1

Ministerul Apărării Naţionale

Academia Navală „Mircea cel Bătrân” Constanţa

Facultatea de Marină Civilă

Catedra Electrotehnică, Comunicaţii şi Armament Naval

PRODUCEREA ŞI DISTRIBUŢIA ENERGIEI ELECTRICE

TUDOR AURELIAN TRAIAN

2010

2

CUPRINS

INTRODUCERE

Obiectivele cursului Concepţia curriculară Scopul unităţilor de învăţare Tematica unităţilor de învăţare Bilbliografie

1. Unitatea de învăţare nr. 1 SISTEMUL ELECTROENERGETIC NAVAL 1.1. Clasificarea, structura, condiţiile şi cerinţele de calitate pentru sistemul

electroenergetic naval. 1.2. Clasificarea consumatorilor de energie electrică. Alegerea numărului şi puterii

generatoarelor electrice.

2. Unitatea de învăţare nr. 2 CENTRALE ELECTRICE NAVALE 2.1. Sisteme de excitaţie şi stingere a câmpului pentru generatoare sincrone. 2.2. Caracteristicile şi clasificarea sistemelor de reglare automată a tensiunii.

Sisteme de compoundare a generatoarelor sincrone. Distribuţia sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor.

2.3. Scheme de reglare automată a tensiunii şi puterii reactive. Generator autoexcitat cu compoundare fazică. Generator autoexcitat cu compoundare fazică şi corector de tensiune.

2.4. Echipament static de excitaţie naval (ESEN) cu tiristoare. 2.5. Principiile reglării automate a frecvenţei şi puterii active.Distribuţia sarcinii

active la funcţionarea în paralel a generatoarelor. 2.6. Reglarea automată a vitezei de rotaţie pentru motoarele termice: după deviaţia

mărimii reglate (turaţia), după deviaţia mărimii reglate şi sarcina activă, după deviaţia parametrilor electrici ai generatoarelor.

2.7. Funcţionarea în paralel a generatoarelor; sincronizarea manuală şi automată a generatoarelor.

3. Unitatea de învăţare nr. 3 DISTRIBUŢIA ENERGIEI ELECTRICE LA NAVE 3.1. sisteme de distribuţie a energiei. Calculul reţelelor electrice. Tablouri de

distribuţie a energiei electrice.

4. Unitatea de învăţare nr. 4 PROTECŢIA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE NAVALE 4.1. Protecţia reţelelor de distribuţie şi a generatoarelor electrice. 4.2. Relee electronice pentru protecţia generatoarelor. Schema electrică de conectare

a generatorului sincron la tabloul principal de distribuţie.

3

5. Unitatea de învăţare nr. 5 AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE NAVALE 5.1. Sisteme automate de conectare a rezervei şi de protecţie la suprasarcină.

Sisteme automate pentru controlul parametrilor sistemelor electroenergetice.

6. Unitatea de învăţare nr. 6 MĂSURI DE EVITARE A PERICOLULUI ELECTROCUTĂRII ŞI A INCENDIILOR PROVOCATE DE CURENTUL ELECTRIC 6.1. Pericolul electrocutării în reţelele electrice navale. Împământările de protecţie

pentru aparatura fixă, mobilă şi portabilă. Norme pentru rezistenţa de izolaţie.

INTRODUCERE

OBIECTIVELE CURSULUI

Rolul cursului de Instalaţii Electrice Navale este acela de a studia în mod ştiinţific, aprofundat şi riguros instalaţiile electrice montate la bordul navelor,

instalaţii de producere şi de utilizare a energiei electrice, precum şi instalaţiile de automatizare aferente lor.

Obiectivele generale urmărite sunt: 1. Descrierea specificului instalaţiilor electrice navale în comparaţie cu cele

terestre.

2. Identificarea categoriilor de instalaţii electrice navale. 3. Explicarea principiului de funcţionare a diferitelor instalaţii electrice navale.

4. Descrierea părţilor componenete ale instalaţiilor electrice navale şi a procedurilor de pregătire pentru pornirea lor.

5. Analiza procedurilor de pornire a instalaţiilor la funcţionarea în regim

manual şi automat. 6. Dezvoltarea aptitudinilor de a opera cu generatoarele electrice şi acţionările

electrice de la bordul navelor.

CONCEPŢIA CURRICULARĂ

Lucrarea de faţă îşi propune să completeze pregătirea de specialitate a viitorului

ofiţer maritim- inginer privind instalaţiile electrice navale, ţinând cont de condiţiile

specifice domeniului naval şi de cerinţele prevăzute de regulile registrelor de clasificare a navelor.

Parcurgerea, înţelegerea şi însuşirea unităţilor de învăţare se bazează pe cunoştinţele dobândite în cadrul disciplinelor fundamentale: analiză matematică, matematici speciale, geometrie descriptivă, fizică, bazele electrotehnicii, materiale

4

electrotehnice, maşini electrice, acţionări electrice, măsurări electrice şi electronice,

dispozitive şi circuite electronice, etc. Parcurgerea acestei discipline de către studenţi este necesară pentru o mai uşoară

încadrare a viitorului ofiţer în echipajul unei nave şi pentru scurtarea perioadei de

adaptare pe postul de electrician naval. Unităţile de învăţare tratează instalaţii reale care sunt montate la bordul navelor.

După parcurgerea acestei discipline, studenţii trebuie să fie în măsură să identifice părţile componenete ale instalaţiilor electrice de bord, să descrie modul lor de funcţionare, modul de pregătire pentru pornire, să le pornească, să interpreteze

semnalizările care apar, să ia măsurile care se impun şi să remedieze defecţiunile care apar.

SCOPUL UNITĂŢILOR DE ÎNVĂŢARE

Unităţile de învăţare au fost stabilite astfel încât să ajute cursanţii să identifice

locul şi rolul unor instalaţii concrete care sunt montate la bordul navelor, să acumuleze cunoştinţe noi şi să-şi formeze deprinderile necesare în vederea

exploatării şi întreţinerii instalaţiilor electrice navale. Acest curs vine să aprofundeze algoritmi de calcul al iluminatului la nave, să

ofere noţiuni noi care pot fi asimilate, evidenţiate şi puse în valoare în rezolvarea

situaţiilor practice pe care le poate întâlni ăn efectuarea serviciului la bordul navei. Ca disciplină de învăţământ, „Instalaţiile electrice de bord” sunt prezente în toate

planurile de învăţământ ale Academiei Navale „Mircea cel Bătrân”, ceeace denotă importanţa disciplinei în pregătirea viitorilor ofiţeri de marină.

TEMATICA UNITĂŢILOR DE ÎNVĂŢARE

Unitatea de învăţare nr.1

Sistemul electroenergetic naval

Unitatea de învăţare nr.2

Centrale electrice navale

Unitatea de învăţare nr.3

Distribuţia energiei electrice la nave Unitatea de învăţare nr.4

Protecţia sistemelor electroenergetice navale Unitatea de învăţare nr.5

Automatizarea sistemelor electroenergetice navale Unitatea de învăţare nr.6 Măsuri de evitare a pericolului electrocutării şi a incendiilor provocate de

curentul electric

5

BIBLIOGRAFIE

1. NANU D. Sisteme electroenergetice Navale, Editura Muntenia,

Constanţa, 2004. 2. MEŞCIANICOV Automatizarea sistemelor electroenergetice navale,

Editura Sudostroenie, 1970. 3. NANU D. Automatizări electrice navale, Editura Muntenia,

Constanţa,2001 4. CĂLUEANU D,

STAN ST. Instalaţii electrice la bordul navelor, Editura tehnică, Bucureşti, 1981.

6

Unitatea de învăţare nr.1 SISTEMUL ELECTROENERGETIC NAVAL

CUPRINS

1.1 Clasificarea, structura, condiţiile şi cerinţele de calitate pentru sistemul electroenergetic naval.

1.2 Clasificarea consumatorilor de energie electrică. Alegerea numărului şi puterii generatoarelor electrice.

OBIECTIVE

- de a explica rolul şi importanţa sistemului electroenergetic de pe o navă

precum şi specificitatea lui în comparaţie cu sistemul energetic naţional; - de a defini structurile diferitelor tipuri de sisteme electroenergetice navale;

- de a descrie regimurile de funcţionare a generatoarelor şi a consumatorilor de energie electrică;

- de a rezuma modul de calcul privind alegerea numărului şi puterii

generatoarelor electrice instalate pe o navă.

1.1 Structura şi clasificarea SEN

Sistemul electroenergetic naval (SEN) cuprinde totalitatea instalaţiilor şi echipamentelor electrice de la bordul navei destinate pentru producerea,

transformarea şi distribuţia energiei electrice destinată alimentării consumatorilor de energie electrică de la bordul navei.

Structura SEN conţine: surse de energie electrică, linii de transport a energiei

electrice, tablouri de distribuţie şi convertizori de energie electrică. Consumatorii de energie electrică nu fac parte din SEN, aceştia au particularităţi

specifice şi sunt trataţi separat. Pe nave, în calitatea de surse de energie electr ică, se folosesc generatoarele de

curent continuu şi curent alternativ acţionate de motoare diesel sau turbine precum şi

bateriile de acumulatoare. Liniile de transport a energiei electrice se realizează cu cabluri electrice sau cu bare conductoare. Tablourile de distribuţie reprezintă

construcţii destinate pentru conectarea liniilor de transport a energiei electrice în vederea distribuirii acesteia la mai mulţi consumatori. În calitatea de convertizori se folosesc transformatoarele, redresoarele ş.a.

Tabloul de distribuţie la care sunt cuplate sursele de energie electrică şi reţelele electrice de putere, se numeşte tabloul principal de distribuţie, TPD.

7

Sursele de energie electrică împreună cu tabloul principal de distribuţie formează

centrala electrică a navei. Liniile de transport a energiei electrice împreună cu tablourile de distribuţie

constituie reţeaua electrică a navei.

Clasificarea SEN se face, în general, după trei criterii: 1) după numărul centralelor electrice care compun SEN;

2) în funcţie de legătura dintre SEN şi sistemul energetic de putere destinat pentru propulsia navei;

3) în funcţie de sistemul de distribuţie al energiei electrice.

După primul criteriu SEN pot fi: cu una, două, trei şi mai multe centrale electrice; după al doilea, pot fi: autonome, cu preluarea parţială a puterii de la

sistemul energetic principal şi unitare cu sistemul energetic principal; după al treilea, sistemul de distribuţie poate fi: radial, magistral şi mixt.

SEN autonome sunt independente de sistemul energetic al navei şi d ispun de

surse separate de energie electrică, diesel generatoare sau turbogeneratoare, tablou principal de distribuţie, tablouri de distribuţie, transformatoare, redresoare, tablou de

legătură cu malul şi linii de distribuţie a energiei electrice. După primul criteriu de clasificare SEN autonome pot fi cu una, două, trei şi mai multe centrale electrice. În figura 1.1. se prezintă trei variante.

SEN cu o singură centrală electrică de bază se foloseşte, de regulă, pe nave mici de transport care navigă pe ape interioare sau în apropierea coastei.

Pe nave mari de transport, de pasageri, spărgătoare de gheaţă sau nave militare, se foloseşte SEN cu două centrale electrice de bază dispuse în compartimente separate. O asemenea variantă, prezentată în figura 1.1.b, răspunde mai bine

cerinţelor de vitalitate ale navei prin mărirea siguranţei în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor. Cele două centrale electrice de bază sunt interconectate

prin linii de transmisie a energiei electrice, existând posibilitatea transmiterii acesteia în ambele sensuri. În acest fel, în cazul unui consum redus, este posibil ca acesta să fie asigurat de funcţionarea unei singure centrale.

Varianta cu două centrale electrice de bază este mai complicată şi mai scumpă. Această variantă este justificată pentru nave mari la care puterea

electrică necesară alimentării consumatorilor este mare şi pentru acoperirea acesteia sunt necesare mai multe grupuri diesel generatoare. Repartizarea puterii electrice totale pe două centrale conduce la micşorarea valorii curenţilor de

scurtcircuit sub valorile admise de puterea de rupere a întrerupătoarelor automate. De exemplu, pentru o centrală electrică cu puterea 3000 KW şi

tensiunea 400 V, intens ităţile curenţilor de scurtcircuit pot ajunge la valori 100 – 200 kA, ceea ce corespunde limitei maxime a puterii de rupere pentru întrerupătoarele automate folosite în prezent. În astfel de cazuri, rezolvarea constă

8

în împărţirea puterii totale pe două centrale electrice de bază sau folosirea a două

rânduri de bare pe care se repartizează egal grupurile diesel generatoare.

Fig. 1.1 Schema electrică structurală a SEN autonome

a – cu o singură centrală electrică de bază; b – cu două centrale

electrice de bază;

c – cu o centrală electrică de bază şi cu o centrală electrică de

avarie.

T /D – turbină sau diesel;G1G6 – generatoare; TPD, TPD1,

TPD2 – tablouri principale de distribuţie; TD1TD4 – tablouri

de distribuţie; TLM – tablou de legătură cu malul; TDA – tablou

de distribuţie de avarie; GA – generator de avarie; C –

consumatori de energie electrică.

9

SEN este complet autonom, dacă în compunerea sa intră numai diesel generatoare. În cazul în care se folosesc turbogeneratoare este necesar ca împreună cu acestea să se instaleze şi diesel generatoare folosite ca rezervă sau pentru

regimul de staţionare, întrucât turbogeneratoarele cu turbină cu abur pot funcţiona numai în marş, atunci când este în funcţiune caldarina. În acelaşi timp,

turbogeneratoarele necesită mai mult timp de pregătire pentru intrarea în funcţiune şi încărcarea în sarcină, comparativ cu diesel generatoarele.

Indiferent de numărul centralelor electrice de bază, conform regulilor registrului

de clasificare pe nave mari de transport şi ale flotei tehnice trebuie să existe şi o centrală electrică de avarie (figura 1.1.c). Centrala electrică de avarie este conectată cu

una din centralele electrice de bază şi în regimul normal energia electrică se transmite de la centrala electrică de bază la tabloul de distribuţie de avarie TDA al centralei electrice de avarie. La dispariţia tensiunii de la barele centralei electrice de bază se dă

semnalul pentru pornirea automată a diesel generatorului de avarie şi se conectează această sursă la barele tabloului TDA. În acest fel, se asigură alimentarea neîntreruptă

a consumatorilor conectaţi la centrala electrică de avarie, care sunt importanţi pentru siguranţa navei. Centrala electrică de avarie se dispune pe navă în afara zonei inundabile, adică deasupra punţii principale.

De asemenea, SEN conţine, în toate cazurile, un tablou de legătură cu malul, TLM, prin intermediul căruia se realizează primirea energiei electrice de la mal atunci

când nava staţionează în port, la dană. În unele situaţii, prin acelaşi tablou se poate transmite energie electrică de la bordul navei la reţeaua electrică de la mal sau la o altă navă.

SEN cu preluarea parţială a puterii de la sistemul energetic de putere foloseşte o parte din puterea turbinelor sau dieselelor care aparţin sistemului energetic

principal de propulsie al navei pentru antrenarea unuia sau mai multor generatoare electrice. Preluarea parţială a puterii de la sistemul energetic se poate realiza în două variante prezentate în figura 1.2., astfel

a) folosirea generatoarelor de ax, Gax, antrenate printr-un mecanism de transmisie de axul portelice;

b) utilizarea căldurii gazelor de evacuare de la motorul principal, MP,

pentru funcţionarea unei caldarine recuperatoare, CR, care asigură aburul

necesar funcţionării unui turbogenerator de recuperare. Prima variantă se poate folosi atât la nave cu propulsie diesel, cât şi la cele cu

propulsie cu turbină cu abur; cea de-a doua variantă se poate aplica numai la nave cu propulsie diesel.

10

Fig. 1.2 Schemele electrice structurale ale SEN

cu preluarea parţială a puterii de la sistemul energetic

a – cu generator de ax; b – cu utilizarea turbogeneratorului.

D – diesel;Gax – generator de ax; MP – motor principal; T – turbină;

CR – caldarină recuperatoare; C – consumatori de energie electrică

Aplicarea sistemelor prezentate este oportună la nave care navigă timp

îndelungat cu viteză constantă sau cu variaţii mici ale vitezei (în limitele de la „toată viteza” la „jumătate”). În astfel de cazuri, folosirea generatoarelor de ax

sau turbogeneratoarelor de recuperare oferă posibilitatea scurtării duratei de funcţionare a surselor autonome de energie electrică (diesel generatoare sau turbogeneratoare) şi micşorează costul energiei electrice. De asemenea, folosirea

generatoarelor de ax permite reducerea numărului surselor autonome şi micşorează preţul de cost al centralei electrice. Utilizarea turbogeneratoarelor de

recuperare necesită instalaţii costisitoare care se amortizează în timp îndelungat (în decurs de câţiva ani) pe seama reducerii cheltuielilor de exploatare.

Principalul neajuns al sistemului cu preluarea parţială a puterii îl constituie

dependenţa acestuia de vitezele navei. La folosirea generatorului de ax, schimbarea vitezei navei, adică schimbarea vitezei de rotaţie a arborelui

portelice, înseamnă schimbarea vitezei de rotaţie a generatorului şi are ca rezultat modificarea parametrilor tensiune şi frecvenţă ai generatorului de ax care se micşorează de la valoarea nominală corespunzătoare mersului cu „toată viteza”

până la anulare la punerea motorului principal în poziţia „stop”. Acest regim de funcţionare al generatorului de ax face, pe de o parte,

imposibilă funcţionarea acestuia în paralel cu generatoarele autonome, iar pe de altă parte, atunci când motorul principal se pune în poziţ ia „stop” este necesar să se asigure conectarea rapidă a sursei de energie electrică de rezervă.

Stabilizarea parametrilor de ieşire ai generatorului de ax şi crearea condiţiilor de funcţionare în paralel se poate obţine prin folosirea unor convertizori speciali

11

de energie electrică sau instalaţii care să asigure turaţia constantă a

generatoarelor atunci când turaţia arborelui portelice se modifică. Utilizarea turbogeneratoarelor de recuperare asigură menţinerea stabilă a

parametrilor de ieşire ai generatorului şi deci permite funcţionarea în paralel cu

generatoarele autonome. Stabilitatea parametrilor de ieşire este dată de inerţia sistemului termic şi de posibilitatea reglării consumului de abur. După punerea

maşinii în poziţ ia „stop” sistemul poate continua să funcţioneze circa 5 –20 minute.

În prezent, SEN cu generatoare de ax cunosc o largă răspândire la nave care

folosesc pentru propulsie elici cu pale orientabile şi ca urmare turaţia motoarelor principale se menţine constantă pentru toate regimurile de marş. Din această

categorie fac parte unele nave fluviale, câteva nave de transport şi nave tehnice. SEN unitar cuprinde totalitatea surselor de energie electrică, tablourile de

distribuţie a energiei electrice şi, de asemenea, motoarele electrice de acţionare a

axelor portelice împreună cu aparatele de pornire ş i comandă ale acestora. Structura unui asemenea sistem este prezentată în figura 1.3.

