Protectia echipamentelor electrice

PROTECTIA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Defectele care apar in instalatiile electrice sunt foarte complexe, atat ca des­fasurare, cat si din punctul de vedere al efectelor pe care le pot produce. Desi este posibila o impartire a defectelor dupa cauza si dupa natura lor, in practica este greu de distins carei categorii ii apartine defectul care a avut loc, dat fiind ca cel mai ade­sea apar defecte combinate si nu se poate sti care a fost cauza. Trebuie men­tio­nat ca intamplarea joaca, adesea, un rol important in evolutia defectului.

Eliminarea rapida si selectiva a defectelor ca apar in instalatiile electrice este impusa de urmatoarele aspecte:

- necesitatea continuitatii in alimentarea cu energie electrica a consu­ma­to­ri­lor nedefecti;

- protejarea consumatorilor de efectele distructive (din punct de vedere ter­mic si electrodinamic) ale regimurilor anormale (suprasarcina, scurtcircuit sau su­pra­tensiune);

- protejarea operatorilor umani de efectele regimerilor anormale de func­tio­na­re a instalatiilor electrice;

- reducerea timpului de remediere a defectelor din instalatiile electrice.

Protectiile se pot clasifica dupa numeroase criterii, dintre care cele mai im­por­tante sunt:

A. Dupa tipul echipamentului protejat, putem avea:

- protectii ale motoarelor electrice (asincrone, sincrone, motoare de c.c. etc.);

- protectia generatoarelor sincrone;

- protectia transformatoarelor electrice;

- protectia retelelor de distributie de joasa tensiune (radiale);

- protectia retelelor de medie si inalta tensiune (cu alimentare bilaterala);

- protectia instalatiilor de iluminat;

- protectia instalatiilor casnice;

- protectia instalatiilor electronice, etc.

B. Dupa tensiunea nominala a echipamentului protejat:

- protectia instalatiilor de joasa tensiune;

- protectia instalatiilor de medie tensiune;

- protectia instalatiilor de inalta tensiune;

- protectia instalatiilor de foarte inalta tensiune.

C. Dupa tipul de defect putem avea:

- protectie la suprasarcina;

- protectie la supracurenti;

- protectie la scurtcircuit;

- protectie la supratensiune;

- protectie la tensiune minima;

- protectie la disparitia tensiunii;

- protectie la supratensiuni atmosferice;

- protectie impotriva iesirii din sincronism;

- protectie la degajarea de gaze;

- protectie impotriva alimentarii cu tensiune asimetrica;

- protectie impotriva functionarii la frecventa redusa, etc.

D. Dupa timpul de actionare al protectiei:

- ultrarapide;

- rapide;

- normale;

- lente;

- temporizate;

- temporizate in trepte, etc.

E. Dupa echipamentul de protectie:

- protectii prin relee electromecanice;

- protectii prin relee electronice;

- protectii prin declansatoare;

- protectii prin automate programabile;

- protectii prin calculator, etc.

F. Dupa modul de conectare in circuitele protejate;

- protectii cu conectare directa in circuitul echipamentului protejat;

- protectii prin traductoare (de curent, tensiune, directionale, etvc.);

- protectii mixte.

G. Dupa modul de actionare in circuitul protejat:

- actionare directa (prin contactoare sau intrerupatoare);

- actionare directa prin sigurante fuzibile;

- actionare indirecta prin relee intermediare sau contactoare, etc.

H. Dupa gradul de automatizare:

- protectii locale automate (sigurante fuzibile, relee sau declansatoare);

- protectii numerice;

- protectii de la distanta prin sisteme de telecomanda;

- protectii prin dispecderat.

La proiectarea circuitelor de protectie trebuie sa se tina cont de faptul ca re­gimurile de avarie pot dauna nu doar echipamentului supravegheat ci si instalatiei electrice in ansamblul ei. De multe ori pagubele datorate intreruperii alimentarii cu energie electrica a unor consumatori sunt mult mai mari decat costul echipamen­tu­lui deteriorat prin regimul anormal de functionare.

