2)
Un alt mod de racordare al bobinelor de
reactanţă este atât pe BC cât şi pe
circuitele de plecare din BC (fig.4.45)
pentru instalaţiile de putere mare (12-
15MW). Reactorul de bare se instalează
între secţiile longitudinale, micşorând
contribuţia surselor G2,T2 la
scurtcircuitul K1 sau a surselor G1,T1
la scurtcircuitul K2.
Fig.4.45 Racordarea bobinelor de
reactanţă atât pe BC, cât şi pe circuitele
de plecare din BC.
Fig. 4.46 Montarea bobinelor de
reactan a in aval (a), in amonte (b), cu
celule prefabricate (c)
Pentru instalaţii mai ample cu peste
trei generatoare, mai adecvat este
sistemul de bare în formă de buclă
(inel), prezentat în fig.4.45 cu linie
punctată. Se separă fiecare sursă

5. (generator, transformator) prin câte
un reactor Rb. Reactoarele de linie Ri
se montează numai pe plecările în
cablu, considerându-se că în cazul
LEA reactanţa mult mai mare
limitează curentul de scurtcircuit.
Montarea bobinelor de reactanţa pe plecările în cablu
se poate face în aval faţă de întrerupător (fig.4.46a)
sau în amonte (fig.4.46b).
In montajul aval, reactanţa limitează curentul de
scurtcircuit la consumator. La defecte pe bară,
limitarea curentului de scurtcircuit revine reactorului
de pe bare. în montajul amonte, cu reactor plasat
înaintea întrerupătorului I, nu mai există riscul unui
scurtcircuit nelimitat de reactanţa XR. Acest montaj
este mai dificil de realizat, (reactorul este greu,
necesitând instalaţii speciale de ridicat la nivelul
barelor BC). In instalaţiile curente de azi se folosesc
celule prefabricate pentru echipamentele cablurilor
(fiderilor) spre consumator (fig.4.46c). De regulă, la
fiecare celulă de bare cu reactor, se montează două
legături de cablu Cb1, Cb2.
4.7.2.3 Cupla longitudinală
La o instalaţie cu BC simple se poate secţiona
sistemul în două jumătăţi legate printr-o cuplă
longitudinală CI. Cele două sisteme pot lucra separat,
fiecare alimentând consumatorii săi (fig.4.47), astfel
reducându-se curentul de scurtcircuit.
Fig.4.47 Interconectarea secţiilor Sa şi Sb cu ajutorul
cuplei longitudinale
Dacă sarcina este redusă sau în cazul avariei uneia
dintre sursele de alimentare, se leagă cele două secţii
prin cupla longitudinală CI, făcându-se toate
manevrele de punere în paralel a surselor de pe
secţiile Sa şi Sb. Cupla CI, fiind parcursă detotalitatea
curenţilor de scurtcircuit, are o construcţie grea
(reactorul R poate fi pe CI). Ea se montează dificil în
instalaţii şi este mai rar întâlnită la BC simple.
La BC duble, se impune mai întâi montarea cuplei
transversale şi apoi a cuplei longitudinale, în caz de
nevoie (fig.4.48). în acest sistem cupla longitudinală
este folosită în timpul manevrelor, de aceea este
necesar ca separatoarele de cuplă să stea închise, iar
întrerupătoarele deschise. în soluţia din fig.4.48 cupla
este imobilizată dacă s-a făcut legătura între secţiile
SIa şi SIb. Acest lucru se poate evita trecând de pe
secţia SI pe secţia SII. Un alt mod de a elibera CI este
montarea separatorului SI între barele SIa şi SIb,
manevrele făcându-se astfel: cupla CI iniţial este
închisă, se închide SI, se deschide CI, separatoarele
cuplei CI rămân închise.
Fig.4.48 Schema cu BC duble cu secţiile Sla şi
SIb conectate prin cuplă longitudinală
Pentru separarea secţiilor SIa, SIb legate
prin separatorul SI, manevrele sunt
următoarele: se închide CI, apoi se deschide
SI. Soluţia din fig.4.48 are nevoie de trei
întrerupătoare de cuplă. în cazuri
excepţionale poate apare nevoia secţionării
şi a sistemului SII Numărul mare de cuple
scumpeşte însă mult instalaţia şi din acest
motiv se utilizează în măsură însemnată
cuplele combinate (fig.4.49).
In fig.4.49a este reprezentată cupla longo-
transversală, cu varianta în cruce (fig.4.49b).
In varianta b întrerupătorul Cl-t îndeplineşte
următoarele funcţii: pe drumul 'abcf' este
longitudinală şi leagă SIIa cu SIIb; pe
drumul 'dcbe' este longitudinală şi leagă SIa
cu SIb; pe drumul 'abcd' este transversală şi
leagă Sla cu Sila; pe drumul 'ebcf' este
transversală şi leagă SIb cu SIIb.
In acest caz sistemul realizează toate
posibilităţile de manevră cu un singur
aparat. Când acesta a executat o operaţie,
este însă blocat pentru toate celelalte şi de
asemenea, acesta este foarte solicitat.
