Probe, verificări şi încercări la instalatiile electrice

Dupa finalizarea unei instalatii electrice sau intr-un anumit stadiu al executiei este obligatoiru efectuare unor probe, verificari sau incercari. De multe ori, din graba, nestiinta sau rea vointa, neglijam aceasta etapa iar consecintele se vad la final, la punerea in functiune.
Prezentam cateva din probele, verificarile si incercarile obligatoriu de efectuat.
1. Notiuni generale
1. Rezistenta de izolatie
Rezistenţa de izolaţie este raportul dintre tensiunea continuă aplicată între doi electrozi în contact cu dielectricul şi curentul global care străbate acest dielectric.
Se măsoară în ohmi, kiloohmi sau megohmi.
Rezistenţa de izolaţie are două componente: rezistenţa de volum RV şi rezistenţa de suprafaţă RS. Rezistenţa de izolaţie totală este rezistenţa echivalentă a celor două rezistenţe considerate în paralel.
Măsurarea rezistenţei de izolaţie se face după un anumit timp de la aplicarea tensiunii şi anume la 15s şi 60s şi uneori la 10 minute rezistenţele obţinute se notează cu R15 şi R60.
Pe baza acestor măsurători se poate calcula coeficientul de absorţie kabs şi indicele de polarizare kp, aceşti coeficienţi permit aprecierea stării de umiditate a izolaţiei.
Coeficentul de absorţie kabs,
kabs = R60/R15. Dacă: kabs < 1,3 izolaţia este umedă Kabs > 1,3 izolaţie este uscată

Indicele de polarizare kp,
kp= R10 / R60. Dacă: kp < 1,5 izolaţie umedă Kp >1,5 izolaţie uscată
Factorul de pierderi dielectrice tg(delta).
Un condensator cu dielectric ideal, fără pierderi, defazează curentul cu 90o înaintea tensiunii aplicate la bornele sale. Un condensator cu dielectric real (dintr-un material electroizolant oarecare) face ca decalarea curentului să fie mai mică de 90 de grade. Unghiul delta cu care este redus defazajul în raport cu defazajul ideal se numeşte unghi de pierderi dielectrice. Factorul de pierderi dielectrice, tg(delta), caracterizează global starea izolaţiei astfel încât verificarea acestui factor poate să ne furnizeze date despre starea globală a izolaţiei.
Rigiditatea dielectrică, reprezintă valoarea maximă a intensităţii câmpului electric în care se poate afla o izolaţie fără să se străpungă.
Estr = Ustr / d, unde
Ustr – tensiunea de străpungere
d – distanţa dintre elecrozii între care se aplică tensiunea

2. Cazuri particulare
Motoare electrice de curent alternativ

Măsurarea rezistenţei de izolaţie, se face cu megohmetrul
de 500V pentru motoare cu tensiuni nominale mai mici de 500V, şi cu megohmetrul de 1000V pentru motoare cu tensiuni nominale cuprinse între 500 şi 3000V.
Măsurătorile se fac pentru fiecare fază în parte faţă de masă celelalte două faze fiind legate la masă.
Valoarea de control a rezistenţei de izolaţie dacă nu există alte prevederi se poate determina cu relaţia (dacă măsurarea se face la 20gradeC):
Riz > 8,5U/(100+P/100), [Mohmi]
Măsurarea rezistenţei de izolaţie a celorlalte elemente constructive (lagăre, bandaje, rotorice, etc.) faţă de masă se face cu megohmetrul de 500V şi trebuie să aibă valori de peste (0,5 – 1) [Mohmi]
Verificarea rigidităţii dielectrice a izolaţiei înfăşurărilor se face prin proba cu tensiune mărită. Încercarea se face pentru fiecare fază în parte, celelate fiind legate la masă. Durata încercării este de 1 minut
Valoarea tensiunii de încercare în fabrică este:
Uinc = 2Un + 1000 V, dar nu mai mică de 1500 V
În exploatare valoarea tensiunii de încercare se înmulţeşte cu un coeficient k, care are următoarele valori:
k = 1 la punerea în funcţie
k = 0,85 în cazul rebobinării parţiale sau totale
k = 0,75 în cazul reviziilor curente.
Înainte şi după proba de încercare cu tensiune mărită se măsoară rezistenţa de izolaţie.