Fig. 1.3 Schema electrică structurală a SEN unitar

PC – post de comanda pornirii şi reglării turaţiei (convertizori);

M1, M2 – motoare electrice pentru acţionarea axe lor portelice.

SEN unitar se foloseşte la macaralele plutitoare, drăgi cu cupe pentru săpat pe

fundul mării şi alte nave ale flotei tehnice la care în perioada de staţionare puterea

surselor de energie este folosită în principal pentru asigurarea acţionăr ii utilajelor tehnologice, iar pentru deplasare se foloseşte o parte din această putere. SEN

unitar se utilizează, de asemenea, la unele nave spărgătoare de gheaţă, industriale şi alte tipuri de nave la care există compatibilitate între cerinţele corespunzătoare propulsiei electrice şi SEN autonome. În acest sens propulsia cu elice cu pas

reglabil oferă condiţii favorabile, întrucât motoarele electrice de propulsie funcţionează cu turaţie constantă şi ca urmare se pot menţine constanţi parametrii

12

tensiune, frecvenţă ai surselor de energie electrică, ceea ce permite alimentarea

concomitentă şi a celorlalţi consumatori de energie electrică de la bordul navei.

1.1.2 Scheme structurale ale centralelor electrice din SEN

Schemele structurale ale centralelor elec trice din compunerea SEN trebuie să

prevadă: 1) funcţionarea în paralel a generatoarelor din compunerea centralei

electrice;

2) posibilitatea de separare a generatoarelor (grupurilor de generatoare) realizată prin conectarea acestora la secţii de bare separate;

3) protecţia generatoarelor şi liniilor de transport a energiei electrice în cazul apariţiei unor regimuri anormale de lucru;

4) posibilitatea primirii alimentării de la mal sau de la alte nave;

5) sisteme de comandă pentru trecerea centralei electrice de la un regim de lucru la altul;

6) efectuarea reviziilor periodice şi reparaţiilor TPD prin scoaterea de sub tensiune pe porţiuni;

7) posibilitatea de execuţie a TPD pe secţii care se asamblează la bordul

navei; 8) reducerea la minimum a gabaritelor şi masei TPD.

În momentul actual, de regulă, la proiectarea centralelor electrice se prevede

funcţionarea în paralel a generatoarelor pe un sistem de bare. Sistemul de bare unic

este împărţit pe secţii cuplate între ele cu aparate de conectare (separatoare sau întrerupătoare) astfel încât, în unele cazuri, este posibilă separarea generatoarelor

sau anumitor secţii de consumatori pentru executarea unor lucrări de revizii periodice.

În figura 1.4. se prezintă schema structurală a unei centrale electrice cu un sistem

de bare împărţit în cinci secţii. La secţiile I, II, III sunt conectate generatoarele G1, G2, G3 şi o parte din

consumatorii mari de energie electrică. La secţia IV sunt conectaţi consumatorii care funcţionează în regimul de staţionare al navei. În condiţiile în care nava staţionează în port, aceşti consumatori pot fi alimentaţi de la mal prin tabloul de

legătură cu malul TLM. La secţia V se conectează consumatorii care funcţionează la tensiunea de 220 V: iluminat, semnalizări, aparate de uz

gospodăresc (cambuza). Secţiile tabloului pot fi cuplate sau separate prin intermediul întrerupătoarelor sau separatoarelor de bare. Pentru funcţionarea în paralel a generatoarelor se înseriază secţiile de bare I, II şi III prin închiderea

separatoarelor (întrerupătoarelor) a1 şi a2, iar pentru funcţionarea individuală se

13

deschid separatoarele şi fiecare generator transmite energia electrică numai la

sistemul lui propriu de bare. Prin manevrarea separatoarelor a1, a2 se pot stabili şi alte regimuri, astfel: funcţionarea în paralel a generatoarelor G1, G2 şi individuală a generatorului G3 (se închide a1 şi se deschide a2); funcţionarea în paralel a

generatoarelor G2,G3 şi individuală a generatorului G1(se deschide a1 şi se închide a2)

Fig. 1.4 Schema structurală a centralei electrice cu un sistem de bare

Pentru funcţionarea în paralel a generatoarelor se înseriază secţiile de bare I,

II şi III prin închiderea separatoarelor (întrerupătoarelor) a1 şi a2, iar pentru funcţionarea individuală se deschid separatoarele şi fiecare generator transmite

energia electrică numai la sistemul lui propriu de bare. Prin manevrarea separatoarelor a1, a2 se pot stabili şi alte regimuri, astfel: funcţionarea în paralel a generatoarelor G1, G2 şi individuală a generatorului G3 (se închide a1 şi se deschide

a2); funcţionarea în paralel a generatoarelor G2, G3 şi individuală a generatorului G1 (se deschide a1 şi se închide a2).

În figura 1.5. este prezentată schema structurală a centralei electrice cu două sisteme de bare.

14

Fig. 1.5 Schema structurală a centralei electrice cu două sisteme de bare

Fiecare sistem de bare cu ajutorul separatoarelor a1, a2 poate fi împărţit în două

secţii. Consumatorii de energie electrică sunt împărţiţi egal între cele două sisteme de bare. Schema prezentată asigură înalte calităţi de manevrabilitate. Dezavantajul

constă în dublarea numărului de întrerupătoare automate pentru generatoare în aşa fel încât să fie posibilă conectare fiecărui generator la oricare din cele două sisteme de bare. La o asemenea schemă se recurge în cazul în care puterea totală a

generatoarelor care lucrează în paralel depăşeşte puterea de rupere la scurtcircuit a întrerupătoarelor. Distribuţia puterii totale a centralei pe două sisteme de bare reduce valoarea curenţilor de scurtcircuit la valori admis ibile pentru puterea de rupere a

întrerupătoarelor automate de construcţie obişnuită.

1.1.3 Condiţii de exploatare a SEN

Condiţiile de exploatare sunt definite de totalitatea mărimilor fizice

constituite de factorii externi care acţionează asupra funcţionării sistemului şi părţilor lui componente. Condiţiile de exploatare pentru SEN sunt caracterizate

de acţiunea următorilor factori: - oscilaţii de ruliu şi tangaj; - vibraţii ale corpului navei produse în principal de funcţionarea elicelor,

precum şi a motoarelor de la bord; - şocuri create de loviturile valurilor, gheţurilor sau alte obiecte;

- valori înalte ale umidităţii relative şi temperaturii aerului; - prezenţa vaporilor de produse petroliere; - stropi de apă, acoperirea cu gheaţă şi radiaţii solare.

15

Influenţa acestor factori externi trebuie avută în vedere la realizarea SEN şi

componentelor sale (maşini electrice, aparate electrice, cabluri ş.a.). Pentru a lucra în aceste condiţii de exploatare, echipamentele electrice navale se construiesc special pentru această destinaţie. În toate ţările, construcţiile navale, tehnica care se

montează la bord şi supravegherea exploatării se realizează după regulile unui registru de clasificare. În România, Registrul Naval Român (RNR) reprezintă

organul de stat pentru clasificarea navelor. În practică se folosesc şi registrele altor ţări. În general, pentru că se referă la nave care sunt exploatate în aceleaşi condiţii, între registrele de clasificare ale diferitelor ţări nu sunt deosebiri semnificative.

Conform normelor RNR, instalaţiile, maşinile şi sistemele care compun SEN trebuie să fie astfel realizate încât să se asigure funcţionarea normală a acestora în

următoarele condiţii de exploatare:

- umiditatea relativă a aerului 75% la temperatura de 45C, sau 80% la

40C, sau 95% la 25C;

- bandă permanentă în orice bord până la 15 şi asietă de durată până la 5;

- ruliu până la 22,5 cu perioada 7 – 9 secunde şi tangaj până la 10;

- vibraţii cu frecvenţe de la 2 Hz la 13,2 Hz cu amplitudinea deplasării 1

mm, iar la frecvenţe de la 13,2 Hz la 80 Hz cu acceleraţia 0,7 g;

- şocuri cu acceleraţia 3 g şi frecvenţe de la 40 la 80 lovituri pe minut; - schimbarea temperaturii mediului înconjurător, în cazul navigaţiei în

raioane nelimitate, de la -50C la +50C;

- prezenţa sării în apa de mare (până la 4%) şi în aerul maritim (până la 6 mg /m3);

- prezenţa vaporilor de ulei şi alte produse petroliere în încăperile navei, de la 5 la 20 mg /m3.

1.1.4 Cerinţe privind calitatea energiei electrice produsă de SEN

Indicatorii după care se apreciază calitatea energiei electrice furnizată de SEN sunt:

1. Abaterea permanentă a tensiunii faţă de valoarea normală, pU . Se exprimă

ca diferenţă între tensiunea reală furnizată, U , şi valoarea ei nominală, nU ,

raportată la tensiunea nominală şi exprimată în procente.

%100U

UUU

n

np

(1.1)

16

2. Abaterea permanentă a frecvenţei, pf , faţă de valoarea nominală. Se

calculează ca diferenţă între frecvenţa real furnizată, f , şi valoarea ei nominală, nf ,

raportată la frecvenţa nominală şi exprimată în procente.

%100f

fff

n

nn

(1.2)

3. Coeficientul de nesimetrie al tensiunii pentru frecvenţa de bază în curent

alternativ trifazat. Exprimă în procente diferenţa dintre valoarea maximă, maxU , şi

minimă, minU , a tensiunii raportată la valoarea nominală,

nU .

%100U

UUk

n

minmax

Unesim

(1.3)

4. Factorul de distorsiune, exprimă abaterea de la unda sinusoidală a tensiunii şi se defineşte ca fiind raportul, exprimat în procente, dintre reziduul deformant (valoarea efectivă corespunzătoare armonicelor superioare) şi valoarea efectivă a

fundamentatei.

%100U

U

k1

2

2

sin.nes

(1.4)

5. Abaterea de scurtă durată a tensiunii, sdU , definită ca diferenţa între

valoarea minimă, minU , sau maximă,

maxU , şi valoarea nominală a tensiunii, nU , în

regim tranzitoriu, raportate la tensiunea nominală şi exprimate în procente.

%100U

UUU

n

nminsd

(1.5)

%100max

n

nsd

U

UUU

(1.6)

6. Abaterea de scurtă durată a frecvenţei în curent alternativ, sdf , definită ca

diferenţa între valorile minimă sau maximă ale frecvenţei în regim tranzitoriu

raportate la frecvenţa nominală şi exprimate în procente.

%100f

fff

n

nminsd

(1.7)

17

%100f

fff

n

nmaxsd

(1.8)

7. Coeficientul de pulsaţie al tensiunii redresate definit ca:

a) raportul între amplitudinile armonicelor joase ale componentelor de curent

alternativ, U , şi valoarea medie a tensiunii redresate,

medU .

%100m ed

pulsatieU

Uk

(1.9)

b) raportul între diferenţa valorilor instantanee maximă şi minimă ale

tensiunii redresate pe o semiperioadă şi valoarea medie a tensiunii redresate, exprimat în procente.

%100U

UUk

med

minmaxpulsatie

'

(1.10)

c) raportul între valoarea efectivă a componentelor de curent alternativ (se iau

în calcul toate componentele armonici), d~U , şi valoarea medie a tensiunii redresate.

%100U

Uk

med

d~''

pulsat ie (1.11)

d) raportul între diferenţa valorilor instantanee maximă şi minimă ale

tensiunii redresate şi suma acestora calculat pe o semiperioadă şi exprimat în procente.

%100UU

UUk

minmax

minmax'''

pulsatie

(1.12)

Dintre indicatorii de calitate ai energiei electrice, prezintă importanţă practică

mai deosebită, următorii: abaterea tensiunii şi frecvenţei, nesimetria tensiunilor şi abaterea de la forma sinusoidală.

Abaterea tensiunii şi frecvenţei în raport cu valorile nominale poate fi pozitivă

sau negativă. În regimul permanent sau de scurtă durată al SEN, semnul abaterii frecvenţei poate fi diferit de cel al tensiunii. La stabilirea regimului permanent

abaterea frecvenţei este aceeaşi pentru toţi consumatorii alimentaţi de SEN. În acelaşi timp, abaterea tensiunii pentru consumatorii din apropierea tabloului principal de distribuţie, TPD, este cu semnul plus, iar pentru cei mai îndepărtaţi cu

semnul minus.

18

Scăderea tensiunii la bornele maşinilor electrice conduce la micşorarea

momentelor de rotaţie şi pentru o sarcină constantă creşte valoarea curentului care poate ajunge la valori pentru care, sub acţiunea protecţiei de suprasarcină, motorul este deconectat. De asemenea, la scăderea tensiunii se micşorează iluminatul

lămpilor, iar la creşterea tensiunii se reduce durata de funcţionare a acestora. Scăderea frecvenţei tensiunii de alimentare a motoarelor asincrone duce la

reducerea turaţiei şi, ca urmare, a productivităţii mecanismelor antrenate de acestea. La micşorarea frecvenţei cresc valorile curenţilor spre consumatori pe seama măririi curenţilor de magnetizare ai transformatoarelor şi micşorării reactanţelor inductive

în circuitele interioare din compunerea acestora. Pentru obţinerea unei calităţi corespunzătoare a energiei electrice, conform

registrului de clasificare RNR, limitele maxime admise ale abaterilor tensiunii şi frecvenţei sunt:

- abaterea permanentă şi de scurtă durată a tensiunii

secunde 5 de timp % 30 -

secunde 1,5 de timp %20U%;10U sdp

(1.13)

- abaterea permanentă şi de scurtă durată a frecvenţei

secunde 5 de timp %10f%;5f sdp (1.14)

Nesimetria tensiunilor în sistemele trifazate este cauzată în principal de conectarea la SEN a consumatorilor monofazaţi şi apare ca urmare a valorilor

inegale a curenţilor pe cele trei faze. Consumatorii trifazaţi simetrici, care constituie majoritatea la bordul navei, contribuie la reducerea nesimetriei tensiunilor.

Forma nesimetrică a tensiunilor conduce la apariţia în SEN şi la consumatori a

componentelor armonice cu frecvenţe mai mari de 50 Hz a căror prezenţă măreşte pierderile de putere şi duce la încălzirea suplimentară a cablurilor, motoarelor şi

generatoarelor electrice. Indicele de calitate corespunzător pentru nesimetria tensiunilor se obţine din

condiţia Registrului de clasificare care admite nesimetria curenţilor de sarcină ai

generatoarelor de maximum 10%. Corespunzător acestei valori coeficientul de

nesimetrie al tensiunii, U.nesimk , este aproximativ 3%.

Abaterea de la forma sinusoidală poate fi generată de factori interni, care aparţin

generatoarelor, sau externi produşi de consumatorii de energie electrică. De regulă, influenţa factorilor interni este redusă şi nesimetria tensiunilor datorată acestora nu

depăşeşte 25%. În acelaşi timp, în anumite situaţii, la funcţionarea generatoarelor

cu încărcarea nominală se poate ajunge la o valoare a nesimetriei tensiunilor până la 20%, generată în principal de sarcinile neliniare care constituie factorii externi.

Atunci când la bornele unui generator de tensiune sinusoidală sunt co nectate rezistenţe neliniare, curentul consumat este de formă nesinusoidală şi căderile de

19

tensiune ale armonicelor superioare ale curentului schimbă forma curbei tensiunii în

sistem. Dintre consumatorii de la bordul navei, convertoarele statice de energie electrică

solicită din reţea curenţi nesinusoidali şi constituie principala sarcină neliniară a

reţelei. Denaturarea tensiunii produsă de convertoarele statice de energie depinde de schema folosită, de adâncimea reglării, de caracterul sarcinii, de parametrii surselor

de energie electrică de pe navă şi, de asemenea, de raportul dintre puterea surselor navei şi puterea convertoarelor statice din sistem.

Abaterea de la forma sinusoidală mai mare de 10% poate produce încălzirea

suplimentară a generatoarelor şi electromotoarelor şi, ca urmare, este necesară scăderea puterii şi a sarcinii. De asemenea, denaturarea tensiunilor micşorează

precizia în funcţionare a sistemelor automate de reglare şi comandă a generatoarelor ceea ce poate duce la perturbarea funcţionării acestora.

Din aceste considerente, conform normelor registrului de clasificare, abaterea de

la forma sinusoidală nu trebuia să depăşească 5% din valoarea de vârf a fundamentalei.

Normele de calitate a energiei electrice stabilite de Registrul naval prevăd cerinţe atât pentru sursele de energie electrică cât şi pentru consumatorii de energie electrică. Aceste norme determină pe de o parte condiţiile în care consumatorii

trebuie să funcţioneze normal, iar pe de altă parte cerinţe pentru SEN ca sistem de producere a energiei electrice capabil să asigure alimentarea consumatorilor în toate

regimurile de exploatare ale navei. a) Cerinţe pentru generatoare: - asigurarea calităţii normale a energiei electrice în regim de mers în gol şi în

regim stabil de durată cu sarcină simetrică constantă şi la factorul de putere nominal;

- acţiunea rapidă a sistemelor de reglare automată pentru a restabili în timp scurt parametrii energiei electrice în limitele stabilite de norme atunci când apare variaţii de sarcină, nesimetrii, abateri de la forma sinusoidală şi

pulsaţii ale curentului de sarcină. b) Cerinţe pentru consumatori:

- funcţionarea normală a acestora în condiţiile în care parametrii energiei electrice aplicată la borne sunt în limitele normelor de calitate;

- micşorarea influenţei consumatorilor la deteriorarea calităţii energiei

electrice, reducerea nesimetriei, reducerea abaterilor de la forma sinusoidală şi a pulsaţiilor curenţilor consumaţi.

20

1.2 Clasificarea consumatorilor de energie electrică şi regimurile de

lucru în procesul de exploatare a navei

Consumatorii de energie electrică de la bordul navei se pot clasifica după destinaţie, grad de importanţă şi regim de lucru.

a) După destinaţie se împart în: - mecanisme de punte (vinciuri, cabestane, macarale, instalaţia de

guvernare);

- mecanisme auxiliare pentru instalaţia energetică principală de propulsie a navei (pompe, separatoare, ventilatoare, compresoare ş.a.);

- mecanisme pentru sisteme navale (pompe de santină, balast, pompe de incendiu, pompe de combustibil ş.a.);

- mijloace radiotehnice, aparate de navigaţie şi mijloace de legături

interioare; - mijloace pentru asigurarea condiţiilor de trai ale echipajului (cambuza,

instalaţia de climatizare, instalaţia de ventilaţie ş.a.); - iluminatul electric.

b) După gradul de importanţă se împart în trei grupe.