Fig.4.50 Cuplă combinată transversală şi de
transfer.
O cuplă combinată transversală şi de transfer
Ct-tf este reprezentată in fig.4.50. Pe drumul
'acde' Ct-tf este cuplă transversală, iar pe
drumurile 'acdf', 'bcdf' este cuplă de transfer.
4.7.2.6 Instalaţii fără bare colectoare
Instalaţiile fără bare colectoare pot fi
utilizate pentru tensiuni foarte înalte, unde
nivelul de asigurare al fiecărei legături
trebuie să fie foarte ridicat sau la staţiile
destinate alimentării unor consumatori, unde
se permite reducerea investiţiei, în balanţă
cu un anumit nivel de continuitate în
alimentare.
A. - In figura 4.54 se prezintă scheme
poligonale (în buclă), cu întrerupătoarele
plasate în serie pe legătura în buclă, care
necesită o dimensionare la curentul total
ce le traversează. în figura. 4.54a bucla
este simplă, iar numărul de întrerupătoare
este egal cu cel al celulelor. Se poate
realiza revizia unui întrerupător, fără a
întrerupe consumatorii, prin desfacerea
buclei şi izolarea întrerupătorului cu
ajutorul separatoarelor adiacente. La
defecte de tipul K, protecţia celulei L3
comandă deschiderea întrerupătoarelor
IA şi IB, apoi deschiderea separatorului
SI3, astfel linia L3 defectă este izolată şi
se pot închide întrerupătoarelor IA şi IB,
refăcându-se poligonul.
Fig. 4.54 Scheme in bucla simpla (a),
dubla (b)
Siguranţa în funcţionare este mai mare,
cu condiţia păstrării tuturor
întrerupătoarelor în stare de funcţionare
şi a poligonului închis (ceea ce nu este
valabil în perioada de reparare şi revizie
la un întrerupător I).
Pentru instalaţii de foarte mare
importanţă (750kV) se utilizează varianta
in buclă dublă fig.4.54b. Fiecărei linii i
se asociază doua transformatoare. La
scurtcircuitul K 1 , linia L 1 este izolată
prin deconectarea celor două
întrerupătoare adiacente. La scurtcircuitul
K2 se deconectează cele trei
întrerupătoare adiacente..
B. - Schemele cu mai puţin de un
întrerupător pe circuit sunt utilizate în
alimentarea unor zone de consum. Pentru
o zonă nouă de consum există mai multe
posibilităţi de racordare la sistemul
energetic (fig.4.55)
Fig. 4.55 Variante pt. sta ii de racord
adânc
Racordul adânc (RA) se face la o arteră
de transport (LEA) sau la un sistem de
distribuţie a energiei care trece prin
vecinătatea zonei de consum. Ambele
staţii A şi B din figura 4.55 sunt staţii de
producere a energiei. RA poate fi: -
simplu circuit (a), cu racordare printr-un
singur circuit; - dublu circuit (b), prin
derivare de la o linie dublu circuit; -
dublu circuit prin secţionarea liniei (c).
Pt consumatorii de categoria II si III
este necesara folosirea a 2 surse de
alimentare a racordului adânc (fig. 4.55
b, c). In acest caz se utilizează schemele
in „H” din fig. 4.56
Fig. 4.56 Variante de scheme de
racord adânc in H
Pe partea de înaltă tensiune (110 KV)
există o legătură în H care uneşte cele
două circuite. De asemenea, pe partea de
înaltă tensiune lipsesc BC şi există trei
întrerupătoare I1, I2, I3 pe două circuite
(0.75/ circuit).
In varianta 'a' există o bună protecţie a
liniilor, astfel încât la o avarie de tip K1
declanşează întrerupătorul I1, a doua linie
alimentând ambele transformatoare T1,
T2. în cazul scurtcircuitului K2 în
transformator, acesta este izolat prin
deconectarea întrerupătoarelor I1, I3, I4
care încadrează zona defectă, iar
consumatorii rămân alimentaţi de o linie
şi un transformator. Pentru revenirea la
buna funcţionare (dublă alimentare) este
necesară închiderea separatorului de
transformator şi apoi a întrerupătoarelor
I1 şi I3.
In varianta 'b' avaria K1 pe o linie duce la
declanşarea întrerupătoarelor I1 şi I3
rămânând o singură cale de alimentare a
consumatorilor L2, T2. La defecţiunea K2
în transformator se deschid
întrerupătoarele I1 şi I4 ale
transformatorului, ambele linii rămânând
în funcţionare.
Alegerea unei scheme depinde de
aparatajul existent şi de ponderea
avariilor. La pondere mai mare a
avariilor pe linii se utilizează varianta 'a',
iar la pondere mai mare a avariilor pe
transformator se utilizează varianta 'b'.
