ARGUMENT

Realizarea unei instalatii de distributie a energiei electrice in instalatiile industriale este una din cele mai importante verigi din lantul producator - consumator de energie electrica. Importanta temei este data de faptul ca principalii consumatori de energie electrica sunt cei industriali, deoarece agentii economici sunt motorul de dezvoltare a unui stat.

Lucrarea se structureaza dupa cum urmeaza :

Continutul proiectului:

Studiul literaturii de specialitate

Alegerea solutiei

Protectia muncii in exploatare

Bibliografie

CAPITOLUL 1

STUDIUL LITERATURII DE SPECIALITATE

Continutul acestei lucrari se refera la problemele teoretice si practice ale instalatiilor electrice de distributie la consumatorii industriali, de joasa tensiune (instalatii de forta si de iluminat), ale iluminatului electric.

1.1 Locul instalatiilor industriale in sistemul electroenergetic

Instalatiile din aval de punctul de delimitare intre furnizor si consumator, in cadrul sistemului electroenergetic (SEE) sunt denumite instalatii de utilizare (a energiei electrice) sau instalatii (electrice) la consumator.

Figura 2.1 evidentiaza de energie electrica de la centrele de producere (centrale electrice termice, hidrocentrale, atomice etc . ) la ultimul receptor R sau utilaj U, cu variantele posibile de retea.

1.2 Componentele sistemului de alimentare

Sistemul de alimentare cu energie electrica a utilajelor si receptoarelor unui consumator cuprinde, in principal sistemul extern si sistemul intern.

a.    Sistemul extern este reprezentat de reteaua zonala a SEE, printr-un nod al retelei ( retele de IT, MT sau JT, in functie de puterea ceruta de consumator). Apartine furnizorului.

b.    Statia de primire ( sau statiile de primire, in cazul marilor consumatori) este materializata (in functie de puterea solicitata de consumator) prin: statii de conexiuni (fara transformatoare) sau tablouri de distributie. Poate apartine fie furnizorului, fie consumatorului( conform contractului incheiat).

c.    Sistemul intern apartinand consumatorului contine:

retele de distributie interne (in JT,MT si/sau IT, in functie de consumator) cu puncte de distributie, prin care energia electrica este dirijata in diferite directii si spre diferite elemente alimentate: statii de transformare, statii de conexiuni, tablouri de distributie, bare de distributie.

- surse proprii ale consumatorului:

- permanente, care acopera o parte din consumul de energie electrica al consumatorului (de exemplu, o centrala electrica de platforma conectata  la SEE)

- de interventie, care permit alimentarea provizorie a unui grup restrans de receptoare importante( vitale), in cazul intreruperii alimentarii din sistemul extern: baterii de acumulatoare, generatoare sincrone mici actionate de motoare cu ardere interna.

Totalitatea elementelor de retea (linii, aparate, etc . ) care se interpun intre sursa si un element alimentat constitue ceea ce se numeste o cale de alimentare.

1.3 Categorii de receptoare

In raport cu conditiile privind continuitatea alimentarii, receptoarele unui consumator se pot grupa in patru categorii, consecintele intreruperii alimentarii cu energie electrica, pentru fiecare categorie constand in:

Categoria 0 (receptoare "vitale") - declansarea de incendii sau explozii, distrugerea utilajelor, pericol pentru viata oamenilor

- Categoria I - pagube economice importante, rebuturi, imposibilitatea de recuperare a productiei nerealizate

Categoria II - nerealizari de productie recuperabile

Categoria III - consecinte nesemnificative.

Pentru fiecare categorie, se precizeaza, pe de o parte, durata maxima a timpului de intrerupere a alimentarii si, pe de alta parte, modalitatile de asigurare a unei rezerve de alimentare.

Structura unei tetele este determinata de:

- caracteristicile si dispunerea teritoriala a receptoarelor,

- siguranta in alimentare, conform categoriei in care se incadreaza receptoarele,

- felul curentului si nivelul de tensiune necesar,

- indicatori tehnico-economici (cheltuieli de investitii, consum de material conductor, comoditate si cheltuieli de montaj, comoditate si cheltuieli de exploatare, pierderi de energie),

- asigurarea conditiilor de protectie a personalului impotriva electrocutarii.

1.4. Instalatia electrica

Instalatia electrica ( prescurtat "instalatie") este ansamblul de echipament electric interconectat in cadrul unui spatiu dat sau al unei zone precizate. Localizarea si interconectarea intr-un anumit scop functional constitue cele doua criterii inseparabile pentru delimitarea unei instalatii.

Instalatia electrica are deci doua componente de baza:

- echipamente electrice, cu o anumita destinatie functionala

- canale conductoare (linii), care servesc pentru dirijarea energiei electrice si pentru interconectarea echipamentelor:

- reteaua electrica, care contine echipamentele electrice interconectate, in amonte fata de ultimul receptor sau de la ultima unitate functionala, si care servesc pentru alimentarea cu energie electrica a receptorului sau unitarii respective

- linii de conexiune in interiorul echipamentelor sau unitatilor functionale.

1.5. Echipamentul electric

Echipamentul electric (prescurtat "echipament") cuprinde elementele sau unitatile functionale complexe care intervin in fluxul de energie electrica: producere, transport, distributie, stocare, conversie, masurare si consum (utilizare) ca:

- elemente indispensabile (de baza) in lantul de transfer (alimentare)

- elemente auxiliare (suplimentare), care asigura functionarea corecta, la parametrii si secvente precizate, a elementelor de baza sau/si protectia adecvata, in cazul aparitiei unor disfunctionalitati.