In clasificarea defectelor din instalatiile electrice dupa natura lor, trebuie men­tionate in primul rand cele care constau in deteriorarea (strapungerea sau con­turnarea) izolatiei.

Scurtcircuitul este cel mai grav defect; el se poate produce intre trei faze, in­tre doua faze sau intre o faza si pamant (in retelele cu punctul neutru legat la pa­mant).

Curentul de scurtcircuit, avand o valoare mare, provoaca o crestere a caderii de tensiune in generatoare si in toate impendantele pe care le parcurge, ducand ast­fel la o scadere a tensiunii in retea, cu efecte daunatoare asupra consumatorilor si asupra functionarii in paralel a centralelor.

Pe linga aceste neajunsuri in functionarea consumatorilor, curentul de scurt­circuit provoaca si deteriorari in instalatii, care pot fi foarte grave, datorita actiunii sale dinamice si termice.

In general, scurtcircuitul apare sub doua forme : scurtcircuit net (atingerea di­recta intre faze) si scurtcircuit prin arc

Un alt defect des intalnit in instalatiile electrice, si care consta tot in deterio­rarea izolatiei, este punerea la pamant. Intr-o retea cu punctul neutru izolat, pu­ne­rea la pamant a unei faze nu constituie, prin ea insasi, un defect, neconducand la perturbari importante ale functionarii. Ea este de cele mai multe ori doar inceputul unui defect mai grav, caci de obicei degenereaza in scurtcircuit, cu urmarile cunos­cute; de aceea, aparitia punerii la pamant trebuie cunoscuta, pentru a se lua masu­rile necesare de indepartare a acestei stari anormale. In afara de aceasta, ea produce totusi unele mici perturbari care, desi nepericuloase, nu sunt de dorit.

Curentul de punere la pamant poate duce la o incarcare nesimetrica a genera­toarelor, incarcare care, fiind capacitiva poate provoca ridicari de tensiune care in anumite conditii devin periculoase. De asemenea, circulatia unui curent prin pa­mant poate provoca perturbari in liniile electrice din apropierea celei defecte, in spe­cial in cele de telecomunicatii, prin inducerea unor tensiuni ce pot atinge valori periculoase.

La fel ca si la scurtcircuit, punerea la pamant poate fi neta sau prin arc. Arcul poate sari la alte faze, transformand punerea la pamant in scurtcircuit. Deosebit es­te arcul intermitent, care consta in stingerea si reaprinderea repetata a arcului de pu­nere la pamant, stingerea producandu-se in momentele de trecere a curentului prin valoarea zero, iar reaprinderea in momentele cand tensiunea alternativa atinge valori suficiente pentru reamorsarea arcului in mediul inca ionizat. Arcul inter­mi­tent poate produce, supratensiuni care ating valori de aproximativ 3U_faza.

De altfel, chiar in cazul unei puneri la pamant nete, intr-o retea cu punctul neutru izolat, faza defecta capata potentialul pamantului, iar tensiunea fata de pa­mant a fazelor sanatoase creste de ori, devenind egala cu tensiunea intre ele si faza defecta.

Supratensiunile retelei, in conditiile existentei unei puneri la pamant, pot provoca aparitia unei a doua puneri la pamant pe o alta faza, defect cunoscut sub numele de dubla punere la pamant, care este echivalenta cu un scurtcircuit bi­fa­zat prin rezistenta (rezistenta traseului prin pamant). Aceasta a doua punere la pa­mant poate avea loc pe fazele aceleiasi linii sau a doua linii diferite, ceea ce com­plica defectul si mareste consecintele lui neplacute.

Punerea la pamant a unei faze, intr-o retea cu punctul neutru legat la pamant, este, de fapt, un scurtcircuit monofazat.