Transformatoare electrice

Ordinea efectuării încercărilor şi măsurătorilor este:
Verificarea rigidităţii dielectrice a uleiului
Măsurarea tg(delta) a uleiului
Măsurarea rezistenţei de izolaţie a înfăşurărilor
Măsurarea tg(delta) a înfăşurărilor
Verificarea rigidităţii dielectrice a izolaţiei înfăşurărilor
Uleiul se consideră corespunzător dacă valorile măsurate pentru rigiditatea dielectrică şi pentru tg(delta) sunt inferioare valorilor de mai jos:
Data măsurării Rigiditatea tg(delta)
dielectrică (kv/cm)
La 72 ore după umplere 180 0,02
La punerea în funcţiune 160 0,03
În exploatare 120 0,20

Măsurarea rezistenţei de izolaţie a înfăşurărilor faţă de masă
se face cu megohmetrul de 1000 V la tensiuni nominale ale înfăşurărilor de până la 10KV şi cu megohmetrul de 2500 V pentru înfăşurări cu tensiunea nominală mai mare de 10Kv.
Măsurarea se face între fiecare înfăşurare şi masă celelalte fiind legate la masă. Se măsoară R15 şi R60 pentru determinarea coeficientului de absorţie. Valoarea admisă pentru rezistenţa de izolaţie este: R60 < 450 Mohmi, iar coeficientul de absorţie kabs > 1,2.
Factorul de pierderi dielectrice tg(delta), se face pentru fiecare înfăşurare celelalte două fiind legate la masă. Valoarea admisă pentru factorul de pierderi dielectrice este: tg(delta) = 0,04.
Verificarea rigidităţii dielectrice a izolaţiei înfăşurărilor se face prin proba cu tensiune mărită alternativă, Uînc = (1,1 – 1,3)Un.

Cabluri electrice
Rezistenţa de izolaţie se măsoară cu megohmetrul de 1000V pentru cabluri cu tensiunea nominală mai mică de 1Kv şi megohmetrul de 2500V pentru cabluri cu tensiunea nominală mai mare de 1kV.
Valorile minime normate ale rezistenţei de izolaţie pentru cabluri cu la temperatura de 20oC:
U < 1Kv; Riz = 50Mohmi.km U > 1Kv; Riz =100Mohmi.km
Rigiditatea dielectrică se verifică după reparaţii şi cel puţin odată la trei ani prin proba cu tensiune redresată mărită.
Tensiunile de încercare, curenţii de fugă şi timpul de menţinere pentru verificarea rigidităţii sunt:
Un = 6kV; Uînc = 30kV; Ifugă = 15A; t = 5min
Un = 0,5kV; Uînc = 2kV; t = 1min