Prima grupă conţine consumatorii importanţi care necesită alimentarea continuă. Întreruperea alimentării consumatorilor din această grupă poate duce la pierderea

navei sau pierderi de vieţi omeneşti. Astfel de consumatori sunt: comanda drumului navei, aparatura de navigaţie, mijloacele de radiocomunicaţii, pompele de incendiu de avarie şi alţi consumatori.

Alimentarea consumatorilor din această grupă se realizează de la două surse diferite: centrala electrică de bază şi centrala electrică de avarie. Întreruperea

alimentării consumatorilor din prima grupă este permisă numai pe durata intrării automate în funcţiune a centralei de avarie, adică cel mult 10 secunde.

A doua grupă este constituită din consumatorii care asigură deservirea

instalaţiilor energetice principale de propulsie, precum şi mecanismele şi instalaţiile care asigură păstrarea încărcăturii navei. De asemenea, din această grupă mai pot

face parte pompele de incendiu şi drenaj, vinciul de ancoră, ş.a. Pentru consumatorii din grupa a doua se admite întreruperea alimentării cu

energie electrică pentru o durată limitată necesară, în caz de suprasarcină, pentru

cuplarea unui generator suplimentar la barele centralei electrice. A treia grupă este reprezentată de consumatorii de mică importanţă pentru

vitalitatea navei, cum ar fi consumatorii care asigură condiţiile de trai şi necesităţile echipajului.

21

Pentru consumatorii din această grupă, pe durata suprasarcinii centralei electrice

sau în situaţia de avarie, este posibilă o pauză însemnată în alimentarea cu energie electrică.

c) După regimul de lucru consumatorii de energie electrică se împart:

- acţionări electrice care lucrează în regim de durată cu sarcină constantă sau variabilă (pompe, ventilatoare). În acest regim, pe toată durata de

funcţionare, încălzirea motorului este la valoarea nominală. - acţionări electrice care lucrează în regim interminent (vinciuri, macarale).

Caracteristic acestui regim este că perioadele de funcţionare alternează

cu perioade de pauză. În timpul funcţionării, încălzirea motorului nu ajunge până la valoarea nominală şi urmează o pauză în care nu se

răceşte până la temperatura mediului după care urmează un nou ciclu de funcţionare.

- acţionări electrice care lucrează în regim de scurtă durată (vinciul de ancoră, cabestanul de manevră, pompe de santină, pompe de transvazarea combustibilului ş.a.). Specific acestui regim este durata mică de funcţionare în care motorul electric nu se încălzeşte până la valoarea nominală şi urmează o pauză suficientă ca motorul să se răcească până la temperatura mediului ambiant.

Caracteristic pentru funcţionarea centralei electrice a navei este variaţia în limite mari a energiei electrice solicitată de consumatori. Puterea centralei electrice la un

moment dat este determinată de consumatorii care lucrează în acel moment. Numărul consumatorilor care lucrează la un moment dat şi gradul lor de încărcare depind de regimurile şi particularităţile de exploatare ale navei (raionul de navigaţie,

starea mării şi a condiţiilor de climă, forma şi masa încărcăturii, viteza navei, caracterul lucrărilor în timpul staţionării ş.a.).

Din cele prezentate rezultă că încărcarea cu sarcină a generatoarelor centralei

electrice este un proces aleator. Un calcul precis al consumului de energie electrică trebuie să aibă în vedere atât consumatorii care lucrează în regimul dat, cât şi faptul

că pentru fiecare consumator graficul de sarcină este variabil şi dependent de mulţi factori. Un asemenea calcul poate fi efectuat folosind metode specifice de ca lculul probabilităţilor şi statistici matematice, ceea ce presupune un volum mare de calcule

complicate şi necesitatea cunoaşterii a multor date experimentale. În practica inginerească, până în momentul actual, pentru calculul sarcinii

centralei electrice şi alegerea generatoarelor electrice se utilizează o metodă mai simplă bazată pe întocmirea bilanţului energetic sau a tabelului de sarcină, cu rezultate suficient de bune pentru nevoile practice. De asemenea, pentru calculul

aproximativ al puterii centralei electrice, necesar la întocmirea proiectului preliminar al navei, se pot folosi metode analitice.

Pentru întocmirea bilanţului energetic (tabelul de sarcină), procesul de exploatare al navei se împarte într-un număr de regimuri caracteristice, urmând ca pentru fiecare dintre ele să se stabilească puterea electrică solicitată de la centrala

22

electrică a navei. Calculele se organizează sub forma unui tabel care poartă

denumirea de bilanţul energetic sau tabelul de sarcină al navei. Regimurile de funcţionare ale navei, care intră în componenţa tabelului de

sarcină, includ obligatoriu regimurile care corespund celei mai mici şi celei mai mari

sarcini cerută de la centrala electrică şi între acestea câteva regimuri intermediare. În funcţie de destinaţia navei, procesul de exploatare poate cuprinde următoarele

regimuri: a) pentru nave de transport mărfuri generale: staţionare fără lucrări de

încărcare, staţionare cu lucrări de încărcare, ridicarea ancorei, navigaţie

pe mare (marş) şi de avarie; b) pentru nave de pasageri: staţionare fără pasageri, staţionare cu pasageri,

ridicarea ancorei, navigaţie pe mare şi de avarie; c) pentru navele flotei tehnice: staţionare fără lucrări, staţionare cu lucrări

tehnologice, navigaţie pe mare şi de avarie;

d) pentru spărgătoarele de gheaţă: staţionare, ridicarea ancorei, navigaţie în mare liberă, navigaţie printre gheţuri, avarie;

e) pentru navele de pescuit: staţionare, ridicarea ancorei, prinderea şi prelucrarea peştelui şi de avarie.

Regimul de avarie se consideră că are locul în timpul marşului la producerea

unor incendii sau inundarea unor compartimente, fără scoaterea din funcţiune a centralei electrice. În astfel de cazuri, se solicită suplimentar energie electrică pentru

lupta contra incendiilor şi nescufundabilităţii navei. 1.2.1 Alegerea numărului şi puterii generatoarelor electrice . Metoda

bilanţului energetic (tabelul de sarcină)

Această metodă este cea mai utilizată la proiectarea sistemului electroenergetic al navei şi constituie procedeul de bază pentru determinarea puterii centralei electrice. Tabelul bilanţului energetic (tabelul de sarcină) are aceeaşi formă pentru toate tipurile de

nave şi se deosebeşte numai în ceea ce priveşte definirea regimurilor de lucru care depind de destinaţia navei. Câteva schimbări privind conţinutul bilanţului energetic se introduc în

funcţie de natura curentului agregatelor generatoare. În tabelul 3.1. se prezintă un model simplificat de bilanţ energetic pentru o navă

electrificată în curent alternativ. Pentru simplificare, în tabel sunt cuprinse numai

trei regimuri care sunt generale pentru toate tipurile de nave: regim de staţionare, regim de marş şi regim de avarie.

La întocmirea bilanţului energetic trebuie în prealabil să se cunoască toţi consumatorii de energie electrică aflaţi la bordul navei: acţionările electrice ale tuturor mecanismelor şi instalaţiilor, iluminatul tuturor încăperilor şi punţilor, utilaje

23

pentru cambuză, încălzirea electrică, aparatura de legături radio şi legături interioare,

aparatura de navigaţie, ş.a.m.d. În coloana 1 se trec toţi consumatorii de energie electrică instalaţi la bordul

navei. Pentru a avea o anumită ordine în scrierea consumatorilor, aceştia sunt

constituiţi pe grupe alcătuite conform clasificării după destinaţie. În coloanele 2-5 se trec datele nominale ale consumatorilor: numărul

consumatorilor de acelaşi fel (col.2), puterea nominală a motorului electric (col.3),

randamentul (col.4), factorul de putere la sarcina nominală, ncos (col.5). Pentru

motoarele electrice aceste date sunt scrise pe eticheta motorului. La motoarele electrice, puterea nominală reprezintă puterea disponibilă la ax,

pentru aflarea puterii instalate consumate din reţea se utilizează relaţia:

n.inst

PP (1.15)

Rezultatele calculelor efectuate cu relaţia (3.1.) se trec în coloana 6.

În coloana 7 se trece puterea total instalată pentru fiecare mecanism.

.instc.tot.inst PnP (1.16)

în care: .tot.instP - puterea totală instalată

cn - numărul consumatorilor de acelaşi fel.

Pentru alţi consumatori, care nu sunt motoare electrice, cum ar fi iluminatul, încălzirea electrică, se calculează puterea electrică instalată totală şi se trece direct în

coloana 7. În continuare, se stabileşte pentru fiecare consumator coeficientul de sarcină şi

coeficientul de simultaneitate, corespunzător regimurilor de exploatare a navei. Coeficientul de sarcină sau de încărcare al consumatorului reprezintă raportul

între puterea efectiv consumată în regimul considerat şi puterea instalată.

Bilanţul energetic pentru generatoarele sistemului electroenergetic

de curent alternativ

Consumatori de energie electrică

Num

ărul

consu

mat

ori

lor

Pute

rea

nom

inal

ă,

kw

Ran

dam

entu

l,

Fac

toru

l de

pu

tere

,

cos

n

Puterea

instalată, kw Regim de staţionare

unitar

ă

tota

lă

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te

k0

Coef

icie

nt

de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I. Mecanis me de punte

instalaţia de guvernare 2 6 0,8 0,81 7,5 15 - - -

instalaţia de ancorare 1 8 0,86 0,83 9,3 9,3 (1) (0,7) (0,8)

24

Consumatori de energie electrică

Num

ărul

consu

mat

ori

lor

Pute

rea

nom

inal

ă,

kw

Ran

dam

entu

l,

Fac

toru

l de

pu

tere

,

cos

n

Puterea

instalată, kw Regim de staţionare

unitar

ă

tota

lă

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te

k0

Coef

icie

nt

de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

------------------------------

II. Mecanisme auxiliare pentru

instalaţia energetică

compresor 1 8 0,85 0,83 9,4 9,4 (1) (0,9) (0,82)

pompa de combustibil 1 2,5 0,8 0,8 3,1 3,1 - - -

------------------------------

III. Mecanis me pentru

sisteme navale:

pompa de incendiu 2 10 0,82 0,81 12,2 24,4 (0,5) (0,8) (0,8)

ventilaţia - - - - - 10 0,4 1 0,7

------------------------------

IV. Iluminatul - - - - - 30 0,3 1 1

------------------------------

Puterea consumată totală ( cc Q,P ): - cu consumatorii de scurtă durată

- fără consumatorii de scurtă durată

Coeficientul general de simultaneitate, OG

k

Puterea calculată calc.calc. Q,P : - cu consumatorii de scurtă durată

- fără consumatorii de scurtă durată

Factorul mediu de putere, medcos

Numărul şi puterea generatoarelor - în funcţiune

- rezervă

Tabelul 1.1

Regim de marş Regim de avarie

Puterea consumată

Coef

icie

nt

de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

Puterea

consumată

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt

de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re,

cos

Puterea

consumată

activă,

kw

reac

tiă,

k v

ar.

activă,

kw

reac

tivă,

k v

ar.

activă,

kw

reac

tivă,

k v

ar.

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23

- - 0,5 0,6 0,75 4,5 4,0 0,5 0,8 0,8 6,0 5,0

(6,5) (6) - - - - - - - - - -

25

Regim de marş Regim de avarie

Puterea consumată

Coef

icie

nt

de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

Puterea consumată

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt

de

sarc

ină,

ks

Fac

tor

de

pute

re,

cos

Puterea consumată

activă,

kw

reac

tiă,

k v

ar.

activă,

kw

reac

tivă,

k v

ar.

activă,

kw

reac

tivă,

k v

ar.

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23

(8,5) (6,0) (1) (0,9) (0,82) (8,5) (6,0) - - - - -

- - 1 1 0,8 3,1 2,5 1 1 0,8 3,1 2,5

(9,6) (8,0) - - - - - 1 0,9 0,8 22 19

4 4 0,9 1 0,7 9 9 - - - - -

9 - 0,9 1 1 27 - 0,5 1 1 15 -

87 52 196 132 158 112

78 47 175 120 147 103

0,7 0,8 0,9

61 36 157 105 142 100

55 33 140 95 133 93

0,86 0,83 0,82

1 x 75 2 x 75 2 x 75

3 x 75 2 x 75 2 x 75

.inst

.efects

P

Pk (1.17)

Coeficientul de simultaneitate pentru consumatorii de acelaşi fel exprimă raportul între consumatorii care lucrează în regimul dat şi numărul total al

consumatorilor instalaţi.

.instc

.funtc

0n

nk (1.18)

26

Coeficienţii de sarcină şi simultaneitate se stabilesc pe baza analizei funcţionării

consumatorilor. La această analiză se iau în considerare caracterul operaţiilor îndeplinite de navă, regimul de funcţionare a instalaţiilor energetice principale de putere, raionul şi condiţiile climatice, starea mării ş.a.

Alegerea corectă a coeficienţilor de sarcină şi de simultaneitate depinde în mare măsură de experienţa proiectantului în aprecierea corectă a încărcării consumatorilor

în diferite regimuri ale navei. În continuare, se prezintă câteva criterii orientative privind alegerea acestor coeficienţi.

Experienţa arată că pentru cei mai mulţi consumatori, în toate regimurile de

lucru, coeficientul de sarcină are valoarea apropiată de unitate. Pentru câteva mecanisme, valorile acestuia sunt subunitare, cum ar fi: instalaţia de guvernare,

vinciul de ancoră, macarale ş.a. Sarcina pentru instalaţia de guvernare depinde de starea mării, vitezei navei,

viteza de bandare a cârmei, unghiul de deplasare a cârmei. Puterea consumată de

acţionarea electrică a cârmei se stabileşte astfel încât să corespundă regimului cel mai greu şi, ca urmare, coeficientul de sarcină pentru instalaţia de guvernare se alege

în limitele 0,5 0,8. Încărcarea vinciului de ancoră depinde de adâncimea de ancorare, starea mării şi

forţa vântului. Pentru regimul cel mai greu se apreciază valoarea coeficientului de

sarcină în limitele 0,7 0,9.

Sarcina pentru macarale depinde de forma încărcăturii şi masa acesteia care, de obicei, este mai mică decât sarcina nominală. Coeficientul de sarcină se alege pentru

regimurile cele mai grele în limitele 0,8 0,9.

Pentru vinciul de remorcaj sarcina depinde de starea mării, forma obiectului remorcat şi viteza de remorcare. Coeficientul de sarcină pentru asemenea vinciuri se

alege în limitele 0,6 0,8. Puterea consumată de utilajele electrice ale cambuzei (plite, cuptoare, vase sub

presiune) depinde de numărul pasagerilor şi echipajului navei. Acest număr se schimbă în staţionare comparativ cu celelalte regimuri.

Pentru consumatorii care lucrează în regim de avarie (pompe de incendiu, pompe de drenaj), coeficienţii de sarcină au valori apropiate de unitate. În cazul în care aceste mijloace sunt utilizate şi în alte regimuri, coeficienţii de sarcină au valori în

limitele 0,6 0,9. O asemenea situaţie se poate întâlni la ridicarea ancorei când se porneşte pompa de incendiu pentru spălarea lanţului de ancoră pe măsura virării

acestuia la bord. Determinarea coeficientului de simultaneitate pentru consumatorii de acelaşi fel

nu prezintă dificultăţi deosebite. De regulă, pe navă se instalează mai mulţi consumatori de acelaşi fel la mecanisme importante pentru siguranţa navei. De exemplu, instalaţia de guvernare electrohidraulică are instalate două electropompe

27

din care: una asigură funcţionarea instalaţiei de guvernare, cealaltă fiind de rezervă.

Coeficientul de simultaneitate, în acest caz, este 5,00 k .

După stabilirea coeficienţilor de sarcină şi de simultaneitate se calculează puterea consumată pentru fiecare din consumatorii care lucrează în regimurile considerate, astfel:

s0.instc kkPP (1.19)

unde:cP - puterea activă consumată

.instP - puterea totală instalată

s0 k,k - coeficienţii de simultaneitate şi de sarcină.

Valorile obţinute se trec în coloanele 11, 16 şi 21. După stabilirea puterii active consumate în fiecare regim se determină

factorul de putere corespunzător şi se completează coloanele 10, 15, 20. Calculul

factorului de putere se face pe baza cunoaşterii factorului de p utere nominal (col.5) şi a sarcinii consumatorului în regimul considerat.

În continuare se calculează puterile reactive ale consumatorilor pentru fiecare regim şi se completează coloanele 12, 17 şi 22. Calculele se fac cu formula:

tgPQ cc (1.20)

unde: cQ - puterea reactivă consumată

cP - puterea activă consumată

tg - se determină pe baza cunoaşterii factorului

de putere, cos (col.10, 15, 20).

La stabilirea puterii centralei electrice în diferite regimuri de exploatare a navei sunt luaţi în considerare numai consumatorii care lucrează în regim de durată cu sarcină constantă sau variabilă şi consumatorii care lucrează în regim

interminent. Consumatorii care lucrează în regim de scurtă durată nu sunt luaţi în calcul şi de aceea puterile corespunzătoare acestora se trec între paranteze. De

aceşti consumatori se va ţine seama la verificarea capacităţii de suprasarcină a generatoarelor electrice.

În bilanţul energetic (tabelul de sarcină), în fiecare regim, sunt trecute

puterile numai pentru consumatorii care lucrează în regimul considerat. La stabilirea consumatorilor care lucrează într-un anumit regim, precum şi la

alegerea coeficientului de sarcină, trebuie să se aibă în vedere problemele specifice exploatării navei.

În regim de staţionare fără operaţiuni de încărcare (fără pasageri) pe navă se

află o mică parte din echipaj care se ocupă cu lucrări de întreţinere şi

28

supraveghere. De aceea, în acest regim, numărul consumatorilor care lucrează

este redus. Funcţionează parţial iluminatul, utilajele cambuzei, mijloace de legături, sisteme navale de utilizări generale. De obicei, în acest regim nu lucrează mecanismele care deservesc instalaţia energetică de putere a navei.

În regimul de staţionare cu efectuarea lucrărilor de manipularea mărfurilor se află pe navă tot echipajul pentru care trebuie create toate condiţiile de trai, lucrează

mijloacele de încărcare-descărcare (macarale, vinciuri de încărcare, pompe de marfă).

