Instalatii de forta

INSTALATII DE FORTA

Se vor face referiri numai la instalatiile electrice pentru alimentarea motoarelor electrice asincrone care sunt cele mai reprezentative dintre instalatiile de forta.

1. Intocmirea schemelor si planurilor instalatiei de forta

Pozitia in plan a motoarelor electrice este hotarata de pozitia masinii sau utilajului pe care-1 antreneaza. Acestea se amplaseaza la o distanta suficienta intre ele, sau intre ele si perete, pentru a permite manevrarea usoara la montare sau la demontare, pentru a inlesni accesul usor in timpul verificarilor si intretinerii.   

Fig. 1.24. pozitia receptoarelor de forta dintr-o incapere

Fiecare motor trebuie sa fie alimentat pe un circuit electric propriu si sa fie prevazut cu:

relee termice pentru protectie la suprasarcina;

sigurante fuzibile pentru protectie la scurtcircuit;

un aparat de actionare (manual sau automat).

Pentru a limita curentii mari ce sint absorbiti din retea la pornire (care provoaca caderi de tensiune pe linia de alimentare), motoarele cu puterea mai mare de 5,5 kW trebuie pornite in stea. In felul acesta, curentul de por­nire se micsoreaza de trei ori fata de pornirea prin legare directa la retea (legarea in triunghi). In cadrul instalatiilor de forta sunt cuprinse si instalatiile pentru prizele electrice de forta, mono si trifazate, de curent continuu sau de tensiune redusa. Pentru o identificare usoara, atunci cand astfel de prize se gasesc impreuna, ele se executa de forme diferite sau de culori diferite si sunt prevazute cu placute pe care este inscrisa tensiunea de utilizare.

Pentru intocmirea schemelor si planurilor instalatiei de forta se procedeaza la fel ca in cazul instalatiilor de lumina, adica:

. Se stabileste pozitia fiecarui receptor de forta (motor sau priza) in planul de arhitectura. In figura 1.24 este exemplificat acest lucru pentru un punct termic. Caracteristicile motoarelor sunt determinate de conditiile tehnologice, iar caracteristicile prizelor se stabilesc astfel ca la acestea sa poata fi acordate unele receptoare portabile necesare reparatiilor, intretinerii, cum ar fi: aparate de sudura, masini de gaurit, polizoare, lampi portabile la tensiune redusa (24 V) etc.

. Se intocmeste schema de distribute a fiecarui tablou de forta din cladire.

Tabloul de forta se prevede pentru alimentarea unui grup de receptoare care se afla intr-o unitate functionala, cum ar fi, de exemplu, receptoarele dintr-un punct termic (fig. 1.25), dintr-o statie de hidrofor, dintr-o centrala termica, dintr-un laborator de incercari, dintr-un atelier mecanic etc. Numarul de receptoare ce pot fi alimentate dintr-un tablou de forta este variabil. El este limitat de regula de dimensiunile pe care le poate avea tabloul electric. De aceea, tablourile de forta pot avea puterea instalata de valori de la cativa kW pana la zeci si chiar sute de kW.

Fig. 1.25. schema de distributie pentru TF1.

In figura 1.25 s-a desenat schema de distribute a tabloului de forta TF 1 din figura 1.24. Aceasta cuprinde noua circuite pentru motoare (sapte cu pornire directa si doua cu pornire stea-triunghi*, un circuit de prize trifazice cu puterea de 5 kW, un circuit de prize monofazice cu puterea de 1,5kW, un circuit trifazat de rezerva cu puterea de 3 kW si un circuit de tensiune redusa (24 V), legat in fata intrerupatorului general (pentru a fi utilizat si in cazul in care este deschis intreruptorul), de putere foarte mica (100 VA) pentru lampi portabile.

Caracteristicile electrice ale motoarelor sunt date in tabelul 1.2.

TABELUL 1.2

* Ip este curentul de pornire al motorului, daca acesta este conectat direct la reteaua electrica

Tabloul electric TF 1 are o putere instalata de 35,3 kW.

Se intocmeste schema generala de distribute a instalatiei de forta.

Aceasta se intocmeste dupa aceleasi principii ca si schema generala a instalatiei de lumina, motiv pentru care s-a considerat ca nu este necesara o exemplificare a acesteia.

