Posts Tagged ‘supratensiuni’

Compatibilitatea electromagnetica mereu in actualitate

18/10/2017

 Modificarea continua a tipurilor de receptoare electrice coroborata cu extinderea productiei de energie electrica in instalatiile consumatorilor racordati la retelele electrice de distributie 20 si 0.4 kV ridica noi aspecte ale compatibilitatii electromagnetice a caror intelegere ne permite in egala masura:

  • sa intelegem comportarea in exploatare a receptoarelor electrice si sa ne explicam disfunctionalitatile
  • sa alegem receptoare electrice cu un grad adecvat al imunitatii electromagnetice
  • sa concepem sisteme de protectie impotriva unor perturbatiilor electromagnetice
  • sa dimensionam corespunzator receptoarele electrice si echipamentele de retea cu nivele cat mai resuse ele emisie perturbatiilor electromagnetice respectiv cu nivele adecvate ale imunitatii electromagnetice

Receptoarele electrice racordate la o retea de distributie modifica complet mediul electromagnetic interactionand reciproc intr-o maniera evolutiva data si de schimbarea continua a receptoarelor care la un moment dat sunt sub tensiune respectiv in sarcina.

Regimurile dezechilibrate si deformante indeparteaza mult comportarea in exploatare a receptoarelor si a retelei de distributie fata de cazul ideal al regimurilor simetrice si echilibrate.

Va recomand cartea Prof Dr Ing Flavius Dan Surianu  „Aspecte ale compatibilitatii electromagnetice in domeniul electromagnetismului,” editia doua, aparuta in 2015 la Editura de Vest Timisoara care poate fi comandata pe internet.

Prin starea de compatibilitate electromagnetica „se intelege coexistenta neconflictuala a emitatoarelor si receptoarelor de energie electromagnetica”.

Cartea este o lectura utila atat specialistilor cat si persoanelor care doresc sa isi explice comportarea in exploatare a unor receptoare electrice (chiar noi) fabricate  dupa standarde de compatibilitate electromagnetica neaplicabile in Romania. Au parametri (prea) scazuti de imunitate electromagnetica.

Intre alte subiecte interesante in acesta carte exista si un capitol dedicat supratensiunilor atmosferice in care este explicat foarte bine modul in care se produc supratensiunile atmosferice (STA) si modul in care se manifesta STA in retelele electrice de distributie respectiv consecintele posibile ale STA asupra receptoarelor electrice

Supratensiuni atmosferice si cele 1000 de cuvinte asociate pozei

29/07/2017

 

Probabil ca s-a dovedit ca uneori, cel putin, „gandim in sloganuri„!.

O poza face cat 1000 de cuvinte!” suna bine, convingator , usor de folosit, #am_mobil, #pot_comunica, #pot_fi_convingator, #efort_minim, #cool, #mite_odihnita.

Am chiar, sa zicem, un cunoscut care a ridicat la nivel de arta utilizarea sloganului „o poza face cat 1000 de cuvinte!”. Are evident mobil, poate solicita de la colaboratorii lui poze si stie sa le distribuie pe „What_ever!”. Daca ti-a transmis poza poti considera ca si-a facut datoria intr-un mod „operativ, convingator si profesional” pt ca evident stiu si copii ca „o poza face cat 1000 de cuvinte!”

Daca insisti sa ceri explicatii constati primesti explicatii bizare care arareori rezista la o confruntare cu realitatea!

Adevarul este ca rareori o fotografi reuseste sa surprinda sugestiv o stare de fapt si sa fie atat de sugestiva incat sa nu necesite explicatii suplimentare. Suntem diferiti, vedem lumea din unghiuri diferite si de cele mai multe ori daca privim aceeasi magine intelegem lucruri diferite.

NB: prietenul vizat, va citi mesajul nu pentru ca el cauta activ noi surse de informare profesionala dar are la randul sau prieteni care se documenteaza si care vor comenta!

Mi-am propus sa vin in sprijinul celor interesati de subiectul protectiilor la supratensiuni atmosferice si sa comentez o imagine utlizata in cateva articole legate de supratensiunile de origine atmosferica:

Schema protectii STA 2

Schita arata modul in care o lovitura directa in paratraznetul unei cladiri propaga supratensiuni atat in cladirea respectiva dar si in cladirile invecinate si cum descracarea se produce la nivelul instalatiei electrice/receptoarelor electrice dinspre sistemul de pegare la pamant spre conductoarele active.

Remarcam ca lovituara de traznet este creditata cu un curent de 100 kA. Curent mare: 100000 A! Este insotit si de o incalzire importanta a cailor de scurgere la pamant parcurse. Stim ca incalzirea este proportionala cu patratul curentului deci vorbim de cantitati mari de energie termica, dar asta e legat de riscul de incendii, care nu ne intereseaza acum.

Acest curent de descarcare parcurge toate caile prin care se poate scurge la pamant. In primul rand se duce la pamant prin priza de pamant proprie a paratraznetului care a captat lovitura de traznet dar si pe alte cai legate galvanic cu priza de pamant „lovita” de ex prin echipotentiere: conducte de apa, gaz, canalizare, etc

Astfel unda de supratensiunie si curentul asociat ajung in cladirile invecinate.

Remarcam ca nu doar legaturile de echipotentiere mentionate mai sus permit ca unda de supratensiune si parte din curentul de descarcare sa ajunga in cladirile invecinate. Retelele de utilitati cu parti metalice, conductoare de energie electrica, aflate in zona de influenta a prizei/ a unor prize de pamant vor / pot asigura cai pe propagare a undei de supratensiune spre cladirile invecinate si pot fi parcurse de o parte din curentul de traznet.

Priza de pamant parcursa de curentul de traznet are un poatential ridicat. In zona electrozilor prizei de pamant au loc o serie de descarcari din aproape-in-aproape astfel incat ne putem imagina un fenomen (3D) spatial descarcari „o bila de foc” insotite de multe canale mici de descarcare. In zona respectivei/respectivelor prize de pamant apare o distributie de potentiale de la potentialul (foarte mare al) conductorului principal de descarcare lovit de traznet pana la potentialul „zero” (de referinta) al pamantului situat la distante mari de priza de pamant in discutie.