4.7.3 Criterii de alegere a schemelor de
conexiuni
Alegerea unei scheme are la bază
noţiuni fundamentale cum ar fi:
elasticitatea, gradul de manevrabilitate,
comportarea în anumite situaţii de
funcţionare, adaptabilitatea la cerinţele

6. locale ale sistemului energetic. Alegerea
unei scheme depinde de caracteristicile
echipamentului care stă la dispoziţie şi
poate fi utilizat în situaţia dată.
Elementele echipamentului electric se
caracterizează, din punct de vedere constructiv, prin
anumiţi parametri nominali. Dintre aceştia, tensiunea
şi curentul sunt fundamentali. La alegerea oricărui
echipament sunt necesare următoarele:
- tensiunea nominală a elementului ales trebuie
să fie egală sau mai mare decât tensiunea nominală a
circuitului în care trebuie să fie instalat;
- curentul nominal trebuie să fie mai mare sau
egal decât curentul maxim de exploatare a circuitului
în care urmează să fie instalat.
După alegerea echipamentului electric pe baza
parametrilor nominali In,Un, se impune verificarea la
acţiunea curenţilor de scurtcircuit în perioada de
acţionare a protecţiilor. Pentru generatoare şi
transformatoare nu se face verificarea la curenţii de
scurtcircuit. Pentru restul echipamentului este
necesară verificarea la acţiunile electrodinamice şi
termice ale curenţilor de scurtcircuit.
Decizia asupra soluţiei are caracter tehnico-economic.
Elementul economic este legat de mărimea investiţiei
în echipamentul ales, pentru realizarea schemei şi în
costul terenului ocupat (cheltuieli fixe), la care se
adaugă un număr de cheltuieli variabile.
Un parametru important este legat de fiabilitatea
schemei, care se determină prin metode adecvate,
pornind de la parametrii de fiabilitate - intensitate de
defectare (reparare) λ (µ), asociaţi legii de repartiţie
exponenţiale a variabilelor aleatoare "durată de bună
funcţionare" ("durată de reparaţie"). Evaluarea
fiabilităţii impune calculul unui parametru foarte
important al analizei tehnico-economice, "daunele"
provocate consumatorului prin întreruperea
alimentării cu energie electrică, în urma apariţiei unor
defecte în schemele din centrale şi staţii electrice..
4.8.1.2 Particularităţile amplasării diferitelor
categorii de echipamente
A. Distanţe de izolaţie. Distanţe de protecţie.
Distanţe de lucru
Amplasarea diverselor echipamente şi părţi
conductoare, care compun schema de conexiuni într-o
anumită soluţie constructivă, este funcţie de distanţele
care se pot adopta, astfel încât instalaţia să
funcţioneze fără defecţiuni sub acţiunea tensiunii de
regim normal şi să facă faţă eventualelor
supratensiuni care pot apărea.
In concordanţă cu valorile tensiunilor care
constituie nivelul de izolaţie, tensiunile maxime de
serviciu, tensiunile atmosferice, tensiunile de
comutaţie, tensiunile de durată de 50 Hz prevăzute în
standardele de coordonare a izolaţiei (STAS 6489-
81), se determină o anumită distanţă în aer la care
posibilitatea de amorsare sub acţiunea acestor
tensiuni este practic zero. Această distanţă este
standardizată sub denumirea de 0% şi este limita
inferioară a distanţelor de izolaţie do între
conductorul metalic aflat sub tensiune şi elemente ale
clădirii sau construcţiei aflate la potenţialul solului,
care trebuie respectată (fig.4.59b).
Distanţa de izolaţie d între părţile metalice a două
faze diferite este:
d=1,1*d0
Exploatarea permanentă a instalaţiilor de distribuţie
impune asigurarea unor anumite zone în care prezenţa
personalului de lucru să fie posibilă. Din acest motiv
sunt necesare ziduri de protecţie, îngrădiri de plasă,
balustrade care închid incintele în care se află
echipamentul sub tensiune. Acestea se află la
potenţialul pământului şi dimensiunile lor se aleg în
funcţie de cele ale corpului uman: 1800 mm la ziduri
şi îngrădiri, 1200 mm la balustrade. Faţă de aceste
elemente de protecţie permanente, instalaţia trebuie
realizată cu respectare unor anumite distanţe de
protecţie. Distanţele de protecţie sunt corelate cu cele
de izolare conform relaţiilor (4.29):
Dzid=d0 + 30, dplasa = d0 + 100 , dbal = d0 + 750
[mm]
In afara distanţelor de izolaţie şi protecţie, soluţiile
constructive trebuie să permită activitatea normală de
reparaţie şi întreţinere curentă, asigurându-se distanţe
de lucru. în acest scop se standardizează distanţele
faţă de sol (dsol) ale elementelor aflate sub tensiune.