Regimul de ridicare a ancorei se desfăşoară concomitent cu pregătirea navei

pentru marş. În acest regim funcţionează cu putere redusă instalaţia energetică principală, sunt în funcţiune vinciul de ancoră şi pompa de incendiu pent ru

spălarea lanţului, este prezent la bord tot echipajul. În regim de marş funcţionează cea mai mare parte a consumatorilor de

energie electrică. Consumatorii care nu funcţionează în acest regim sunt:

pompele de incendiu şi drenaj, mecanismele de rezervă, vinciul de ancoră, macarale şi alte mijloace cu destinaţie specială. În cazul navelor de pescuit în

acest regim lucrează traulerul şi câteva macarale. Funcţionarea consumatorilor în regimul de marş asigură confortul deplin al

echipajului şi pasagerilor, funcţionarea mecanismelor care asigură marşul navei,

funcţionarea aparatelor de navigaţie şi a mij loacelor de legături radio. În regimul de avarie, în cazul în care este necesar, se poate renunţa la

funcţionarea consumatorilor care asigură confortul echipajului şi pasagerilor (cambuza, ventilaţia generală, încălzirea electrică ş.a.). În acest regim rămân obligatoriu în funcţiune consumatorii care asigură marşul navei, legăturile

interioare şi exterioare, mij loacele de navigaţie. La acestea se adaugă mij loacele de luptă împotriva incendiilor, scoaterea apei din compartimentele inundate şi

alte mijloace de salvare. Cea mai mare sarcină a centralei electrice poate fi, în funcţie de destinaţia

navei, în unul din regimurile de marş, de pescuit, de ridicarea ancorei sau de

staţionare cu efectuarea lucrărilor de manipulare a mărfur ilor. La întocmirea bilanţului energetic se iau în considerare condiţiile cele mai

grele de exploatare a navelor: ceaţă, temperaturi scăzute, temperaturi ridicate, încărcarea completă a navei, viteza maximă de marş ş.a.m.d.

După completarea tuturor liniilor şi coloanelor tabelului de sarcină se

calculează puterea totală activă şi reactivă, cc Q si P , consumată în fiecare

regim. Calculul se face prin însumarea aritmetică a cifrelor de pe coloanele 11, 12, 16, 17, 21 şi 22 care reprezintă puterile consumate de fiecare consumator

care lucrează în regimul considerat. Pentru fiecare însumare de pe o coloană rezultă două valori: una corespunde însumării cu luarea în considerare a

consumatorilor cu funcţionare în regim de scurtă durată (cifrele dintre paranteze)

29

şi a doua fără luarea în considerare a consumatorilor cu funcţionare de scurtă

durată.

În continuare, se alege coeficientul general de simultaneitate, OGk , pe

regimuri de exploatare a navei. Acest coeficient ia în considerare faptul că nu toţi consumatorii, prevăzuţi să funcţioneze într-un anumit regim, lucrează simultan şi

la încărcarea maximă. De exemplu, regimul de marş poate fi de ordinul zilelor, săptămânilor sau lunilor şi în această perioadă lungă se pot schimba condiţiile de

navigaţie şi, ca urmare, consumatorii consideraţi în acest regim cu funcţionare continuă pot fi pentru perioade scurte deconectaţi. În aceste condiţii puterea efectiv consumată în regimul de marş este mai mică decât cea rezultată din

însumarea aritmetică a puterilor consumate. De regulă, pentru calculele practice, valorile coefic ientului de simultaneitate

general, OGk , pe regimuri, se alege astfel:

- pentru regimul de staţionare la ancoră: 75,07,0kOG

- pentru regimul staţionare cu lucrări de încărcare-descărcare: 8,0kOG

- pentru regimul de ridicare a ancorei: 8,075,0kOG

- pentru regimul de marş: 9,08,0kOG

- pentru regimul de avarie: 95,09,0kOG .

În afara coeficientului general de simultaneitate pentru determinarea puterii calculate pe regimuri de exploatare trebuie să se ia în considerare şi pierderile de energie în reţeaua de distribuţie. Aceste pierderi se apreciază ca fiind 3-5% din puterea

consumată. Cu aceste precizări, puterea calculată pentru fiecare regim se determină astfel:

cOGcalc. Pk1,051,03P (1.21)

cOGcalc. Qk1,051,03Q (1.22)

Puterea aparentă se calculează cu expresia:

2

.calc

2

calc.calc QPS (1.23)

Valoarea medie a factorului de putere calculat pentru fiecare regim este:

.calc

.calcmed

S

Pcos 1.24)

Valorile puterilor de calcul, .calc.calc.calc S,Q,P ,obţinute ca rezultat al bilanţului

energetic permit să se treacă la alegerea numărului şi puterii generatoarelor electrice principale şi de rezervă pentru sistemul electroenergetic al navei. Alegerea se face

30

luând în considerare puterile calculate fără luarea în considerare a consumatorilor

care lucrează în regim de scurtă durată. După cum se vede şi din exemplul prezentat în tabelul 3.1, între valorile puterilor calculate cu luarea în considerare şi fără luarea în considerare a consumatorilor cu regim de funcţionare de scurtă durată nu sunt

deosebiri semnificative. Existenţa consumatorilor cu funcţionare de scurtă durată se are în vedere la verificarea capacităţii de suprasarcină a generatoarelor care în

condiţii normale trebuie să asigure alimentarea acestor consumatori. De regulă, generatoarele navale admit suprasarcină de 10% în decurs de 2 ore, 25% timp de 30 minute şi 50% timp de 5 minute. În cazul în care sarcina consumatorilor de scurtă

durată depăşeşte capacitatea de suprasarcină se recurge la conectarea unui generator suplimentar.

Pentru calculul puterii centralei electrice se alege regimul cu cea mai mare putere consumată. În cele mai multe cazuri, acesta este regimul de marş. De asemenea, la proiectarea sistemului electroenergetic este necesar să se prevadă şi o

rezervă de 15-20% faţă de puterea consumată cea mai mare. Alegerea numărului şi puterii generatoarelor electrice reprezintă o sarcină

dificilă întrucât trebuie să se aibă în vedere mai mulţi factori tehnici, economici şi de exploatare, adesea contrari unul altuia. Trebuie stabilit un compromis care asigură regimurile cele mai favorabile pentru funcţionarea centralei electrice. La alegerea

numărului şi puterii generatoarelor electrice trebuie să se aibă în vederea îndeplinirea următoarelor cerinţe:

1) Generatoarele trebuie să fie încărcate în toate regimurile aproape de sarcina nominală (de regulă minim 75-80% din puterea nominală).

2) Generatoarele alese să fie de acelaşi tip şi putere. În acest caz se asigură o

funcţionare stabilă la cuplarea în paralel şi se reduce cantitatea necesară de piese de rezervă.

3) Puterea generatorului de rezervă trebuie să fie aceeaşi cu a generatorului de bază. Este evident că cea mai bună alegere este aceea în care toate generatoarele de bază şi de rezervă sunt de acelaşi tip şi putere.

Din punct de vedere al încărcării fiecărui generator aproape de sarcina nominală, această cerinţă se realizează în cazul folosirii unui număr mare de

generatoare cu posibilitatea de cuplare în paralel a acestora. În acelaşi timp, un număr mare de agregate generatoare este limitat pe de o parte de posibilităţile de montare la navă, iar pe de altă parte de greutăţi legate de funcţionarea în paralel a

acestora. De aceea, de regulă, acest număr se limitează la 2-4 agregate generatoare.

Un exemplu de alegerea numărului şi puterii generatoarelor este prezentat în tabelul 1.1. Pentru acoperirea consumului de energie electrică în toate regimurile şi asigurarea unei rezerve sunt posibile trei variante: prima –

alegerea a două generatoare cu puteri de 150 kw fiecare; a doua – alegerea a

31

trei generatoare cu puteri de 100 kw fiecare; a treia – alegerea a patru

generatoare cu puteri de 75 kw fiecare. După prima variantă în toate regimurile lucrează un generator de bază cu puterea

de 150 kw, al doilea fiind rezervă. În acest caz, sunt evidente două neajunsuri:

încărcare mică a generatorului în regimul de staţionare (sub 40%) şi posibilitatea de a efectua lucrări de revizii sau reparaţii numai în regimul de staţionare.

A doua variantă asigură funcţionarea a două generatoare de 100 kw în regimurile de marş şi de avarie, al treilea fiind de rezervă. În regim de staţionare lucrează un generator, două fiind de rezervă. În această variantă, în toate

regimurile, sarcina generatoarelor este de circa 60-70%, ceea ce se poate considera mulţumitor. Lucrările de revizii şi reparaţii sunt pos ibile numai în

regimul de staţionare. A treia variantă asigură funcţionarea a două generatoare de 75 kw pentru

regimurile de marş şi de avarie, celelalte două fiind de rezervă, în regimul de

staţionare lucrează un generator de 75 kw şi trei sunt de rezervă. În această variantă se asigură încărcarea optimă a generatoarelor care lucrează (circa 80-90%), lucrările

de întreţinere şi revizii se pot efectua atât în regimul de staţionare cât şi în regimurile de marş şi de avarie.

Din această analiză rezultă că varianta a treia este cea mai bună cu condiţia ca în

compartimentul prevăzut pentru centrala electrică să se permită montarea a patru agregate generatoare. În caz contrar, din motive constructive se optează pentru

varianta a doua cu trei agregate generatoare. Alegerea generatoarelor se face după puterea activă de calcul în cazul în care

valoarea factorului de putere mediu este egală cu 0,8 sau mai mare. Dacă factorul de

putere mediu are valoarea mai mică de 0,8, atunci alegerea generatoarelor se face după puterea aparentă.

Metoda bilanţului energetic (tabelul de sarcină) se poate aplica şi pentru determinarea puterii diesel-generatorului centralei electrice de avarie. Diesel-generatorul de avarie intră în funcţiune la scoaterea de sub tensiune a centralei

electrice de bază şi puterea acestuia trebuie să fie suficientă pentru a asigura obligatoriu alimentarea următorilor consumatori:

- iluminatul de avarie; - acţionarea electrică de avarie a cârmei; - acţionarea electrică a pompei de incendiu de avarie;

- legături de comunicaţii interioare şi exterioare; - lumini de navigaţie şi semnalizare;

- vinciurile bărcilor şi şalupelor de salvare; - alte instalaţii pentru siguranţa vieţii echipajului.

Experienţa arată că pentru majoritatea navelor puterea diesel-generatorului de

avarie este în limitele 50-200 kw.

32

În cazul sistemelor electroenergetice de curent continuu, metoda bilanţului energetic

pentru determinarea numărului şi puterii generatoarelor electrice este aceeaşi cu deosebirea că dispar coloanele 5, 10, 12, 15, 20 şi 22 care corespund factorilor de putere şi puterilor reactive.

1.2.2 Metoda analitică de determinare a puterii centralei electrice

Această metodă permite determinarea puterii centralei electrice fără o analiză de

detaliu a funcţionării tuturor consumatorilor de energie electrică. Metoda analitică de determinare a puterii agregatelor generatoare presupune

existenţa unei corelaţii între puterea centralei electrice, puterea instalaţiei energetice de propulsie a navei în anumite regimuri şi deplasamentul navei.

De exemplu, în regim de marş cea mai mare parte a consumatorilor cu

funcţionare constantă o constituie mecanismele care deservesc instalaţia energetică de putere. Ca urmare, puterea centralei electrice pentru regimul de marş este în

corelaţie cu puterea motoarelor principale. La staţionarea navei fără operaţiuni de încărcare puterea centralei electrice este dată de consumatorii care asigură condiţiile de trai ale echipajului şi este în corelaţie cu deplasamentul navei.

Rezultatele analizei unui volum mare de date statistice au permis obţinerea unor formule experimentale de calcul a puterii centralei electrice. Pentru exemplificare se

prezintă calculul puterii centralei electrice pentru o navă de transport mărfuri generale cu motoare principale lente.

Regim de marş

Puterea centralei electrice în acest regim poate fi determinată cu una din expresiile:

.max.d.smars PN028,018P (1.25)

sau

trainivel.cmars PN028,018P (1.26)

unde: N - puterea motoarelor principale

.max.d.sP - puterea cea mai mare la conectarea unui consumator cu regim de

scurtă durată (pompa de incendiu sau pompa de drenaj)

trainivel.cP - puterea consumatorilor care asigură nivelul de trai al

echipajului.

kwPPPP climVKtraic.nivel (1.27)

în care: KP - puterea utilajelor cambuzei

33

VP - puterea ventilaţiei generale

clim.P - puterea instalaţiei de climatizare.

Dacă .max.d.sP >

trainivel.cP se foloseşte relaţia (3.11), iar dacă .max.d.sP <

trainivel.cP se

foloseşte relaţia (3.12). Staţionare fără operaţiuni de încărcare Puterea centralei electrice se determină cu una din expresiile:

.max.d.s.st PD002,011P (1.28)

trainivel.c.st PD002,011P (1.29)

unde: D - deplasamentul navei în tdw.

.max.d.sP , trainivel.cP - au aceeaşi semnificaţie ca în formulele (1.25) şi (1.26).

Staţionare cu operaţii de încărcare În acest regim, puterea centralei electrice se compune din puterea determinată în

regimul de staţionare fără operaţiuni de încărcare la care se adaugă puterea necesară pentru funcţionarea instalaţiilor de încărcare (vinciuri sau macarale).

n

1

nn.st.inc.st vG15,0n

05,153,0PP (1.30)

unde:nG - sarcina nominală, t

nv - viteza nominală de ridicare a încărcăturii, m/min.

n - numărul vinciurilor sau macaralelor de pe navă.

Regim de manevră

În acest regim aproximarea puterii se face cu formula:

.compancoramars.man PP8,0PP (1.31)

unde:ancoraP - puterea vinciului de ancoră, kw

.compP - puterea compresorului pentru aerul de pornire, kw.

În acest regim, spre deosebire de regimul de marş, pot fi conectate: vinciul de ancoră, pompă de incendiu (pentru spălarea lanţului de ancoră) şi compresorul pentru aerul de pornire. În acelaşi timp trebuie avut în vedere că, pe de o parte

posibilitatea de conectare concomitentă este redusă, iar pe de altă parte, aceşti consumatori lucrează în regim de scurtă durată.

34

Regim de avarie

În regimul de avarie, sarcina centralei electrice o constituie consumatorii care asigură marşul navei, stingerea incendiului, scoaterea apei din compartimentele

inundate. În acest regim sunt deconectaţi consumatorii de mică importanţă pentru vitalitatea navei cum ar fi: cambuza, ventilaţia, climatizarea ş.a. În caz de necesitate

poate fi introdus în funcţiune: generatorul de rezervă. Luând în considerare aceste posibilităţi, puterea centralei electrice în regim de avarie, de ob icei, nu depăşeşte puterea în regim de marş.

Metoda analitică de determinare a puterii centralei electrice permite aproximarea acesteia, suficientă pentru proiectul preliminar al navei. Un calcul mai precis rezultă

din aplicarea metodei bilanţului energetic.

TEST DE AUTOEVALUARE

1. Centrala electrică a navei este formată din: a) surse de energie electrică;

b) surse de energie electrică împreună cu tabloul de distribuţie; c) surse de energie electrică, tabloul principal de distribuţie şi tablourile secundare de distribuţie;

d)sursele şi reţeaua electrică a navei.

2. Schema electrică de structură din figura de mai jos corespunde:

a) unor SEN autonome;

b) unor SEN cu preluarea parţială a puterii de la sistemul energetic; c) unor SEN unitare; d) unor SEN mixte.

LUCRARE DE VERIFICARE Explicaţi modul de completare a tabelelor de sarcină (bilanţul energetic)

RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1:b; 2:c.

35

Unitatea de învăţre nr.2

CENTRALE ELECTRICE NAVALE

CUPRINS

Sisteme de excitaţie şi de stingere a câmpului la generatoarele sincrone. Principiile reglării automate a tensiunii şi puterii reactive.

Sisteme de compoundare a generatoarelor sincrone şi de reglare automată a excitaţiei.

Sistemul ESEN de excitaţie cu tiristoare pentru generatoare sincrone. Distribuţia

sarcinii reactive între generatoarele sincrone care funcţionează în paralel. Principiile reglării automate a frecvenţei şi puterii active.Regulatoare de turaţie cu

două impulsuri, sisteme de reglare a frecvenţei în funcţie de parametrii generatorului.

Distribuţia sarcinii active îmtre generatoarele care funcţionează în paralel. Procedee

de cuplare în paralel a generatoarelor. Metode de sincronizare. Sincronizarea automată a generatoarelor sincrone: cu unghi constant de anticipare şi

cu timp constant de anticipare. OBIECTIVE

- enunţarea şi explicarea sitemelor de excitaţie utilizate în domeniul naval;

- definirea principiilor reglării automate a tensiunii şi distribuirii uniforme a puterii reactive;

- descrierea sistemului de excitaţie cu tiristoare de tipul ESEN;

- definirea principiilor reglării automate a frecvenţei şi distribuirii uniforme a puterii active;

- descrierea metodelor de cuplare în paralel a generatoarelor sincrone navale.

2. Sisteme de excitaţie a generatoarelor

electrice

2.1 Generatoare de curent continuu

Sistemul de excitaţie reprezintă unul din elementele importante ale generatoarelor electrice. Indicatorul de bază al calităţii energiei electrice produsă de centrala electrică este menţinerea constantă a tensiunii la barele tabloului principal de

distribuţie, cu precizia dată, atunci când se schimbă mărimea şi caracterul sarcinii generatoarelor. De acest indicator depinde în mare măsură funcţionarea normală a

tuturor consumatorilor de energie electrică de pe navă.

36

Generatorul de curent continuu cu excitaţie derivaţie este prezentat în figura 2.1.

Fig. 2.1 Schema generatorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie Tensiunea la borne este:

aaIREU (2.1)

unde: E - tensiunea electromotoare a rotorului

aaIR - căderea de tensiune pe înfăşurarea rotorului.

La rândul ei tensiunea electromotoare depinde de:

nkE e (2.2)

unde: ek - coeficient care depinde de datele constructive ale înfăşurării rotorului

n - turaţia, rot./min. - fluxul magnetic de excitaţie, wb

Din analiza relaţiilor (2.1), (2.2) şi a schemei generatorului se stabilesc

următoarele cauze care conduc la reducerea tensiunii U la bornele generatorului,

atunci când se schimbă curentul de sarcină Ia: 1) La creşterea curentului de sarcină se măreşte căderea de tensiune internă

pe rezistenţa rotorului, aaIR .

2) Micşorarea fluxului rezultant în maşină la mersul în sarcină, datorită

apariţiei fluxului de reacţie a indusului. În cazul funcţionării în gol (I = 0), înfăşurarea de excitaţie dispusă pe polii inductori,

produce fluxul inductor principal, 0 , a cărui axă coincide cu axa polilor. Atunci când

37

generatorul debitează un curent, I 0, apare un flux creat de acest curent denumit fluxul

de reacţie al indusului şi care se suprapune fluxului inductor principal (figura 2.2).

