PROIECTARE SI EXECUTIE TABLOURI ELECTRICE

MASURAREA PARAMETRILOR INSTALATIILOR ELECTRICE

      Măsurarea este o operaţie  care are ca scop obţinerea unei informaţii cantitative asupra unei mărimi. Pentru a efectua o măsurătoare este nevoie de: mărimea de măsurat, unitatea de măsură, aparatul de măsură şi metoda de măsurare. 

      Procesul de masurare a marimilor electrice de stare de la bornele producatorului, din nodurile retelelor electrice sau de la bornele consumatorilor, ofera informatii necesare atat analizei regimurilor de functionare cat si exploatarii instalatiilor electrice. Pe baza datelor obtinute se pot trage concluzii referitoare la calitatea energiei electrice, la functionare in conditii sigure a instalatiei respective cat si referitor la masurile care trebuie luate pentru optimizarea consumurilor energetice.

     In orice aplicatie practica se executa masuratori in timpul executiei, la efectuarea probelor, la punerea in functiune cat si masuratori periodice in exploatare. Normativul I7/2011 prevede periodicitatea efectuarii masuratorilor si incercarilor instalatiilor electrice. 

    Masuratorile pot fi efectuate: de aparate de masura mobile (voltmetre, ampermtre, analizoare de energie, luxmetre, etc) sau aparate montate pe panourile, pupitrele sau tablourile electrice.

     Efectuam masuratori electrice:

1. Masurari Prize de pamant + continuitati la circuitelor de legare la pamant

2. Masuratori in instalatiile de medie tensiune 

3. Masuratori locale si transmisie la distanta a parametrilor masurati

    
            4. Masurarea temperaturii la incalzirea prin inductie

5. Masurarea parametrilor marimilor electrice la panourile solare si la centralele eoliene

6. Masurarea marimilor electrice cu ajutorul aparatelor de masurare montate pe tablourile electrice

7. Masurarea factorului de putere si a puterii reactive

8. Masurarea parametrilor instalatiilor electrice pentru intocmirea bilanturilor energetice si calcularea eficientei energetice

9. Masurarea tensiunilor si curentilor de polarizare la  statiile de protectie catodica

10. Masurarea curentilor continui intensi de la redresoarele statiilor de tratamente termice de suprafata

11. Masurarea parametrilor actionarilor cu motoare electrice

Imcercarile si masuratorile care trebuie efectuate in instalatiile electrice sunt prevazute in Normativul I7/2011.

PROTECTIA IMPOTRIVA SUPRATENSIUNILOR LA JOASA TENSIUNE

Daca peste tensiunea nominala se suprapune o supratensiune sau un impuls de tensiune apare asa numita supratensiune tranzitorie caracterizata prin:
 - frontul de unda (masurat in microsecunde)
 - gradientul (masurat in Kv/microsecunde)

Aceasta supratensiune tranzitorie determina aparitia unor perturbatii in retelele electrice care afecteaza echipamentele electrice, provoaca radiatii electromagnetice si provoaca un impuls de energie care poate distruge echipamentele electrice.
Aceste supratensiuni tranzitorii  pot fi cauzate de:
 - Supratensiuni tranzitorii de origine atmosferica apar daorita trasnetelor. In fiecare an loviturile de trasnet atin pamantul cu orata de 30 pana la 100 de lovituri pe secunda. Trasnetul afecteaza transformatoarele electrice, contoarele de energie electrica, aparatele electrocasnice, si electronice din sectorul rezidential si industrial, retelele de telecomunicatii, calculatoare erori ale automatelor programabile si sistemele de reglare automata.
In tabelul de mai jos se prezinta valorile furnizate de comisia tehnica 81 a CEI referitoare la caracteristicile trasnetului 
Probabilitatea           Curentul de varf       Gradientul         Durata totala         Numar total
de producere[%]          I [kA]                        S [kA/us]              T [s]                 de descarcari
       95                              7                               9,1                        0,001                1
       50                              33                             24                          0,01                 2
        5                               85                             65                          1,1                    6

Efectele trasnetului. Curentul unui trasnet este de inalta frecventa, el provocand urmatoarele efecte:
 - efecte termice: cresterea temperaturii la locul impactului pana la punctul de topire
 - efecte electrodinamice: curentul de trasnet circuland printr-un conductor parale cu alt conductor determinaatragerea sau respingerea (deformari mecanice)
 - efect de combustie:
 - supratensiuni tranzitorii in retelele electrice sau telefonice
 - ridicarea potentialului pamantului la circulatia curentului de trasnet in pamant.