Echipamentele electrice constau in: masini electrice (generatoare si motoare), transformatoare (de putere si de masura), convertoare (electromecanice sau statice), aparate electrice (de comutatie, de protectie, de masura), diverse dispozitive ( de semnalizare, de actionare, electromagneti), elemente de conexiune (tablouri de distributie, doze de ramificatie, prize).

1.6. Clasificarea instalatiilor electrice

In functie de intensitatea curentului si de destinatie (receptoarele alimentate), instalatiile electrice se pot clasifica in:

a. instalatii de curenti "tari" (intesitati ale curentului de ordinul amperilor sau kiloamperilor):

- instalatii de putere ("forta"), cuprinzand echipamente destinate nemijlocit aplicarii energiei electrice (producere, transport, distributie, consum) in scop util: producerea de lucru mecanic, caldura, procese electrochimice

- instalatii de iluminat electric

- instalatii de automatizare, masura si control

- instalatii pentru compensarea puterii reactive

- instalatii pentru reducerea regimului deformant

- instalatii de protectie impotriva socului electric

b. instalatii de curenti "slabi":

- instalatii de telecomunicatii

- instalatii de detectare automata si de alarma:

- instalatii de telesupraveghere a functionarii instalatiilor de curenti "tari" din cladiri

- instalatii de ceasoficare

- instalatii de telecomanda si telemasurare.

1.7. Elemente componente

Elemente componente ale unui circuit sunt, in principiu: sursa de alimentare cu energie electrica, elementul alimentat (consumatorul) si linia de legatura intre sursa si elementul alimentat.

a.Sursa de energie poate fi:

- sursa primara, bazata pe transformarea altei forme de energie

- generator (masina electrica)

- pila (acumulator)

- sursa secundara, bazata pe modificarea parametrilor energiei electrice (secundarul unui transformator)

- "pseudosursa" - tensiunea electrica disponibila la barele unui punct de distributie

- o priza de curent.

Caracteristici ale sursei primare sau secundare sunt, in principal:

- impedanta interna Z_s;

- tensiunea de functionare (mers) in gol (fara sarcina) U₀ - tensiunea generata prin fenomenul primar;

- tensiunea la borne in cazul functionarii in sarcina U_s - inferioara tensiunii de functionare in gol si dependenta de intensitatea curentului furnizat;

- puterea aparenta nominala S = U₀I_n - puterea limita care poate fi furnizata unui receptor rezistiv.

b. Linia electrica, reprezentand ansamblul elementelor prin care se asigura transferul de energie intre sursa si elementul alimentat, distributia in diferite directii, inchiderea/deschiderea circuitului (intr-o secventa prestabilita), protectia circuitului (receptor si linie), masurarea parametrilor electrici, contine:

- conductoare (izolate)/cabluri/bare;

- dispozitive de conexiune (doze de ramificatie, cutii de derivatie, borne), care realizeaza un contact fix;

- elemente de cablare, fixare si/sau protectie fata de mediu (tuburi, tevi), cu accesoriile aferente;

- aparate de comutatie, destinate manevrelor de inchidere-deschidere a circuitelor;

- aparate de protectie impotriva supracurentilor, destinate atat elementului alimentat cat si celorlalte elemente de pe linie;

- aparate de masura, comanda si supraveghere.

Linia este caracterizata prin impedanta sa Z_l, de regula mult mai mica decat impedantele sursei si elementului alimentat, determinand practic, impreuna cu impedanta sursei, valoarea curentului de scurtcircuit si caderea de tensiune in retea pana la bornele receptorului, unde tensiunea are valoarea U < Us : I_sc = U₀/ Z_s+Z_l DU = U₀ - U= I Z_s+Z_l

c. Elementul alimentat (consumatorul), constituind sarcina circuitului, poate fi:

- receptor simplu;

- receptor complex (echipament, unitate functionala);

- punct de distributie a energiei;

- transformator.

Tensiunea U a bornele elementului alimentat este inferioara tensiunii secundare a sursei, datorita caderii de tensiune pe linia de alimentare.

Receptorul simplu este caracterizat prin :

- parametrii functionali nominali: P_n, U_n,

- abaterile admisibile de la tensiunea nominala;

- impedanta nominala (impedanta de utilizare) Z_u; nu se indica direct, rezultand in concordanta cu parametrii nominali si determinand practic valoarea intensitatii curentului si a puterii absorbite la alimentarea din retea: I_n U/Z_u    ( Z_u>>Z_s , Z_u >>Z_l)

Punctul de distributie sau receptorul complex este caracterizat prin:

- puterile cerute activa si reactiva P_c si Q_c (inferioare puterii instalate - puterea totala a receptoarelor alimentate);

- curentul nominal al 'sosirii' (linie si bare la care se racordeaza 'plecarile' spre elementele alimentate) I_n.

1.8. Principii de structurare a unei instalatii

Instalatia electrica este considerata un caz particular de sistem , definit ca un set de obiecte interdependente (in corelatie). Principiile de structurare a instalatiei decurg, prin urmare, din principiile generale de structurare a sistemelor.

Fiecare entitate tratata in cadrul unui proces de proiectare, executie, exploatare sau intretinere constituie un obiect. Atunci cand un sistem este o parte a unui alt sistem, poate fi considerat ca un obiect.

Un sortiment de obiecte/elemente este o clasa sau o familie de elemente cu trasaturi generale comune, indiferent de functia concreta sau de particularitatile constructive (de exemplu: rezistoare, motoare, transformatoare).