Fig. 2.2 Reprezentarea fluxului de reacţie a indusului la maşina de curent continuu

În cazul maşinii de curent continuu, fluxul de reacţie al indusului, notat cu a în

figura 2.2, este orientat perpendicular pe axa polilor inductori şi de aceea se mai numeşte flux de reacţie transversal. La mersul în sarcină al generatorului va exista un flux

rezultant, , obţinut din compunerea fluxului inductor principal cu fluxul de reacţie al

indusului.

Din figura 2.2 se observă că, la marginea de ieşire sau de fugă a polului, fluxul de reacţie are acelaşi sens cu fluxul inductor, iar la marginea de intrare sau de atac

sunt de sensuri contrare. Influenţa fluxului de reacţie transversal se manifestă printr-o distorsionare a fluxului rezultant şi o micşorare a acestuia în raport cu valoarea fluxului inductor de la mersul în gol. Micşorarea fluxului rezultant se explică prin

faptul că maşina funcţionează la saturaţie şi partea care se scade este mai mare decât partea care se adaugă.

3) La mărirea sarcinii generatorului creşte în acelaşi timp şi încărcarea motorului primar de antrenare a generatorului şi, ca urmare, scade într-o oarecare măsură turaţia acestuia conducând la micşorarea tensiunii

electromotoare E şi a tensiunii la borne U. 4) Scăderea tensiunii la bornele generatorului din considerentele prezentate

mai sus, atrage după sine scăderea curentului de excitaţie a cărui valoare este direct proporţională cu tensiunea.

ce

eRr

Ui

(2.3)

în care: er - rezistenţa înfăşurării de excitaţie

38

cR - rezistenţa reastatului de câmp.

Dependenţa tensiunii generatorului de curentul de sarcină, IfU , reprezintă

caracteristica externă a generatorului. În figura 2.3, curba 1 reprezintă caracteristica externă a generatorului cu excitaţie derivaţie. Curba 2 reprezintă caracteristica externă a generatorului cu excitaţie mixtă.

Fig. 2.3 Caracteristicile externe ale generatorului

1 – cu excitaţie derivaţie; 2 – cu excitaţie mixtă sau compound. Pentru eliminarea influenţei curentului de sarcină asupra stabilităţii tensiunii la

bornele generatorului se foloseşte metoda compoundării. Compensarea reducerii fluxului generatorului datorită fluxului de reacţie al indusului şi a căderii de tensiune pe circuitul rotorului se realizează prin dispunerea pe polii princ ipali ai generatorului a unei

înfăşurări de compoundare conectată în serie cu circuitul rotorului şi realizată astfel încât fluxul creat de această înfăşurare serie să fie orientat în aceeaşi direcţie cu fluxul

inductor principal dat de înfăşurarea de excitaţie derivaţie.

39

Fig. 2.4 Schema generatorului de curent continuu cu excitaţie mixtă

Tensiunea magnetomotoare a înfăşurării de excitaţie serie de compoundare se calculează astfel încât să compenseze acţiunea reacţiei indusului şi căderea de tensiune internă din circuitul rotorului pe tot domeniul de variaţie a sarcinii.

Generatorul de curent continuu cu excitaţie mixtă sau compound este prezentat în figura 2.4

Metoda compoundării constituie cel mai simplu şi cel mai utilizat procedeu de stabilizare a tensiunii generatoarelor de curent continuu şi asigură menţinerea tensiunii cu precizie de 5-6%.

La generatoarele de curent continuu cu variaţii mari ale turaţiei motorului primar sau în cazul în care se impun cerinţe superioare privind precizia de menţinere

constantă a tensiunii, la sistemul de compoundare se adaugă un corector de tensiune sau regulator automat care acţionează la abaterea tensiunii de la valoarea nominală stabilită. Realizarea regulatorului automat de tensiune poate fi făcută cu rezistenţă

comandată, elemente magnetice sau tiristoare. Până în ultimul timp, pe nave, pentru stabilizarea automată a tensiunii

generatoarelor de curent continuu s-a folosit regulatorul automat cu coloană de cărbune. Schema de principiu a acestui tip de regulator este prezentată în figura 2.5.

Coloana C este formată din rondele de cărbune comprimate de acţiunea unui

resort A. Rezistenţa coloanei de cărbune, cR , este înseriată în circuitul excitaţiei

derivaţie a generatorului şi valoarea ei este variabilă în funcţie de forţa de apăsare

care se exercită pe coloana de cărbune. Rezistenţa scade la creşterea apăsării şi se măreşte la micşorarea apăsării pe coloană.

Fig. 2.5 Schema regulatorului automat de tensiune cu coloană de cărbune

40

Electromagnetul EM este alimentat de tensiunea de la bornele generatorului şi

forţa lui de atragere, a armăturii mobile, este dependentă de tensiunea generatorului. Asupra armăturii mobile a electromagnetului acţionează două forţe care creează

momente de sensuri contrare: o forţă este dată de resortul A, iar cea de a doua este

forţa de atracţie a electromagnetului alimentat de la tensiunea generatorului. La echilibru, care corespunde tensiunii nominale a generatorului, se stabileşte o anumită

presiune pe coloana de cărbune. La scăderea tensiunii sub valoarea nominală, scade forţa de atracţie a electromagnetului şi sub acţiunea resortului A se măreşte

presiunea pe coloana de cărbune. Ca urmare scade valoarea rezistenţei cR şi pe

această cale se măreşte curentul în circuitul de excitaţie, având ca rezultat restabilirea valorii nominale a tensiunii generatorului.

Autoexcitarea generatorului de curent continuu, reprezintă procesul prin care se stabileşte tensiunea de mers în gol la bornele generatorului.

În figura 2.6 sunt reprezentate caracteristica de mers în gol a generatorului,

e0 ifE sau eifU şi caracteristica circuitului de excitaţie, eeiRU , pentru

0I şi ttanconsnn n .

Curentul de excitaţie:

ee

ee

0

ce

0

e iRU sau R

U

R

E

Rr

Ei

(2.4)

în care: UE0 - tensiunea electromotoare a generatorului la mersul în gol

er - rezistenţa înfăşurării de excitaţie

cR - rezistenţa variabilă a reastatului de câmp

cee RrR - rezistenţa totală a circuitului excitaţiei

Dreapta OA a cărei ecuaţie este eeIRU are coeficientul unghiular

eRtg şi

se numeşte caracteristica excitaţiei. Pentru ca generatorul să se autoexcite, condiţia este ca de la ultima funcţionare

să existe, în generator, un magnetism remanent. La rotirea cu viteză nominală, în prezenţa magnetismului remanent, apare la bornele generatorului tensiunea

electromotoare remanentă, remE . Această tensiune de valoare mică, de ordinul a

câţiva volţi, se aplică circuitului de excitaţie şi rezultă curentul 1ei , care creează un

flux suplimentar faţă de fluxul remanent. Tensiunea la bornele generatorului se

măreşte până la valoarea 1E . Mărirea tensiunii la bornele generatorului atrage după

sine creşterea curentului în circuitul de excitaţie ş.a.m.d., generatorul se autoexcită până în punctul A corespunzător tensiunii de mers în gol.

41

Fig. 2.6 Autoexcitarea generatorului de curent continuu

Pentru ca să se producă procesul de autoexcitaţie trebuie ca fluxul suplimentar

creat din primele momente de curentul de excitaţie să fie adiţional fluxului remanent al generatorului. În caz contrar autoexcitarea nu este posibilă.

După o perioadă îndelungată de scoatere din funcţiune a generatorului sau în

cazul în care a fost supus la vibraţii sau şocuri, este posibil ca generatorul să-şi piardă magnetismul remanent şi procesul de autoexcitaţie nu se mai aplică. În astfel

de cazuri se alimentează excitaţia generatorului de la o sursă exterioară (baterie de acumulatoare). Durata alimentării este scurtă. După întreruperea alimentării, generatorul rămâne cu magnetism remanent şi procesul de autoexcitare se poate

desfăşura normal.

2.2 Generatoare sincrone

Sistemul de excitaţie al generatoarelor sincrone, ca şi în cazul generatoarelor de

curent continuu, este un element important al maşinii sincrone. Pentru o funcţionare sigură a generatoarelor sincrone, cât şi pentru stabilitatea

sistemului electroenergetic, sistemul de excitaţie trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe de bază: să fie direct, independent de reţeaua electrică exterioară; să asigure forţarea excitaţiei până la valoarea maximă în timp minim; să

aibă viteză mare de creştere a excitaţiei; să fie sigur în funcţionare. În sistemele electroenergetice navale se folosesc următoarele sisteme de excitaţie

a generatoarelor sincrone: 1) cu excitatrice de curent continuu

42

2) cu autoexcitaţie

3) cu excitatrice de curent alternativ (sistemul de excitaţie fără perii).

Sistemul de excitaţie cu excitatrice de curent continuu realizează alimentarea în

curent continuu a excitaţiei generatorului sincron de la un generator de curent continuu cuplat cu axul generatorului sincron şi antrenat de acelaşi motor primar.

Acest generator de curent continuu se numeşte excitatrice şi a reprezentat primul sistem folosit pentru alimentarea excitaţiei generatoarelor sincrone. Puterea excitatrice reprezintă 1,5-2% din puterea excitatricei generatorului sincron.

Tensiunea nominală a excitatricei pentru generatoare cu puteri până la 200 kw este 28V, 25V, 55V, iar pentru puteri mai mari 25-65V.

În figura 2.7 se prezintă schema de excitaţie a generatorului sincron de la excitatricea de curent continuu.

Fig. 2.7 Schema de principiu a alimentării excitaţiei

generatorului sincron de la excitatrice

La pornire se produce autoexcitarea excitatricei ca generator de curent continuu şi tensiunea de la bornele acesteia alimentează excitaţia generatorului sincron.

Pentru realizarea autoexcitaţiei excitatricei este necesar ca fluxul remanent al

acesteia să fie:

0rem %52 (2.5)

în care: 0 - fluxul la mers în gol, corespunzător tensiunii maxime .

Prin rotirea generatorului şi excitatricei cu viteza nominală la bornele excitaţiei se

creează o tensiune de (2-5)% din valoarea nominală. Circuitul de excitaţie al

excitatricei fiind închis, în el apare un curent, exei , care creează un flux suplimentar şi

câmpul rezultant va fi:

.lsup.rem.rez (2.6)

Autoexcitarea este posibilă numai atunci când sensurile celor două fluxuri coincid, adică se obţine creşterea fluxului rezultant având ca rezultat creşterea tensiunii

electromotoare, ş.a.m.d.

43

Prezenţa excitatricei, care este o maşină de curent continuu cu colector şi perii,

scade siguranţa în exploatare a generatorului sincron. Experienţa exploatării agregatelor generatoare arată că cele mai multe avarii ale generatoarelor se produc din cauza defecţiunilor care apar la excitatrice. De asemenea, excitatricea măreşte

gabaritul (îndeosebi lungimea) şi greutatea agregatului generator. Pentru generatoarele navale care au putere relativ mică în comparaţie cu generatoarele

centralelor electrice staţionare, gabaritul şi preţul de cost sunt mari pentru generatoarele sincrone cu excitatrice de curent continuu.

Dezvoltarea semiconductoarelor şi amplificatoarelor magnetice a permis

realizarea generatoarelor sincrone autoexcitate, care în locul excitatricei folosesc un sistem static de excitaţie fără elemente în mişcare.

În momentul actual nu se mai instalează la nave generatoare sincrone cu excitatrice de curent continuu. Acest tip de generator poate fi întâlnit doar la nave construite în anii interiori.

Autoexcitarea generatoarelor sincrone constă în alimentarea înfăşurării de excitaţie, prin redresor, de la circuitul de curent alternativ al statorului.

În acest caz nu mai este necesară o sursă separată de energie. Procesul de autoexcitare se desfăşoară analog cu autoexcitaţia generatorului de curent continuu. În figura 2.8 se prezintă schema simplificată a generatorului sincron cu

autoexcitaţie.

Fig. 2.8 Schema de principiu a generatorului sincron autoexcitat

Transformatorul intermediar, iT , are trei înfăşurări: înfăşurarea de tensiune,

înfăşurarea de curent şi înfăşurarea secundară, care însumează semnalele din primele

două înfăşurări. Tensiunea de linie a generatorului se aplică transformatorului, iT ,

prin draselul D. Semnalul de tensiune de la bornele înfăşurării secundare este redresat şi alimentează în curent continuu înfăşurarea de excitaţie a generatorului

sincron. Sistemul de autoexcitaţie este realizat astfel încât realizează însumarea fazorială

a doi curenţi din care unul este proporţional cu tensiunea, iar cel de-al doilea este

proporţional cu curentul de sarcină din stator. Între cei doi curenţi, pentru

44

funcţionarea corectă a sistemului, trebuie să fie un defazaj de 90. Defazajul se

obţine prin amplasarea draselului D în circuitul de tensiune sau se poate folosi un condensator în acelaşi scop. De asemenea, pentru obţinerea defazajului, în unele

scheme în loc de drosel sau condensator se montează un şunt magnetic cu rolul de a mări reluctanţa înfăşurării de tensiune pentru a obţine pe această cale defazarea semnalelor de tensiune şi de curent.

Procesul de autoexcitare al generatorului sincron este determinat, ca şi în cazul generatorului de curent continuu, de existenţa magnetismului remanent. La rotirea

rotorului generatorului sincron la bornele lui apare tensiunea electromotoare remanentă care produce un curent de excitaţie. Trecerea curentului redresat prin înfăşurarea de excitaţie a generatorului duce la mărirea câmpului generatorului, ceea

ce are ca urmare, creşterea tensiunii electromotoare şi a curentului de excitaţie. Procesul de creştere continuă până când tensiunea generatorului ajunge la valoarea

0U , corespunzătoare mersului în gol al generatorului.

În figura 2.9 se prezintă caracteristica de mers în gol a generatorului şi caracteristica circuitului de excitaţie.

Fig . 2.9 Caracteristica de mers în gol a generatorului şi a circuitului de exci taţie

Valoarea tensiunii, 0U , corespunde punctului k3 de intersecţie între

caracteristica de mers în gol a generatorului 1 şi caracteristica circuitului de excitaţie 2.

Spre deosebire de generatorul de curent continuu, caracteristica circuitului de excitaţie a generatorului sincron nu este o dreaptă. Circuitul excita ţiei generatorului

45

format din droselul D, transformatorul intermediar iT , redresorul

dR şi înfăşurarea

de excitaţie EG este neliniar având impedanţa dependentă de mărimea curentului de excitaţie şi de frecvenţă.

Din figura 2.9 se observă că cele două caracteristici se intersectează în mai multe puncte: k1, k2 şi k3. În acest caz, sub influenţa magnetismului remanent, tensiunea poate creşte până la valoarea U1, corespunzătoare punctului k1, după care se

întrerupe creşterea în continuare. Această dispunere a celor două caracteristici nu este favorabilă procesului de autoexcitaţie, întrucât tensiunea remanentă este mică,

2-5% Un, iar impedanţa circuitului de excitaţie are valori mari. Pentru ca tensiunea generatorului să ajungă la valoarea U0, corespunzătoare

mersului în gol este necesar să se adopte măsuri speciale care să permită ridicarea

tensiunii generatorului peste tensiunea critică, Ucr, corespunzător ie > ie cr. În schemele de excitare a generatoarelor sincrone autoexcitate se folosesc diferite

procedee care asigură iniţierea autoexcitării, cum ar fi: - mărirea magnetismului remanent al generatorului care se poate realiza prin

montarea unor magneţi permanenţi între poli şi rotor. Procedeul asigură

modificarea caracteristicii de mers în gol a generatorului cu consecinţe favorabile procesului de autoexcitare. Dezavantajul constă în complicarea

construcţiei generatorului, mărirea dimensiunilor şi înrăutăţirea caracteristicilor de funcţionare ale generatorului.

- micşorarea impedanţei circuitului de excitaţie în perioada de autoexcitare.

Aceasta se poate obţine pe mai multe căi: şuntarea dreselului D, în perioada de pornire, cu ajutorul unui buton; conectarea în scurtcircuit a bornelor statorului

generatorului, obţinându-se pe această cale contribuţia înfăşurării de curent la sporirea tensiunii în înfăşurarea secundară a transformatorului intermediar; formarea unui circuit rezonant cu elementele circuitului de excitaţie: (drosel,

condensator, înfăşurările transformatorului intermediar). În ceea ce priveşte ultimul procedeu, rezonanţa circuitului se stabileşte pentru o frecvenţă de 60-

90% din frecvenţa nominală. La pornire apare tensiunea remanentă şi la turaţia 60-90% din turaţia nominală se obţine rezonanţa circuitului de excitaţie, se reduce la minim impedanţa acestuia şi creşte curentul de excitaţie la o valoare

suficientă pentru autoexcitarea generatorului. - alimentarea excitaţiei generatorului, în perioada de pornire, de la surse

independente: baterie de acumulatori, generator de excitaţie iniţială. Puterea acestor surse este mică, câţiva volţiamperi şi asigură în perioada iniţială autoexcitarea generatorului. În cazul folosirii generatorului de excitaţie iniţială

acesta este înglobat în construcţia generatorului sincron, este de tipul generatorului sincron cu magneţi permanenţi pentru excitaţie şi alimentează

excitaţia generatorului sincron în perioada iniţială printr-o punte redresoare.

46

La generatoarele sincrone autoexcitate pentru alimentarea înfăşurării de excitaţie

dispusă pe rotorul maşinii se folosesc inele şi perii. Sistemul de excitaţie cu excitatrice de curent alternativ elimină necesitatea

inelelor şi periilor, de aceea acest sistem se mai numeşte sistem de excitaţie fără

perii. Excitatricea în acest caz este un generator sincron înglobat în construcţia generatorului de bază. Excitatricea are înfăşurarea indusă trifazată de curent

alternativ dispusă pe rotorul maşinii iar înfăşurarea inductoare, alimentată în curent continuu, este amplasată pe statorul generatorului de bază.

În figura 2.10 se prezintă schema de principiu a sistemului de excitaţie cu

excitatrice de curent alternativ.

Fig. 2.10 Schema de principiu a sistemului de excitaţie cu excitatrice de curent alternativ

Înfăşurarea de excitaţie a generatorului de bază, EG, este alimentată de la înfăşurarea rotorului excitatricei printr-un grup de redresoare montate pe axul rotorului. Această soluţie constructivă a permis eliminarea inelelor şi periilor,

întrucât toate elementele sunt montate pe rotorul aflat în mişcare de rotaţie. Înfăşurarea de excitaţie a excitatricei este alimentată în curent continuu prin

redresorul Rd2 de la statorul generatorului sincron printr-un transformator intermediar, soluţie asemănătoare cu cea prezentată în cazul generatorului sincron autoexcitat.