Distanţa dsol depăşeşte cu 2.500 mm distanţa de
izolare d0, această valoare reprezentând înălţimea
unui om cu mâna ridicată (4.30):
dsol = d0 + 2500 [mm]
B. Premize de proiectare a soluţiilor constructive
pentru instalaţiile de distribuţie
Pentru fiecare aparat sau legătură din schema
electrică există norme de amplasare care vor fi
sintetizate în cele ce urmează:
1. - întrerupătoarele I se instalează
separat de dispozitivele de acţionare ale
acestora (DAI); dispozitivele de
acţionare se instalează pe un perete solid
care le separă de întrerupător;
- se evită montarea în interior a
întrerupătorului cu ulei puţin;
este obligatorie marcarea poziţiei aparatului
la faţa locului;
2 - transformatoarele de putere se instalează
în încăperi închise, individuale, cu excepţia
transformatoarelor cu aceeaşi destinaţie de
putere mai mică decât 1000 KVA, care se
pot instala două câte două;
- încăperile au ieşire separată către
exterior, cu pardoseală şi pereţi
neinflamabili;
- în funcţie de cantitatea de ulei din
transformator, măsurile de protecţie contra
incendiului variază de la materiale rezistente
la foc destinate a reţine tot uleiul (pentru o
cantitate mai mică de 600 kg), la aparate
colectoare, cuplate cu sisteme eficiente de
evacuare a uleiului;
3. - în instalaţiile cu BC duble, separatoarele
se montează pe pereţi despărţitori verticali,
sub bare; în fig.4.60 se pot pune în evidenţă
un sistem de pereţi despărţitori, peretele P1
separă sistemele BCI şi BCII; peretele P2
separă separatoarele SB1, SB2;
Fig. 4.60 Montarea separatoarelor in
intalatii cu BC duble
- la apariţia unor incidentele în exploatare,
pereţii P3, P4 separă barele colectoare BC
de separatoarele de bare SB1, respectiv SB2;
- conductoarele circuitului penetrează prin
pereţii despărţitori cu ajutorul izolatoarelor
de trecere IT;
la instalaţiile cu un singur sistem de bare
BC, cu întrerupător izolat în cameră de
explozie, separatorul de bare se instalează pe
pereţii camerei de explozie;
4. - separatorul de linie SI se instalează pe
un perete despărţitor. Acesta este prevăzut
cu cuţite de legare la pământ SP. Acţionarea
SP (legarea la pământ) este blocată cât timp
SI este închis, pentru a nu se putea lega linia
la pământ cât timp aceasta este sub tensiune;
deblocarea SP are loc când SI este deschis.
5. - Instalaţia de distribuţie până la 35kV
inclusiv se realizează în celule metalice
prefabricate; instalaţia are culoare pe ambele
părţi, de unde se pot manevra întrerupătorul,
separatorul de bară, separatorul de linie,
separatorul de punere la pământ.
4.9 Soluţii de distribuţie a energiei
electrice pe medie şi joasă tensiune
4.9.1 Reţele de distribuţie de medie
tensiune
Pe liniile aeriene pot apare deseori
scurtcircuite cauzate de diverşi factori:
ruperea conductoarelor, gheaţă, echipamente
defecte, fire conductoare care se ating, etc.
Studiile statistice demonstrează că mai puţin
de 85% din aceste scurtcircuite sunt
temporare şi nu durează decât o fracţiune de
secundă. Aceleaşi studii relevă că 70%
dintre scurtcircuite se fac între o fază şi
pământ şi că scurtcircuitul implicând cele
trei faze este rar. Metodele de protecţie ale
linilor aeriene se realizează conform acestei
statistici şi au ca scop asigurarea
continuităţii în alimentarea cu energie
electrică.
4.9.1.1 Coordonarea protecţiilor
Intr-un scurtcircuit, curentul rezultat
afectează nu numai circuitul pe care are
loc scurtcircuitul ci şi toate circuitele
conectate cu punctul de defect. Pentru ca
acest curent să nu provoace deschiderea
simultană a tuturor dispozitivelor de
protecţie asociate, trebuie să coordonăm
protecţiile acestor circuite.
Fig. 4.75 Dispozitive de protecţie
intr-o reţea de medie tensiune
O bună coordonare trebuie să conducă la
deschiderea dispozitivelor situate mai
aproape de scurtcircuit şi să lase intact
restul reţelei. Deci trebuie să reglăm
curentul de declanşare şi timpul de
deschidere a fiecăruia din aceste
dispozitive, restrângând la minim
numărul de clienţi afectaţi de defecţiune.
Considerăm, de exemplu, reţeaua din
figura 4.75 alcătuită dintr-o linie
principală care alimentează mai multe
linii derivate. Instalăm un dispozitiv de
protecţie P în amonte pentru fiecare linie,
astfel că, dacă survine o defecţiune pe o
linie, aceasta şi numai acesta să fie
deconectată de la reţea. Astfel, un
scurtcircuit în punctul 1 trebuie să
provoace deschiderea lui P1 dar nu şi a
lui P2. în acelaşi mod,
un scurtcircuit în punctul 2 trebuie să
provoace deschiderea lui P3 nu şi a lui P4,
şi aşa mai departe. Cum deschiderea unui
circuit avariat se face numai în câteva
cicluri, coordonarea diverselor
dispozitive de protecţie necesită
temporizări diferite care se măsoară în
milisecunde. Trebuie deci să cunoaştem
cu precizie, atât intensitatea curenţilor
care apar în cazul unui posibil defect, cât
şi caracteristicile fuzibilelor şi a
întrerupătoarelor pentru coordonarea
activităţii lor în timp.