Structurarea unui sistem semnifica divizarea succesiva si subdivizarea sistemului in parti si organizarea acestora (permitand astfel ca sistemul sa poata fi proiectat, executat/fabricat, intretinut sau comandat in mod eficient) si descrie relatiile de componenta (este compus din, face parte din).

Orice sistem sau obiect poate fi privit sau descris de o maniera specifica (aspect) si anume:

- functie - ce face el (activitatea prin care realizeaza scopul propus), fara a lua in considerare amplasarea si/sau produsele care realizeaza functia;

- produs - cum este construit, fara a tine seama de functia realizata sau de amplasament (un produs poate realiza mai multe functii, se poate gasi singur sau impreuna cu alte obiecte intr-un amplasament);

- amplasare - unde este situat (pozitia fiica in cadrul unui amplasament precizat: cladire, etaj, camera, dulap, panou),indiferent de functia indeplinita sau de produs.

Plecand de la cele trei aspecte mentionate, se pot defini pentru orice sistem/instalatie: o structura bazata pe functie, o structura bazata pe aspectul de produs si o structura bazata pe amplasament.

Rezultatul subdivizarilor succesive bazate pe un anumit aspect al obiectelor poate fi reprezentat ca o structura arborescenta, asa cum este ilustrat in figura 1.3.

1.9. Retele electrice de distributie la consumator

Factori care determina structura retelelor

Structura unei retele este determinata de :

- caracteristicile si dispunerea teritoriala a receptoarelor ;

- siguranta in alimentare, conform categoriei in care se incadreaza receptoarele;

- felul curentului si nivelul de tensiune necesar;

- indicatori tehnico-economici

- asigurarea conditiilor de protectie a personalului impotriva electrocutarii.

1.10. Realizarea sigurantei in alimentarea receptoarelor

Pentru realizarea sigurantei in alimentarea receptoarelor, in functie de categoria in care se incadreaza acestea, sunt posibile urmatoarele solutii:

- Categoria 0:

- doua cai de alimentare independente, racordate in puncte distincte ale SEE;

- surse de interventie;

- anclansarea automata a rezervei;

- circuite distincte fata de alte receptoare.

- Categoria I:

- doua cai de alimentare racordate in puncte distincte din sistemul intern (bare distincte din statii de transformare, posturi de transformare, statii de conexiuni), cu anclansarea automata a rezervei;

- circuite distincte fata de alte receptoare.

- Categoria II: 1 - 2 cai de alimentare din sistemul intern, in urma unui studiu tehnico- economic.

- Categoria III: o singura cale de alimentare.

1.11. Schemele retelelor electrice de joasa tensiune

1.11.1. Principii generale

Se considera o instalatie electrica destinata sa alimenteze, in final, un anumit numar de receptoare (utilaje) de joasa tensiune, amplasate in diferite pozitii in zona aferenta, conform necesitatilor de utilizare.

In schemele in care statia de primire este alimentata dintr-o singura sursa, energia electrica este transmisa spre receptoare intr-un singur sens, printr-o retea care se ramifica succesiv, pe masura apropierii de receptoare, la diferite niveluri in structura sistemica a instalatiei, permitand dirijarea energiei electrice in diferite directii si la diferite elemente alimentate. Ramificarea se realizeaza cu ajutorul unor echipamente prefabricate specializate, numite puncte de distributie, situate in nodurile corespunzatoare ale retelei.

Fiecare punct de distributie este constituit, ca echipament de putere ('forta') din:

- o sosire, direct de la o sursa secundara sau de la un punct de distributie precedent;

- mai multe plecari, spre alte puncte de distributie sau elemente alimentate;

- un sistem de bare alimentate prin sosire si din care se executa derivatiile pentru plecari.

Un punct de distributie mai poate contine circuite suplimentare de comanda, semnalizare, masura etc. Curentul nominal al sosirii este considerat drept curent nominal al punctului de distributie respectiv.

Ca regula generala, fiecare plecare trebuie sa fie prevazuta cu un aparat de protectie la scurtcircuit (siguranta fuzibila sau intreruptor de putere automat), plasat imediat dupa conexiunea la bare, care sa actioneze la un scurtcircuit care s-ar produce in orice loc pe linia dintre punctul respectiv si urmatorul element alimentat. De asemenea, fiecare sosire trebuie prevazuta cu un aparat de comutatie, care sa realizeze cel putin functia de separator, permitand izolarea fata de reteaua din amonte, dupa deconectarea sarcinii din aval. Exceptiile sunt prevazute in normative.

1.11.2. Componenta retelelor electrice de joasa tensiune

Primul element din reteaua de joasa tensiune este tabloul de distributie general al consumatorului (I_n 2400 A).

La consumatorii care solicita din retea puteri mici, alimentarea se face direct din reteaua zonala de JT (aeriana sau subterana) a furnizorului, printr-un bransament care face legatura intre linia de alimentare si contorul de energie al consumatorului, situat in amonte de tabloul general sau la intrarea in tablou. De regula, contorul apartine furnizorului.

Consumatorii de puteri mai mari sunt alimentati din reteaua de medie tensiune a furnizorului, printr-un racord care contine un post de transformare. Postul de transformare contine 1-2 transformatoare (10/0,4 kV sau 20/0,4 kV), avand infasurarea secundara in stea, cu neutrul accesibil (4 borne), precum si echipamentul de comutatie si de protectie aferent, atat pe partea de MT, cat si pe partea de JT. Secundarul transformatorului alimenteaza tabloul de distributie general, care poate fi chiar inglobat in postul de transformare.