 - Supratensiuni tranzitorii de comutatie
La schimbarea brusca a conditiilor de functionare a unei retele apar unele fenomene tranzitorii care determina unde de tensiune de inalta frecventa sau amortizate, avand un front lent iar frecventa lor variind de la zeci de hert la sute de herz. Cauzele aacestor supratensiuni sunt:
 - impulsurile de tensiune la deconectarea aparaturii de comutatie (sigurante, intreruptoare, etc)
 - impulsurile de tensiune inductive de la pornirea/oprirea unor motoare sau transformatoare mt/jt
 - impulsurile de tensiune de la cuplarea/decuplarea unor baterii de condensatoare

 - Supratensiuni tranzitorii de frecventa industriala sunt datorate unor defecte de izolatie faza/carcasa sau faza/pamant in retelele cu neutru izolat sau tratat prin prin impensanta

 - Supratensiuni tranzitorii cauzate de descarcari electrostatice. Apar atunci cand se acumuleaza sarcini electrice care determina un camp electrostatic insemnat. Daca din anumite cauze o persoana intra inacest camp electrostatic, acumuleaza sarcini electrice si apropiindu-se de un conductoe, va aparea o descarcare electrica de cativa amperi cu un frontr de unda de cateva nanosecunde. Daca aceasta descarcare se produce in aprrierea unor echipamente electronice sau circuite electronice neprotejate acestea vor fi distruse.

Protectia impotriva supratensiunilor

Protectia primara - paratrasnetul, realizeaza o protectie impotriva loviturilor directe a trasnetelor. Ele capteaza si conduc curentul de trasnet la pamant.Principiul de functionare este bazat pe o structura metalica mai inalta decat obiectul (cladirea) de protejat. Exista urmatoarele tipuri de protectie primara:
 - tija Franklin
 - conductoare aeriene orizontale
 - cusca lu Faraday (zabrele metalice)
 - PDA (paratrasnet cu dispozitiv de amorsare)
Dispozitive de protectie primara se completeaza cu conductoarele de coborare, piesa de separatie si priza de pamant a carui rezistenta de dispersie trebuie sa fie de 10 phmi daca este exclusiv pentru instalatia de paratrasnet si  de 1 ohm daca este comuna cu instalatia de protectie impotriva electrocutarii.
Normativul I7/2011, Cap. 6 trateaza principiile generale de care trebuie sa se tina seama la realizarea instalatiilor de protectie impotriva trasnetelor aplicate la proiectarea, instalarea inspectia si mentenanta unei instalatii de protectie impotriva trasnetelor cat si masurile de protectie impotriva vatamarii fiintelor vii datorita tensiunilor de atingere si de pas.
Protecta secundara realizeaza protectia instalatiilor si echipamentelor interioara limpotriva trasnetelor.

Descarcatoarele sunt dispozitive care limiteaza supratensiunile tranzitorii si conduce curentii la pamant pentru a reduce amplitudinea supratensiunilor la o valoare nepericuloasa pentru instalatiile si echipamentele electrice. Ele contine elemente neliniare cum ar fi de exemplu varistoarele.
Datele tehnice ale unui descarcator: Descarcator SPD (Surge Protection Device),
 - In = curentul de descaracre nominal, reprezinta valoarea de varf a impulsului de curent  avand forma de unda de 8/20us care circula prin descarcator
 - Imax = este valoarea de varf a curentului cu o forma de unda de 8/20us
 - Ic = este curentul de scurgere sau curentul de operare permanent, este curentul care circula prin descarcator in mod permanent cand acesta este alimentat la tensiunea operationala de tinere Uc
 - Iimp = curentul de impuls
 - Un = tensiunea nominala
 - Uc = tensiunea de tinere permanenta
 - Up = tensiunea de protectie, este un parametru care caracterizeaza functionarea descarcatoruluiprin limitarea tensiunii la bornele sale la o valoare aleasa. Valorile comune pt reteau de 230/400V sunt:1 - 1,2 - 1,5 - 1,8 - 2 - 2,5kV.