Autoexcitarea generatorului se face pe baza tensiunii remanente creată de existenţa magnetismului remanent al polilor excitatricei şi generatorului. Reglarea

excitaţiei se face de către regulatorul automat de tensiune, RAU, conectat la circuitul statorului şi care conţine elemente similare cu cazul generatorului sincron autoexcitat.

Sistemul cu excitatrice de curent alternativ este superior comparativ cu celelalte

sisteme excluzând contactele alunecătoare: colector, inele de contact şi perii. Dintre sistemele de excitaţie prezentate, cele mai utilizate la nave sunt sistemul

cu autoexcitaţie şi sistemul cu excitatrice de curent alternativ.

47

Reacţia indusului generatorului sincron

Transformatorul intermediar, folosit în sistemul cu autoexcitaţie şi în sistemul excitatricei de curent alternativ, are două înfăşurări primare: de tensiune şi de curent. Înfăşurarea de tensiune asigură autoexcitarea generatorului la mers în gol (curentul

de sarcină, 0I ) şi menţine alimentarea excitaţiei pe timpul funcţionării generatorului sincron. Înfăşurarea de curent are rolul de a compensa căderea de tensiune care apare la mersul în sarcină al generatorului.

Asemănător cu generatorul de curent continuu şi în cazul generatorului sincron, la mersul în sarcină, curentul debitat de generator produce o cădere de tensiune pe impedanţa înfăşurării induse a generatorului şi, de asemenea, produce un flux de

reacţie al indusului care se compune cu fluxul inductor principal şi creează fluxul rezultant la mersul în sarcină al generatorului. Înfăşurarea de curent a

transformatorului intermediar are un rol similar cu excitaţia serie a generatorului de curent continuu întrucât compensează căderea de tensiune şi influenţa reacţiei indusului produse de curentul de sarcină.

La mersul în gol al generatorului sincron ( 0I ), înfăşurarea de excitaţie dispusă

pe polii inductori de pe rotor produce fluxul inductor principal, 0 , a cărui axă

coincide cu axa polilor. Atunci când generatorul funcţionează în sarcină şi debitează

un curent, 0I , acest curent creează un flux propriu denumit fluxul de reacţie al indusului. În cazul generatorului sincron curentul de sarcină, I, este defazat faţă de tensiune şi se consideră că are două componente: o componentă activă în fază cu

tensiunea şi o componentă reactivă defazată cu 2/ faţă de tensiune. Fenomenul reacţiei indusului depinde, în cazul generatorului sincron, de

defazajul , care există între tensiunea electromotoare, E0, de mers în gol şi

curentul de sarcină, I. În figura 2.11 se prezintă fluxul inductor principal şi fluxul de reacţie pentru trei cazuri limită: sarcină activă, sarcină pur inductivă şi sarcină pur

capacitivă.

Fig. 2.11 Fluxurile în generatorul sincron la mers în sarcină

a) activă, 0 ; b) inductivă, 2

; c) capacitivă,

2

.

48

Din reprezentarea fluxurilor se observă că pentru sarcina activă (figura 2.11.a), fluxul de reacţie este perpendicular pe axa polilor inductori şi se numeşte flux de

reacţie transversal, aq (cazul este similar cu cel al generatorului de curent

continuu). Pentru sarcina inductivă (figura 2.11.b), fluxul de reacţie este orientat de-a lungul axei polilor, în sens contrar fluxului inductor principal şi se numeşte flux de

reacţie longitudinal demagnetizant, ad . Dacă sarcina este capacitivă (figura 2.11.c),

fluxul de reacţie este orientat de-a lungul axei, în sensul fluxului inductor principal

şi se numeşte flux de reacţie longitudinal magnetizant.

Pentru cazul general, 2

, în figura 2.12 se prezintă componentele curentului

de sarcină.

Fig. 2.12 Componentele curentului de sarcină

a) caracter inductiv; b) caracter capacitiv.

În cazul general, curentul de sarcină prin componentele sale produce un flux de

reacţie care este format din:

- un flux de reacţie transversal, aq , creat de componenta activă a curentului

de sarcină, Ia;

- un flux de reacţie longitudinal, ad , creat de componenta reactivă a

curentului şi care poate fi demagnetizant în cazul unei componente reactive inductive sau magnetizant dacă componenta reactivă este capacitivă.

Pentru sistemul electroenergetic naval, principali consumatori fiind motoarele

electrice, se solicită de la centrală putere reactivă inductivă necesară în funcţionarea motoarelor electrice şi, ca urmare, în toate regimurile de funcţionare, componenta

longitudinală a fluxului de reacţie este demagnetizantă.

49

Din cele prezentate rezultă că în cazul generatorului sincron acţiunea fluxului de

reacţie al indusului de micşorare a fluxului rezultant, de la mersul în gol la mersul în sarcină, este dată în principal de componenta inductivă a curentului de sarcină.

2.3 Stingerea câmpului magnetic

Generatoarele sincrone sunt prevăzute cu un dispozitiv automat de stingerea câmpului, ASC, care asigură, la decuplarea generatorului, micşorarea rapidă a tensiunii electromotoare şi a curentului debitat de generator.

Întrerupătorul automat al generatorului asigură protecţia la scurtcircuite, care pot apărea pe barele tabloului principal de distribuţie, TPD, şi pe reţeaua de distribuţie a

energiei electrice. În cazul unui scurtcircuit în interiorul generatorului sau în cabluri pe porţiunea de la generator la TPD, protecţia întrerupătorului automat nu acţionează. Apariţia unui scurtcircuit în interiorul generatorului, în condiţiile în care

generatorul se roteşte şi excitaţia generatorului menţine curentul de scurtcircuit, reprezintă un pericol grav atât pentru înfăşurările generatorului, cât şi pentru corpul

de oţel. Poate apare în aceste condiţii aşa zisul „incendiu” în fier, adică topirea oţelului datorită menţinerii arcului electric.

În condiţiile în care se menţine turaţia motorului primar de antrenare a

generatorului, scurtcircuitele care pot apărea pe porţiunea neprotejată de întrerupătorul automat pot fi întrerupte numai prin stingerea câmpului magnetic care

constă în scăderea câmpului magnetic de excitaţie până la o mărime aproape de anulare.

În funcţionarea normală a generatoarelor sincrone, la decuplarea întrerupătorului

automat, apar supratensiuni periculoase datorită reactanţelor mari ale înfăşurărilor. În cazul în care rezistenţa de izolaţie este slăbită, aceste supratensiuni pot duce la

apariţia scurtcircuitelor interioare sau pe porţiunea de la generator până la TPD. Pentru a evita o asemenea posibilitate de defecţiune, la decuplarea normală a întrerupătorului automat trebuie să se realizeze în acelaşi timp şi stingerea câmpului

magnetic cu ajutorul automatului de stingere a câmpului ASC. Stingerea câmpului magnetic se realizează suficient de repede şi este singurul

procedeu care permite limitarea avariei maşinilor electrice la scurtcircuitele interioare. De asemenea, stingerea câmpului magnetic este necesară la decuplarea întrerupătoarelor automate, în condiţii normale de exploatare, pentru a evita apariţia

supratensiunilor periculoase. Procedeul de stingere a câmpului magnetic este relativ simplu şi constă în

deconectarea înfăşurării de excitaţie. În acelaşi timp trebuie avut în vedere că din cauza valorilor mari ale inductanţei circuitului de excitaţie, la întreruperea acestuia apar supratensiuni mari care pot duce la străpungerea izolaţiei. De aceea, automatul

50

de stingere a câmpului cu acţiunea rapidă trebuie să ofere posibilitatea limitării

supratensiunilor care apar la bornele înfăşurării de excitaţie. În practică se folosesc următoarele procedee de stingere a câmpului: închiderea

înfăşurării de excitaţie pe o rezistenţă constantă; închiderea înfăşurării de excitaţie în

scurtcircuit; conectarea în circuitul de excitaţie a unei rezistenţe suplimentare; conectarea în circuitul de excitaţie a unei camere de stingere a arcului.

Stingerea câmpului prin conectarea unei rezistenţe pentru un generator sincron cu excitaţia alimentată de la o excitatrice de curent continuu este prezentată în schema din figura 2.13.

Fig. 2.13 Stingerea câmpului magnetic pentru un generator sincron cu

excitatrice de curent continuu

Stingerea câmpului se realizează pe calea închiderii înfăşurării de excitaţie, după

deconectare, pe o rezistenţă de stingere. În funcţionare normală excitaţia generatorului, EG, este alimentată de la

excitatrice prin contactul 1 normal închis al automatului de stingere a câmpului ASC, iar rezistenţa rs este deconectată.

La deconectarea generatorului, automatul de stingere a câmpului realizează la

început închiderea contactului 2 prin care rezistenţa de stingere a câmpului, rs, este conectată în paralel cu excitaţia, EG, a generatorului, după care, cu o oarecare

întârziere, se deschide contactul 1 prin care se deconectează alimentarea de la excitatrice. Conectarea înfăşurării de excitaţie, fără pauză, pe rezistenţa de stingere previne apariţia supratensiunilor în circuitul de excitaţie şi astfel se înlătură pericolul

de străpungere a izolaţiei înfăşurării. Închiderea înfăşurării de excitaţie a generatorului pe rezistenţa de stingere duce

la scăderea rapidă a tensiunii electromotoare până la valoarea tensiunii remanente

prin micşorarea rapidă a câmpului magnetic. Curentul de excitaţie nu scade instantaneu la valoarea zero. Se menţine o perioadă scurtă de timp în care energia

electromagnetică acumulată în excitaţia generatorului se descarcă pe conturul închis format din rezistenţa rs şi excitaţia generatorului EG, transformându-se în căldură. Cu cât este mai mare rezistenţa rs, cu atât mai intensă este absorbţia energiei

electromagnetice şi cu atât mai rapidă va fi stingerea curentului de excitaţie. Pentru circuitul de excitaţie se poate scrie:

51

0rridt

diL see

ee (2.7)

unde:eL - inductanţa circuitului de excitaţie al generatorului

ei - valoarea instantanee a curentului de excitaţie

er - rezistenţa înfăşurării de excitaţie

sr - rezistenţa de stingere.

Soluţia ecuaţiei diferenţiale (2.7) este:

sce

se

T

t

e0

tL

rr

e

e0

e eIer

Ui

(2.8)

în care: 0eU - valoarea iniţială a tensiunii de excitaţie

0eI - valoarea iniţială a curentului de excitaţie

se

esc

rr

LT

- constanta de timp a circuitului de stingere a câmpului.

Curentul în circuitul de stingere, dat de relaţia (2.8) se anulează după legea

exponenţială. În figura 2.12 se prezintă variaţia curentului de stingere în funcţie de timp.

Fig . 2.12 Caracteristicile de stingere a câmpului cu ajutorul rezistenţei de stingere

52

Creşterea vitezei de stingere se obţine prin mărirea valorii rezistenţei de stingere. În acelaşi timp, creşterea rezistenţei de stingere este limitată de valoarea tensiunii maxime care apare în primul moment la bornele înfăşurării de excitaţie.

0esmax IrU (2.9)

Valoarea maxim admisă a tensiunii se determină cu o relaţie stabilită pe baze experimentale în funcţie de tensiunea de încercare la străpungere a înfăşurării de

excitaţie, astfel:

incercaremax U7,0U (2.10)

După alegerea valorii tensiunii maxime, se determină valoarea rezistenţei de stingere din condiţia:

0e

maxsmaxs0e

I

Ur;UrI (2.11)

În timpul procesului tranzitoriu de stingere a câmpului tensiunea la bornele

înfăşurării de excitaţie este:

eseee

e irridt

diLu (2.12)

Din relaţia (2.12) se observă că în perioada de stingere tensiunea pe înfăşurarea de excitaţie îşi schimbă semnul şi se anulează după legea exponenţială.

T

t

maxe eUu

(2.13)

În figura 2.12 se prezintă forma de variaţie a tensiunii la stingerea câmpului.

Valoarea cea mai mare a tensiunii apare în primul moment al stingerii câmpului, deoarece inversarea câmpului bobinei induce o tensiune electromotoare mare de

autoinducţie. Viteza de stingere a câmpului şi, totodată viteza de scădere a tensiunii

electromotoare a generatorului, este caracterizată de constanta de timp, Tsc, a cărei

mărime depinde de valoarea rezistenţei de stingere. În practică rezistenţa de stingere se alege de 2-5 ori mai mare decât rezistenţa înfăşurării de excitaţie şi se calculează

pentru o funcţionare de durată corespunzătoare cu 5% din curentul nomina l de excitaţie. Pentru aceste valori viteza de stingere a câmpului se consideră suficientă şi durata în care tensiunea generatorului scade de la valoarea nominală până la

valoarea tensiunii remanente este de circa 0,3-0,6 s.

53

Stingerea câmpului generatoarelor sincrone autoexcitate prin

scurtcircuitarea înfăşurării de excitaţie sau şuntarea înfăşurării secundare a transformatorului intermediar este prezentată în figura 2.15.

Fig. 2.15 Scheme de stingere a câmpului generatoarelor sincrone autoexcitate

a) prin scurcircuitarea înfăşurării de excitaţie;

b) prin şuntarea înfăşurării secundare a transformatorului intermediar.

La generatorul cu autoexcitaţie procesul de stingere a câmpului se desfăşoară altfel decât pentru generatorul cu excitatrice de curent continuu. Deosebirea se

explică prin faptul că transformatorul cu trei înfăşurări lucrează în regim de transformator de curent şi la întreruperea înfăşurării de excitaţie apare o tensiune

mare pe redresor care depăşeşte de 2,5-2 ori valoarea tensiunii nominale. Pentru stingerea câmpului generatoarelor sincrone cu autoexcitaţie se folosesc

două tipuri de scheme prezentate în figura 2.15: a) scurcircuitarea înfăşurării de

excitaţie şi b) şuntarea înfăşurării secundare a transformatorului cu trei înfăşurări. Stingerea câmpului cu rezistenţe de stingere pentru generatoare sincrone

autoexcitate, prezentate în figura 2.16, permit creşterea vitezei de stingere comparativ cu schemele de stingere prin scurcircuitare.

Fig. 2.16 Schemele de stingere a câmpului cu rezis tenţe de stingere pentru generatoarele

sincrone autoexcitate

54

Variantele prezentate în figura 2.16 permit: a) închiderea excitaţiei pe rezistenţă de stingere rs; b) introducerea în serie cu înfăşurarea de excitaţie a rezistenţei de stingere rs; c) şuntarea cu rezistenţele rs a înfăşurării secundare aparţinând

transformatorului cu trei înfăşurări. Curentul în circuitul de stingere şi în aceste cazuri variază după legea

exponenţială.

scT

t

0ee eIi

, (2.14)

iar valoarea rezistenţei de stingere se alege din condiţia ca tensiunea maximă să nu depăşească o anumită valoare.

0e

maxs

I

Ur (2.15)

În varianta b) din figura 2.16, valoarea rezistenţei, rs, care se introduce în serie

cu înfăşurarea de excitaţie trebuie să depăşească valoarea rezistenţei critice. În procesul de autoexcitare al generatorului sincron punctul de funcţionare se stabileşte

la intersecţia caracteristicii de mers în gol cu caracteristica circuitului de excitaţie. La introducerea în serie cu circuitul de excitaţie a unei rezistenţe se schimbă înclinarea caracteristicii circuitului de excitaţie şi pentru o anumită valoare a

rezistenţei introdusă în circuit, denumită valoare critică, caracteristica de excitaţie devine tangentă la caracteristica de mers în gol. Pentru valori mai mari decât

rezistenţa critică, autoexcitarea nu mai este posibilă.

2.4.Principiile reglării automate a tensiunii şi puterii reactive

2.4.1 Generalităţi

În funcţionarea normală a sistemelor electroenergetice navale se produce continuu

schimbarea sarcinii consumatorilor şi, ca urmare, schimbarea puterii cerută de la generatoare. Aceste schimbări, în cazul în care lipseşte reglarea automată, produc

oscilaţii ale tensiunii şi frecvenţei sistemului faţă de valorile nominale şi înrăutăţesc calitatea energiei electrice produsă de generatoare. Oscilaţiile tensiunii produc schimbarea parametrilor de funcţionare ai consumatorilor, iar oscilaţiile violente, create

de scurtcircuite în reţea sau de pornirea unor motoare asincrone de putere comparabilă cu a generatoarelor, pot duce la deteriorarea stabilităţii sistemului şi scoaterea

generatoarelor din sincronism.

55

Micşorarea frecvenţei duce la reducerea vitezei de rotaţie a motoarelor

electrice şi, ca urmare, se micşorează productivitatea unor mecanisme (pompe, ventilatoare) sau, în cazul mecanismelor de acţionare a vinciurilor şi macaralelor, se măreşte durata operaţiunilor. De asemenea, ridicarea frecvenţei duce la creşterea

puterii electromotoarelor, mărirea pierderilor şi a încălzirii acestora. Siguranţa sistemelor electroenergetice navale are o importanţă deosebită

pentru funcţionarea fără întrerupere a consumatorilor de energie electrică. În exploatare, calitatea energiei electrice este asigurată în principal de doi parametrii: tensiunea şi frecvenţa.

Pentru menţinerea constantă a tensiunii generatoarelor sincrone şi distribuţia echilibrată a sarcinii reactive se acţionează asupra excitaţiei generatorului. În

sistemele de reglare automată a tensiunii, influenţa exterioară principală care determină fluctuaţiile tensiunii, este curentul reactiv sau puterea reactivă. Componenta inductivă a curentului de sarcină este cea care creează fluxul de reacţie

longitudinal demagnetizant care produce scăderea fluxului rezultant şi a tensiunii generatorului.

Pentru menţinerea constantă a frecvenţei şi distribuţia echilibrată a puterii active se acţionează asupra regulatoarelor de turaţie ale motoarelor primare de antrenare a generatoarelor. În sistemele de reglare automată a frecvenţei curentului

generatorului sincron, influenţa exterioară principală, care determină oscilaţiile frecvenţei, este sarcina aplicată la axul motorului primar, adică puterea activă sau

curentul activ produse de generator. Sistemele de reglare automată a tensiunii şi distribuţiei echilibrată a sarcinii

reactive şi sistemele de reglare automată a frecvenţei şi distribuţiei echilibrată a

sarcinii active, sunt distincte în schema generală a generatorului sincron. De exemplu, dacă se acţionează asupra excitaţiei, care face parte din primul sistem, nu

se poate obţine modificarea parametrilor celui de-al doilea sistem: frecvenţa şi puterea activă. De aceea, aceste sisteme se tratează separat.

2.4.2 Caracteristicile şi clasificarea sistemelor de reglare automată a

tensiunii (RAT)

Pentru restabilirea tensiunii în sistem, după scăderea ei în regimurile normale

sau de avarie, este necesar să se acţioneze asupra excitaţiei generatorului sincron.