Dacă din măsurători nu rezultă valorile de mai sus cablul este defect. Astfel putem avea următoarele tipuri de defecte:
Defecte de izolaţie, care provoacă punerea la pământ a unei faze;
Defecte de izolaţie care provoacă punerea la pământ a două sau
trei faze sau scurtcircuitarea a două sau trei faze între ele, în unul sau mai multe locuri;
Intreruperea uneia sau a toate cele trei faze, fără punere la
pământ ssau cu punere la pământ atât a conductoarelor întrerupte cât şi a celor neîntrerupte;
Străpungerea trecătoare a izolaţiei (a unei faze faţă de pământ,
a uneia, a două sau trei faze între ele, cu sau fără punere la pământ);
Indiferent de tipul de defect trebuie determinat locul unde se
manifestă pentru al putea înlătura. Se cunosc metode bine puse la lunct pentru determinarea locului de defect. Pentru ca aceste metode să fie corect aplicate este necesar uneori ca rezistenţa de trecere la locul defect să fie cât mai mică, dacă se poate neglijabilă (de ordinul ohmilor sau zecilor de ohmi). Pentru aceasta înaintea aplicării uneia din metodele de determnare a locului de defect se aplică arderea cablului. Există instalaţii speciale pentru arderea cablurilor care asigură tensiunea şi puterea necesară. Pentru un cablu defect se procedează în felul următor: cablul se deconectează, capetele fazelor se vor izola, se conectează instalaţia de ardere (între una din faze şi pământ sau între faze, în funcţie de natura defectului). Arderea se consideră teminată când s-a ajuns la valori foarte mici ale rezistenţei de trecere, care să permită apoi aplicarea unei metode pentru localizarea acestui defect.
În continuare se prezintă câteva metode pentru localizarea defectelor în cabluri cu menţiunea că pentru fiecare metodă există aparate specializate a căror funcţionare are la baza una din aceste metode:
Metoda inductivă: Se bazează pe principiul apariţiei unui câmp magnetic în jurul unui conductor parcurs de curent. Dacă se aplică cablului defect un curent de o anumită frecvenţă de la un generator de frecvenţă (f = 800…3000Hz) în jurul cablului se formează un câmp magnetic a cărui valoare este proporţională cu valoarea curentului din cablu. De-a lungul cablului cu ajutorul unei sonde de recepţie, se poate auzi un sunet care în locul de defect diferă faţă de sunetul din zonele unde cablul este bun.
Prin această metodă se pot determina:
locul de defect
traseul cablului
adâncimea de pozare
Metoda măsurării în buclă: Se foloseşte când conductorul
cu izolaţie defectă nu este întrerupt, iar cablu posedă un conductor normal, fără defecte, distanţa până la locul defectului poate fi determinată prin metoda în buclă, bazată pe principiul punţii.
Pentru aplicarea acestei metode sunt necesare următoarele etape:
Se determină rezistenţa de trecere la locul defectului, cu ajutorul megohmetrului
La capătul opus al liniei se montează scurtcircuitorul, între capătul sănătos şi cel defect
S instalează puntea de măsură
Se calculează distanţa până la locul de defect cu formula de mai sus
Metoda capacitivă, se poate aplica numai în cazul defectelor apărute în exploatare la care s-au întrerupt una sau mai multe faze. Are precizie ridicată şi se bazează pe faptul că că între lungimea cablului şi capacitatea sa există o relaţie de proporţionalitate.
Metoda prin impulsuri (ecometrică), se bazează pe reflexia impulsurilor elecrice la locul de defect datorită modificării impendanţei cablului în acel loc, şi măsurarea intervalului de timp din momentul trimiterii undei de impulsuri prin cablu şi sosirii impulsului reflectat. Aparatele care realizează acest lucru se numesc ecometre. Ele afişează mai multe mărimi: distanţa până la locul de defect, timpul de deplasare al impulsului, domeniul de măsură al distanţei, etc.
Metoda prin curent de audiofrecvenţă, se bazează pe măsurarea prin intermediul unei bobine sondă a câmpului magnetic din jurul cablului în care s-a injectat curent de audiofrecvenţă, produs de un emiţător. Cu ajutorul acestui sistem se poate determina precis traseul cablului, adâncimea de pozare, locul de defect şi localozarea manşoanelor de legătură.echipamentul standard se compune dintr-un emiţător şi un receptor.
Pentru cazul complex când este necesar determinarea defectelor în cabluri fără deconectarea acestora se pot folosii locatoarele pentru cabluri . Acestea permit ca într-un timp foarte scurt şă se măsoare distanţa până la locul defect prin metoda ecometrică. Acest sistem se comportă ca o siguranţă ultrarapidă cu curent reglabil între 10 şi 200A. Moduri de lucru:
Comandă manuală cu o singură conectare la un curent de declanşare preselectat
Comandă automată cu anclanşare după 6s. dacă apare o a doua declanşare pe durat a 30s, nu se mai reanclanşează
Comandă cu impulsuri pentru localizarea precisă a defectului.
Se conectează la fiecare 6 s pe durata unei jumătăţi de semialternaţe.

Condensatoare pentru îmbunătăţirea factorului de putere

Verificarea rigidităţii dielectrice a dielectricului condensatorului se face cu tensiune mărită. Valoarea tensiunii de încercare este Uinc = 3,5 Un. Timpul de menţinere este de 10 secunde.
Factorul de pierdere dielectric tg(delta), se măsoară cu puntea Schering şi trebuie să fie tg(delta) = 0,008.
Cu prilejul măsurătorilor a factorului de pierderi dielectric se determină şi valoarea capacităţii condensatorului care se compară cu valoarea înscrisă pe plăcuţa condensatorului. Se admit abateri de până la 10% din valoarea nominală calculată pe fază.
Rezistenţa de izolaţie între borne şi carcasă se măsoară cu megohmetrul de 1000V şi trebuie să aibă valoare: Riz = 2500Mohmi.