Orice obiect conductor se afla in apropiere de priza de pamant ajuge, urmare a circulatiei curentului de descarcare, sa „obtina” un potential diferit de zero, uneori un potential foarte mare, pe care il tranmite mai departe catre alte cladiri / instalatii fiind si el insotit la randul sau de parte din curentul de descarcare.

In partea din dreapta a figurii vedem ce se poate intampla in interiorul unei cladiri. Datorita potentialului mare la care ajunge instalatia de legare la pamant apar descarcari (strapungeri ale izolatiei) intre elementele legate la pamant (ex carcase, conductoare de nul de lucru si de protectie) si partie active ale receptoarelor electrice. De aici unda de supratensiune se propaga uneori in amonte spre reteaua de alimentare cu energie a cladirii, alteori spre alte receptoare electrice „in cautarea” unor noi punte de descrcare la pamant a energiei (curentului) de traznet.

Tot procesul acesta descris, „cu incetinitorul”, mai sus este foate rapid. „Scapa cine poate!” Supratensiunea de origine atmosferica „valorifica” / se propaga pe elemente conductoare ale constructiilor, ale retelelor de utilitate si /sau ale instalatiilor electrice , strapunge izolatii ale aparatelor electice „in cautarea” unor noi puncte de descarcare la pamant.

In afara de modaliatatea descrisa mai sus de descarcare a unei de supratensiune asociata unui traznet trebuie sa ne reamintin si de calea de propagare prin inductie. Curentul de descacare este insotit de un camp electromengnetic de intensitate mare care se propaga in mediul inconjurator (trece prin, aer, ziduri etc)si care induce tensiuni in orice element metalic, conductor de energie electrica, pe care il intersecteaza. Din acest moment se reia scenariul prin care unda de supratensiune „cauta” o cale de descarcare la pamant.

Cel mai adesea efectele termice & mecanice ale trecerii curentului de traznet lasa urme!

Spectaculos, nu!? Traznetele, supratensiunile de origine atmosferica asociate, sunt fenomene naturale complexe impotriva carora omul a invatat sa se protejeze cu sisteme mai mult sau mai putin sofisticate. Atunci cand aceste sisteme sunt bine concepute/dimensionate probabilitatea ca daunele sa fie limitate este una buna.

O corecta intelegere a fenomenului ne permite si o buna intelegere a efectelor acestuia respectiv o intelegere a optiunilor pe care le avem pentru gestionarea riscurilor care au un pronuntat caracter propabilistic!

De fiecare data raspunderea pentru pagubele create revine proprietarului / utilizatorului cladirii  / instalatiei  / receptoarelor afectare de o lovitura de traznet neexistand in legislatie un temei pentru „pasarea” raspunderii spre o terta parte decat prin incheierea unei polite de asigurare.

Receptoarele electrice scoase din priza pe timpul furtunilor mai greu pot fi deteriorate de supratensiuni! E o cale de protectie pe care uneori nu suntem dispusi sa o utilizam si care evident presupune sa fim acasa, sa fim vigielenti , etc (complicat si asta!). Cel mai bine ar fi ca „jocul probabilitatilor” sa ne fie favorabil!

Puteri citi pe blog articole cu tematica similara care va pot ajuta sa intelegeri mai multe aspecte legate de supratensiuni:

Stoian Constantin

Supratensiunile atmosferice nu respecta regulile!

Protectia la supratensiuni atmosferice moft sau necesitate

– Supratensiunile atmosferice o prezentare agreabila pentru aprofundarea subiectului

Supratensiunile atmosferice in viziunea lui Klaxxi

Blocurile de masura si protectie nu se pot proteja nici pe ele la supratensiuni atmosferice

Influenta sarcinii dezechilibrate asupra valorii supratensiunilor de frecventa industriala.

Intreruperea nulului in LEA jt genereaza supratensiuni

Compatibilitatea instalatiilor electrice interioare cu retelele electrice de distributie publica in reglementarile ANRE

Impact of Floating Neutral in Power Distribution

Informatia salveaza vieti!

 

 

Supratensiunile atmosferice nu respecta regulile!

23/07/2017

 

Ne plac lucrurile simple pe care sa la putem cataloga si controla. De asemenea ne place sa nu ne incarcam mintea cu date, informatii, reguli legate de accesul la reteaua de distributie, de proiectarea si realizarea corecta a instalatiei interioare, de compatibiliattea electromagnetica, etc (etc-ul este descurajant de consistent!)

Un alt lucru este cert am vrea ca ori de cate ori ni se deterioreaza receptoarele electrice sa fie altcineva „de vina” si sa isi asume despagubirea / inlocuirea si asta repede si fara comentarii!

Din pacate viata nu este asa de simpla! Supratensiunile atmosferice nu respecta intoadeauna regulile imaginate de oameni! Nu exista nimeni care sa ne poarte de grija sau sa repare in locul nostru stricaciunile ramase in urma unei/unor supratensiuni de origine atmosferica.

Toate sistemele de protectie la supratensiuni atmosferice se bazeaza pe ipoteze simplificatoare privind, frecventa loviturilor de traznet, intensitatea lor, existenta „zonelor protejate”, numarul de canale de descarcare etc.

Ori de cate ori supratensiunile respecta parametrii cu care au fost creditate si daca instalatiile / receptoarele sunt protejate corespunzator atunci putem vorbi de un deznodamant fericit. Pagubele vor fi minime!

Exista insa foarte multe cazuri in care loviturile de traznet nu respecta regulile si supratensiunile  asociate depasesc cu mult valorile de dimensionare ale echipamentelor de protectie. In aceste cazuri chiar si sistemele de protectie la supratensiuni atmosferice sofisticate si corect realizate sunt depasite si receptoarele protejate sunt distruse.

Pentru a intelege  fenomenul trebuie sa explicam cum apar supratensiunile de origine atmosferica. Traznetul reprezinte o descarcare puternica intre puncte/zone intre care se acumuleaza o diferenta foarte mare de potential care depaseste adeseori sute de kV.