Principalele dispozitive de protecţie
pentru liniile de MT sunt:
- siguranţa-separator;
- întrerupătorul cu reanclan are
automată;
- secţionorul.
4.9.2.2 Dispozitive de protecţie pentru
reţele electrice de medie tensiune
O siguranţa-separator cu expulzare
dirijată este un aparat care îndeplineşte
simultan funcţiile de separator şi
siguranţă, ceea ce conduce la economie
de materiale şi spaţiu. Fuzibilul este
montat pe stâlp şi îl putem debranşa ca
pe un separator. El este izolat de sol prin
doi izolatori. Aceste fuzibile sunt puţin
costisitoare şi se utilizează pentru
protejarea transformatoarelor şi
branşamentelor monofazate contra supra-
curenţilor. Construcţia lor este astfel
concepută încât, atunci când fuzibilul se
arde, port-fuzibilul (separatorul)
basculează, indicând astfel prezenţa unui
defect în aval.
La anumite tipuri de întrerupătoare cu
mare putere de rupere, firul fuzibil este
întins de un resort şi plasat într-un tub de
porţelan sau sticlă plin cu acid boric, ulei
sau tetraclorură de carbon.
Elementul fuzibil evident trebuie să fie
înlocuit după fiecare întrerupere, ceea ce
provoacă o oprire prelungită. Pentru
asigurarea unei bune coordonări,
caracteristicile de rupere curent/timp sunt
riguros alese pentru fiecare circuit
întrerupt. Niciodată nu trebuie să
înlocuim un element ars cu unul de
calibru diferit.
Întrerupătorul cu reanclansare
automată sau „recloser” deschide
circuitul la apariţia unui defect şi îl
reînchide după o întârziere cuprinsă între
o fracţiune de secundă şi câteva secunde.
Secvenţele de deschidere şi de
reînchidere se repetă de două sau trei ori
conform programării dispozitivelor de
comandă interne. Dacă scurtcircuitul nu
dispare după 2 sau 3 tentative de
reînchidere, recloser-ul deschide definitiv
circuitul şi o echipă de reparaţii trebuie
să meargă la locul defectului pentru
rearmare.
Recloserele de 20kV pot întrerupe
curenţi de defect mai ridicaţi de 12000A.
Aceste aparate sunt disponibile în
versiuni monofazate şi trifazate şi pot fi
amplasate pe stâlp. Altele sunt instalate
în postul de transformare pentru
protejarea unei artere principale. Ele sunt
autonome deoarece utilizează, pentru
funcţionarea şi rearmarea lor, energia
furnizată de reţea sau înmagazinată în
resoarte.
Secţionoarele sunt aparate cu
deconectare automată rapidă, comandate
de dispozitive de protecţie, destinate
pentru separarea de la reţea a sectoarelor
avariate. Acestea se utilizează atunci
când o linie de alimentare cuprinde mai
multe dispozitive de protecţie şi este
dificil de făcut o coordonare acceptabilă
bazată numai pe temporizarea circuitelor
întrerupte. Se va utiliza deci un auto-
separator a cărui deschidere depinde de
numărul de operaţii succesive realizate
de un recloser situat în amonte.
Considerăm, de exemplu, un recloser R
şi un secţionor S ce protejează o linie de
alimentare importantă (fig.4.76). Dacă se
produce un defect în punctul F, recloserul
deschide şi reînchide circuitul potrivit
unei secvenţe predeterminate. Un
dispozitiv instalat în interiorul auto-
separatorului numără întreruperile şi
înainte ca secvenţa să se termine, auto-
separatorul deschide propriile contacte şi
debranşează abonaţii C şi D. Aceasta
permite recloserului să reînchidă linia o
ultimă dată şi să asigure astfel serviciul
abonaţilor A şi B situaţi în amonte de
auto-separator. Ca orice separator, auto-
separatorul nu întrerupe curenţii, astfel că
deschiderea sa trebuie să se facă în
timpul intervalului în care recloserul este
deschis.
Fig.4.76 Schemă de protecţie cu
recloser şi secţionor
Secţionoarele sunt disponibile în
versiuni monofazate şi trifazate. Ele
au mai multe avantaje privind
circuitul întrerupt: le putem reînchide
fără pericol într-un circuit defect şi
ele nu generează întârzierile
provocate în cazul înlocuirii unui
element fuzibil de calibru apropiat.
Schemele de protecţie pentru
circuitele de MT aeriene sunt
caracterizate de multitudinea
punctelor de separaţie automată şi de
utilizarea aparatelor automate de

7. secţionare şi de reanclanşare. Gama
aparatelor disponibile permite
rezolvarea, într-un mod satisfăcător, a
tuturor problemelor de protecţie pe
care le întâlnim în reţelele aeriene
prin una din modalităţile de
coordonare a protecţiilor:
- întrerupător-fuzibil;
- întrerupător-fuzibil-fuzibil;
- întrerupător-recloser-fuzibil;
- întrerupător-recloser-secţionor;
- întrerupător-secţionor-reclose-secţionor-fuzibil, etc.