Celelalte puncte de distributie pot fi:

- tablouri de distributie de tip panou, dulap, din cutii echipate etc., clasificate, dupa intensitatea curentului sosirii, in tablouri principale (I_n 600 A) si tablouri secundare
 (I_n 300 A);

- canale prefabricate de bare (un sistem de 4 bare intr-o incinta de protectie), realizate ca tronsoane care pot fi imbinate si prevazute cu posibilitatea efectuarii de derivatii pentru ramificatii. In functie de intensitatea curentului nominal, canalele pot fi canale magistrale si canale de distributie.

In practica, circuitele electrice care alimenteaza puncte de distributie sunt denumite coloane, termenul de circuit fiind consacrat pentru alimentarea fiecarui receptor sau echipament de la ultimul punct de distributie

1.12. Tipuri de circuite electrice de joasa tensiune

Circuitele pot fi:

- individuale, pentru fiecare receptor (in sens restrans);

- comune, pentru mai multe receptoare, cu protectie unica la scurtcircuit:

- circuit de iluminat;

- circuit de prize;

- circuit de utilaj;

- circuit pentru mai multe motoare similare, cu puterea totala pana la 15 kW.

1.13. Tipuri de scheme

a. Scheme radiale. Fiecare punct de distributie, utilaj sau receptor este alimentat printr-o linie separata, care pleaca de la un punct de distributie central (fig. 1.4).

Aceste scheme prezinta avantajul sigurantei in alimentare; un defect pe o linie provoaca scoaterea de sub tensiune, prin functionarea aparatului de protectie respectiv, numai a liniei afectate, restul instalatiei ramanand in functiune.

Dezavantajele schemelor sunt:

- investitii mari;

- consum ridicat de material conductor;

- numar mare de plecari din punctele de distributie (cresterea gabaritului).

Ca utilizare, se recomanda in cazul:

- coloanelor de alimentare a tablourilor de distributie sau al unor canale de bare de distributie secundare;

- circuitelor, pentru:

- utilaje cu receptoare de puteri mari, alimentate direct din tabloul general sau
dintr-un canal magistral;

- utilaje cu receptoare de puteri mici si mijlocii, alimentate din tablouri
secundare sau din bare de distributie;

- utilaje si receptoare dispersate;

- utilaje, receptoare si instalatii importante, pentru care riscul de intrerupere a
alimentarii trebuie sa fie minim.

b.    Scheme cu linii principale sau magistrale. Se prevede cate o plecare intr-o anumita directie, care trece prin apropierea unor utilaje/receptoare sau grupuri de utilaje/receptoare, care se alimenteaza apoi, de regula, in derivatie (fig. 1.5)

Avantajele constau in:

- consum redus de material conductor;

- derivatii din mai multe locuri;

- numar redus de plecari din punctele de distributie.

Dezavantajul este siguranta mai mica in exploatare, deoarece un defect pe linia principala antreneaza intreruperea alimentarii tuturor derivatiilor din linie.

Utilizarea acestor scheme se recomanda pentru:

- utilaje grupate, la distante relativ mici, linii tehnologice;

- distributia in canale de bare.

c. Scheme mixte:

- scheme radiale pentru:

- utilajele/receptoarele dispersate;

- echipamentele/receptoarele importante;

- scheme magistrale pentru utilajele grupate.

1.14. Elemente conductoare in retelele electrice

Elementele conductoare servesc drept cale de curent pentru alimentarea receptoarelor sau punctelor de distributie de la sursa de energie.

1.14.1. Conductoarele retelei de distributie

Conductoarele active ale retelei sunt:

- conductoarele de linie (faza): L1, L2, L3;

- conductorul neutru (nul de lucru) N - care serveste drept :

- conductor pentru alimentarea receptoare monofazate;

- cale de inchidere a circuitului curentilor de dezechilibru din retea, (inclusiv armonicele multiplu de 3);

- conductorul de protectie PE - destinat exclusiv protectiei prin legare la pamant si legare la nul, servind pentru racordarea elementelor conductive neaflate in mod normal sub tensiune, cu alte elemente conductive similare, cu prizele de pamant sau cu punctul neutru al sursei de alimentare;

- conductorul combinat PEN, indeplinind ambele functii (neutru si de protectie) pe o portiune definita a retelei.

1.14.2. Solutii posibile pentru realizarea retelei

Din punct de vedere tehnic, se pot folosi:

- conductoare izolate, montate in tuburi sau tevi de protectie, cu accesoriile aferente pentru derivatii (doze, cutii) si imbinare (mansoane, mufe, coturi, curbe);

- cabluri;

- bare neizolate.

a. Conductorul metalic este o cale unica de curent, formata din unul sau mai multe fire.

Drept material se recurge la cupru (Cu) sau aluminiu (Al) - a caror conductivitate este ridicata (s_Cu > s_Al

Avantajele cuprului sunt: consum mai mic, la aceeasi solicitare termica (aceeasi sarcina); cadere de tensiune mai mica pe retea; conexiuni mai sigure (prin lipire); rezistenta mecanica mai mare.

Ca executie, conductorul poate fi: unifilar/multifilar; rigid/flexibil.

Forma sectiunii poate fi: circulara; dreptunghiulara; alte forme geometrice (de exemplu, sector de cerc, elipsa).