Alegerea unui dispozitiv de protectie se face prin evaluarea riscului supratensiuniulor pentru instalatia de protejat. Ca principiu general la evaluarea riscurilor supratensiunilor trebuie sa se tina seama de:
 - riscul ca zona sa fie lovita de trasnet
 - tipul de retea de distributie
 - topografia zonei
 - prezenta unui conductor de paratrasnet
 - echipamentul ce urmeaza a fi protejat
 - supratensiunile de comutatie
Pentru diagnosticul receptoarelor ce urmeaza a fi protejate se poate folosi formula:
R = S + C + I
unde: R este risul receptoarelor, S sensibilitatea echipamentului, C costul iar I consecintele. S, C si I pot lua valorile de la 1 la 3.
La diagnosticarea locului de montaj al descarcatoarelor se foloseste formula:
E = Ng (1 + LV + MV + d), unde:
Ng = densitatea loviturilor de trasnet
LV = lungimea in km  a retelelor electrice de jt ce alimenteaza instalatia
MV = paramentru care depinde de caracteristicile retelei de medie tensiune.
d = coeficient care ia in calcul locul de amplasare al retelelor de jt si mt.
Alegerea capacitatii de scurgere a unui descarcator  pentru o retea de jt. Se pot realiza doua protectii:
 - Protectia pe sosire
 - Protectia secundara, necesara daca lungimea la care este situat echipamentul sensibil este situat la o distanta mai mare de 30m fata de descarcatorul montat la sosire
Descarcatoarele de supratensiuni se protejeaza printr-un intreruptor magnetotermic automat care va avea capacitatea de rupere compatibila cu curentul de scurtcircuit din instalatie.

PIERDERILE DE ENERGIE

                 Dacă vorbim despre pierdrile de energie trebuie să ne referim la proasta gospodărire cât şi la procesul tehnologic de prodicere, transport, utilizare. Pentru aceasta să ne gândim la un fapt simplu: ce transformări trebuie să sufere energia chimică a bulgărului de cărbune pentru a fi transformată în energia luminoasă a banalului bec din camera noastră.
               Nu analizăm aici pierderile din procesul de extragere al cărbunelui din mină ci ne refeerim strict la pierderile din cetralele termice. Aşadar cărbunele odată ajuns la cetrala termică este fărâmiţat în nişte mori uriaşi acţionate de motoare electrice asincrone a căror randament este în jurul valorii de 80...85%. praful de cărbune este suflat în cazanul cu abur unde energia chimică se transformă în energia termică a gazelor de ardeere incandescente. Spălând suprafaţa metalică a cazanului, gazele fierbinţi îi transmit căldura, iar aceasta la rândul ei o transmite apei care se transformă în abur. Aburul este apoi dirijat spre turbină. Acest abur, care iese din cazan, conţine doar 75 – 85% din căldura primită restul se pierde. Pierderile din cazan au mai multe cauze: temperatura şi excesul de aer de ardere, izolaţia proasta, arderea chimică incompletă a cărbunelui, energia termică transmisă cenuşii şi gazelor de ardere, etc.
               În turbină energia termică a aburului se transformă în energie mecanică a rotorului turbinei. În turbină aerul intră la temperatură şi presiune înaltă şi cedează palelor turbinei energia termică astfel încât la iesşirea din turbină are temperatura joasă. Şi aici în turbină au loc pierderi: datorate neetanşeităţii, pierederi mecanice datorate frecărilor în lagăre, etc.
                La părăsirea turbinei , aburul duce cu sine, în condensator unde aburul se transformă în apă. Aici aburul cedează întreaga căldură latentă de vaporizare apei de răcire, care corespunde la aproape 50% din întreaga energie conţinută în cărbunele ars în centrală.
               Revenind la turbină, trebui să ţinem seama şi de pierderile în generator. Acesta este cuplat mecanic la arborele turbinei. În generator energa mecanică a turbinei este transformată în energie electrică. Aici pierderile sunt datorate: încălzirii lagărelor, a miezului rotorului, pierderi electromagnetice, etc. Nu putem răsufla uşuraţi pebtru că pierderi urmează şi mai departe în staţiile de transformare, reţelele de distribuţie şi apoi în becul nostru. Pierderile în staţiile electrice sunt datorate pierderilor în transformatoare: pierderi electromagnetice iar în liniile de transport pierderile sunt dat factorului de puetre redus, linii lungi, etc.                            
                 Ajungănd la bec trebuie să ţinem seama de randamentul scăzut al transformării energiei electrice în energie luminoasă care are loc în becul cu incandescenţă. Astfel la un bec de 40w, de exemplu, doar 1,5% din energia primită se transformă în energie luminoasă.
                 Poate am luat ca exemplu un caz nefericit: becul electric cu incandescenţă, bec care începe să cam dispară. Dar m-am folosit de el pentru o mai bună înţelegere a nevoii de economie.