Trazentul poate avea loc intre nori respectiv intre nori si sol. Putem avea lovituri de traznet in camp liber, in apropierea reteleor electrice care adesea strabat zeci de km intre localitati. Putem avea lovituri de traznet in interiorul unor localitati, direct in cladiri,  direct in diferite retele de utilitati: telefonie, energie electrica, apa, gaz, canalizare sau in apropierea acestora. Putem avea lovituri de traznet in paratraznete sau in apropierea acestora.

O constanta a traznetelor o constituie canalele de descarcare. In canalele de descarcare ia nastere un curent deosebit de mare prin care trece energia traznetului. Acest curent de descarcare este insotit de un camp elegtromagnetic in jurul canalului de descarcare si care se propaga pe distante foarte mari.

Oriunde campul electromagnetic asociat loviturilor de traznet intalneste elemente conductoare: receptoare electrice, instalatii interioare, retele electrice de diverse tensiuni si roluri in sitemul energetic, conducte de utilitati: apa, gaz, canalizare etc, induce supratensiuni de origine atmosferica.

Fulgere 1

Un caz paradoxal il constituie paratraznetele. Adesea se uita, sau nu se cunoaste, care este adevarata lor menire respectiv nu li se asociaza nici o masura de protectie impotriva supratensiunilor atmosferice.

Pratraznetul este menit sa protejeze cladirile, depozitele, sau alt fel de suprafete / construictii tehnologice considerate importante. Protectia consta in asigurarea unui ansamblu de conductoare prin care curentul asociat  loviturii de traznet preluata de paratraznet sa se scurga la pamant.

In cazul paratraznetului canalul de descarcare este asigurat de conductoarele care leaga paratraznetul de priza de pamant. Si acest curent de descarcare are asociat un camp electromagnetic puternic care induce tensiuni periculoase in toate elementele conductoare cu care se intersecteaza penetrand toate mediile inclusiv zidurile constructiilor si se propaga pe distante mari.

Fulgere 2

Paratraznetul asigura protectia cladirii impotriva loviturilor de traznet care altfel ar putea sa o distruga de exemplu prin incendiere. Paratraznetul nu asigura implicit si protectia la supratensiuni atmosferice!! Sa ne gandim la un depozit de furaje sau la un depozit de produse petroliere este clar ca nu ne dorim o lovitura directa de traznet caz in care apelam la protectia impotriva traznetelor!

Daca cladirea protejata prin partraznet adaposteste receptoare electrice atunci trebuie sa prevedem in asociere cu paratraznetul setul complet de masuri tehnice de protectie impotriva supratensiunilor de origine atmosferica!

Trebuie sa precizam ca existenta unui paratraznet reduce probabilitatea unei lovituri de traznet direct in obiectivul protejat fara insa sa poata garanta ca obiectivul protejat nu va fi lovit direct de un traznet!

In pozele incluse in articol an cautat sa va prezint cateva exemple de traznete care „nu respecta regulile” avand asociate mai multe canale de descarcare producandu-se atat intre nori cat si intre nori si pamant, lovind direct o retea de 110 kV desi acesta este protejata printr-un paratraznet orizontal (conductor de garda).

Internetul abunda de poze spectaculoase ale unor traznete care de cele mai multe ori „nu respecta regulile”

Regulile la care ma refer sunt: intensitate relativ mica a descarcarii, un singur canal de descarcare, propagare pe caile deja protejate la supratensiuni atmosferice, inducerea de tensiuni de traznet in limita tensiunilor de tinere la care au fost dimensionate protectiile sau receptoarele electrice.

In imaginea de mai sus aveti principalele tipuri de fovituri de traznet si  cai de propagare a supratensiunilor asociate.

Scopul acestui articol este de constientizare a riscurilor aparitiei supratensiunilor atmosferice si asupra  limitelor sistemelor de protectie la supratensiuni de origine atmosferica.

O realitate in Romania o constituie in fapt inexistenta cvasigeneralizata a protectiilor la supratensiuni de origine atmosferica in instalatiile interioare. Poate gresesc dar apreciez ca peste 95% din instalatiile interioare nu sunt protejate la supratensiuni atmosferice.

Foate multe supratensiuni care se propaga pe retele electrice se si „sting” pe retelele de distributie protejand instalatiile consumatorilor racordate la aceste retele. In cazul retelelor electrice aeriene tensiunea de tinere limitata la supratensiuni a izolatiei asigura cai de descarcare a energiei traznetului in lungul retelei. Pe timpul furtunilor cu descarcari electrice sunt de notorietate penele de curent de cele mai multe ori de scurta durata.

Cu tot disconfortul creat de intreruperea alimentarii cu energie electrica putem avea o mica bucurie daca ne gandin ca in fapt reteaua de distributie ne-a protejat impotriva supratensiunilor  atmosferice!

Majoritatea acestor intreruperi in alimentarea cu energie electrica se datoreaza supratensiunilor atmosferice care se induc in retelele electrice si care determina conturnarea izolatiei insotita de curenti de descarcare pe care protectiile ii „vad” ca si curenti de scurtcircuit. Dupa descarcarea undei de supratensiune rigiditatea dielectrica a izolatiei se restabileste si linia respectiva (de 20 kV sau 110 kV) poate fi repusa sub tensiune prin manevre sau printr-o automatizare (reanclasare automata rapida) reluandu-se alimentarea normala cu energie electrica a consumatorilor.

In statiile de transformare respectiv la intrarea in posturile de transformare aeriene si ocazional pe traseul liniilor electrice aeriene (LEA) 20 kV sunt montate descarcatoare cu coarne sau mai nou cu oxid de zinc care au menirea sa protejeze acipamentele scumpe din statiile si posturile de transformare asigurand puncte suplimentare, celor mentionate mai sus, de descarcare la pamant a supratensiunilor atmosferice.

In cazul retelelor electrice aeriene stradale de joasa tensiune acestea au o capacitate intrinseca ridicata de protectie la supratensiuni atmosferice prin tensiunea de tinere redusa la supratensiuni astfel incat de cele mai multe ori nu este necesara montarea unor protectii suplimentare. Conturnarea/strapungerea izolatiei retelei stradale asigura calea de scurgere spre pamant a undei de supratensiune limitand pagubele.