Sectiunea conductoarelor utilizate in instalatiile electrice are valori normalizate, exprimate in mm². La cablurile polifazate, cu conductor neutru si/sau de protectie, sectiunea conductorului respectiv se adopta:

- egala cu sectiunea conductorului de linie, pentru s 16 mm²;

- valoarea normalizata cea mai apropiata de jumatate din sectiunea conductorului de linie, pentru s 25 mm².

Tabelul 1.1 cuprinde valorile normalizate ale sectiunii conductoarelor.

Tabelul 1.1

Sectiunile conductoarelor (mm²)

b. Conductorul izolat (conductor, conducta) este constituit (fig.1.6) dintr-un conductor metalic si izolatie din PVC, cauciuc sau polietilena (eventual, o manta).

c. Cablul (fig. 1.7) este un ansamblu de : conductoare izolate (separate din punct de vedere electric, dar solidare mecanic), invelisuri si, eventual, ecrane.

Invelisurile servesc fie pentru protectie contra actiunilor chimice, fizice, mecanice: (armaturi metalice, manta - invelis de protectie etans, exterior), fie pentru solidarizarea ansamblului.

Ecranele sunt destinate protectiei circuitelor fata de actiunea campului electric si magnetic exterior sau impiedicarii actiunii campului conductoarelor asupra mediului inconjurator.

Dupa destinatie, cablurile se clasifica in: cabluri de energie, cabluri de comanda, cabluri de semnalizare.

d. Barele neizolate, cu sectiune dreptunghiulara se folosesc drept:

- cale de curent pentru curenti intensi, pentru racordarea echipamentelor in retea, in zone inaccesibile personalului necalificat ca, de exemplu, legatura intre tabloul general si transformator, in postul de transformare sau conexiuni intre echipamente, in zone protejate.

- bare 'colectoare' - in cadrul tablourilor de distributie, la care se racordeaza sosirea si plecarile, in cadrul schemelor radiale.

- canale din bare protejate/capsulate, prefabricate (fig. 1.8), sub forma de tronsoane, inclusiv elementele de imbinare, derivatie si montaj: canal magistral, canal de distributie, cutii de ramificatie, cutii de colt, cutii de sigurante, cutii de dilatare.

1.15. Aparataj de instalatii

Aparatajul de instalatii este un ansamblu de produse destinate sa asigure cerintele impuse instalatiei electrice, sa protejeze instalatia si personalul de exploatare contra efectelor curentului electric, in cazul defectelor accidentale, si sa garanteze functionarea corecta a receptoarelor alimentate din retea.

Avand in vedere ca terminologia in domeniul aparatajului nu este prezentata inca pe plan international sub o forma unitara acceptabila, se poate considera ca, din punct de vedere al rolului fundamental, cel de comutatie in circuitele electrice, se disting:

- aparate de comutatie de putere, destinate in special pentru conectarea si deconectarea circuitelor de distributie si de alimentare a receptoarelor;

- aparate de automatizare, care opereaza in circuitele de putere mica, in care circula semnalele de comanda.

Din punct de vedere al rolului specific in reteaua de energie, se deosebesc, pe de o parte, aparate de distributie si, pe de alta parte, aparate de comanda si auxiliare.

Aparatele de distributie asigura: functionarea corecta a retelei, prin conectarea sau deconectarea diverselor ramuri; protectia circuitelor, prin intrerupere automata in caz de defect accidental; separarea electrica a circuitelor.

Aparatele de comanda au drept scop:

- asigurarea functionarii aparatelor de distributie conform scopului instalatiei, permitand:

- un control al puterii transmise, inclusiv conectarea si deconectarea sarcinii, atat intentionat (manual sau automat), cat si in caz de avarie;

- o anumita succesiune a manevrelor din retea;

- realizarea unor functii de automatizare:

- achizitii de date (detectie) constand in culegerea de informatii, prin intermediul unor captori, privind starea marimilor caracteristice de proces, in vederea transmiterii lor sistemului de prelucrare a informatiei;

- prelucrarea datelor, avand ca rezultat:

- emiterea de ordine spre aparatele de comutatie;

- informatii necesare operatorilor pentru monitorizare functionarii (de
 exemplu, semnalizari).

Prin comanda unui aparat se intelege ordinul transmis aparatului de a efectua o anumita operatie (de exemplu, manevra de inchidere sau de deschidere, reglajul).

Se disting diverse moduri de comanda asupra aparatelor de comutatie:

- manuala, realizata prin interventia umana;

- automata, realizata fara interventia umana, in conditii predeterminate;

- directa, dintr-un punct situat pe aparat sau in imediata vecinatate a acestuia;

- la distanta (telecomanda), dintr-un punct indepartat fata de aparatul comandat.

Aparatele auxiliare sunt folosite in circuite speciale ca, de exemplu, circuitele de semnalizare.

1.16. Functiile aparatelor electrice in circuitele de putere

Un aparat poate indeplini una sau mai multe din urmatoarele functii: comutatia de putere, separarea, protectia electrica.

Notiunea de comutatie poate fi privita sub diferite aspecte, in functie de context:

- modificarea configuratiei circuitului;

- modificarea continuitatii circuitului:

- mecanic: inchiderea-deschiderea

- electric: stabilirea-intreruperea (ruperea) curentului.

Modificarea configuratiei sarcinii in circuitele de putere poate avea loc  sub actiunea unei comenzi manuale sau electrice. Se disting:

- comutatia functionala, in conditii normale, eventual intr-o secventa
prestabilita: conectarea/deconectarea de la sursa de energie; modificarea circuitului;

- deconectarea (oprirea) de urgenta (intreruperea alimentarii), in caz de pericol;

- deconectarea in vederea lucrarilor de intretinere curenta (mentenabilitate).