In centrele cu mare densitate de sarcină, liniile
sunt relativ scurte, deci acestea au o posibilitate de
avariere relativ mică. Ne vom limita deci la a le
diviza în 3 sau 4 tronsoane prin siguranţele-separator,
utilizarea recloserelor sau a secţionoarelor nu este
deci necesară.
La periferia zonelor urbane, o linie de MT poate
atinge cu ramificaţiile sale principale o lungime
considerabilă, ea este expusă la o foarte mare
probabilitate de defect. Pentru asigurarea unei
continuităţi de serviciu acceptabilă, vom secţiona
circuitele cu ajutorul recloserelor şi secţionoarelor.
4.9.2 Reţele de distribuţie de joasă tensiune (JT)
Am văzut că energia electrică este livrată
consumatorilor plecând de la staţiile de transformare,
trecând prin circuitele de MT, transformatoarele de
distribuţie şi în final prin circuitul de joasă tensiune
(JT).
Transformatoarele de distribuţie sunt amplasate în
vecinătatea consumatorilor şi ele micşorează
tensiunea la o valoare apropiată de cea necesară
aparatelor de uz casnic şi industrial. Din posturile de
transformare pleacă conductoare de JT numite
legături de distribuţie care transportă în final energia
electrică la abonaţi. Există mai multe sisteme de
distribuţie de JT.
4.9.2.2 Legarea la pământ a instalaţiilor electrice
Legarea la pământ a instalaţiilor electrice constituie o
metodă foarte eficace de prevenire a anumitor
accidente provocate de curentul electric. în cele ce
urmează ne vom limita la câteva cazuri importante.
Majoritatea instalaţiilor de JT sunt puse la pământ,
prin legarea unui conductor la o conductă de
distribuţie a apei. Atunci când un sistem de canalizare
nu este disponibil, una sau mai multe tije metalice
înfipte în pământ pot servi de legătură la masă.
Rezistenţa de punere la pământ trebuie să fie
inferioară valorii de 25Ω. Această exigenţă este
relativ uşor de îndeplinit în prezenţa unui sistem de
canalizare, într-o regiune rurală realizarea este foarte
dificilă.
Punerea la pământ oferă diverse avantaje, dar în
reţelele de JT scopul său principal este de reducere a
pericolului de electrocutare. Este de asemenea dificil
de precizat limita tensiunilor periculoase, în care
pericolul depinde totdeauna de curentul ce
traversează corpul uman, iar intensitatea sa este
determinată de rezistenţa de contact şi rezistenţa
corpului.
Se admite în general, că orice intensitate a curentului
inferioară celei de l0mA nu este periculoasă; între
l0mA şi 20mA intensitatea este periculoasă, şi ea
poate fi mortală pentru valori mai mari de 50mA.
Rezistenţa corpului uman măsurată între mâini sau o
mână şi un picior este de ordinul a 500-1000Ω.
Rezistenţa de contact joacă un foarte mare rol.
Rezistenţa de contact a pielii unei mâini uscate poate
fi superioară valorii de 50000Ω astfel încât contactul
momentan cu conductoare aflate la tensiune mare de
5000V (5000V/50000Ω = 10mA) poate să nu
genereze moartea. Din contră, rezistenţa de contact a
unei mâini umede poate avea o valoare aproape nulă,
astfel că, orice tensiune alternativă mai mare de 25V
(25V/500Ω = 50mA) poate fi mortală când o
persoană se găseşte în contact cu conductoarele aflate
la această tensiune.
Curentul alternativ provoacă contracţii musculare
care împiedică subiectul să se dezlipească de
conductor. Curentul este foarte periculos atunci când
traiectoria sa traversează corpul trecând prin regiunea
inimii. Trecerea sa provoacă paralizia şi, dacă este
prelungită, fibrilaţia şi oprirea inimii. în acest ultim
caz, electrocutatul are şanse să fie reanimat prin
respiraţie artificială.
Studiile statistice au dovedit că valoarea curentului I
care poate provocă moartea depinde de timpul de
aplicare, potrivit ecuaţiei empirice următoare:
unde: I este curentul ce traversează corpul [mA];
t este durata şocului (t 8ms ÷ 5s);
116 este o constantă empirică.
Un curent de 116mA circulând timp de o
secundă poate provoca moartea. De fapt,
s-a estimat că dacă o persoană suferă un
şoc la un curent care satisface această
ecuaţie, ea are o şansă la zece de a muri.
Legarea la pământ a sistemelor de
distribuţie de 120V şi de 120/240V
Circuitele individuale cu distribuţie
secundară sunt alimentate de
transformatoare de distribuţie conectate la o
linie de medie tensiune care are neutrul pus
la pământ (fig.4.80a). Presupunem că
tensiunea primară este de 14,4kV.