Tinand cont ca in cazul retelelor electrice aeriene stradale de distributie publica, noi sau modernizate, se trece pe scara tot mai larga la realizarea retelelor electrice cu conductoare torsadate se monteaza de regula la primii stalpi de iesire in posturile de transformare protectii la supratensiuni atmosferice constand in descarcatoare cu oxizi de zinc. Aceste descracatoare  au in principal scopul de evitare a cazurilor de strapungere a izolatiei conductoarelor torsadate intrucat sunt distrugeri ireversibile a caror reparare dureaza mai mult perturband alimentarea cu energie electrica a consumatorilor pe durate mai mari.

Retele de distributie in cablu au un grad de autoprotectie sportit la supratensiuni insa de fiecare data acesta „autoprotectie” este insotita de strapungeri locale ale izolatiei cablului care presupun reparatii prin indepartarea zonei avariate si inlocuirea portiunii defecte cu cablu nou care se mansoneaza cu capetele „sanatoase” ale cablului existent.

Schema protectii STA 1

Contrar perceptiei comune cele mai multe supratensiuni nu ajung in instalatia interioara dinspre reteaua electrica de distributie ci prin inductie urmare a loviturilor indirecte de traznet care se produc in vecinatatea localitatii, pe teritoriul localitatii, in paratraznete sau intre nori.

Din punctul meu de vedere ar trebui promovate mai intens necesitatea protectiei instalatiilor interioare la supratensiuni atmosferice dar si la supratensiuni de frecventa industriala. Pe langa actiuni de informare a opiniei publice sau chiar de educare prin sistemul primar de invatamant eforturile ar trebui dublate de reglementari dedicate instalatiilor interioare care reglementari in acest moment sunt destul de vagi si permisive.

Schema protectii STA 2

Subiectul compatibilitatii electromangnetice a instalatiilor interioare si a receptoarelor electrice din cladiri cu retelele de distributie publica este unul de complexitate ridicata. Va recomand sa cititi pe blog si alte articole care trateaza diferite aspecte ale competibilitatii electromangentice si in special ale protectiilor la supratensiuni.

Stoian Constantin

Protectia la supratensiuni atmosferice moft sau necesitate

– Supratensiunile atmosferice o prezentare agreabila pentru aprofundarea subiectului

Supratensiunile atmosferice in viziunea lui Klaxxi

Blocurile de masura si protectie nu se pot proteja nici pe ele la supratensiuni atmosferice

Influenta sarcinii dezechilibrate asupra valorii supratensiunilor de frecventa industriala.

Intreruperea nulului in LEA jt genereaza supratensiuni

Compatibilitatea instalatiilor electrice interioare cu retelele electrice de distributie publica in reglementarile ANRE

Impact of Floating Neutral in Power Distribution

Informatia salveaza vieti!

Delimitarea raspunderii!

 

 

Influenta sarcinii dezechilibrate asupra valorii supratensiunilor de frecventa industriala.

19/07/2017

Analiza incarcarii conductorului de nul, legat la priza de pamant, in ipoteza de consum echilibrat respectiv de consum dezechilibrat

Dupa cum se observa in figura 1 potentialul nulului legat la priza de pamant are valoarea zero. In triunghiul tensiunilor ΔRST varfurile sunt reprezentate de potentialul conductoarelor de faza. Pe suprafata triungiului tensiunilor avem puncte/valori ale potentialului pe care le poate lua nulul comun.

In cazul in care nulul comun este legat la priza de pamant, potentialul sau are valoarea zero, fiind pozitionat in centru de greutate al triunghiului echilateral ΔRST al tensiunilor.

In aceste conditii tensiunile de faza (masurate intre conductoarele active si conductorul de nul) au valori efective sensibil egale URO=UTO=USO si de regula in plaja normata Un+/-10% (230V +/-10%).

Alaturat de triunghiului tensiunilor ΔRST avem schema monofilara simplificata in care consumatorii monofazati de pe fiecare faza sunt reprezentati prin impedantele echivalente Z1, Z2 si Z3 care au ca punct comun nulul de lucru al instalatiei.

! puteti da clik pe figura si se deschide separat mai lizibil

Valoarea curentului pe nul reflecta gradul de dezechilibru al sarcinii

 

In figura 2 se demonstreaza afirmatia din titlul sectiunii: valoarea curentului pe nul reflecta  gradul de dezechilibru al sarcinii.

Analiza efectelor intreruperii legaturii nulului  la priza de pamant:

Consecinte:

  1. Devin importante valorile impedantelor racordate pe fiecare faza (in fapt intre fiecare faza si nulul comun, care in acest caz nu mai este legat la priza de pamant). Tensiunile  URO, UTO, USO care pot fi masurate la bornele receptoarelor monofazate sunt direct proportionale impedantele Z1, Z2, si Z3 ale consumatorilor monofazati (puterile consumatorilor monofazati) si respectiv cu diferenta dintre acestea/gradul de dezechilibru al sarcinii.
  2. Nulul retelei interioare nu mai are potential 0 (zero) fix. Va avea un potential variabil  ca o consecinta a raportului dintre impedantele monofazate racordate la fazele retelei interioare si respectiv la nulul comun.

Atentie ! O impedanta este echivalent cu un receptor electric monofazat respectiv cu puterea acestuia!

Grafic, in triunghiul tensiunilor, nulul poate ocupa orice pozitie.

Vom trata in continuare, 3 cazuri:

  1. Cazul ideal in care Z1= Z2= Z3 => incarcare echilibrata => acelasi numar / tip de receptoare monofazate / aceeasi putere nominala legate pe fiecare faza a circuitului trifazat, respectiv intre fiecare faza (R,S,T) si nulul comun.
  2. Exista receptoare pe fiecare faza (R,S,T) cu valori diferite ale impedantelor (numar, tip si puteri diferite) => cazul general de incarcari dezechilibrate.
  3. Un caz particular de incarcare dezechilibrata, in care avem consumatori racordati doar pe fazele R si S cu impedante diferite.