Asigurarea unei anumite secvente de functionare a instalatiei se realizeaza prin comanda asupra aparatelor de comutatie din circuitele de putere (functia de auxiliar de comanda);

Separarea consta in izolarea unui circuit/receptor fata de sursa de energie, astfel incat sa fie posibila efectuarea in siguranta a unor interventii la partea separata.

Protectia electrica are in vedere evitarea si limitarea efectelor curentilor din instalatie:

- protectia elementelor de circuit si/sau a receptoarelor in caz de:

- supracurenti (suprasarcini, scurtcircuite);

- supratensiuni;

- scadere sau lipsa de tensiune;

- protectia persoanelor impotriva electrocutarii in cazul atingerilor accidentale
(cauzate, in principal, de defecte de izolatie).

Protectia poate fi realizata direct de catre aparat (special conceput in acest scop) sau la comanda altor aparate sau dispozitive de supraveghere incorporate sau asociate aparatului.

1.17. Aparate de comutatie mecanice

1.17.1 Aparate cu functii specifice

O mare parte din aparatele de comutatie sunt destinate sa realizeze sarcini specifice in circuitele de distributie, fiecare aparat prezentand anumite particularitati de functionare.

a. Separatorul se caracterizeaza prin:

- inchidere si deschidere manuala, cu viteza dependenta de operator;

- doua pozitii de repaus (inchis, deschis);

- in pozitia deschis, evidentiabila in mod clar (fie vizibil, fie prin dispozitive de semnalizare), realizeaza o distanta de izolare corespunzatoare, care asigura protectia personalului la interventia in instalatia din aval;

- nu poate fi manevrat in sarcina, ci numai in gol (stabilirea si intreruperea curentului de sarcina se realizeaza de catre alte aparate din circuit);

- realizeaza functia de separare;

- suporta timp nelimitat curentii normali si, pentru scurt timp (precizat), curenti de suprasarcina si de scurtcircuit, pana la eliminarea acestora de catre aparate specializate din circuit.

b. Intreruptorul (separator de sarcina) este caracterizat prin:

- inchidere si deschidere manuala, in general cu viteza independenta de operator;

- doua pozitii de repaus (inchis, deschis);

- suporta si intrerupe curenti normali, inclusiv curenti de suprasarcina; poate fi manevrat in sarcina;

- suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit, pana la eliminarea acestora de catre alte aparate specializate inseriate in circuit;

- realizeaza functiile de comutatie functionala (intr-un domeniu limitat de curenti) si separare.

c. Intreruptorul de putere (disjunctor) are drept particularitati:

- inchidere manuala sau prin acumulare de energie intr-un resort, cu viteza independenta de operator (de exemplu, cu ajutorul unui motor);

- doua pozitii de repaus (inchis, deschis); mentinerea in pozitia inchis se realizeaza printr-un mecanism cu zavor (clichet);

- deschidere voita (ca urmare a comenzii operatorului (manuala sau electromagnetica, locala sau de la distanta) sau automata, in caz de supracurenti (la comanda unor aparate de protectie - declansatoare - incorporate);

- prin echipare cu declansatoare, indeplineste simultan functiile de comutatie de putere si de protectie;

- poate fi conceput sa realizeze si functia de separare;

- stabileste si intrerupe curenti normali, inclusiv curenti de suprasarcina; intrerupe curenti de scurtcircuit;

- suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit, pana la eliminarea acestora de catre aparatul respectiv;

- numar posibil de manevre (in gol si in sarcina normala) relativ redus, datorita constructiei mecanice.

d. contactorul (electromagnetic) se deosebeste prin:

- actionare exclusiv prin electromagnet (inchidere-deschidere, la comanda);

- o singura pozitie de repaus (de regula, deschis), mentinerea in pozitia actionat fiind asigurata de catre electromagnet;

- stabileste, suporta si intrerupe curenti normali si de suprasarcina;

- suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit, pana la eliminarea acestora de catre alte aparate specializate inseriate in circuit;

- asociat cu relee adecvate, indeplineste atat functia de comutatie functionala (functia de baza), cat si functia de protectie la suprasarcina;

- poate fi folosit ca aparat auxiliar de comanda;

- frecventa de conectare foarte mare (in gol si in sarcina).

1.17.2. Aparate integrate, cu functii multiple

Solutiile practice sunt:

a. separator + sigurante incorporate (sigurante fuzibile pe fiecare pol);

b. intreruptor - separator;

c. intreruptor + sigurante incorporate;

d. intreruptor de putere (disjunctor) - contactor;

e. intreruptor de putere (disjunctor) - contactor - separator;

f. demaror (starter) - ansamblu de aparate care asigura pornirea si oprirea unui motor, precum si protectia acestuia in caz de suprasarcina.

Protectia circuitelor electrice. Functiile protectiei

Protectia electrica a elementelor de circuit este asigurata prin doua functii:

- detectarea situatiei anormale din circuit, realizata de elemente specifice (cum sunt releele sau declansatoarele) sau de catre sigurante fuzibile (care realizeaza si deconectarea circuitului);

- intreruperea circuitului, efectuata ca urmare a unei detectii, fie prin aparatul care realizeaza detectia (cazul sigurantelor fuzibile), fie prin aparate de comutatie mecanica (contactoare, intreruptoare de putere) comandate de catre dispozitivul de protectie.