Comparativ cu sistemele industriale, în sistemele electroenergetice navale, reglarea automată a tensiunii trebuie să îndeplinească cerinţe superioare privind

calitatea energiei electrice. Aceasta se explică prin graficul diurn care, în cazul sistemelor electroenergetice navale, are mari fluctuaţii de sarcini active şi reactive. De asemenea, pentru sistemul electroenergetic naval sunt caracteristice căderi mari

de tensiune produse de curenţii de scurtcircuit sau de curenţii de pornire a

56

motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit de putere comparabilă cu puterea

generatoarelor. În acelaşi timp, cerinţa de menţinere constantă a tensiunii la variaţia sarcinii este o condiţie de bază pentru funcţionarea unor instalaţii de la bordul navei (sisteme automate, aparatura de radio, iluminat).

Sistemele de reglare automată a tensiunii şi distribuţia echilibrată a sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor îndeplinesc următoarele funcţii:

1) Menţinerea nivelului dat al tensiunii în sistem şi distribuţia proporţională a sarcinii reactive între generatoarele care lucrează în paralel, în condiţiile schimbării sarcinii de la zero până la valoarea nominală.

2) Creşterea (forţarea) excitaţiei generatoarelor peste valoarea nominală, în cazul curenţilor de scurtcircuit sau altor avarii care produc scăderea

tensiunii, pentru asigurarea stabilităţii dinamice a sistemului de reglare. Forţarea excitaţiei până la valoarea maximă se produce chiar de la scăderea tensiunii generatorului cu 10-12.4% faţă de valoarea nominală.

3) Asigură restabilirea în timp scurt a tensiunii după deconectarea scurtcircuitelor. Scurtcircuitele care se produc în reţea sunt însoţite de

căderi de tensiune şi din această cauză motoarele asincrone îşi micşorează cuplul motor şi viteza, în condiţiile menţinerii constante a cuplului rezistent. Regulatorul automat de tensiune măreşte din primul

moment tensiunea, iar după deconectarea scurtcircuitelor restabileşte valoarea nominală a acesteia şi asigură accelerarea motoarelor asincrone

pentru refacerea turaţiei nominale. 4) Uşurează pornirea motoarelor asincrone în scurtcircuit de putere mare,

comparabilă cu puterea generatoarelor. La pornirea acestor motoare,

valoarea mare a curentului de pornire reactiv produce prin fluxul de reacţie al indusului demagnetizarea generatorului urmată de micşorarea

tensiunii şi prelungirea duratei de pornire a motorului. În aceste condiţii regulatorul automat de tensiune (RAT) asigură forţarea excitaţiei, restabilirea tensiunii şi scurtarea însemnată a duratei de pornire a

motorului asincron de putere mare. 5) Îmbunătăţirea condiţiilor de sincronizare a generatoarelor.

Menţinerea constantă a tensiunii generatoarelor sincrone, atât în regim permanent, cât şi în regim tranzitoriu, este posibilă numai prin folosirea regulatorului automat de tensiune. Obţinerea aceluiaşi scop prin comandă manuală,

cu ajutorul unui reostat, nu este posibilă din cauza întârzierii procesului de reglare efectuat de operator.

Experienţa arată că stabilitatea funcţionării în paralel a generatoarelor este asigurată de posibilitatea forţării rapide a excitaţiei generatoarelor până la valoarea maximă, capabilă să asigure restabilirea în timp scurt a tensiunii după decuplarea

scurtcircuitelor şi să menţină în funcţiune motoarele asincrone.

57

Pentru asigurarea stabilităţii funcţionării în paralel a generatoarelor, regulatorul

automat de tensiune trebuie să acţioneze suficient de repede pentru a creşte în timp scurt tensiunea şi curentul în înfăşurarea de excitaţie a generatorului sincron. Din acest punct de vedere, la generatoarele sincrone cu excitatrice, creşterea excitaţiei se face

mai încet decât la generatoarele cu autoexcitaţie din cauza întârzierilor produse de inductivitatea mare a înfăşurării de excitaţie a excitatricei.

Curba de creştere a tensiunii la bornele înfăşurării de excitaţie a generatorului sincron este prezentată în figura 2.4.1.

Fig. 2.4.1 Graficul de determinare a vitezei medii de creştere a tensiunii de excitaţie

Viteza de creştere a tensiunii este apreciată prin viteza medie de variaţie a

tensiunii .med

e

dt

dU

pe o durată de 0,2.4 s, faţă de tensiunea nominală a sistemului de

excitaţie.

În figura 2.4.1 curba de creştere a tensiunii este aproximată printr-o dreaptă trasată astfel încât suprafaţa de sub curba a, d, e, f, c să fie egală cu suprafaţa

triunghiului abc. Mărimea .med

e

dt

dU

reprezintă tangenta unghiului de înclinare a

dreptei ab. Pentru generatoare navale cu excitatrice, viteza medie de creştere a tensiunii este 108-232.4 v/s. Generatoarele autoexcitate asigură o viteză medie de creştere a tensiunii mai mare, în limitele 22.40-300 V/s.

Sistemul de excitaţie este caracterizat, de asemenea, de gradul de multiplicare a tensiunii la forţarea excitaţiei. Acest grad este caracterizat de raportul între tensiunea

limită maximă şi tensiunea nominală.

58

en

lim.maxe

pU

Uk (2.4.1)

Pentru generatoare sincrone cu excitatrice, gradul de multiplicare la forţarea excitaţiei

este 5,2pk , iar pentru generatoare autoexcitate 43pk .

Caracteristicile statice ale sistemului de reglare a tensiunii generatorului sincron reprezintă dependenţa tensiunii generatorului funcţie de componenta

reactivă a curentului de sarcină şi sunt prezentate în figura 2.4.2.

Fig. 2.4.2 Caracteristicile sistemului de reglare:

1 – caracteristica astatică; 2, 3 – caracteristici statice.

Atunci când generatorul trece de la un regim stabil de funcţionare, caracterizat

de o anumită valoare a componentei reactive a curentului de sarcină, la alt regim stabil de funcţionare pentru care componenta reactivă a curentului de sarcină are altă

valoare, sistemul de reglare automată a tensiunii poate acţiona în două feluri: să menţină constantă valoarea tensiunii pentru ambele regimuri stabile şi, în acest caz, îi corespunde caracteristica astatică de reglare (dreapta 1 din figura 2.4.2) sau

tensiunea în al doilea regim stabil să fie diferită de primul şi, în acest caz, sistemul de reglare are caracteristică statică de reglare (dreapta 2 sau 3 din figura 2.4.2).

La reglarea după caracteristica astatică, în diferite regimuri de funcţionare, tensiunea rămâne constantă indiferent de valoarea sarcinii.

La reglarea după caracteristica statică, tensiunea generatorului se schimbă în

funcţie de mărimea sarcinii. Gradul de schimbare a tensiunii la modificarea sarcinii este determinat de înclinarea caracteristicii de reglare, care este caracterizată de

coeficientul de statism. Ecuaţia caracteristicii statice 2 din figura 2.4.2 este:

rs0 IkUU (2.4.2)

59

în care: U - tensiunea la bornele generatorului pentru o valoare

determinată a curentului de sarcină reactiv rI

0U - tensiunea de mers în gol

sk - coeficientul de statism al caracteristicii de reglare.

Aprecierea caracteristicii statice de reglare se face prin mai mulţi indicatori şi anume:

- abaterea erorii mărimii reglate faţă de valoarea iniţială:

UUU 0 (2.4.3)

- abaterea relativă a mărimii reglate sau eroarea statică:

nn

0

U

U

U

UUU

(2.4.4)

în care:nU - tensiunea nominală a generatorului

- statismul (corespunzător tensiunii nominale):

n

n0

U

UUS

(2.4.2.4)

- coeficientul de statism.

tgI

UUk

rn

n0

s (2.4.6)

în care: rnI - curentul reactiv de sarcină nominal.

Din punct de vedere al coeficientului de statism, acesta poate fi pozitiv atunci

când tensiunea scade la creşterea curentului, 0n UU (dreapta 2 din figura 2.4.2)

sau negativ atunci când tensiunea creşte la creşterea curentului de sarcină, 0n UU

(dreapta 3 din figura 2.4.2).

În practică, caracteristicile statice nu sunt linii drepte, regulatorul de tensiune în funcţionare prezintă un domeniu de abateri. Valoarea acestora se apreciază prin

coeficientul:

nU

u (2.4.7)

60

unde Δu reprezintă lărgimea domeniului abaterilor de la mărimea reglată. În zona corespunzătoare a abaterilor, mărimea reglată (tensiunea) poate avea orice

valoare. Coeficientul:

%1002

(2.4.8)

reprezintă precizia de menţinere a mărimii reglate (tensiunea) pentru

caracteristica dată. Caracteristica statică a regulatorului automat de tensiune arată în ce măsură

valoarea tensiunii generatorului, la instalarea unui nou regim stabil de funcţionare,

este diferită de valoarea din regimul stabil anterior. Această deosebire este exprimată

de eroarea statică u şi de coeficientul de statism sk .

După principiile de funcţionare, sistemele de reglare automată a tensiunii se împart în trei categorii:

1) Sisteme care acţionează la abaterea tensiunii generatorului de la valoarea impusă (regulator automat de tensiune).

2) Sisteme care acţionează în funcţie de variaţia curentului de sarcină (compoundare fazică).

3) Sisteme cu reglare combinată care acţionează atât la variaţia curentului

de sarcină, cât şi la abaterea tensiunii generatorului (compoundare fazică cu corector de tensiune).

Toate sistemele prezentate, pentru menţinerea constantă a tensiunii, acţionează asupra excitaţiei generatoarelor. Acţiunea constă în introducerea unui curent suplimentar în înfăşurarea de excitaţie a generatoarelor autoexcitate sau în

înfăşurarea de excitaţie a excitatricei, în cazul generatoarelor cu excitatrice, dependent de abaterea mărimii reglate.

2.4.3 Sisteme de compoundare a generatoarelor sincrone

Compoundarea după curent

Principiul compoundării excitaţiei de la curentul de sarcină folosit la generatorul de curent continuu cu excitaţie compound (mixtă) este folosit şi pentru generatorul de curent alternativ.

Compoundarea după curent realizează schimbarea excitaţiei în dependenţă de mărimea curentului de sarcină. În figura 2.4.3 se prezintă schema compoundării

curentului generatorului sincron. Curentul de sarcină al generatorului trece prin înfăşurarea primară a

transformatorului de curent TC. Din secundarul transformatorului, curentul IK

proporţional cu curentul de sarcină IG este redresat şi se aplică înfăşurării de excitaţie a excitatricei. Curentul suplimentar iK introdus în înfăşurarea de excitaţie

61

compensează variaţia tensiunii determinată de curentul de sarcină. Mărimea

necesară a curentului iK se asigură prin alegerea corespunzătoare a elementelor din circuitul de compensare.

Fig. 2.4.3 Schema de principiu a compoundării curentului generatorului sincron

Sistemul compoundării după curent este realizat simplu şi reglează neîntrerupt excitaţia, fără zone de insensibilitate.

Reglarea excitaţiei în schema de compoundare după curent se face după legea:

Gi0dede IkEE (2.4.9)

unde:deE - tensiunea electromotoare a generatorului

proporţională cu tensiunea excitatricei;

0deE - tensiunea electromotoare a generatorului proporţională cu

tensiunea excitatricei, în absenţa alimentării suplimentare de la

sistemul de compoundare ( 0IG );

ik - coeficient de compoundare;

GI - curentul de sarcină al generatorului.

La scurtcircuite şi mărirea bruscă a sarcinii în sistemul electroenergetic, se produce scăderea rapidă a tensiunii la bornele gene ratorului. Curentul de

compoundare, iK, determinat de creşterea curentului generatorului, IG, produce forţarea excitaţiei până la valoarea maximă şi restabilirea tensiunii generatorului.

În acelaşi timp, trebuie menţionat, că principiul compoundării prezentat în figura 2.4.3 nu rezolvă complet problema reglării excitaţiei, întrucât curentul de compoundare, iK, este proporţional cu valoarea totală a curentului de sarcină şi nu

sesizează modificarea factorului de putere. În cazul generatorului sincron, spre deosebire de generatorul de curent continuu, curentul de sarcină este defazat cu un

unghi, , faţă de tensiunea generatorului şi are două componente: o componentă

62

activă, Ia, în fază cu tensiunea generatorului şi o componentă reactivă, Ir, în urmă cu

2

(pentru sarcina inductivă) faţă de tensiunea generatorului (figura 2.4.4).

Fig. 2.4.4 Componentele curentului de sarcină

Din analiza fenomenului reacţiei indusului, componenta reactivă inductivă creează un flux de reacţie longitudinal demagnetizant, constituind cauza principală a

micşorării fluxului rezultant la mărirea sarcinii şi pe această bază, a reducerii tensiunii la bornele generatorului. În figura 2.4.4 se vede că în condiţiile menţinerii constante a

valorii totale a curentului de sarcină, la creşterea defazajului de la 1 la

2 se măreşte

valoarea componentei reactive, creşte efectul de demagnetizare şi reducere a tensiunii

generatorului. Sistemul de compoundare fiind dependent de valoarea totală a curentului de sarcină, nu reacţionează la modificarea defazajului şi, ca urmare,

precizia reglării este insuficientă şi reprezintă 2.4-10% din tensiunea nominală. În schemele folosite în aplicaţiile practice, pentru ridicarea preciziei reglării se

utilizează compoundarea fazică care permite efectuarea reglării, atât în funcţie de

mărimea curentului de sarcină, cât şi în funcţie de defazajul dintre curent şi

tensiune.

Compoundare fazică. Sistemul de compoundare fazică, reprezentat în figura 2.4.5 se bazează pe principiul reglării combinate şi asigură menţinerea constantă a

tensiunii atât la schimbarea curentului, cât şi a factorului de putere al sarcinii.

63

Fig. 2.4.5 Schema de principiu a compoundării fazice de curent

Pentru explicarea principiului de funcţionare al compoundării fazice, în figura 2.4.6 se prezintă diagramele fazoriale ale tensiunii şi curentului construite pentru diferite valori ale factorului de putere.

Legea reglării excitaţiei în cazul compoundării fazice este exprimată de relaţia:

GiGu0dede IjkUkEE (2.4.10)

unde: GU - tensiunea generatorului

GI - curentul generatorului

uk - coeficient de compoundare după tensiune

ik - coeficient de compoundare după curent.

Fig. 2.4.6 Diagrama fazorială a tensiunii şi curentului în cazul legării în paralel

a înfăşurărilor secundare ale transformatoarelor de curent şi tensiune pentru 90k

64

Curentul în înfăşurarea de excitaţie, Ie, este determinat de suma vectorială

a două componente: o componentă IK proporţională cu valoarea curentului de sarcină şi o componentă IU proporţională cu tensiunea generatorului. Pentru obţinerea unui reglaj corect, componenta de tensiune IU trebuie să fie decalată

cu unghiul 90k faţă de tensiunea generatorului. În acest caz, pentru un

curent de sarcină constant, la schimbarea defazajului dintre tensiune şi

curent de la 0 la 90 , curentul de excitaţie al generatorului are valoarea

minimă la 0 şi maximă la 90 , ceea ce corespunde reglajului, întrucât

la creşterea defazajului se măreşte componenta reactivă a curentului, creşte

efectul de demagnetizare care este compensat de creşterea corespunzătoare a curentului de excitaţie. În caz contrar, pentru IU în fază cu tensiunea

generatorului, 0k , curentul de excitaţie maxim ar fi pentru 0 şi minim

la 90 , adică invers faţă de necesităţile reglajului.

Defazajul dintre tensiunea generatorului UG şi componenta curentului de

excitaţie IU, proporţională cu tensiunea generatorului, în schema din figura 2.4.5, se obţine prin conectarea în circuit a impedanţei ZK de valoare foarte mare.

În schemele de compoundare fazică, înfăşurările secundare ale

transformatoarelor de tensiune şi de curent pot fi conectate în paralel sau în serie. În figura 2.4.7 se prezintă varianta de conectare în paralel.

Fig. 2.4.7. Schema de compoundare fazică cu conectarea în paralel a secundarelor

transformatoarelor de curent şi tensiune

a) schema de principiu; b) schema echivalentă

Neglijând fluxurile de dispersie, rezistenţele se şterge înfăşurărilor, curentul de

magnetizare şi pierderile active în circuitul magnetic, se obţine schema echivalentă

simplificată prezentată în figura 2.4.7.b. Conform schemei echivalente rezultă:

KUe III (2.4.11)

UKeGu IZUUk (2.4.12)

65

în care: eI - curentul de excitaţie al generatorului.

GiK IkI (2.4.13)

este componenta curentului proporţională cu intensitatea curentului generatorului IG.

eeeU (2.4.14)

în care: eU - tensiunea la bornele înfăşurării de excitaţie

e - impedanţa înfăşurării de excitaţie

Din relaţiile (2.4.11), (2.4.12), (2.4.13), după efectuarea calculelor

corespunzătoare, se determină curentul de excitaţie.

GuGi

eK

e UkkZZ

1

(2.4.12.4)

Din relaţia (2.4.12.4) se observă că valoarea curentului de excitaţie obţinut

prin însumarea vectorială a componentelor proporţionale cu tensiunea şi curentul

generatorului depinde de valoarea reactanţei elementului de compoundare, k .

Dacă se anulează impedanţa de compoundare, 0k , curentul de excitaţie este

determinat numai de componenta de tensiune şi funcţionarea normală a sistemului

nu este posibilă.

Valoarea curentului de excitaţie, e , depinde, de asemenea, de raportul între

rezistenţa şi reactanţa impedanţei k . Dacă 0rΚ , atunci unghiul de deviere între

tensiunea generatorului, GU , şi componenta curentului de excitaţie, U , este 0

K 90 . În acest caz, pentru o sarcină inductivă a generatorului, 090 ,

componentele curentului de excitaţie UK , se însumează algebric obţinându-se

valoarea maximă a curentului de excitaţie, care corespunde întru totul necesităţii

reglajului (vezi figura 2.4.6.).

Dacă 0r şi reactanţa elementului de compoundare 0x , atunci unghiul

dintre tensiunea generatorului şi componenţa u este zero, 0K . În acest caz

pentru sarcina activă a generatorului, 0 , componentele u, se însumează algebric obţinându-se valoarea maximă a curentului de excitaţie iar la micşorarea

factorului de putere până la anulare 090 , curentul de excitaţie se reduce până la valoarea minimă, cea ce nu corespunde necesităţilor de reglaj şi ca atare sistemul

nu funcţionează normal.

66

În concluzie, pentru funcţionarea normală a schemei din figura 2.4.7,

elementul de compoundare are reactanţa foarte mare comparativ cu rezistenţa care este neglijabilă. De asemenea în unele scheme de compoundare fazică pentru

obţinerea defazajului, 090 , între tensiunea generatorului şi componenta uΙ a

curentului de excitaţie, în locul droselului se foloseşte un condensator, efectul fiind acelaşi.

