Introducere

Supratensiunile din retelele electrice de distributie sunt provocate de descarcarile atmosferice sau de comutatii si nu pot fi evitate. Ele pericliteaza echipamentul electric pentru ca, din motive economice, nu se poate realiza o izolatie suficienta pentru orice solicitare. O cale mai sigura si mai economica consta in protectia impotriva supratensiunilor nepermise. Acest lucru este valabil atit la inalta tensiune cit si la medie tensiune.

Protectia contra supratensiunilor se poate realiza pe doua cai:

- Evitind supratensiunile atmosferice la locul de aparitie, de exemplu prin conductoare de protectie inainte de statie pentru a intercepta lovitura de trasnet.

- Limitind supratenisiunile linga echipamentul electric, de exemplu cu ajutorul descarcatoarelor.

In retelele de inalta tensiune se folosesc ambele metode de protectie.

In retelele de medie tensiune, utilizarea conductorului de protectie nu este, de obicei, foarte eficienta. Datorita distantelor foarte mici dintre conductorul de faza si cel de protectie, lovitura directa de trasnet le-ar afecta pe amindoua. Pe deasupra, tensiunea indusa de loviturile de trasnet nu poate fi evitata de conductoarele de protectie. Cea mai eficienta protectie impotriva supratensiunilor in retelele de m. t. sunt descarcatoarele amplasate in vecinatatea echipamentului electric.

Marimea supratensiunilor este data, de obicei, in u. r. (unitate relativa).Aceasta se defineste ca

1 u. r. =

unde U_m este tensiunea maxima intre faze la functionare normala 1

Se disting trei tipuri principale de supratensiuni 1

- Supratensiuni temporare, care apar, de exemplu, pe durata unor defecte cu pamintul sau a unor pierderi de sarcina. Durata acestor supratensiuni de frecventa industriala este intre 0,1 secunde si citeva ore. In general, supratensiunea nu depaseste u. r. si nu este periculoasa pentru echipament, dar influenteaza dimensionarea descarcatorului.

- Supratensiuni de comutatie, care apar in timpul operatiilor de comutare si constau in oscilatii puternic amortizate, cu frecvente pina la citiva kHz si amplitudini pina la 3 u. r.

Un caz special sunt comutatiile in circuitele electrice inductive. In aceste cazuri, durata frontului undei de supratensiune este cuprinsa intre 0,1 si 10 ms si valoarea de virf poate atinge 4 u. r. De asemenea, sunt posibile supratensiuni cu front abrupt la conectarea cablurilor sau a liniilor. Valoarea amplitudinii este in aceste cazuri sub 2,2 u. r. si nu pericliteaza echipamentul.

- Supratensiuni atmosferice, care se datoreaza descarcarilor atmosferice. Ajung la valoarea maxima in citeva ms, dupa care descresc rapid. Valoarea de virf a acestor supratensiuni poate atinge 10 u. r. in cazul retelelor de m. t.

Supratensiunile atmosferice reprezinta amenintarea cea mai mare in cazul retelelor de m. t. Protectia trebuie sa rezolve limitarea acestora la valori nepericuloase.

2          Definitii

2. 1 Tensiunea cea mai ridicata a retelei (U_m) este cea mai mare valoare efectiva a tensiunii intre faze care poate sa apara in conditii normale de functionare, in orice punct al retelei, intr-un moment oarecare.

REFERAT: Ce sa faceti inainte de inundatie? REFERAT: Executarea si receptionarea ancorajelor metalice tip inel-con si dorn

2. 2 Tensiunea de functionare continua efectiva (U_ca) este valoarea efectiva maxima a tensiunii de frecventa industriala, care poate fi aplicata permanent (mai mult de 2 ore) intre bornele descarcatorului.

2. 3 Tensiunea de regim permanent (tensiunea de functionare continua) (U_c), prescurtat “COV” sau “MCOV”, este valoarea efectiva maxim admisa a tensiunii de frecventa industriala, care poate fi aplicata permanent intre bornele descarcatorului; astfel, U_c > U_ca. De retinut ca U_c pe intregul descarcator poate fi mai mica decit suma U_c a discurilor componente, cind repartitia potentialului de-a lungul descarcatorului nu este strict uniforma.

2. 4 Supratensiuni temporare (TOV) sunt supratensiuni sub forma unor oscilatii neamortizate sau slab amortizate, care apar intr-un punct dat al unei retele, pentru o durata relativ mare.

Gama de frecvente ale TOV este de la citiva Hz la citeva sute de Hz si durata de la citeva ms la citeva ore (depinzind de timpul de eliminare a defectului, de exemplu).

Cea mai obisnuita forma de TOV apare pe fazele sanatoase ale unui sistem in timpul unei puneri la pamint.

Alte surse de TOV sunt ferorezonanta, deconectarea brusca a unei sarcini importante etc.

2. 5 Tensiunea nominala (U_r) este valoarea maxima admisa a tensiunii efective de frecventa industriala pentru care descarcatorul este conceput sa functioneze corect in conditii de supratensiuni temporare, conform metodei de incercare la functionare.

Conform CEI 60099-4, un descarcator trebuie sa reziste la tensiunea nominala cel putin 10 s dupa ce a fost preincalzit la 60⁰C si a fost supus unei injectii de energie conform acestui standard.

Capacitatea descarcatorului de a suporta TOV timp de 10 s, conform CEI, trebuie sa fie minimum U_r. In plus, tensiunea nominala este folosita ca un parametru de referinta.