1.19. Aparate de protectie la suprasarcina

Protectia la suprasarcina se realizeaza practic prin:

- relee sau declansatoare termice conventionale sau dispozitive electronice, asociate cu sau incorporate in aparate de comutatie ;

- prin sigurante fuzibile alese in mod convenabil, in anumite circuite.

1.20. Aparate de protectie impotriva scurtcircuitelor

Protectia impotriva scurtcircuitelor se obtine cu ajutorul sigurantelor fuzibile sau al disjunctoarelor. In cazul disjunctoarelor, detectarea scurtcircuitului si comanda de deschidere a aparatului sunt asigurate de catre declansatoarele electromagnetice incorporate.

Analiza comparativa a celor doua aparate scoate in evidenta ca fiecare prezinta atat avantaje, cat si dezavantaje, pe baza carora se pot stabili situatiile in care folosirea lor se recomanda cu precadere.

Sigurantele fuzibile prezinta urmatoarele avantaje:

- au o constructie simpla si un cost scazut;

- au efect limitator, intrerupand curentul de scurtcircuit inainte ca acesta sa atinga valoarea maxima (curentul prezumat i_p) in prima semiperioada din acest motiv, instalatiile protejate cu sigurante fuzibile nu se verifica la stabilitatea termica, iar verificarea la stabilitatea dinamica se face la cea mai mare valoare instantanee a curentului care parcurge siguranta - curentul limitat taiat i_lt (curent de trecere);

- indeplinesc si un rol de separator, patronul cu elementul fuzibil fiind amovibil.

Ca dezavantaje ale sigurantelor fuzibile se mentioneaza:

- necesitatea inlocuirii patronului cu element fuzibil la fiecare defect, ceea ce, pe de o parte, diminueaza avantajul costului scazut si, pe de alta parte, conduce la timpi mari de repunere in functiune a instalatiei dupa eliminarea defectului;

- "imbatranirea" termica a elementului fuzibil, ca urmare a suprasarcinilor din retea sau a unor scurtcircuite care au fost eliminate prin topirea altor sigurante consecutive de curenti nominali mai mici;

- posibilitatea intreruperii unei singure faze, producand functionarea motoarelor in doua faze si, deci, suprasarcini ale acestora;

- imposibilitatea unui reglaj al curentului de actionare, realizandu-se o protectie "bruta";

- curenti nominali limitati in mod frecvent la 630 A.

Avandu-se in vedere avantajele prezentate, precum si faptul ca o protectie "bruta" este suficienta in retele, sigurantele sunt folosite in majoritatea instaltiilor existente, in portiunile de retea cu curenti de sarcina pana la 630 A, in special daca curentii de scurtcircuit sunt mari, iar suprasarcinile sunt rare.

Intreruptoarele (automate) de putere au o serie de avantaje:

- echipate cu declansatoare de supracurent, indeplinesc simultan functia de aparat de protectie (atat la suprasarcina cat si la scurtcircuit) si functia de aparat de comutatie;

- permit repunerea rapida in functiune a instalatiilor dupa defect;

- exista posibilitatea reglarii curentului de actionare (la unele intreruptoare), rezultand o protectie mai exacta, mai adaptata impotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor;

- asigura intreruperea simultana a celor trei faze;

- permit comenzi spre si de la alte aparate (inclusiv interblocaje, comanda de la distanta).

Ca dezavantaje, se remarca:

- constructia complicata si mai scumpa;

- lipsa efectului de limitare a curentului de scurtcircuit de catre intreruptoarele 'clasice', cu intreruperea curentului la trecerea naturala prin zero, spre sfarsitul celei de a doua semiperioade, cu toate consecintele care decurg din aceasta (solicitari termice si electrodinamice importante in elementele retelei). Acest dezavantaj este eliminat la intreruptoarele limitatoare, cu o constructie mai complicata, la care are loc limitarea curentului chiar in prima semiperioada , similar sigurantelor fuzibile .

Intreruptoarele automate se recomanda in urmatoarele situatii:

2.Alegerea solutiei

Intreprinderile industriale sunt alimentate din retelele sistemului energetic, la tensiuni cat mai inalte, in functie de puterea ceruta care poate atinge valori de sute de MW.

Alegerea tensiunii optime se face prin compararea tehnico-economica a tuturor variantelor rationale, care pot fi adoptate.

Instalatia electrica de inalta tensiune a intreprinderii se compune din:

instalatia de racordare la sistemul energetic

post de transformare

Determinarea structurii retelei si alegerea numarului si amplasamentul

statiilor de primire se va face tinand cont de:

situatia energetica existenta in zona respectiva, perspectiva pentru urmatorii 10-15 ani

importanta consumatorului

siguranta in alimentare

conceptia unitara si elasticitatea in exploatare a schemei.

Pentru acest circuit s-au ales urmatoarele elemente:

- 3 prese vulcanizat monofazate de 3000W

- un compresor trifazat de 10 000W

- 2 motopompe monofazate de 600W

- un ventilator trifazat de 1000W

- o masina de echilibrat trifazata de 3000W

- 6 prize 220V si putere de 1000W,pentru atelierul de lucru, pentru diverse aparate (masini de gaurit, polizoare, etc)

- 2 prize 3X380V si putere de 3000W,pentru atelierul de lucru. Vor fi folosite pentru utilaje ce pot fi achizitionate ulterior

- 4 prize 220V si putere de 1000W,pentru camerele anexe (pentru a conecta un calculator, fax, xerox, casa de marcat, etc)

- lampi de iluminat de tipul HBN 251, cu putere de 250W si flux luminos 13500lm

Am folosit la realizarea acestei instalatii conductor de cupru.