Cazul 1. Este un caz ideal care poate fi intalnit cu precadere in retelele trifazate care alimenteaza doar receptoare electrice trifazate  

Ipoteze:  Nu exista legatura nulului la priza de pamant & Incarcare echilibrata Z1=Z2=Z3=Z

  • Nulul ramane cu potential zero
  • Nul in centru de greutate al triunghiului tensiunilor
  • URO=UTO=USO= 230 V ±10%

 Cazul 2.  

Ipoteze: Nu exista legatura nulului la priza de pamant & incarcare dezechilibrata Z1≠Z2≠Z3

In acest caz conductorul de nul va avea un potential diferit de zero care „se va misca” pe suprafata triunghiului tensiunilor corelat cu schimbarea raportului dintre impedantele monofazate racordate la fazele R, S, T ale instalatiei respective

In figura 4 prezentam grafic, pentru exemplificare, doua pozitii ale potentialului nulului comun. Se observa ca tensiunile de faza URO, UTO, USO au valori diferite in cele doua exemple.

La anumite grade de dezechilibru unele din receptoarele racordate la fazele circuitului trifazat pot avea la borne tensiuni de frecventa industriala mai mari decat tensiunea lor nominala (mai mari de 230V +/- 10%)

Cazul 3

Ipoteze: Nu exista legatura nulului la priza de pamant & caz particular de incarcare dezechilibrata Z1≠Z2, Z3=0 (consumatori monofazati racordati numai la fazele R si S)

Receptoarele de pe fazele R si S „impart” tensiunea de 400 V

Caz particular teoretic

Ipoteze: Z1 >> Z& legatura nulului la priza de pamant este intrerupta

Z1 >> ZRezulta ca      UR nul tinde catre 400 V  iar     US nul tinde catre  0 V (zero)

In realitate, acest caz nu exista, dar ne permite sa trecem sa vedem cum s-ar putea obtine un set „oarecare” de valori  particulare ale tensiunilor de faza care ar putea aparea intr-un deranjament cu rupere de conductor de nul:

UR nul = 370 V si US nul = 30 V  (UR nul + US nul = intotdeauna cu 400 V)

Identificarea conditiilor in care in instalatia interioara unele receptoare monofazate pot avea la borne tensiunea de 370V

Tensiunea de 370 V am gasit-o invocata ca supratensiunie in mai multe documente emise de unele unitati de service receptoare electrice „arse”, ca supratensiune responsabila de deteriorarea echipamentelor electrice.

Pentru demonstratie, trecem prin cateva rapoarte intermediare intre Z1 si Z2

a) Z1/Z2=2

  • Avem 3 receptoare monofazate identice:
  • Un receptor este racordat la faza R
  • Doua receptoare racordate la faza S

b) Z1/Z2=4

  • Avem 5 receptoare monofazate identice:
  • Pe faza R avem 1 receptor
  • Pe faza S avem 4 receptoare

c) URnul  = 370V, determinarea raportului Z1/Z2

Pentru cazul tinta, in care unii  consumatori monofazati pot fi  alimentati cu 370 V, determinam raportul intre ZR (Z1) si ZS (Z2)

 

Ne reaminim ca am plecat de la ipoteza ca avem receptoare identice => ca pe faza R avem racordat 1 receptor monofazat iar pe faza S avem racordate 12 receptoroare monofazate in paralel=> consum puternic dezechilibrat.

De exemplu, faza R avem, 1 receptor de 2 kW => Faza S avem 12 receptoare adica 24 kW

De aici tragem concluzia, ca prin nul (portiunea comuna) circula in acest caz o putere de 26 kW (2 + 24 kW) in conditiile in care daca am avea consum echilibrat , consumul prin nul ar fi fost 0 (zero). Daca ar fi existat legatura nulului comun la priza de pamant, prin respectiva legatura ar fi circulat 26 kW, o putere foarte mare, care genereaza suprasolicitari ale legaturilor electrice.

Observatie importanta:

In cazul intreruperii nulului, ca sa existe consum, trebuie sa avem consumatori racordati pe cel putin 2 faze, conform figurii urmatoare:

Desi receptorul Z1 este sub tensiune, la borna A, datorita celor 3 intreruperi marcate pe schema, nu poate trece curent prin acest receptor.

Va recomand sa cititi pe blog:

Intreruperea nulului in LEA jt genereaza supratensiuni

Compatibilitatea instalatiilor electrice interioare cu retelele electrice de distributie publica in reglementarile ANRE

Impact of Floating Neutral in Power Distribution

Supratensiunile atmosferice in viziunea lui Klaxxi

Blocurile de masura si protectie nu se pot proteja nici pe ele la supratensiuni atmosferice

Protectia la supratensiuni moft sau necesitate

– Supratensiunile atmosferice o prezentare agreabila pentru aprofundarea subiectului

 

Stabilizatoare de tensiune – Autor Raoul Trifan

30/01/2017

trl

Am placerea sa va facilitez accesul la un articol interesant scris de dl Raoul Trifan despre stabilizatoarele de tensiune (AVR – automatic voltage regulator)

Citesc in ultima vreme pe diverse bloguri tehnice si non-tehnice din ce in ce mai multe articole, pareri, reclame si comentarii referitoare la stabilizatoarele de tensiune ce se gasesc de cumparat in magazinele de profil pentru stabilizarea tensiunii de pe reteaua electrica din casele noastre. Deoarece multe dintre articole si comentarii nu reflecta neaparat necesitatile reale de electroalimentare ale aparaturii electronice si electrocasnice din gospodariile noastre am sa enunt modul de functionare ale acestor stabilizatoare cat si specificatiile principale ale celor 2 tipuri mai des intalnite la noi pe piata: cu relee si cu comanda prin servo motor. De mentionat ca ambele tipuri de stabilizatoare aduse in discutie au la baza un autotransformator de tensiune reglabil electronic.

