In instalaţiile de distribuţie de medie tensiune curenţii de scurtcircuit pot atinge valori foarte mari şi datorită distanţei relativ reduse dintre faze solicitările electrodinamice ce apar pot fi foarte importante.
Reducerea curentului de scurtcircuit şi implicit a solicitărilor determinate de acesta, conduce la alegerea unor elemente de circuit mai puţin supradimensionate faţă de regimul normal de funcţionare. în acest scop se folosesc aşa numitele metode practice de reducere a curenţilor de scurtcircuit care se bazează pe creşterea reactanţei dintre sursă şi locul de defect. Creşterea reactanţei conduce însă la pierderi mai mari de energie şi la căderi mai mari de tensiune în regim normal de funcţionare şi ca urmare s-au căutat soluţii care să conducă la o comportare diferită a elementelor de limitare în regim normal faţă de regimul de scurtcircuit.
Creşterea reactanţei circuitului se poate obţine prin alegerea de generatoare şi transformatoare cu reactanţă de scurtcircuit mai mare sau introducerea unor reactanţe suplimentare ce se numesc bobine de reactanţă.
Alegerea unor generatoare sau transformatoare cu reactanţă de scurtcircuit mai mare, conduce însă la pierderi suplimentare de energie şi la variaţii de tensiune relativ mari şi ca urmare această soluţie este foarte puţin folosită.
Montarea bobinelor de reactanţă în diferite puncte ale schemei electrice conduce la pierderi suplimentare de energie relativ mai mici şi asigură menţinerea unui anumit nivel de tensiune în amonte (trebuie asigurată o tensiune de minimum 0,7 Un pentru a menţine în funcţiune motoarele din circuit). Dacă se folosesc bobine de reactanţă secţionate (jumelate), sau bobine de reactanţă asociate cu limitatoare de curent, pierderile suplimentare de energie din regim normal de funcţionare pot fi foarte mici sau chiar nule, bobinele de reactanţă intervenind eficace în regim de scurtcircuit când limitează mult curentul de scurtcircuit. Ca urmare metoda practică curent folosită este montarea în circuite a bobinelor de reactanţă.
Bobinele de reactanţă folosite în circuitele primare se construiesc fără miez de oţel, pentru menţinerea inductanţei constante şi evitarea saturaţiei în regim de scurtcircuit.
Bobinele de reactanţă se construiesc în beton de tip interior. Bobinajul se execută din conductoare flexibile, multifilare din aluminiu sau cupru, izolate. Distanţa între spire este păstrată cu ajutorul unor coloane de beton. Bobinele monofazate sunt aşezate pe izolatoare suport şi sunt prevăzute cu borne de racord.
Dacă cele trei bobine monofazate (livrate în set de trei faze identice) au masa de până la 3000 kg, se montează suprapuse pe verticală (etajat) iar dacă au peste 3000 kg se montează cu fazele în plan orizontal conform fig.6.7 şi 6.8. La montarea suprapusă a bobinelor monofazate, bobina din mijloc B - se execută cu înfăşurarea în sens invers decât celelalte faze - A şi C - pentru a se reduce eforturile electrodinamice.
2.1. Scheme cu bobine de reactantă
Bobinele de reactanţâ sunt de bare şi de linie. Bobinele de reactanţă de bare se conectează între secţiile de bare sau la secţiile de bare conform fig. 6.9.a,bc, şi limitează curentul de scurtcircuit al întregii instalaţii ier bobinele de reactanţă de linie se conectează în serie pe linie (în celula de plecare) şi limitează curentul de scurtcircuit pe linie şi menţin nivelul de tensiune necesar în amonte, conform fîg.6.9.d,e,f,g,h.
Bobinele de reactanţă de bare când se montează între secţiile de bare (pe cupla longitudinală) conform tîg.6.9.a, se mai numesc şi bobine de reactanţă (reactoare) de secţie şi limitează curenţii de scurtcircuit din reţea (ki), de pe barele colectoare (k2) şi în circuitul generatorului (k3). în regim normal de funcţionare, dacă consumul pe secţii este echilibrat de puterile injectate, circulaţia de puteri între secţii este redusă şi astfel pierderile în bobinele de reactanţă sunt mici.
Dacă bobinele de reactanţă (reactoarele) de bare se montează în serie cu transformatoarele de putere, conform fig.6.9.b,c, se limitează curenţii de scurtcircuit în reţea (k,) şi pe bare(k2). în fig.6.9.c bobina de reactanţă este secţionată.
Bobinele de reactanţă de linie (fig.6.9.d,e,f,g,h) limitează numai curenţii de scurtcircuit din aval deci pe linie şi nu limitează curenţii de scurtcircuit de pe bare şi din circuitul generatorului (fig.6.9.d).
