|
|
|
Bobine de reactanta
In instalatiile de distributie de medie tensiune curentii de scurtcircuit potatinge valori foarte mari si datorita distantei relativ reduse dintre faze solicitarile electrodinamice ce apar pot fi foarte importante.
Reducerea curentului de scurtcircuit si implicit a solicitarilor determinate de acesta, conduce la alegerea unor elemente de circuit mai putin supradimensionate fata de regimul normal de functionare. In acest scop se folosesc asa numitele metode practice de reducere a curentilor de scurtcircuit care se bazeaza pe cresterea reactantei dintre sursa si locul de defect. Cresterea reactantei conduce insa la pierderi mai mari de energie si la caderi mai mari de tensiune in regim normal de functionare si ca urmare s-au cautat solutii care sa conduca la o comportare diferita a elementelor de limitare in regim normal fata de regimul de scurtcircuit.
Cresterea reactantei circuitului se poate obtine prin alegerea de generatoare
si transformatoare cu reactanta de scurtcircuit mai mare sau introducerea unor reactante suplimentare ce se numesc bobine de reactanta.
Alegerea unor generatoare sau transformatoare cu reactanta de scurtcircuit
mai mare, conduce insa la pierderi suplimentare de energie si la variatii de tensiune
relativ mari si ca urmare aceasta solutie este foarte putin folosita.
Montarea bobinelor de reactanta in diferite puncte ale schemei electrice conduce la pierderi suplimentare de energie relativ mai mici si asigura mentinerea unui anumit nivel de tensiune in amonte (trebuie asigurata o tensiune de minimum 0,7 Un pentru a mentine in functiune motoarele din circuit). Daca se folosesc bobine de reactanta sectionate (jumelate), sau bobine de reactanta asociate cu limitatoare de curent, pierderile suplimentare de energie din regim normal de functionare pot fi foarte mici sau chiar nule, bobinele de reactanta intervenind eficace in regim de scurtcircuit cand limiteaza mult curentul de scurtcircuit. Ca urmare metoda practica curent folosita este montarea in circuite a bobinelor de reactanta.
Bobinele de reactanta folosite in circuitele primare se construiesc fara miez de otel, pentru mentinerea inductantei constante si evitarea saturatiei in regim de scurtcircuit. Bobinele de reactanta se construiesc in beton de tip interior. Bobinajul se
executa din conductoare flexibile, multifilare din aluminiu sau cupru, izolate.
Distanta intre spire este pastrata cu ajutorul unor coloane de beton. Bobinele
monofazate sunt asezate pe izolatoare suport si sunt prevazute cu borne de racord.
Daca cele trei bobine monofazate (livrate in set de trei faze identice) au masa de pana la 3000 kg, se monteaza suprapuse pe verticala (etajat) iar daca au peste 3000 kg se monteaza cu fazele in plan orizontal conform fig.6.7 si 6.8. La montarea suprapusa a bobinelor monofazate, bobina din mijloc - B - se executa cu infasurarea in sens invers decat celelalte faze - A si C - pentru a se reduce eforturile electrodinamice.
1. Scheme cu bobine de reactanta
Bobinele de reactanta sunt de bare si de linie. Bobinele de reactanta de bare se conecteaza intre sectiile de bare sau la sectiile de bare conform fig. 6.9.a,bc, si limiteaza curentul de scurtcircuit al intregii instalatii ier bobinele de reactanta de linie se conecteaza in serie pe linie (in celula de plecare) si limiteaza curentul de scurtcircuit pe linie si mentin nivelul de tensiune necesar in amonte, conform fig.6.9.d,e,f,g,h.
Bobinele de reactanta de bare cand se monteaza intre sectiile de bare (pe cupla longitudinala) conform fig.6.9.a, se mai numesc si bobine de reactanta (reactoare) de sectie si limiteaza curentii de scurtcircuit din retea (k1), de pe barele colectoare (k2) si in circuitul generatorului (k3). In regim normal de functionare, daca consumul pe sectii este echilibrat de puterile injectate, circulatia de puteri intre sectii este redusa si astfel pierderile in bobinele de reactanta sunt mici.
Daca bobinele de reactanta (reactoarele) de bare se monteaza in serie cu transformatoarele de putere, conform fig.6.9.b,c, se limiteaza curentii de scurtcircuit in retea (k1) si pe bare(k2). In fig.6.9.c bobina de reactanta este sectionata.
Bobinele de reactanta de linie (fig.6.9.d,e,f,g,h) limiteaza numai curentii de
scurtcircuit din aval deci pe linie si nu limiteaza curentii de scurtcircuit de pe bare
si din circuitul generatorului (fig.6.9.d).