IMPACTUL FOARTE PUTIN PROBABILULUI IN INSTALATIILE ELECTRICE.

           Am citit pe nerasuflate cartea "LEBADA NEAGRA: IMPACTUL FOARTE PUTIN PROBABILULUI" autor Nassim Nicholas Taleb, Ed. Curtea Veche Publishing, Bucuresti 2010. Este greu sa patrunzi, indeajuns de adanc, intr-o ideea atunci cand zilnic trebuie sa gestionezi chestiuni dintr-un domeniu organizatoric, tehnic si aplicativ. Dar "impactul foarte putin probabilului" se manifesta pretutindeni, chiar si la instalatiile electrice de aceea voi incerca sa fac un pas de la aceasta chestiune logico-filosofica la realitatea din imediata mea apropiere.
Logica Lebedei Negre dezvolta ideea ca ceea ce nu stim este mult mai relevant decat ceea ce stim.
Cursul de Bazele Electrotehnicii al regretatului nostru profesor Ioan De Sabata, incepea asa: "Thales din Milet (aprox. 624 - 547 i.e.n.) a observat ca prin frecare chilimbarul obtine o proprietate noua pe care nu o avea inainte, si anume aceea de a atrage particule usoare cum sunt firele mici de paie. De aceeasi proprietate se bucura si sticla cand este frecata cu o bucata de matase. Se spune ca sistemul format de cele doua corpuri  (sticla si matase) s-a electrizat."
Pentru vechii greci fenomenul de electrizare era o Lebada Neagra chiar daca pentru foarte multi era
"necunoscut". Electrizarea sau "focul ascuns" le aparea ca un fenomen uluitor, izolat, si explicabil abia dupa "producerea lui", adica toate cele trei atribute ale Lebedei Negre (raritate, impact extrem si predictibilitate retrospectiva).                    
Parea ca fenomenele obisnuite ale naturii, cu exceptia fulgerului, incepand cu inghetarea apei si pana la cresterea unui copac, nu au nicio legatura cu comportarea neobisnuita a obiectelor electrizate. Acum stim ca proprietatile fizice si chimice ale materiei, de la atom la celula vie, sunt in mare parte determinate de forte electrice. Atingerea acestui stadiu al cunoasterii il datoram savantilor secolului al XIX-lea Ampere, Faraday, Maxwell si multi altii, care au descoperit natura electromagnetismului, cat si fizicienilor si chimistilor secolului al XX-lea care au descifrat structura atomica a materiei.
Teoria clasica a magnetismului dezvolta studiul sarcinilor electrice, a curentilor electrici si a interactiunilor lor, presupunand ca toate aceste marimi pot fi masurate independent una de alta si cu precizie din ce in ce mai mare. Nici revolutia produsa in conceptia noastra de fizica cuantica, nici dezvolatrea teoriei speciale a relativitatii nu au umbrit stralucirea ecuatiilor campului electromagnetic date de Maxwell in 1873 ("A Treatise on Electricity and Magnetism").                   

...to be continued

CALCULUL OPTIMAL AL MOTORULUI ASINCRON

În condiţiile societăţii contemporane, „Calculul optimal al motorului asincron”, abordează o temă complexă şi privită dintr-o nouă perspectivă, cea a proiectarii motorului asincron prin metoda determinarii parametrilor motorului si alegerea solutiei optime in raport cu marimea aleasa ca element de optimizare.
Subiectul propus a impus o amplă documentare bibliografică asupra
cercetărilor efectuate şi publicate în domeniul maşinilor electrice, cat si a metodelor numerice de calcul matriceal si simulare numerica.
De ce motorul asincron? Un prim motiv este dat de avantajele clasice ale
motorului asincron, privind robusteţea acestuia şi siguranţa în funcţionare, avantaje care îl fac cel mai des întâlnit în diverse aplicaţii industriale. Pe de altă parte, randamentul energetic superior, câştigul în volum, asigurat de aplicarea noilor tehnologii asupra acestor motoare şi invertoare asociate, au făcut din motorul asincron candidatul ideal pentru optimizarea proiectarii.