 

Stabilizatoarele cu relee utilizeaza 2, 3, 4 sau mai multe relee care regleaza tensiunea de iesire a autotransformatorului comutand practic spirele intermediare ale acestuia, fiecare releu regland, de regula, cam +/-20-30V la iesire, functie de cum este programata electronica de comanda cat si de numarul de spire intermediare ale autotransformatorului.

fig-1-stabilizator-de-tensiune-comnadat-cu-relee

Figura 1 Stabilizator ieftin cu 3 relee: 1 asigura functia de pornire/oprire, iar celelalte 2 reglarea tensiunii

(protectie primara cu varistor, relee de 10A si LM324N pt. comanda)

 

Avantaje:

  • Sunt foarte rapide (de ordinul zecilor de milisecunde)
  • Probabil sunt cele mai ieftine
  • Nu necesita mentenanta
  • Sunt durabile in timp deoarece nu au piese in miscare (cel putin daca releele sunt de calitate)
  • In cazul unor variatii foarte mari si bruste ale tensiunii de intrare (230 > 180V, respectiv 180V > 230V) tensiunea de iesire oscileaza rapid dar se stabilizeaza imediat datorita timpului de comutare foarte mic al releelor, deci nu ar trebui sa existe supratensiuni de durata pe iesire care sa afecteze consumatorii de pe iesire.

 

Dezavantaje:

  • In timpul reglarii tensiunii functionarea releelor este insotita de un zgomot specific
  • In cazul apartiei unui defect tranzitoriu al unuia dintre releele inseriate tensiunea de pe iesire va oscila in limite mari, uneori chiar intre 0V si 230V, putand defecta aparatura conectata (AVR-urile de firma, cu relee de calitate nu vor suferi de aceasta problema).
  • Marja de stabilizare relativ modesta (+/-8% sau chiar +/-10% din valoarea tensiunii de intrare).

Exemplu pt. un AVR cu relee de 230V: Intra din retea 234V si ies tot 234V sau intra 210V si ies 235V sau intra 237V si ies 205V, dar cel mai important este ca tensiunea de pe iesire sa se incadreze in parametrii de +/-10% din cei 230V doriti.

fig-2-autotransformator-cu-tole-ei-cu-3-prize-mediane-la-iesire-pt-reglajul-tensiunii

Figura 2 Autotransformator cu tole E+I cu 3 prize mediane la iesire pt. reglajul tensiunii

(in stanga sunt 4 prize la iesire si sig. de 10A, in dreapta este autotransformatorul)

 

Acest tip de stabilizatoare se preteaza mai bine la computere personale si la aparatura electronica cu marja relativ mare a tensiunii de intrare, adica acolo unde diferente bruste de 20-30V nu afecteaza. Nu sunt recomandate la motoare (pompe, hidrofoare etc.) si nici la aparatura electrocasnica cu motoare sau pompe (masini de spalat rufe sau vase, storcatoare, frigidere etc.), cu toate ca, teoretic, le poate asigura protectia in unele cazuri.

 

Specificatii generale ale stabilizatoarelor cu relee:

  • Factor de putere: 0.6 (deci un AVR de 1.000VA la duce pe iesire o putere insumata de pana la 600W, in caz ca nu specifica altceva producatorul).
  • Precizie de stabilizare: intre +/-8% si +/-10%.
  • Timp de stabilizare: cateva zeci de ms, functie de nr. de relee si de algoritmii interni de comutare.
  • Tensiune de intrare: variaza intre minime de 145-180V si maxime de 250-270V, functie de producator.
  • Tensiune de iesire: 220V sau 230V (aleasa de producator sau selectabila de utilizator)
  • Intarziere initiala: selectabila 6s sau 180s (intarzierea la pornire poate ajuta dupa o pana de curent; pt. compresoare se alege timpul cel mai mare).

 

Stabilizatoarele cu servo-motor beneficiaza de o acuratete ridicata in reglajul tensiunii de iesire datorita reglajului foarte fin efectuat de pantograful actionat de servo-motor care regleaza autotransformatorul. Spre deosebire de cele cu relee, aici nu exista spire intermediare, iar autotroansformatorul are spirele „expuse”, un pantograf culisand liber pe aceste spire actionat de un servo-motor comandat electronic. Practic, cu o electronica si un servo-motor de calitate acest tip de stabilizator regleaza foarte fin tensiunea la iesire, din spira in spira, pana cand ajunge la tensiunea dorita de producator.

fig-3-autotroansformator-toroidal-cu-spirele-secundarului-expuse

Figura 3 Vedere de sus (autotroansformator toroidal cu spirele secundarului expuse)

 

Avantaje:

  • Acuratete foarte buna a tensiunii de iesire, avand practic o eroare de stabilizare de numai cativa volti (2.5-3%).

Exemplu pt. un AVR cu servo-motor de 230V: Intra din retea 234V si ies 230V sau intra 180V si ies 230V sau intra 260V si ies 230V.

 

Dezavantaje:

  • In cazul unor variatii mari si bruste ale tensiunii de intrare, tensiunea la iesire poate oscila brusc, dar numai pentru putin timp. Astfel, AVR-ul cu servo-motor va avea pentru fractiuni de secunda la bornele de iesire suma dintre tensiunea initiala de pe iesire si diferenta de tensiune aparuta brusc la intrare, deoarece servomotorul are nevoie de 1-2 secunde pana cand reuseste sa regleze perfect diferentele de tensiune aparute in retea.
  • Pretul ceva mai ridicat decat la cele cu relee.
  • Zgomotul destul de pronuntat pe timpul functionarii servomotorului (se aude doar cand sunt diferente de tensiune de stabilizat), altfel este silentions
  • “Periile” pantografului, find din carbuni (ca la aspirator), se uzeaza si pot fi inlocuite dupa cativa ani de utilizare.
  • Optional, spirele de cupru pot fi curatate o data la 2-3 ani, functie de caz, cu o perie antistatica. De asemenea, o carpa care nu lasa scame umezita in putin alcool izopropilic ar putea ajuta curatarea.