Se trece apoi la transpunerea in planuri a schemelor elaborate. Circu-
itele de forta sunt mult mai aimplu de trasat decat cele de lumina, deoarece
pe un circuit se afla un singur motor, iar circuitele de prize nu difera de cele
de priza din instalatia de lumina. Circuitele se pot executa:

-aparent, pe elementele de constructie. Aceasta este solutia cel mai des adoptata, montarea circuitelor facandu-se pe peretii incaperii. Deoarece tuburile de protectie sunt mult mai expuse la lovituri mecanice, in astfel de incaperi acestea se executa de regula din metal (PEL sau teava);

-ingropat in elementele de constructie. Solutia ingropat se alege foarte des cand motoarele se afla departe de peretii incaperii, sau cand distanta de la tablou la acestea de-a lungul peretilor este de asemenea mare. In astfel de situatii, circuitele electrice se monteaza ingropat in pardoseala incaperii, fie direct in pardoseala (la cel putin 1,5 cm de suprafata acesteia), fie in canale special facute si acoperite cu tabla striata. Canalele pentru circuitele de forta trebuie sa fie prevazute cu sisteme de scurgere si evacuare a apei (cu panta catre sifoane de pardoseala, special montate pe traseul lor).

Fig.   1.26. Planul instalatiei de forta pentru centrala termica.

In figura 1.26 este desenat planul instalatiei de forta din punctul termic din figura 1.24. O parte din circuite este dusa aparent pe peretii incaperii, iar o alta parte este dusa ingropat in pardoseala. Pentru motoarele m₁ . m₃ , tuburile de protectie ies din pardoseala chiar langa fundatia (postamentul) acestora. Pentru restul motoarelor, tuburile de protectie trec de pe perete pe pardoseala si apoi se ridica pe fundatia motoarelor. Pe portiunea de la perete la fundatie aceste tuburi sunt protejate cu tevi din otel. In cazul in care pe langa perete se circula in mod frecvent, tuburile de protectie se ingroapa in pardoseala.

Ca si in cazul circuitelor pentru instalatia de iluminat, circuitele de forta, nu trebuie sa strabata elementele de rezistenta ale constructiei si trebuie sa se gaseasca la distante corespunzatoare de celelalte conducte metalice pentru apa rece, calda, pentru incalzire, gaze etc.

Coloanele de legatura, atit cele secundare (dintre tabloul general de forta. TGF si tablourile secundare. TF) cit si cea generala (dintre CB - sau PT - si TGF), se vor duce pe drumul cel mai scurt dintre punctele pe care le unesc in conditiile respectarii distantelor minime admise intre elementele insta­latiei electrice si elementele altor instalatii sau elemente de constructie (Normativ 1-7-78).

2. Dimensionarea elementelor instalatiei electrice de forta

Calculul prezinta cateva particularitati fata de cel pentru iluminat, atit datorita naturii receptoarelor, cit si numarului mare de aparate de actionare si protectie ce se prevad.

Calculul circuitelor cuprinde:

determinarea sectiunii conductelor de faza si a tubului de protectie;

Eseu: CAIET DE SARCINI pentru executia infrastructurii din beton armat Referat: Manual de reabilitare termica a cladirilor prin imbunatatirea protectiei termice a peretilor exteriori

alegerea contactorului pentru actionare;

alegerea releului termic pentru protectie la suprasarcina;

alegerea sigurantelor fuzibile pentru protectie la scurtcircuit.

Calculul circuitului pentru pornirea directa a motorului

Determinarea sectiunii conductelor de faza si a tubului de protectie. Se cal-culeaza curentul nominal al motorului cu relatia:

unde U = 380 V este tensiunea de linie, P_i este puterea instalata a moto­rului (in W), cos φ este factorul de putere al motorului iar η randamentul electric al acestuia. Caracteristicile η si cos φ se aleg in functie de puterea Pi si de turatia motorului din STAS 1764-74.

Sectiunea de faza se determina din conditia:

I_ma ≥ I_n ,

unde I_ma este curentul maxim admisibil al sectiunii alese.

Sectiunea aleasa se verifica la densitatea de curent la pornire (J_p ) care

trebuie sa fie:

pentru aluminiu;

pentru cupru.

Densitatea de curent la pornire se calculeaza cu relatia:

unde raportul K₁ = I_p/I_n este dat in STAS 1764-74.

Daca conditia (1.42) nu este indeplinita, se mareste sectiunea pana ce
aceasta este satisfacuta.                      

Alegerea contactorului pentru actionarea circuitului se face respectand conditia

I_ne ≥ I_n ,

unde I_ne este curentul nominal al contactorului.