O componentă importantă a alegerii motorului asincron ca obiect de studiu a fost oportunitatea oferită de dezvoltarea instrumentelor matematice disponibile şi puterea crescândă a calculatoarelor, care au permis trecerea de la proiectarea pragmatică a maşinii de inducţie la o proiectare şi modelare numerică a acesteia, graţie unei cunoaşteri profunde a fenomenului sintetizării sub formă de unelte de calcul şi optimizare.
Prin urmare, obiectivele de lucru ale temei de proiect de diploma, propuse şi realizate au fost:
1. Sintetizarea cunoştinţelor cu privire la motoarele electrice asincrone cu rotorul in scurtcircuit
2. Trecerea în revistă a sistemului de calcul optimal al masinii de inductie
3. Aplicaţii ale calculului numeric în analiza şi simularea unor regimuri dinamice de proiectare si funcţionare specifice motorului asincron.
5. Utilizarea calculului numeric în proiectarea optimală a motorului asincron
In prima parte s-a realizat o prezentare a motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit, prezentandu-se partile componente, principiul de functionare, ecuatiile masinii, schema echivalenta, bilantul energetic si marimile caracteristice (cuplu, randament factor de putere). Au fost precizate şi analizate de regimurile de funcţionare, caracteristica mecanica, caracteristica randamentului cat si caracteristica factorului de putere.
Urmeaza apoi stabilirea criteriului de calcul optimal al masinii de inductie.
Pornind de la optimizarea proiectarii in sens restrans se introduc coeficientii de pierderi: Ccf – coeficientul de pierderi in fier si infasurari din totalul pierderilor, Cf – coeficientul de pierderi in fierdin pc, Cc2 – coeficientul de pierderi in infasurarea rotorica din pc. Alegand ca parametrii variabili coeficientii de mai sus se pot determina toti parametrii electrici ai masinii de inductie in functie de acesti parametrii. Acest calcul se poate face doar cu ajutorul PC si a programelor ca instrument de analiză. Pentru fiecare situaţie, putandu-se obtine modelele matematice simulate numeric folosind programarea în Matlab, pentru a da informaţii calitative şi cantitative.
Partea finala este destinata proiectării optimale a maşinii asincrone, sub constrângerile de minimizare a dimensiunilor, a temperaturii, a zgomotului, în condiţiile dezvoltării durabile, în care sunt abordate aspecte ale reciclabilităţii. Se urmăreşte o proiectare optimală bazată atât pe tradiţionala experienţă cât şi pe utilizarea uneltelor matematice şi numerice. Este cunoscut faptul că, mult timp, proiectarea maşinilor electrice a fost realizată pe baza capitalizării experienţei. Acest aspect pragmatic nu a fost neglijat în lucrare, dar deoarece puterea crescândă a calculatoarelor a permis întoarcerea spre abordari mai formale, care necesită în schimb o bună cunoaştere a fenomenelor fizice ce au loc în maşinile electrice, proiectarea optimală propusă se va baza pe calculul numeric.
Sunt prezentate aici cele mai importante etape şi relaţii de calcul. Se fac referiri asupra literaturii de specialitate, sunt prezentate aspectele noi ale proiectării şi tehnologiilor existente.
Utilizare a programelor de calcul matematic şi a metodelor
numerice în scopul optimizării proiectării motoarelor asincrone, pentru creşterea performanţelor, de reducere a consumurilor de materiale active, a preţului de fabricaţie şi al cheltuielilor de exploatare.
Problemele prezentate în acestă lurare, rezultatele obţinute şi concluziile stabilite conferă originalitate, deschizând noi perspective de utilizare a mijloacelor moderne de calcul în proiectarea şi realizarea documentaţiei necesare.
- stabilirea modelului matematic şi realizarea programului de calcul pentru proiectarea optimală a motoarelor asincrone de tracţiune având dimensiuni de gabarit impuse;
- stabilirea funcţiei obiectiv (cost total minim) după care se face optimizarea;
- studiul influenţei variabilelor principale considerate cele mai importante în proiectare: A –pătura de curent, B –inducţia magnetică din întrefier, r, J1 –densitatea de curent în înfăşurarea statorului, J 2 -densitatea de curent în înfăşurarea rotorului (în bara rotor), asupra funcţiei obiectiv şi asupra celor mai importante criterii avute în vedere;
- stabilirea modelului matematic şi realizarea programului de calcul pentru calculul şi trasarea caracteristicilor de funcţionare şi mecanice la motoarele asincrone.