Dacă nici un conductor din circuitul
secundar nu este pus la pământ, la prima
vedere o persoană care atinge unul din cele
două conductoare nu se va electrocuta,
pentru că circuitul de întoarcere prin pământ
este deschis. De obicei, există un cuplaj
capacitiv între primarul şi secundarul
transformatorului care poate conduce la o
tensiune forte ridicată între o fază din
secundar şi sol. Această tensiune poate
atinge 20% sau 40% din tensiunea primară.
Dacă o persoană atinge una din bornele
secundare, curentul capacitiv I0 care
traversează corpul său (fig.4.80b), poate fi
periculos.
Fig.4.81 Contact accidental ce produce o
tensiune înaltă pe reţeaua de 120V (a) şi o
circulaţie a curentului de defect, dacă
conductorul de nul este pus la pământ (b)
Constatăm deci, că un astfel de circuit de
distribuţie secundar fără legare la pământ, va
fi extrem de periculos în anumite condiţii
anormale. Dacă, din contră, conductorul N a
circuitului secundar este pus la pământ,
contactul accidental al conductoarelor de
înaltă şi de joasă tensiune produce un
scurtcircuit net şi o circulaţie a curentului de
defect care este indicată punctat în figura
4.81b. Acest curent intens provoacă
deschiderea întrerupătorului din primarul
transformatorului şi întreruperea tensiunii
care alimentează defectul.
Când priza de legare la pământ are o
rezistenţă foarte mică, tensiunea alternativă
între conductoare şi sol se menţine în
general la o valoare puţin superioară celei de
120V. Din contră dacă rezistenţa de legare la
pământ este ridicată, căderea de tensiune
produsă de trecerea curentului de
scurtcircuit devine importantă, tensiunea
firului de nul N în raport cu pământul, poate
atinge o valoare periculoasă. De exemplu,
dacă rezistenţa de punere la pământ este de
10Ω, curentul de defect de 300A va produce
o tensiune de ordinul a 3000V pe
conductoarele 1, 2 şi N în raport cu
pământul. Această supratensiune nu va dura
decât o fracţiune de secundă, acesta fiind
timpul necesar pentru deschiderea
dispozitivului de protecţie şi stingerea
scurtcircuitul.
Legarea la pământ a echipamentelor
Consumatorii de electricitate sunt
constant în contact cu echipamentele
electrice de orice tip. Tensiunea de
alimentare şi curenţii asociaţi acestor
echipamente depăşesc mult ceea ce poate
tolera corpul uman. în consecinţă, trebuie
să se ia măsuri speciale pentru a ne putea
asigura că le putem atinge fără probleme.
Pentru a înţelege modalităţile de
legare la pământ a unui sistem de
distribuţie modernă, considerăm o sursă
de 220V de la care este alimentat un
motor M (fig.4.82). neutrul reţelei este
legat la pământ în cofretul
bran amentului Presupunem că motorul
face parte dintr-un aparat electrocasnic şi
batiul motorului este în legătură cu
carcasa metalică. O persoană poate atinge
carcasa metalică fără a se electrocuta, cu
condiţia ca aparatul să nu fie defect. Cum
carcasa nu este legată la circuitul electric,
potenţialul său în raport cu solul este nul.
Fig.4.82 O carcasă metalică nelegată la
pământ prezintă pericol de electrocutare.
Presupunem că izolaţia dintre circuitului
electric al motorului şi carcasa acestuia
se străpunge şi rezistenţa Re scade de la
megaohmi la câţiva ohmi. Potenţialul
carcasei poate urca deci la 220V. în
consecinţă, atunci când o persoană atinge
carcasa metalică, rezistenţa corpului
uman Rb oferă o cale prin care circulă
curentul IF spre pământ, cum se vede în
figura 4.82.
Curentul IF ce traversează corpul
persoanei riscă să reprezinte un pericol
ridicat, în consecinţă, acest montaj nu
este sigur. Pentru a preveni astfel de
accidente, putem lega carcasa metalică la
conductorul neutru (fig.4.83). în acest
caz ia naştere un curent IF care circulă
prin înfăşurarea motorului, batiu, carcasa
metalică şi se închide prin firul neutru.
Cum carcasa este la acelaşi potenţial cu
firul neutrul, pericolul de electrocutare
este împiedicat.
Totodată, această soluţie prezintă încă un
pericol în eventualitatea în care firul de
nul se întrerupe, fie prin accident, fie din
cauza unei instalaţii greşite. Dacă firul de
nul se întrerupe accidental, atunci faza
circuitului va fi legată direct la carcasă
prin conexiunea NG şi un contact al
persoanei cu carcasa poate fi fatal. Dacă
s-ar inversa conductorul de nul cu cel de
lucru şi pornirea sau oprirea aparatului
este făcută de o persoană în contact cu
carcasa metalică, aceasta riscă să fie
electrocutată chiar dacă întrerupătorul
este deschis, deoarece potenţialul sursei
este şi pe carcasa metalică (fig.4.84).
Deci conductorul neutru nu trebuie
racordat niciodată la carcasa metalică a
echipamentului.