Alegerea releului termic pentru protectie la suprasarcina Releele termice tri- fazate utilizate in mod curent sunt releele tip TSA. Acestea sunt caracterizate prin curentul nominal al echipamentului (I_n)_RT si curentul de serviciu (I_s). Releul termic se echipeaza cu un grup de trei bimetale, care corespund unui anumit curent de serviciu. Prin constructie, releul termic permite un reglaj al curentului intre (0,6 -1,0) I_s.

Alegerea releului termic consta in alegerea curentului de serviciu, astfel ca:

0,6 I_s ≤ I_n < I_s       

deoarece releul se regleaza ulterior la valoarea curentului nominal ce trebuie supravegheat si evident, acesta trebuie sa se afle in domeniul de reglaj. Releul ales se exprima prin denumirea lui si marimea curentului de serviciu, de exemplu: TSA 10 A (I_s = 3,3 A); TSA 32 P(I_s = 10 A) etc.

Alegerea sigurantelor fuzibile pentru protectie la scurtcircuit. Valoarea fuzi­bilului (I_F) rezulta din conditiile:

I_F ≥ I_n ,

,

,

,

,

unde I_n, I_ma si I_p au semnificatiile cunoscute, iar (I_F)_C si (If)rt sunt valorile maxime ale fuzibilului care protejeaza contactorul si releul termic de curentul de scurtcircuit ,(in sensul ca siguranta fuzibila se topeste mai repede decat ii este necesar curentului de scurtcircuit sa distruga aparatele). Valorile (I_F)c si (I_F)_RT sunt date in cataloagele de aparate (ale intreprinderii constructoare) in functie de curentul nominal al contactorului si respectiv curentul de serviciu al releului termic.

Exemplu de calcul pentru circuitul motorului de 2,2 kW*

Folosind datele din tabelul 1.2 si relafria (1.40) rezulta curentul nominal:

=5.9 A.

Alegind conducte AFY si stiind ca circuitul are trei conducte active, din normativ rezulta o sectiune s= 2,5 mm², deoarece I_ma = 16 A > 5,9 A. Densitatea de curent la pornire este:

,

deci circuitul de alimentare va fi AFY 3 X 2,5 mm² + FY 1.5 mm² protejat in tub PEL 13,5.

Se alege un contactor TCA 6A (deoarece 6A > 5,9 A) pentru care rezulta (I_F)_C
= 20 A. 

Se alege un releu TSA 10A (Is = 8 A) (deoarece curentul nominal de 5,9 A este cuprins in domeniul in care se poate regla curentul releului termic: 0,6 * 8 = 4,8 A pana la 1*8 = 8 A) pentru care rezulta (If)rt = 25 A.

Pentru sigurtnta fuzibila se pun conditiile (1.46):

I_F ≥ I_n =5.9 A I_F ≥ 6 A;

= 20 A I_F ≤ 20 A;

= 25 A I_F ≤ 25A;

= 3*16 = 48 A I_F≤ 35 A;

Din sistemul de inegalittti de mai sus rezulta i_F = 16 A, deci se aleg trei sigurante fuzibile LFi 26/16 A.

Calculul circuitului pentru pornirea Y/A a motorului. In figura 1.27 este desenat desfasurat circuitui principal al motorului de 7,5 kW care porneste cu comutator Y/A. Rezulta ca pe portiunea dintre barele tabloului si pornitorul curentul este I_n (calculat cu relatia 1.-40), iar intre pornitor si motor curentul

este   I_n

Curentul I_n conduce la determinarea unei sectiuni s₁ iar curentul I_n la o sectiune s₂ mai mica decit s₁, prin respectarea conditiei (1.41).

La densitatea de curent se va verifica numai sectiunea mica s₂ si relatia (1.43) pentru cazul pornirii Y/A devine:

(1.47)

unde I_PY este curentul de pornire in stea, care este de trei ori mai mic decit curentul la pornirea directa (I_v).

Contactoarele se vor alege din conditia:

iar curentul de serviciu al releuiui termic din conditia:

(1.49)

Pentru siguranta fuzibila, rela£iile (1.46) devin:

_RT

3 I_ma2

unde J_ma2 este curentul maxim admisibil corespunzator sectiunii s₂.

Fig.1.27 Circuitui motorului pentru pornire stea-triunghi

Exemplu de calcul pentru motorul de 7,5 kW*

Folosind datele din tabelul 1.2 si relatia (1.40) rezulta curentul nominal:

Pentru conducta din aluminiu AFY, din normativ rezulta S = 2,5mm², deoarece I_ma1 = 16 A > 15,9 A.