Nota: Orice interventie in interiorul stabilizatoarelor se efectueaza de personal autorizat si numai dupa decuplarea fisei de alimentare de la reteaua de 230V! Pe perioada de garantie stabilizatoarele pot fi trimise spre mentenanta la service autorizat de producator!

fig-4-de-praf-de-carbune-pe-bobinajul-autotransformatorului

Figura 4 Detaliu inceput de defect

In dreapta contactului, pe spirele de cupru, se vede adunata o “movilita” de praf de carbune

Un stabilizator bazat pe servo-motor cu o electronica de comanda bine proiectata este, de regula, superior celui cu relee. Totusi, inainte de achizitionarea unui astfel de stabilizator solicitati informatii de la vanzator daca stabilizatorul detine sau nu protectie la supratensiune la bornele/priza de iesire, lucru necesar in special daca aveti consumatori sensibili de alimentat si daca in zona unde locuiti exista caderi si varfuri de tensiune importante (diferente de peste 50V in intervale scurte de timp, de ordinul secundelor).

Ca sa exemplific diferentele dintre comportamentul regulator al unui AVR cu relee si al altuia cu servo-motor in situatii extreme si de ce un AVR cu servo-motor are nevoie de o electronica buna, avem un exemplu mai jos:

  • La timpul T0 scade tensiunea de pe retea la 180V, iar AVR-ul cu relee restabileste tensiunea corecta prin „adaugarea” la bornele de iesire a 50V intr-un timp de aprox. 2 perioade (40ms) / AVR-ul cu servomotor face acelasi lucru in aprox. 5-2s.
  • La timpul T1 tensiunea de pe retea revine brusc la normalul de 230V, iar AVR-ul cu relee restabileste tensiunea corecta prin „scaderea” la bornele de iesire a 50V intr-un timp de aprox. 2 perioade (40ms) / AVR-ul cu servomotor face acelasi lucru in aprox. 5-2s.

Exemplul de mai sus l-am putea intalni atunci cand cineva utilizeaza un aparat de sudura in curtea noastra sau a vecinului, in situatii unde sunt implicati consumatori mari sau atunci cand exista unele avarii pe reteaua de distributie. Practic, in scenariul prezentat anterior, intre timpul T1 si timpul final pana AVR-ul reuseste sa autoregleze tensiunea, la bornele de iesire ale acestuia vom avea pentru un timp scurt (fractiuni de secunda) tensiunea de 230V + 50V = 280V, tensiune care revine in peste 1 secunda la normalul de 230V. Un AVR cu servomotor „ideal” necesita o protectie (ex.: un comparator si un releu) capabila sa decupleze bornele de iesire pentru a asigura protectia consumatorilor conectati in caz de supratensiune pe iesire (se pare ca nu toate AVR-urile cu servomotor detin o astfel de protectie).

fig-5-pantograful-culisant-cu-carbunei

Figura 5 Pantograful culisant cu carbune

 

Specificatii generale ale stabilizatoarelor cu servo-motor:

  • Factor de putere: 0.6 (uneori 0.5)
  • Precizie de stabilizare: intre +/-2.5% si +/-3%
  • Timp de stabilizare: 1.5-2s (aprox. 1s la fiecare 20-30V de reglat)
  • Tensiune de intrare: variaza intre minime de 140-180V si maxime de 250-270V, functie de producator
  • Tensiune de iesire: 220V sau 230V (aleasa de producator sau selectabila de utilizator)
  • Intarziere initiala: selectabila 6s sau 180s (intarzierea la pornire poate ajuta dupa o pana de curent; pt. compresoare se alege timpul cel mai mare).

De mentionat ca standardul pentru tensiunea de alimentare monofazica in Romania (si-n restul Europei, dealtfel) este de 230V +10%/-15%, iar standardul, sa-i spunem „invechit”, de 220V nu mai este de actualitate. In niciun caz asta nu inseamna ca un stabilizator care scoate 220V pe iesire este superior sau inferior celui care scoate 230V, ci doar este o optiune aleasa de producatori. Totusi, uneori tensiunea de 220V este considerata de unii ca fiind ceva mai „protectiva” la posibilele variatii ale tensiunii pentru aparatele electronicele conectate. Totodata, becurile cu incandescenta ar putea avea o durata de viata putin mai mare daca sunt alimentate cu 10V mai putin, lucru posibil valabil si pt. motoare alimentate direct (fara regulatoare de turatie). Indiferent de caz, inainte de a achizitiona un stabilizator, consultati manualul aparatului pe care doriti a-l proteja si verificati plaja tensiunilor recomandate de alimentare.

Am citit pe diverse forumuri despre persoane care au achizitionat stabilizatoare de tensiune pentru centrale pe gaz sau pe lemne, pentru aparatura PC, cat si persoane care doreau sa alimenteze imprimante laser, aparate de aer conditionat, cuptoare cu microunde sau chiar masini de spalat rufe.  Pentru calculul puterilor trebuie de luat seama ca:

  • o imprimanta laser consuma din retea, in timpul functionarii „cuptorului” intern, peste 1.000W reali
  • un cuptor cu microunde ia la pornire pana la 1.500W, urmand sa scada puterea la cea inscrisa de fabricant (700W, 800W , 1.000W sau cat scrie pe el)
  • un aer conditionat consuma la pornire vreo 2.000W, urmand ca ulterior sa se stabilizeze puterea absorbita din retea la aprox. 1000W (cele de uz casnic)
  • o masina de spalat rufe ia aproximativ 2.200W atunci cand functioneaza si rezistenta de incalzire si motorul cuvei si electrica de comanda
  • o masina de spalat vase consuma instant intre 1.500 – 2.000W atunci cand functioneaza rezistenta de incalzire
  • un cuptor electric poate trage din retea chiar si 3.000W
  • o plita pe inductie are maxime de putere care pot depasi 5.500W si uneori ating si 7.000W!
  • un computer absoarbe o putere, de regula, de aprox. 400-500W cu tot cu monitor
  • o centrala termica absoarbe undeva intre 125-250W, functie de prodicator si nr. de pompe instalate (aceste date se regasesc in manualul de utilizare al centralei si al pompelor de recirculare).
  • un frigider clasic are la pornirea compresorului un consum instant de pana la 500W, urmand sa se stabilizeze ulterior catre 150-250W, functie de model

Totdata, randamentul stabilizatoarelor scade daca tensiunea de intrare se afla in afara plajei 200-250V! In consecinta, puterea necesara unui stabilizator de tensiune trebuie foarte corect calculata, pentru a preintampina posibilele defectiuni ulterioare sau chiar incendii datorate supraincalzirii autotransformatorului. De regula, daca alegeti puterea stabilizatorului de 2 ori mai mare decat suma puterilor consumatorilor de pe iesire nu ar trebui aveti probleme. Totusi,  intrebati producatorul daca stabilizatorul detine protectie termica, deoarece nu se stie niciodata ce se poate intampla (puteti intreba si ce tip de protectie termica are: ireversibila – cu siguranta termica clasica sau reversibila – cu termostat bimetal).