Bobinele de reactanţă de linie se montează obişnuit în aval de întreruptor şi astfel acesta va ti mai puţin dimensionat. Teoretic există posibilitatea apariţiei unui scurtcircuit între întreruptor şi bobina de reactanţă de linie (în k2, fig.6.9.e), deci întreruptorul nu va putea deconecta şi va trebui să deconecteze următorul întreruptor din amonte. Practica arată însă că probabilitatea apariţiei unui scurtcircuit între bobine şi întreruptor (unde se folosesc obişnuit bare rigide) este foarte mică şi ca urmare prescripţiile admit ca echipamentul electric de la barele colectoare şi până la bobine (fig.6.9.e) să se aleagă în funcţie de curentul de scurtcircuit de după bobină. Există şi varianta de montare a bobinelor de reactanţă
în amonte de întreruptor (ca în fig.6.9.h), dar în acest caz separatorul de bare al liniei ar trebui deschis sub sarcina corespunzătoare funcţionării bobinei în gol şi deci la apariţia unui defect chiar într-o bobină de reactanţă, acesta nu s-ar putea separa prin deschiderea separatorului de bare; ca urmare această variantă este mai puţin folosită şi anume atunci când pe barele staţiei puterea de scurtcircuit este apropiată sau chiar este mai mare ca puterea de rupere a întreruptorului. în acest caz trebuie să declanşeze întreruptorul dinspre sursă (din amonte).
Pentru consumatori de putere mare, importanţi pot fi folosite bobine de reactanţă simple ce alimentează doi fideri, pe fiecare din aceştia putând fi separatoare de linie (fig.6.9.g) sau separator de linie unic (fig.6.9.f).
Se folosesc de asemenea scheme cu bobine de reactanţă de bare şi bobine de reactanţă de linie.
2.2. Alegerea şi verificarea bobinelor de reactanţă
Bobinele de reactanţă au parametrii principali, tensiunea nominală (Um), curentul nominal (Im),
reactanţa procentuală nominală (Xr%) şi pierderea relativă de tensiune (AUf%).
Tensiunea nominală trebuie să fie egală cu tensiunea maximă de serviciu a instalaţiei unde se va monta bobina de reactanţă. Curentul nominal trebuie să fie cu puţin mai mare ca valoarea curentului maxim de durată al circuitului.
Reactanta procentuală nominală se calculează cu relaţiile:
unde: Xr = Lro [n] (6.9)
este reactanţa unei faze a bobinei de reactanţă.
Deci reactanţa procentuală nominală este căderea de tensiune inductivă dintr-o fază a bobinei de reactanţă, când aceasta este parcursă de curentul său nominal (Im), înmulţită cu 100 şi raportată la tensiunea sa nominală (Um).
Obişnuit, Xr% este între 3% şi 10%.
Pierderea de putere activă în bobină este obişnuit de 0,2% până la 0,3% din puterea bobinei deoarece rezistenţa lor este foarte mică.
Bobina de reactanţă simplă are aceeaşi valoare a reactanţei atât în regim normal cât şi în regim de scurtcircuit, ceea ce constituie un dezavantaj important, datorită căderilor mari de tensiune şi a consumului mare de energie în regim normal.
Inconvenienţa utilizării bobinelor de reactanţă simple a condus la alte soluţii şi anume:
şuntarea în regim normal de funcţionare, a bobinelor de reactanţă simple, cu elemente limitatoare de curent;
folosirea de bobine de reactanţă cu priză mediană (numite şi secţionate sau jumelate);
limitatoare de curent cu elemente neliniare;
secţionarea nodurilor din staţiile de conexiuni sau metode care se asociază cu secţionarea.
Folosirea bobinelor de reactanţă simple asociate cu limitatoare de curent se bazează pe
caracteristicile de funcţionare ale
limitatoarelor de curent ce sunt formate dintr-o capsă explozivă şi un amorsor care este sensibil nu la valoarea curentului ci la panta acestuia şi are un timp de întrerupere foarte mic. Amorsorul introdus în circuit, conform fig.6.1 1 va întrerupe circuitul (a) sau îl va secţiona longitudinal (b), înainte de apariţia curentului de şoc. Dacă limitatorul de curent este asociat cu o bobină de reactanţă simplă (c) în regim normal de funcţionare bobina este şuntată, iar la apariţia unui şoc de curent (scurtcircuit), cartuşul limitatorului explodează şi introduce în circuit bobina de reactanţă. Astfel în regim normal de funcţionare, bobina de reactanţă nu este practic străbătută de curent, deci nu sunt pierderi, respectiv, variaţii mari de tensiune, ea fiind introdusă în circuit numai la variaţii mari de curent (scurtcircuit).
Bobinele de reactanţă jumelate sunt realizate din două circuite paralele, fiecare cu o reactanţă inductivă proprie X] şi una mutuală Xm ce depinde de
valoarea curentului din al doilea circuit.