O alta categorie de defecte care apar in instalatiile electrice, in afara celor men­tionate mai sus, care aveau toate la baza deteriorarea izolatiei, o constituie in­tre­ruperile conductoarelor (nu numai ruperile propriu-zise de conductoare, ci si ar­derea unei sigurante pe o faza, deschiderea unui separator pe o singura faza etc.). Acest gen de defecte este insa rar, si cel mai adesea, este insotit de scurtcircuite sau puneri la pamant (de exemplu, in cazul ruperii conductoarelor unei linii electrice ae­riene).

In primul rand, cauzele care provoaca aceste genuri de defecte sunt datorate depasirii rezistentei materialelor respective la solicitarile mecanice, termice si, mai ales, electrice. Depasirea rezistentei se poate produce datorita unor conditii spe­ci­a­le, care duc la supratensiuni electrice foarte mari, vanturile puternice si chiciura, care solicita in mod deosebit conductoarele si stalpii liniilor electrice aeriene.

In al doilea rand, cauza defectelor poate consta in scaderea rezistentei ma­te­rialelor sub valoarea normala, datorita fie uzurii si imbatranirii (in special pentru izolatia electrica), fie actiunii unor factori externi (substante chimice, umezeala, mur­darie etc.).

In sfarsit, trebuie citate drept cauze destul de frecvente ale defectelor, gre­se­lile personalului de exploatare, care prin conectari gresite, introducerea unor cor­puri straine in instalatii, manevre insuficient pregatite, pot duce la cresteri foarte mari ale solicitarilor instalatiilor.

Pe baza statisticilor rezulta ca instalatiile cele mai supuse defectelor sunt li­ni­ile electrice aeriene, urmate, in ordine, de liniile subterane, statiile de trans­for­ma­re si generatoare.

Constructia instalatiilor are o influenta hotaratoare asupra frecventei si ti­pu­lui de defecte. Astfel, in retelele cu punctul neutru legat la pamant nu pot avea loc duble puneri la pamant, pe cand in retele cu punctul neutru izolat acestea sunt foar­te frecvente. Ca urmare a faptului ca in retelele cu punctul neutru legat la pamant fiecare punere la pamant constituie un defect, raportul dintre numarul declansarilor care au loc in retelele cu punctul neutru izolat si in cele cu punctul neutru legat la pamant este de 4/7.

Repartizarea procentuala a diferitelor genuri de defecte (exclusiv ruperile pure de conductoare, care, in general, sunt rare), este aproximativ urmatoarea: scurt­circuite monofazate, 65%; scurtcircuite bifazate cu punere la pamant si dubla punere la pamant, 20%; scurtcircuite bifazate fara punere la pamant, 10%; scurt­cir­cuite trifazate, 5%.

In sistemele energetice, in afara defectelor propriu-zise, pot surveni abateri de la regimul normal de functionare, care produc de asemenea perturbari si pagube. Acestea constau, in esenta, in abateri ale parametrilor de functionare (tensiune, cu­rent, frecventa) de la valorile lor nominale.

Regimul anormal de functionare cel mai des intalnit, este cel de suprasar­ci­na. Acesta consta intr-o crestere a curentului peste valorile nominale si poate fi pro­vocat fie de cresterea neasteptata a sarcinii, fie de scaderea, din diferite motive, a puterii surselor generatoare. Suprasarcina este un regim inadmisibil de func­tio­na­re de durata, in primul rand pentru ca provoaca solicitari (in special termice) ale instalatiilor; in al doilea rand, trecerea prin instalatii a unor curenti care depasesc valorile nominale produce scaderi pronuntate ale tensiunii, ceea ce are ca efect ab­sorbirea de catre consumatori a unor curenti si mai mari (pentru a se mentine pute­rea constanta), producandu-se astfel o scadere in continuare a tensiunii.

Un alt regim anormal il constituie aparitia pendularilor intre grupurile gene­ratoare sau chiar intre centrale, cand acestea functioneaza cu frecvente diferite, pen­dulari care de asemenea pot duce la intreruperi totale.