Curentul I_n/ = 15,9 / = 9,2 A conduce la aceeasi sectiune s₂=2,5 mm² (I_ma2 = I_ma1 = 16 A).

Inlocuind in relatia (1.47), rezulta densitatea de curent:

deci circuitul de alimentare va fi format din: AFY 3*2,5mm² + FY 1,5 mm² intre
barele tabloului si pornitor (in interiorul tabloului) si din AFY 3*2,5mm² + FY
1,5 mm²/FEL 13,5 + AFY 3*2,5 mm²/FEL 11 intre pornitor si motor. Se alege un contactor TCA 10 A (ce indeplineste conditia 1.48: 10 A > 9,2 A)"
pentru care rezulta (I_F)_C=35A.

Se alege un releu termic TSA 10 A (I_s = 10 A) (ce indeplineste conditia 1.49: 0,6 . 10 A < 9,2 A < 1 . 10 A) pentru care rezulta (I_F)_RT = 35 A.

Conditiile (1.50) devin:                                                       

I_F ≥I_n=15.9 A -> I_F ≥16 A;

I_F ≤ (I_F)_C = 35 A-> I_F ≤ 35 A;

If ≤ (I_F)_RT = 35 A -> I_F ≤35 A;

If ≤ 3 I_ma2 = 3*16 = 48 A -> I_F ≤ 35 A.

Din inegalitajile de mai sus rezulta I_F = 20 A si se aleg trei sigurante LFi 25/20 A

. Calculul coloanelor secundare cuprinde:

determinarea sectiunii conductelor de faza si tubului de protectie;

alegerea intreruptorului;

alegerea sigurantelor;

- alegerea aparatelor de masurat.

Determinarea sectiunii conductelor de faza si tubului de protectie.Se

calculeaza curentul nominal al coloanei cu relatia:

unde U si P_i au semnificatiile cunoscute, C_c este coeficientul de cerere al puterii pe coloana si cosφ_m factorul de putere mediu al tabloului.

Coeficientul de cerere   se calculeaza cu relatia:

(1.52)

C_s este coeficientul de simultaneitate si reprezinta raportul

unde P_fs este puterea in functiune simultana si P_T puterea totala instalata, n - numarul de receptoare in functiune simultana si N - numarul total al receptoarelor alimentate de tablou (motoare, prize etc.). Valoarea lui n se apreciaza de catre tehnologul instalatiei prin analiza atenta a procesului de productie. In felul acesta coeficientul C_s se poate determina:

Ci              este coeficientul de incarcare al receptoarelor, coeficient ce se poate determina, numai daca se cunoaste modul concret cum a fost dimensionat fiecare receptor in parte. Cum aceasta este greu de stiut, pentru calculele practice se adopta c_t = 0,95-0,96;

η_r randamentul retelei, care are valori de 0,98-1,0;

η_m randamentul mediu al motoarelor in functiune simultana. Cunoscand

cele n motoare in functiune din definitia randamentului rezulta:

Factorulde putere mediu cos _m se determina adunand fazorial curentii I_n1 I_nn (in functiune simultana), defazati fata de tensiunea de la borne cu unghiurile φ_n (unghiuri ce rezulta din valorile factorilor de putere cos φ₁ cos φ_n). In figura 1.28 se arata modul de insumare fazoriala pentru doi curenti I_n1 si I_n2, defazati fata de tensiune cu unghiurile φ₁ si φ₂. Uti-lizind regula paralelogramului se determina curentul rezultant I, care se obtine

din rezolvarea triunghiului OCC`: OC = I, OC`= I_a (componenta activa a curentului) si OC' = I_r (componenta reactiva).

Dar OC` = OA` + A`C` =(I_n1)_a+(I_n2)

(suma componentelor active ale curenti-

lorI_n1 si I_n2). Analog CC`=0C'=(I_n1)_r +

+ (I_n2)_r (suma componentelor reactive).

Cum (I_n1)_a = I_n1 cos φ₁; (I_n1)_r = I_n1

sin 𝛗₁; (I_n2)_a= I_n2 COS𝛗₂) (I_n2)_r =I_n2 sin 𝛗₂

rezulta:

la = I_n1 cosφ₂ +l_n2 cosφ₂ si I_r =

= I_n1 sin φ₁ + I_n2 sinφ₂