Sunt persoane care achizitioneaza stabilizatoare cu relee pentru centrale termice, pompe sau compresoare, dar in unele situatii acest model de stabilizator poate sa induca un comportament neadecvat pompei de recirculare sau a compresoarelor conectate, datorita curbei tensiunii de iesire stabilizata cu +/-8% sau uneori cu doar +/-10% (in special AVR-urile ieftine, cu 2-3 relee, dar cu marja mare a tensiunii de intrare). Practic, la socuri de tensiune pot exista la iesirea AVR-ului cu relee variatii bruste de pana la 20-30V (dar care se incadreaza in limitele normale de functionare, conf. specificatiilor), variatii care pot modifica totusi comportamentul aparatelor conectate. Exemplu ipotetic de caz defavorabil: acum intra 250V si ies 220V, iar peste cateva secunde tensiunea retelei scade la 210V si din stabilizator vor iesi 240V, deci avem o diferenta de 20V in mai putin de o secunda. In caz ca se doreste instalarea de stabilizatoare de tensiune pe echipamentele electrice care contin motoare, pompe sau compresoare atunci se recomanda a se utiliza stabilizatoare cu servo-motor protejate la supratensiuni, supracurent si temperatura, deoarece ofera o tensiune foarte stabila, cu precizie de doar cativa volti.

Totusi, centralele pe lemne se preteaza cel mai bine la UPS-uri dedicate cu sinusoida pura si cu baterie externa cat mai mare, deoarece daca pica tensiunea retelei v-ati dori ca pompele de recirculare sa functioneze in timpul arderii lemnelor pentru a nu se acumula temperaturi si presiuni excesive in cazan. Centralele pe gaz pot fi si ele alimentate din UPS-uri impreuna cu senzorul detector de gaze, dar si acolo trebuie UPS-uri compatibile. Practic, unele UPS-uri nu functioneaza pe centrale pe gaze deoarece au transformator pe iesire care izoleaza consumatorii de retea, deci nu va mai exista notiunea de „faza/nul”. Astfel, intre polii de iesire si impamantare se va putea masura 1/2 din tensiunea retelei atunci cand se va comuta pe baterie. Rezolvare problemei consta in montarea unei rezistente de aproximativ 500 KOhm intre impamantare si unul dintre cei 2 poli de pe iesire, fie in interiorul aparatului, fie direct in stecher (se recomanda pentru aceasta operatiune o persoana autorizata!).

Concluzie: Indiferent de modelul de stabilizator (AVR) ales, tensiunea la bornele de iesire a acestuia va fi stabilizata in limite mai bune decat cele oferite de distribuitorul de energie electrica. Totusi, inainte de achizitie verificati ca puterea maxima instalata sa fie mai mica decat puterea nominala a stabilizatorului, verificati existenta protectiei termice a acestuia, cat si a protectiei la supratensiuni care pot aparea la bornele de iesire!

 

Supratensiunile atmosferice in viziunea lui Klaxxi

18/05/2011

Klaxxy

Klaxxi ne ofera un interesant articol legat de supratensiunile care pot aparea in instalatiile electrice:

Klaxxy, supratensiuni in instalatiile electrice

Mie mi-a placut articolul. Sper ca va fi bine apreciat si de Dv!

Protectia la supratensiuni atmosferice moft sau necesitate

15/11/2007

Tot mai multi oameni reclama deteriorarea echipamentelor electrice pe timpul furtunilor. La originea acestor deteriorari sunt undele de supratensiune datorate loviturilor de traznet direct in instalatiile alectrice din zona (prin zona intelagandu-se o arie cu raza de cativa zeci de kilometrii) sau loviturile de traznet in apropierea instalatiilor sau cladirilor caz in care undele de supratensiune apar prin inductie in instalatiile electrice.

Fulgere 2

Practic orice cablu sau teava care intra intr-un imobil poate conduce supratensiunile catre aparatele electrice su in anumite cazuri inductia produsa de traznet se face direct in circuitele electrice ale aparatelor din imobil.

Exista o gama larga de descarcatoare grupate pe 4 clase, proiectate pentru circuite electrice de forta sau pentru circuite CATv, Tv, telefonie etc. Aceste descarcatoare reusesc sa conduca la pamant undele de supratensiune.

Echiparea unei instalatii electrice cu descarcatoare costa probabil intre 100 si 300 de euro iar pentru instalatii mai mari sau pretentii de protectie sporite in mod sigur costurile sunt mult mai mari.

Revenind la intrebarea din titlu protectia instalatiilor este un moft daca utilajele protejate nu sunt foarte scumpe sau foarte importante in plus o instalatie neprotejata statistic vorbind are o probabilitate semnificativa sa nu fie supusa niciodata supratensiunilor si prin urmare protectia poate sa lipseasca. Este o necesitate in toate cazurile in care nu-ti permiti luxul suportarii pagubelor pe care le pot produce supratensiunile.

Probabil ca o alternativa viabila la echiparea unui imobil cu protectii la supratensiuni atmosferice o constituie incheierea unei asigurari pentru riscurile asociate supratensiunilor atmosferice.

Este important de stiut ca in privinta supratensiunilor atmosferice operatorii din sistemul electroenergetic nu pot fi acuzati de „mall praxis” ei suportand in egala masura efectele distructive ale asestor fenomene naturale.

Fulgere 1