2. 6 Factorul de tinere la supratensiuni temporare (T_r sau T_c) defineste capacitatea descarcatorului de a suporta TOV, exprimat in multipli de U_r sau U_c.

2. 7 Impuls de curent sau de tensiune este o unda unidirectionala, care creste rapid la un maxim si scade, mai putin rapid, la zero. Forma undei este exprimata prin doua numere (T₁ / T₂).

T₁ se refera la timpul virtual al frontului iar T₂ la timpul virtual al semiamplitudinii; ambele se exprima in ms.

Exemple de citeva impulsuri de curent importante:

Impuls Forma de unda (T₁ /T₂) (ms/ms)

Impuls de curent cu front rapid                      1/ <20

Impuls de curent de trasnet                            8/ 20

Impuls de curent de comutatie                       30/ >60

Impuls de curent de mare amplitudine                      4/ 10

Un impuls special este impulsul de curent rectangular, care are o forma rectangulara. Durata obisnuita este de 2000 ms.

2. 8 Caracteristica de tinere a izolatiei echipamentului este un termen general pentru tensiunile de tinere ale izolatiei echipamentului, si cuprinde:

Nivel de tinere Forma de unda a tensiunii

Nivel de tinere la unda taiata (CWWL)                      

Nivel de tinere la impuls de trasnet (LIWL)    1,2/50 ms

Nivel de tinere la impuls de comutatie (SIWL)                                 250/2500 ms

Nivel de tinere la frecventa industriala          50 sau 60 Hz, sinusoidal

2. 9 Tensiunea reziduala(U_res) este tensiunea care apare intre bornele unui descarcator in timpul trecerii prin el a curentului de descarcare. Tensiunea reziduala depinde de amplitudinea si de forma curentului de descarcare si se exprima in valori de virf.

Pentru amplitudinile si formele de unda ale curentului care difera de curentul nominal de descarcare, tensiunea reziduala se exprima, in general, in procente din tensiunea reziduala la curentul nominal de descarcare.

2. 10 Caracteristica de protectie a descarcatorului este combinatia tensiunilor reziduale la diferite impulsuri de curent. Pentru o protectie eficienta, caracteristica de protectie trebuie sa fie mult sub caracteristica de tinere a izolatiei echipamentului in toate punctele.

2. 11 Nivelul de protectie la impuls de trasnet al descarcatorului (LIPL) este tensiunea reziduala la curentul nominal de descarcare.

2. 12 Nivelul de protectie la impuls de comutatie al descarcatorului (SIPL) este tensiunea reziduala la un impuls de curent de comutatie specific.

2. 13 Coeficientul de protectie este raportul dintre nivelul de tinere al izolatiei si nivelul de protectie corespunzator al descarcatorului.

2. 14 Marja de protectie este coeficientul de protectie minus 1 si se exprima in procente. Ca minima absoluta, marja de protectie trebuie sa acopere cresterea de tensiune datorita conexiunilor intre descarcator si echipamentul de protejat, ca si cresterea de tensiune reziduala datorita diferentei de amplitudine si durata a frontului curentului real fata de curentul nominal de descarcare al descarcatorului.

2. 15 Curentul permanent (I_c) este curentul care trece prin descarcator la tensiunea U_c. Acest curent este predominant capacitiv si se exprima, in general, ca valoare de virf.

2. 16 Curentul de referinta (I_ref) este valoarea de virf a curentului rezistiv la frecventa industriala, la care se masoara tensiunea de referinta. La tipurile standard de descarcatoare ABB curentul de referinta este cuprins in gama 0,4-100 mA valoare de virf.

2. 17 Tensiunea de referinta (U_ref) este valoarea de virf divizata cu a tensiunii de frecventa industriala, care trebuie aplicata la bornele descarcatorului pentru a obtine curentul de referinta.

2. 18 Curentul nominal de descarcare (I_n) este valoarea de virf a impulsului de curent de forma 8/20 ms folosit pentru clasificarea descarcatorului.

2. 19 Capacitatea energetica la impuls singular este cantitatea de energie maxima admisa, exprimata in kJ/kV (U_r), pe care descarcatorul este capabil sa o absoarba la un impuls singular de o anumita durata.

2. 20 Factorul de defect la pamint (K_e) este raportul dintre tensiunea fazelor sanatoase in timpul si anterior punerii la pamint.

Daca neutrul sistemului este direct legat la pamint, atunci k < 1,4 in timp ce intr-un sistem cu neutrul izolat sau legat la pamint prin bobina k este aproximativ 1,73.

2. 21 Clasa limitatorului de presiune reprezinta capacitatea descarcatorului ca, in caz de defect intern indiferent de cauza, sa conduca curentul de scurtcircuit fara explozia violenta a carcasei.

Dupa functionarea limitatorului de presiune, descarcatorul trebuie inlocuit.

Curentul de scurtcircuit poate avea diferite valori in functie de impedanta sistemului si/sau conditiile de legare la pamint. De aceea, limitatorul de presiune se verifica atit la valori mari de curent ( de ordinul kA) cit si la valori reduse (de regula, 800 A).

Pina de curind, in retelele de m. t. erau utilizate numai descarcatoare clasice, formate din rezistoare SiC in serie cu intervale disruptive (eclatoare). La aparitia unei supratensiuni eclatoarele amorseaza si se stabileste un curent, inchizindu-se astfel circuitul spre pamint. Rezistorul inseriat limiteaza curentul produs de tensiunea sistemului. Ca urmare, arcul dintre eclatoare se stinge la trecerea prin zero a tensiunii.