Bobinele de reactanţă jumelate au la mijlocul înfăşurării o priză, la care obişnuit se leagă sursa, iar la capete se racordează consumatorii, conform fig.6.12. Constructiv bobina de reactanţă jumelată este asemănătoare bobinei de reactanţă simplă.
Considerăm bobina de reactanţă secţionată ce alimentează două circuite independente simetrice (fig.6.12).
în regim normal de funcţionare, căderea de
(6.17)
unde: X'=X(l -ni) este reactanţa echivalentă a unei ramuri în regim simetric de
încărcare a celor două ramuri; m - coeficient numit de cuplaj, ce este dat de furnizor şi obişnuit are valoarea 0,5.
Reactanţa echivalentă în regim normal de funcţionare este deci cu atât mai mică cu cât factorul de cuplaj (m) între ramurile înfăşurării este mai mare.
în cazul când sursa este conectată la priza mediană (A) şi unul din capetele bobinei apare un scurtcircuit, curentul din ramura avariată devine mult mai mare (Ik) decât cel de pe ramura sănătoasă iar căderea de tensiune pe ramura avariată devine:
Aşadar, în regim de scurtcircuit, reactanţa echivalentă a unei ramuri, în cazul unui scurtcircuit la capătul ei, este:
O bobină de reactanţă secţionată este cu atât mai bună cu cât factorul de cuplaj este mai mare. Se impune însă condiţia de a conecta cele două ramuri la circuite independente, deoarece în caz contrar, la apariţia unui scurtcircuit, curenţii de pe cele două ramuri vor fi egali, iar reactanţa echivalentă va fi tot X’. Bobinele de reactanţă secţionate au şi avantajul unui consum mai redus de energie reactivă în raport cu bobinele de reactanţă simple.
Un alt mijloc de limitare a curentului de scurtcircuit este cel de a introduce în serie pe circuit un element neliniar a cărui reactanţă să fie cât mai mică în regim normal de funcţionare şi cât mai mare în regim de scurtcircuit.
în fig.6.21 este prezentată schema unui astfel de limitator cu elemente neliniare unde Xs este reactanţa sursei, X, - reactanţa liniară a limitatorului, Xc - reactanţa capacitivă, X2 şi X3 - reactanţele unor bobine neliniare, XNL - reactanţa neliniară a limitatorului, XL - reactanţa totală a limitatorului de curent. în regim normal de funcţionare X2 şi X3 au valori foarte mari astfel că practic XNL=XC. Se alege Xc=Xi şi astfel în regim normal de funcţionare este compensată reactanţa liniară Xi de reactanţa capacitivă XC(X,=XC) şi reactanţa totală a limitatorului este practic nulă (XL=0). în cazul unui scurtcircuit în punctul k, curentul creşte, bobinele neliniare se saturează şi reactanţele X2 şi X3 se reduc progresiv şuntând reactanţa capacitivă Xc, se anulează compensarea reactanţei Xi şi astfel se va limita curentul de scurtcircuit. Când scurtcircuitul dispare, reactanţele X2 şi X3 recapătă valori foarte mari şi Xc compensează pe X,.
2.3. Instalarea bobinelor de reactantă
Bobinele de reactanţă în beton (de tip uscat) se instalează numai în instalaţii de distribuţie interioare într-un mediu ambiant tară gaze, acizi, praf bun conducător de electricitate, vapori de apă, etc., cu umiditate relativă a aerului de până la 80% la temperatura de +35 °C şi pot funcţiona la temperaturi între -25 °C şi +40 °C şi altitudini de până la 1000 m.
încăperea unde se montează bobinele de reactanţă se prevede cu ventilaţie naturală. Dacă ventilaţia naturală nu este suficientă se realizează ventilaţia mecanică.
Furnizorul indică distanţele minime admise între fazele bobinelor de reactanţă şi între acestea şi construcţiile de oţel şi de beton armat ale încăperii.
Când între bobinele de reactanţă de pe faze sunt montate izolatoare de distanţare, faza din mijloc trebuie bobinată în sens invers fazelor extreme şi astfel forţa electrodinamică maximă comprimă izolatoarele în loc să le întindă, deci izolatoarele vor rezista mult mai bine la acest efort.
Construcţiile de oţel situate în apropierea bobinelor de reactanţă se încălzesc datorită curenţilor de inducţie (deci apar pierderi importante), iar la scurtcircuit sunt atrase puternic de bobine. Pentru reducerea încălzirilor şi a pierderilor prin inducţie în circuitele magnetice închise din apropierea bobinelor de reactanţă, se secţionează ramele uşilor din oţel. în apropierea bobinelor de reactanţă nu trebuie lăsate piese metalice (scule, etc.).
Trimiteți un comentariu