4. Norme de protectia muncii

Baza legala privind protectia muncii este :

Legea protectiei muncii nr.90 din 1996 si Normele metodologice de aplicare aprobate cu Ordinul 388/1996 al Ministerului Muncii si Protectiei Sociale ;

Norme generale de protectia muncii aprobate cu Ordinul 578/1996 al Ministerului Muncii si Protectiei Sociale.

Protectia muncii constitue un ansamblu de activitati institutionalizate avand ca scop asigurarea celor mai bune conditii desfasurarii procesului de munca, apararii vietii, integritatii organismului si sanatatii personalului, prevenirea accidentelor de munca si imbolnavirilor profesionale in activitatea de serviciu.

Cateva din normele de protectie a muncii in instalatiile si echipamentele electrice sunt urmatoarele :

1. Instaltiile si echipamentele electrice vor fi construite, montate, intretinute si exploatate in asa fel incat sa fie prevenite electrocutarile (prin atingere directa sau indirecta), arsurile, incendiile si exploziile provocate de curenti de dispersie sau curenti vagabonzi din instalatiile energetice sau datorita descarcarilor atmosferice.
2. Din punct de vedere al normelor de protectie a muncii pentru instalatiile electrice se disting doua categorii de instalatii : instalatii de joasa tensiune si instalatii de inalta tensiune.
3. Executarea, exploatarea, intretinerea si repararea instalatiilor si echipamentelor electrice se vor face numai de catre electricieni calificati si autorizati sub aspectul cunoasterii normelor de tehnica securitatii muncii pentru tipurile de instalatii la care au dreptul sa lucreze : de joasa tensiune sau de inalta tensiune
4. In instalatiile si echipamentele electrice se vor folosi numai masini, aparate si dispozitive omologate conform normelor in vigoare.
5. Valorile maxime admise ale curentilor Ih, considerati nepericulosi pt un timp mai mare de 3 secunde si a rezistentei corpului omenesc Rh (Rh=1000Ω atingere directa ; Rh= 3000Ω atingere indirecta) pentru dimensionarea instalatiilor de protectie, pentru t<3secunde, curentul considerat nepericulos in curent alternativ sau continuu este dat de formula (mA) ; unde t este timpul de trecere a curentului in secunde.
6. Tensiunile de lucru maxime admise pentru uneltele electrice portative folosite in locuri de munca periculoase si foarte periculoase in ceea ce priveste electrocutarea sunt :

a)380V, daca se aplica separarea de protectie sau izolarea suplimentara de protectie drept mijloc principal de protectie sau sunt indeplinite simultan urmatoarele conditii :

reteaua de alimentare izolata fata de pamant

uneltele sunt prevazute cu protectie prin legare la pamant care asigura tensiunile de atingere si de pas indicate ;

reteaua de alimentare este prevazuta cu intreruptor de protectie care declanseaza la curent minim 30 mA in maxim 0.2s ;

b)127V, daca sunt indeplinite simultan urmatoarele coditii :

reteaua de alimentare izolata fata de pamant

uneltele sunt prevazute cu protectie prin legare la pamant care asigura tensiunile de atingere si de pas indicate ;

uneltele sunt prevazute cu izolatie intarita sau sunt folosite mijloace electroizolante individuale de protectie ;

c)48V, daca uneltele sunt prevazute cu izolatie intarita, 24V daca uneltele sunt prevazute cu izolatie normala de lucru

7. In locurile cu pericol de incendiu sau explozie se vor lua masuri de protectie impotriva descarcarilor electrice datorita acumularilor de particule electrizate (legarea la pamant a elementelor metalice, instalarea de diapozitive de neutralizare sau de eliminare a particulelor electrizate).
8. Toate elementele conducatoare de curent care fac parte din circuitele curentilor de lucru vor fi facute inaccesibile unei atingeri intamplatoare ceea ce se va realiza prin urmatoarele mijloace :

izolarea electrica (folosind materiale izolante) a elementelor bune conducatoare care fac parte din circuitele curentilor de lucru ;

introducerea echipamentelor in carcasa de protectie prevazute cu blocarea mecanica sau electrica ;

ingradiri care sa nu permita trecerea persoanelor spre elementele aflate sub tensiune, prevazute cu blocari mecanice sau electrice.

9. Se va face izolarea suplimentara de protectie si izolarea amplasamentelor la locul de deservire.

4.Bibliografie

Dinculescu P., Sisak F., Instalatii si echipamente electrice. Bucuresti Editura didactica si pedagogica, 1981.

Canescu T. Si altii. Aparate electrice de joasa tensiune. Indreptar. Bucuresti Editura tehnica, 1977

Centea C. Si Bianchi C. Instalatii electrice. Bucuresti, Editura didactica si pedagogica, 1973

Duminicatu M. Si altii. Proiectarea instalatiilor de joasa tensiune. Bucuresti Editura tehnica, 1975

Pietrareanu E. Tablouri electrice de distributie de joasa tensiune. Bucuresti, Editura tehnica, 1971

Spanu A. Protectia instalatiilor electrice de joasa tensiune. Bucuresti, Editura tehnica, 1971

Pantelimon, Comsa, Dinculescu, Craciunescu, Chindris. Utilizarea energiei electrice si instalatii electrice> Probleme. Bucuresti, Editura didactica si pedagogica, 1980

Dinculescu P., Comsa D., Utilizari ale energiei electrice si instalatii electrice. Bucuresti, Editura didactica si pedagogica, 1983

Dinculescu P., note de curs 2003.