Bobinele de reactanta de linie se monteaza obisnuit in aval de intreruptor si
astfel acesta va fi mai putin dimensionat. Teoretic exista posibilitatea aparitiei unui
scurtcircuit intre intreruptor si bobina de reactanta de linie (in k2, fig.6.9.e), deci intreruptorul nu va putea deconecta si va trebui sa deconecteze urmatorul intreruptor din amonte. Practica arata insa ca probabilitatea aparitiei unui scurtcircuit intre bobine si intreruptor (unde se folosesc obisnuit bare rigide) este foarte mica si ca urmare prescriptiile admit ca echipamentul electric de la barele colectoare si pana la bobine (fig.6.9.e) sa se aleaga in functie de curentul de scurtcircuit de dupa bobina. Exista si varianta de montare a bobinelor de reactanta in amonte de intreruptor (ca in fig.6.9.h), dar in acest caz separatorul de bare al liniei ar trebui deschis sub sarcina corespunzatoare functionarii bobinei in gol si deci la aparitia unui defect chiar intr-o bobina de reactanta, acesta nu s-ar putea separa prin deschiderea separatorului de bare; ca urmare aceasta varianta este mai putin folosita si anume atunci cand pe barele statiei puterea de scurtcircuit este apropiata sau chiar este mai mare ca puterea de rupere a intreruptorului. In acest caz trebuie sa declanseze intreruptorul dinspre sursa (din amonte). Pentru consumatori de putere mare, importanti pot fi folosite bobine de reactanta simple ce alimenteaza doi fideri, pe fiecare din acestia putand fi separatoare de linie (fig.6.9.g) sau separator de linie unic (fig.6.9.f). Se folosesc de asemenea scheme cu bobine de reactanta de bare si bobine de reactanta de linie.
Alegerea si verificarea bobinelor de reactanta
Bobinele de reactanta au parametrii principali, tensiunea nominala (Urn), curentul nominal (Irn), reactanta procentuala nominala (Xr%) si pierderea relativa de tensiune (ΔUf%). Tensiunea nominala trebuie sa fie egala cu tensiunea maxima de serviciu a instalatiei unde se va monta bobina de reactanta. Curentul nominal trebuie sa fie cu putin mai mare ca valoarea curentului maxim de durata al circuitului.
Reactanta procentuala nominala se calculeaza cu relatiile:
unde 
este reactanta unei faze a bobinei de reactanta.
Deci reactanta procentuala nominala este caderea de tensiune inductiva dintr-o faza a bobinei de reactanta, cand aceasta este parcursa de curentul sau nominal (Irn), inmultita cu 100 si raportata la tensiunea sa nominala (Urn). Obisnuit, Xr% este intre 3% si 10%. Pierderea de putere activa in bobina este obisnuit de 0,2% pana la 0,3% din puterea bobinei deoarece rezistenta lor este foarte mica.
Bobina de reactanta simpla are aceeasi valoare a reactantei atat in regim normal cat si in regim de scurtcircuit, ceea ce constituie un dezavantaj important, datorita caderilor mari de tensiune si a consumului mare de energie in regim normal. Inconvenienta utilizarii bobinelor de reactanta simple a condus la alte solutii
si anume:
- suntarea in regim normal de functionare, a bobinelor de reactanta simple, cu elemente limitatoare de curent;
- folosirea de bobine de reactanta cu priza mediana (numite si sectionate sau jumelate);
- limitatoare de curent cu elemente neliniare;
- sectionarea nodurilor din statiile de conexiuni sau metode care se asociaza cu sectionarea.
Folosirea bobinelor de reactanta simple asociate cu limitatoare de curent se bazeaza pe caracteristicile de functionare ale limitatoarelor de current ce sunt formate dintr-o capsa exploziva si un amorsor care este sensibil nu la valoarea curentului ci la panta acestuia si are un timp de intrerupere foarte mic.
Amorsorul introdus in circuit, conform fig.6.11 va intrerupe circuitul (a) sau il va sectiona longitudinal (b), inainte de aparitia curentului de soc. Daca limitatorul de curent este asociat cu o bobina de reactanta simpla (c) in regim normal de functionare bobina este suntata, iar la aparitia unui soc de curent (scurtcircuit), cartusul limitatorului explodeaza si introduce in circuit bobina de reactanta. Astfel in regim normal de functionare, bobina de reactanta nu este practic strabatuta de curent, deci nu sunt pierderi, respectiv, variatii mari de tensiune, ea fiind introdusa in circuit numai la variatii mari de curent (scurtcircuit).