Fig.4.83 Racordarea carcasei metalice la
conductorul de nul al reţelei de
alimentare.
Fig.4.84 Inversarea conductorului de fază
cu cel de nul prezintă pericol de
electrocutare, dacă nulul este legat la
carcasă şi întrerupătorul este deschis.
Pentru a evita acest pericol de
electrocutare, se instalează al treilea
conductor, numit nul de protecţie, la care
este conectată carcasa metalică (fîg.4.85).
Nulul de protecţie este legat la pământ.
Nulul de protecţie este izolat şi
culoarea materialului electroizolant
trebuie să fie verde. Cea mai mare parte a
bornelor monofazate sunt astfel dotate cu
trei contacte: un contact sub tensiune, un
contact neutru şi unul de punere la
pământ. Rezultă că aparatele
electromagnetice şi uneltele portabile
sunt alimentate de un cablu cu trei
conductoare. Dispozitivele cu carcasă de
plastic sunt excluse de la această cerinţă,
ele fiind alimentate de un cablu cu o fază
şi firul
neutru.
116
I
t
=

8. Fig.4.85 Nulul de protecţie la care este conectată
carcasa metalică permite obţinerea unei securităţi
sporite.
In rezumat, toate aparatele având carcasă metalică
trebuie să aibă o priză de împământare, de
asemenea carcasele motoarelor maşinilor instalate
în uzine. Rezultă că toate carcasele sunt legate
împreună prin unul sau mai multe conductoare. Se
spune atunci că sunt puse la masă. Masa este ea
însăşi legată la pământ prin unul sau mai multe
conductoare de punere la pământ.
4.9.2.3 întrerupătorul diferenţial
Metoda de punere la pământ pe care am descris-o
este în general satisfăcătoare, dar în unele cazuri
este necesar să se ia măsuri pentru o siguranţă
sporită. De exemplu, presupunem că o persoană
atinge conductorul sub tensiune punând degetul în
interiorul duliei unei lămpi. Chiar dacă învelişul
metalic este pus la masă, persoana se va
electrocuta. Presupunem că un prăjitor de pâine
cade într-o piscină. Rezistenţele şi bornele aflate
sub tensiune produc un curent periculos care
circulă peste tot în apă, chiar dacă aparatul este
pus la pământ.
Întrerupătoarele diferenţiale au fost create
pentru întreruperea sursei de tensiune încă de la
producerea accidentului. Acestea pot deschide
circuitul în 25ms, dacă curentul de defect
depăşeşte 5mA. Care este principiul de
funcţionare al acestui tip de întrerupător?
Fig.4.86 La atingerea directă a conductorului de
alimentare, persoana nu este protejată.
In figura 4.86 curentul de alimentare IL
revine la sursa pe 3 cai. Astfel, se poate
returna se poate returna prin firul neutru IN
ceea ce este normal pentru un curent de
sarcină. Dependent de circumstanţe, o parte
se poate returna prin nulul de protecţie IG şi
prin sol IS. Suma curenţilor IG şi IS
constituie curentul de defect IF. Putem deci
scrie:
IL = IN + IG + IS = IN + IF
de unde
IF = IL - IN
Curentul de defect este deci egal cu
diferenţa între curentul de linie şi curentul
pe conductorul neutru. în condiţiile normale
curentul de defect este mai mic de 1mA, iar
diferenţa de curenţi (IL - IN) este neglijabilă.
Dacă IF creşte din anumite motive, diferenţa
(IL - IN) poate fi sesizabilă.
Rolul întrerupătorului diferenţial este de
detectare a acestei diferenţe şi de deschidere
a circuitului când IF depăşeşte limitele
admisibile. Un mic transformator toroidal de
curent înconjoară conductorul sub tensiune
şi conductorul neutru, cum indică figura
4.87, iar secundarul acestuia este racordat la
întrerupătorul D foarte sensibil, conectat în
serie cu linia de 220V. Întrerupătorul se
deschide imediat ce o tensiune EF slabă
apare la bornele secundarului. în condiţii
normale, curentul IL în conductorul de
alimentare este egal cu curentul IN din
neutru. în consecinţă, curentul rezultant,
circulând în miezul toroidal, este nul, fluxul
este deci nul la fel ca şi tensiunea EF la
bornele secundare. întrerupătorul va rămâne
închis.
Fig.4.87 întrerupătorul diferenţial
întrerupe circuitul când curentul de
defect depaseste 5mA
Presupunem acum că un curent de
pierderi IF (datorat sumei pierderilor
IS şi IG) circulă de la conductorul de
alimentare la sol. Atunci curentul
care circulă în interiorul torului nu
mai este zero ci este egal cu IF.
Acesta produce un flux în miez şi o
tensiune EF ce acţionează
întrerupătorul. Deoarece se
detectează un curent IF mai slab de
5mA, miezul transformatorului
trebuie să aibă permeabilitate mare.
De aceea, utilizăm adesea un
material magnetic la care
permeabilitatea relativă este de
40000, la o densitate de flux de
4mT.