OARE ESTE CONDAMNABIL SA MUNCESTI DIN PLACERE?

In curs de editare

COMPENSARE ENERGIE REACTIVA CAPACITIVA

Societatile comerciale sunt alimentate cu energie electrica din retelele sistemului energetic, la tensiuni cat mai inalte, in functie de puterea ceruta. Alegerea acestor tensiuni se face prin studi tehnico - economice astfel incat sa se tina seama de:
- situatia energetica din zona.
- instalatia de distributie.
- importanta consumatorului.
- siguranta in alimentare.
- analiza pierderilor.
In general se recomanda ca alimentarea cu energie electrica sa se faca la tensiuni cat mai inalte, cu patrunderea racordului spre centrul de greutate al sarcinii.
Linia de alimentare poate fi de tip aerian sau subteran. In continuare prezentam cazul alimentarii unui consumator printr-un cablu de energie din aluminiu de 150mmp, pozat in pamant, la tensiunea de 20kv si avand lungimea de 10km.
Caracteristicile tehnice ale cablului (date de producator)

Parametrii electrici ai liniilor electcrice in cabluri sunt:
 - Rezistenta pe unitatea de lungime Ro, in [ohmi/km]
 - Rezistenta Rc, in   [ohmi]
 - Reactanta inductiva pe unitatea de lungime, Xo in [ohmi/km]
 - Reactanta inductiva Xc, in [ohmi]
 - Conductanta Go pe unitatea de lungime,  in [S/km]
 - Conductanta G,   in [S]
 - Susceptanta pe unitatea de lungime Bo,  i n  [S/km]
 - Susceptanta B, in  [S]

Schema echivalenta a liniei electrice in cablu este (cu mentiunea ca Conductanta fiind mult mai mica decat susceptanta este neglijata)

          Tangenta unghiului de pierderi, tgd,  este este egala cu raportul dintre curentul activ al cablului Ia si curentul capacitiv Ic si are o valoare cuprinsa intre (0,002 - 0,008) pastrandu-si aceasta valoare pana la tensiunea de 1,5Un.
          Pierderile de putere activa in dielectricul cablulu, pe unitatea de lungime:
         DPo = 2 . 3,14 . f . Un . Un. Sso . tgd     [W/km]

         Susceptanata  capacitiva
         Bo = 2 . 3,14 . f . Cso . 0,000001   [S/km]

         Curentul capacitiv datorat susceptantei capacitive
         Ic = Uf . Bo     [A/km]

         Aportul capacitiv al cablului
         Qc = 1000 . l . Yo . Un . Un       [KVAR]
     
Aplicand aceste calcule si  tinand seama de datele tehnice ale cablului rezulat  pentru un cablu monofilar din aluminiu cu izolatie XLPE, tensiunea 20kV, sectiunea 150mmp, L = 10km, pozat in pamant urmatoarele:

  Co             Bo          Ic          Qcf         Qc
0,191         0,06       6,92         80        240

Compensarea curentului capacitiv produs de cablu se face prin montarea reactantelor inductive avand valorile inductivitatii si puterii calculate pe baza datelor de mai sus.

Bobina este prevazuta cu reglaj in jurul valorii de +/- 3% pentru a elimina fenomenul de rezonanta.
Dupa conectarea bobine se fac masuratorile necesare determinarilor circulatiei de putere activa so reactiva. Eventuala supracompensare se elimina cu ajutorul bateriilor automate  de condensatoare (aceasta putandu-se face chiar pe partea de jt)
       Pierderile in retea, Ecr
       Ecr = Qt . t,   unde Qt sunt pierderile totale de energie reactiva

     Cota de energie reactiva suplimentara in varianta compensata la un factor de putere diferit de factorul de putere neutral este:
      Ers  = P . ( tg fi1 - tgfi2) t.

    











 Am prezentat sumar compensarea energiei reactive capacitive. Fiecare situatie trebuie analizata si tratata separata pe baza datelor rezultate din facturile de energie, masuratori si caracteristici cabluri electrice.