Bobinele de reactanta jumelate sunt realizate din doua circuite paralele, fiecare cu o reactanta inductiva proprie X1 si una mutuala Xm ce depinde de valoarea curentului din al doilea circuit. Consideram bobina de reactanta sectionata ce alimenteaza doua circuite independente simetrice (fig.6.12). In regim normal de functionare, caderea de tensiune pe ramurile bobinei va fi:
Unde
este reactanta echivalenta a unei ramuri in regim simetric de incarcare a celor doua ramuri; m - coeficient numit de cuplaj, ce este dat de furnizor si obisnuit are valoarea 0,5.
Reactanta echivalenta in regim normal de functionare este deci cu atat mai mica cu cat factorul de cuplaj (m) intre ramurile infasurarii este mai mare.
In cazul cand sursa este conectata la priza mediana (A) si unul din capetele bobinei apare un scurtcircuit, curentul din ramura avariata devine mult mai mare (Ik) decat cel de pe ramura sanatoasa iar caderea de tensiune pe ramura avariata devine:
Asadar, in regim de scurtcircuit, reactanta echivalenta a unei ramuri, in cazul unui scurtcircuit la capatul ei, este:
O bobina de reactanta sectionata este cu atat mai buna cu cat factorul de cuplaj este mai mare. Se impune insa conditia de a conecta cele doua ramuri la circuite independente, deoarece in caz contrar, la aparitia unui scurtcircuit, curentii de pe cele doua ramuri vor fi egali, iar reactanta echivalenta va fi tot X'. Bobinele de reactanta sectionate au si avantajul unui consum mai redus de energie reactiva in raport cu bobinele de reactanta simple.
Un alt mijloc de limitare a curentului de scurtcircuit este cel de a introduce in serie pe circuit un element neliniar a carui reactanta sa fie cat mai mica in regim normal de functionare si cat mai mare in regim de scurtcircuit.
In fig.6.21 este prezentata schema unui astfel de limitator cu elemente neliniare unde Xs este reactanta sursei, X1 - reactanta liniara a limitatorului, Xc - reactanta capacitiva, X2 si X3 - reactantele unor bobine neliniare, XNL - reactanta neliniara a limitatorului, XL - reactanta totala a limitatorului de curent. In regim normal de functionare X2 si X3 au valori foarte mari astfel ca practic XNL=Xc. Se alege Xc=X1 si astfel in regim normal de functionare este compensata reactanta liniara X1 de reactanta capacitiva Xc(X1=Xc) si reactanta totala a limitatorului este practic nula (XL=0). In cazul unui scurtcircuit in punctul k, curentul creste, bobinele neliniare se satureaza si reactantele X2 si X3 se reduc progresiv suntand reactanta capacitiva Xc, se anuleaza compensarea reactantei X1 si astfel se va limita curentul de scurtcircuit. Cand scurtcircuitul dispare, reactantele X2 si X3 recapata valori foarte mari si Xc compenseaza pe X1
3. Instalarea bobinelor de reactanta
Bobinele de reactanta in beton (de tip uscat) se instaleaza numai in instalatii de distributie interioare intr-un mediu ambiant fara gaze, acizi, praf bun conducator de electricitate, vapori de apa, etc., cu umiditate relativa a aerului de pana la 80% la temperatura de +35 0C si pot functiona la temperaturi intre -25 0C si +40 0C si altitudini de pana la 1000 m.
Incaperea unde se monteaza bobinele de reactanta se prevede cu ventilatie naturala. Daca ventilatia naturala nu este suficienta se realizeaza ventilatia mecanica.
Furnizorul indica distantele minime admise intre fazele bobinelor de reactanta si intre acestea si constructiile de otel si de beton armat ale incaperii.
Cand intre bobinele de reactanta de pe faze sunt montate izolatoare de distantare, faza din mijloc trebuie bobinata in sens invers fazelor extreme si astfel forta electrodinamica maxima comprima izolatoarele in loc sa le intinda, deci izolatoarele vor rezista mult mai bine la acest efort.
Constructiile de otel situate in apropierea bobinelor de reactanta se incalzesc datorita curentilor de inductie (deci apar pierderi importante), iar la scurtcircuit sunt atrase puternic de bobine. Pentru reducerea incalzirilor si a pierderilor prin inductie in circuitele magnetice inchise din apropierea bobinelor de reactanta, se sectioneaza ramele usilor din otel. In apropierea bobinelor de reactanta nu trebuie lasate piese metalice (scule, etc.).
b