Revenind la pierderile analizate se poate spune că dintr-o tonă de cărbune extrasă de mineri, se consumă în mod util doar 70 – 90kg, restul se foloseşte doar pentru „încălzirea pierderilor”!
Ce-i de făcut? Multe! Trebuie analizate aceste pierderi de energie la nivel macro: producător, transportator, utilizator şi apoi stabilite măsuri de reducerea lor.
Analiza trebuie făcută pornind de la consumator şi mergînd spre amonte deoarece de aici pornesc multe pierderi care pot fi uşor eliminate fără costuri mari. Putem aminti câteva: transformatoare incorect dimensionate, motoare care funcţionează mult în gol sau la sarcină redusă, linii electrice, aeriene şi subterane lungi care produc curenţi capacitivi însemnaţi, aplicaţii ale electronicii de putere care au un puternic regim deformant, încărcării nesimetrice a reţelelor, iluminat cu corpuri de iluminat şi lămpi cu randament redus, sisteme de încălzire prost dimensionate, etc.

Problema pierderilor de energie este complexă şi trebuie ataşată de problema poluării pentru că producerea energiei în sistemele clasice este întodeauna însoţită de pierderi mari care nu pot fi recuperate, aşa cum nu poţi să strângi apa vărsată pe nisipul lacom de umezeală. Căldura nu poate să treacă de la corpuri cu o temperatură mai scăzută spre corpuri cu temperatură mai ridicată iar răcirea unui corp sub temperatura mediului ambient se poate face doar cu ajutorul maşinilor frigorifice (conform principiului al doilea al termodinamicii).
Avem nevoie de energie şi de calităţile ei şi cât de variate sunt înfăţişările sub care o întâlnim:
Ea este concetrată în razele soarelui sub formă mată sau strălucitoare, neagră sau cenuşie.
Ea este cărbunele lichid al pământului – ţiţei.
Ea este cărbunele străveziu aerian, care arde cu flacără incoloră – gazul natural.
Ea apare sub formă de şisturi bitumioase.
Ea este darul pădurilor verzi – lemnul.
Ea este bogăţia mlaştinilor – turba.
Ea este cărbunele alb al apelor – energia hidraulică.
Ea este cărbunele albastru – forţa valurilor.
Ea este cărbunele roşu – căldura pământului.
Ea este carbunele incolor – energia nucleară.
Pentru ca aceste imense bogăţii ale pământului să capete valoare trebuie puse la treabă cu costuri şi pierderi cât mai mici. Nu putem răsplăti dărnicia pământului cu răutate, nepăsare sau inconştienţă.