Schema prezentată în figura 2.4.8 corespunde cazului în care înfăşurările secundare ale transformatoarelor de tensiune şi de curent sunt conectate în serie.

În această schemă, spre deosebire de cazul anterior, în loc de însumarea curenţilor se face însumarea tensiunilor electromotoare ale surselor. Pentru realizarea schemei compoundării fazice este necesar ca între punctele 1 şi 2 să existe o caracteristică moale a

sursei de curent. De aceea se introduce o impedanţă suplimentară , de valoare mică, în paralel cu înfăşurarea secundară a transformatorului de curent.

Fig. 2.4.8 Schema de compoundare fazică cu conectarea în serie a înfăşurărilor

secundare ale transformatoarelor de tensiune şi de curent: a – schema de principiu, b – schema echivalentă

Suma tensiunilor electromotoare, conform schemei echivalente, este:

eGieee kUU (2.4.16)

unde

Gueee UkU:U (2.4.17)

Din relaţiile (2.4.16), (2.4.17), după efectuarea calculelor corespunzătoare, se obţine valoarea curentului în înfăşurarea de excitaţie.

GuGi

e

e Ukk1

(2.4.18)

Din relaţia (2.4.18) rezultă că valoarea curentului de excitaţie depinde de valoarea

impedanţei . Dacă lipseşte, atunci alimentarea de la sursa de tensiune nu influenţează

curentul de excitaţie, această fiind dependent numai de curentul generatorului. Este evident că în

67

cazul şuntării înfăşurării secundare a transformatorului de curent, 0 , componenţa de

curent nu influenţează curentul de excitaţie.

În ecuaţia (2.4.18) se însumează vectorial căderea de tensiune pe impedanţa şi

componenta proporţională cu tensiunea generatorului U .

În schemele de compoundare fazică însumarea semnalelor proporţionale cu tensiunea şi curentul generatorului se face pe cale electrică sau electromagnetică. În ultimul caz se foloseşte un transformator de construcţie normală cu trei înfăşurării şi trei coloane reprezentat în figura 2.4.9, în două variante.

În acest caz, în locul legăturilor electrice între înfăşurările secundare ale transformatoarelor de curent şi de tensiune, însumarea se face pe baza fluxului magnetic rezultant care induce în a treia înfăşurare a tensiune proporţională cu suma semnalelor d in înfăşurările de curent şi de tensiune.

Fig. 2.4.9 Transformatorul cu trei înfăşurării şi trei coloane

În transformatorul cu trei înfăşurării tensiunea magnetomotoare rezultantă în

înfăşurarea de ieşire spre redresor reprezintă suma tensiunilor magnetomotoare create de înfăşurările de curent şi de tensiune, cea ce echivalează cu însumarea curenţilor în cazul schemei cu înfăşurările secundare de curent şi de tensiune conectate în paralel.

Pentru a obţine defazarea semnalului de tensiune cu unghiul 090 faţă de tensiunea

generatorului, necesară funcţionării corecte a sistemului de reglare prin compoundare fazică, elementul de compoundare, după cum a fost prezentat, poate fi un drosel sau un condensator. Acelaşi efect se poate obţine şi prin realizarea unei construcţii speciale pentru miezul magnetic al transformatorului de compoundare care permite folosirea şuntului magnetic sau întrefierului. Prin

această construcţie se înlocuieşte droselul sau condensatorul de impedanţă .

Şuntul magnetic se dispune între coloane, între înfăşurările de tensiune şi de curent. Prezenţa şuntului măreşte impedanţa de dispersie a fluxului înfăşurării de tensiune cea ce echivalează cu introducerea în serie în circuitul înfăşurării de tensiune a elementului de

compoundare .

68

Introducerea întrefierului, realizat practic prin introducerea unor plăcuţe din material nemagnetic în circuitul magnetic al transformatorului de curent, este echivalent cu şuntarea

înfăşurării secundare a acestuia cu o impedanţă prin care se realizează înmuierea

caracteristicii externe a transformatorului de curent. În practică se întâlneşte o diversitate mare de scheme de compoundare fazică a

generatoarelor sincrone, având în comun acelaş principiu de funcţionare. Analiza sistemului de compoundare fazică a fost făcută, pentru simplificare, pe o fază,

fenomenele analizate fiind similare şi pe celelalte faze ale generatorului sincron. În practică transformatorul de compoundare fazică este un transformator trifazat având pe fiecare fază cele trei înfăşurări de curent, de tensiune şi de ieşire. Primele două pot fi considerate înfăşurări primare iar ce-a de-a treia înfăşurare secundară. În figura 2.4.10 se prezintă mai multe variante de compoundare fazică pentru generatorul sincron.

În figura 2.4.10 a este prezentată schema compoundării fazice cu element de compoundare inductiv. Elementele schemei sunt: transformatorul de compoundare fazică TCF, droselul D şi redresorul Rd.

Transformatorul de compoundare este un transformator trifazat cu trei coloane având

dispuse trei înfăşurări trifazate: de curent 1W , de tensiune

2W şi de ieşire 3W . Elementul

de compoundare este droselul D. Autoexcitarea generatorului se face pe seama tensiunii electromotoare remanente.

Sistemul menţine tensiunea cu precizie de %5 . Schimbarea nivelului tensiunii de lucru se

face cu rezistenţa de reglaj rR în limitele %5 .

Schema din figura 2.4.10b foloseşte ca element de compoundare un condensator şi se compune din: transformatorul de compoundare fazică, TCF, bateria de condensatori, C,

redresor trifazat în punte, dR . Curentul din înfăşurarea de ieşire 3W reprezintă suma

vectorială a curenţilor din înfăşurarea de curent 1W şi înfăşurarea de tensiune

2W .

Înfăşurarea de excitaţie a generatorului sincron este alimentată de la înfăşurarea de ieşire

prin redresorul dR . Prezenţa capacităţii în circuitul înfăşurării de tensiune

2W produce

deviaţia semnalului de tensiune cu 090 faţă de tensiunea generatorului, necesară pentru

compensarea influenţei factorului de putere. În afară de acesta, impedanţa capacitivă micşorează impedanţa totală a circuitului de excitaţie favorizând procesul de autoxicitare. În

cazul acestui sistem statismul reglării nu depăşeşte %3 la schimbarea sarcinii de la zero

la %100 şi a factorului de putere, cos , de la 0,1 la 4,0 .

În figura 2.4.10.c se prezintă varianta sistemului de compoundare fazică fără element exterior de compoundare. În acest caz, construcţia specială a transformatorului de compoundare constă în plasarea unui şunt magnetic între coloane, între înfăşurările de curent şi de tensiune, care are rolul elementului de compoundare. Elementele schemei sunt: transformatorul de compoundare fazică cu şunt magnetic, TCF şi redresorul trifazat în punte

dR . În această variantă schema se simplifică prin absenţa elementului exterior de

compoundare. Prezenţa şuntului magnetic produce dispersia fluxului magnetic din înfăşurarea de tensiune echivalentă cu introducerea în serie a unei inductanţe.

69

Fig. 2.4.10 Scheme de compoundare fazică pentru generatoare sincrone autoexcitate:

a – cu element de compoundare inductiv (drosel);

b – cu element de compoundare capacitiv; c – cu şunt magnetic

Compoundarea fazică cu corector de tensiune.

Compoundarea fazică realizată pentru generatoare sincrone asigură menţinerea

tensiunii generatorului cu statism %53 . La nave cu grad înalt de automatizare această precizie de menţinerea tensiunii nu este

suficientă. În condiţiile actuale, pentru astfel de nave, se cere ca precizia reglării tensiunii să

nu fie mai mică de %1 la schimbarea sarcinii de la zero la %125 , a factorului de putere

de la 1 la 4,0 şi a frecvenţei în limitele %5,2 .

Pentru realizarea cerinţelor sporite de ridicarea a preciziei reglării tensiunii, pe lângă compensarea căderii de tensiune pe impedanţa statorului şi a influenţei fluxului de reacţie al indusului, realizată de sistemul de compoundare fazică, trebuie avute în vedere şi celelalte influenţe asupra stabilităţii tensiunii, cum ar fi: saturaţia circuitelor magnetice ale generatorului, histerezisul, schimbarea rezistenţelor înfăşurărilor cu temperatura.

70

În scopul ridicării preciziei reglării tensiunii, în sistemele de compoundare fazică se folosesc corectoare de tensiune. Corectorul de tensiune lucrează pe principiul abaterii mărimii reglate (tensiunea) faţă de o mărime de referinţă sau de comparare şi se compune, în principiu, din blocul de măsură, blocul de comparare şi amplificare şi elementul de execuţie.

În practică se folosesc diferite scheme de realizare a corectoarelor de tensiune construite cu amplificatoare magnetice sau cu elemente semiconductoare. În funcţie de sistemul de excitaţie al generatorului, corectorul de tensiune se conectează: pe înfăşurarea de excitaţie, pe o înfăşurare de comandă a transformatorului de compoundare, pe înfăşurarea de comandă a unui drosel cu reactanţa reglabilă, ş.a.

Principiile reglării automate a tensiunii generatoarelor sincrone navale sunt examplificate prin prezentarea unor scheme practice realizate de diferite firme constructoare şi prezentate în subcapitolul 2.4.5.

2.4.4 Distribuţia sarcinii reactive între generatoarele care funcţionează

în paralel

La funcţionarea în paralel a generatoarelor sincrone, spre deosebire de generatoarele

de curent continuu, proporţional cu puterea nominală a generatorului trebuie să se distribuie atât puterea activă cât şi puterea reactivă.

În cazul generatoarelor sincrone reactanţa inductivă a înfăşurării statorului este mult mai mare decât rezistenţa înfăşurării ş i la apariţia unei diferenţe între tensiunile electromotoare ale generatoarelor cuplate în paralel, E , apare curentul de egalizare

defazat cu 090 faţă de tensiunea E . Curentul de egalizare este pur reactiv şi practic nu

influenţează asupra puterii active dezvoltată de motoarele primare. Acest curent creează numai sarcină reactivă.

Prin reglarea excitaţiilor generatoarelor se modifică tensiunile electromotoare şi se produce schimbarea distribuţiei sarcinii reactive între generatoare. Dacă la unul din generatoare se măreşte excitaţia iar la celălalt se micşorează atunci, în condiţiile menţinerii constante a tensiunii la barele centralei, primul se încarcă cu sarcină reactivă iar al doilea restituie sarcina reactivă.

Prin reglarea curenţilor de excitaţie ai generatoarelor, manual sau automat, se realizează distribuţia echilibrată a sarcinilor reactive între generatoarele care funcţionează în paralel. Să urmărim funcţionarea a trei generatoare, cu reglare automată a tensiunii, conectate în paralel la aceleaşi bare. În figura 2.4.11 se prezintă caracteristicile statice de

reglare pentru cele trei generatoare cu statisme diferite: 321 ,, .

Pentru regimul stabil 1 tensiunea la bare este 1U şi curenţii de sarcină reactivi sunt

.,, 3Gr2Gr1Gr

La creşterea sarcinii reactive, solicitată de la barele centralei, se micşorează tensiunea la bare, sistemele de reglare automată intră în funcţiune şi se măresc curenţii de excitaţie ai

generatoarelor. În noul regim stabil 2 de funcţionare, tensiunea la bare este 2U iar valorile

curenţilor de sarcină reactivă se modifică, având valorile: .,, 3Gr'

2Gr'

1Gr'

71

Scriind pentru fiecare generator ecuaţia caracteristicii statice de reglare (relaţia 2.4.2)

pentru regimurile stabile 1 şi 2 , scăzând cele două ecuaţii (membrii din stânga şi membrii din dreapta) se obţine o nouă formă pentru caracteristicile de reglare.

0kU

0kU

0kU

3Gr3s

2Gr2s

1Gr1s

(2.4.19)

în care: 21 UUU

3s2s1s k,k,k - coeficienţii de statism ai

caracteristicilor de reglare. În figura 2.4.11, din triunghiurile I, II şi II rezultă:

2s3

3Gr

2s2

2Gr

1s1

1Gr

k

U

tg

U

k

U

tg

U

k

U

tg

U

(2.4.20)

Fig. 2.4.11 Distribuţia sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor cu

statisme diferite

Adunând membrii din partea dreaptă şi membrii din partea stângă se obţine:

72

3

1 3s2s1s

Grik

1

k

1

k

1U (2.4.21)

Din ecuaţia (2.4.21) se determină U şi se înlocuieşte în relaţiile (2.4.20). După efectuarea calculelor, rezultă:

3s2s1s

3s

3

1

Gri

3Gr

3s2s1s

2s

3

1

Gri

2Gr

3s2s1s

1s

3

1

Gri

1Gr

k

1

k

1

k

1k

k

1

k

1

k

1k

k

1

k

1

k

1k

(2.4.22)

Analog se poate obţine variaţia curentului pentru n generatoare care funcţionează în paralel.

sn2s1s

sn

n

1i

Gri

Grn

k

1......

k

1

k

1k

(2.4.23)

şi variaţia de tensiune:

sn2s1s

n

1i

Gri

k

1....

k

1

k

1U

(2.4.24)

Din expresia (2.4.23) rezultă că, pentru generatoarele cu coeficienţi de statism diferiţi ai caracteristicilor de reglare, sarcina reactivă se distribuie proporţional cu coeficienţii de statism. În exemplul prezentat în figura 2.4.11 generatorului 3 cu cel mai mic grad de statism îi corespunde încărcarea cea mai mare.

73

La funcţionarea în paralel a generatoarelor de aceeaşi putere, distribuţia egală a sarcini reactive se obţine în cazul în care coincid caracteristicile de reglare (au acelaşi grad de statism). În cazul în care generatoarele care lucrează în paralel au puteri diferite, sistemul automat de reglare a tensiunii trebuie să asigure distribuţia puterii reactive între generatoare proporţional cu puterile nominale ale acestora.

Fig.2.4.12 Schema de principiu de stabilizare a curentului

Funcţionarea în paralel a generatoarelor care au caracteristică astatică de reglare nu asigură stabilitate în distribuţia sarcini reactive.

Pentru funcţionarea în paralel, regulatoarele automate de tensiune ale generatoarelor trebuie să aibă caracteristică statică de reglare şi pentru a realiza distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între ele, sistemele de reglare trebuie să permită reglarea statismului. În figura 2.4.12 se prezintă schema de principiu a sistemului de reglare a statismului.

Principiul de funcţionare constă în aplicarea unui semnal de tensiune, proporţional cu curentul de sarcină, la intrarea regulatorului automat de tensiune. Acest semnal se adaugă la semnalul de intrare proporţional cu tensiunea generatorului şi în acest fel, la creşterea curentului de sarcină, se măreşte artificial tensiunea aplicată elementului de măsură al regulatorului. Regulatorul automat de tensiune sesizează creşterea tensiunii şi comandă scăderea tensiunii generatorului până la realizarea echilibrului între valoarea măsurată şi valoarea impusă (de referinţă). În acest mod se obţine micşorarea tensiunii generatorului la creşterea curentului de sarcină şi deci un anumit grad de statism al caracteristici de reglare.

Pentru schema din figura 2.4.12 tensiunea care se aplică elementului de măsură este:

rrrcGr RRUU (2.4.25)

74

în care: rU - tensiunea care se aplică regulatorului

cI - curentul în înfăşurarea secundară de curent

r - curentul de lucru al regulatorului

rR - rezistenţă de reglaj

Deoarece curentul cr se poate neglija căderea de tensiune

rr R şi relaţia

(2.4.22.4) devine:

rcGr RUU (2.4.26)

În figura 2.4.13 se prezintă diagramele fazoriale ale tensiunilor regulatorului cu curent de stabilizare.

Din diagramele fazoriale ale tensiunilor rezultă că tensiunea de reglare este influenţată în principal de componenta reactivă a curentului generatorului (figura 2.4.13b). Influenţa

componentei active asupra mărimii tensiunii de reglare, rU , este nesemnificativă (figura

2.4.13a). Curentul din secundarul transformatorului este proporţional cu curentul generatorului

Grc şi ecuaţia (2.4.26) poate fi scrisă sub forma:

rGrrG RUU (2.4.27)

Modificarea statismului se obţine prin reglarea rezistenţei rR care modifică tensiunea

suplimentară introdusă de curentul reactiv la intrarea regulatorului automat de tensiune.

Fig. 2.4.13 Diagramele fazoriale ale tensiunilor regulatorului cu curent de stabilizare: a - pentru

sarcină activă 1cos ; b – pentru sarcină reactivă 0cos

Pentru distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care funcţionează

în paralel se folosesc diferite soluţii de realizare a blocului de stabilizare a curentului, toate având în comun acelaşi principiu de funcţionare.

75

În afara blocului de stabilizare a curentului se folosesc şi legături de egalizare. Prin trecerea curenţilor de egalizare se micşorează tensiunea electromotoare a generatorului cu curent reactiv mai mare şi se măreşte tensiunea electromotoare a generatorului cu valoarea curentului reactiv mai mică, realizându-se echilibrarea distribuţiei sarcini reactive.

2.4.5 Scheme de reglare automată a tensiunii şi puterii reactive pentru

generatoarele sincrone

2.4.5.1 Sistemul de autoexcitaţie şi reglare automată a tensiunii generatoarelor

sincrone produs de firma „Elma”(Germania)

Date tehnice principale. Sistemul menţine tensiunea generatorului cu precizia de

%5,2 în condiţiile schimbării sarcinii de la zero la %100 şi a factorului de putere de la

9,0 la .4,0

Sistemul lucrează după principiul compoundării fazice cu însumarea electrică a semnalelor de tensiune şi de curent, fără corector de tensiune.

La aplicarea unor şocuri de sarcină, sistemul de reglare reacţionează rapid. Pentru un

şoc de sarcină de %100 , timpul de restabilire a tensiunii este de .2,0 s

Schema de principiu şi elementele componente sunt prezentate în figura 2.4.14. Elementele de bază ale schemei sunt: 1 – transformator de compoundare de curent; 2

– reactor; 3 – redresor de putere; 4 – rezistenţă de reglare a tensiunii; 2.4 – excitaţia generatorului sincron.

Funcţionarea sistemului. După realizarea turaţiei nominale generatorul se autoexcită pe baza magnetismului remanent. Tensiunea electromotoare dată de magnetismul remanent, care apare în înfăşurarea statorului, se aplică înfăşurării de excitaţie a generatorului 2.4 prin reactorul 2, redresorul 3 şi produce autoxcitarea generatorului. Valoarea curentului de excitaţie

şi tensiunea de mers în gol a generatorului sunt dependente de valoarea curentului U care

trece prin înfăşurările reactorului. Acest curent este proporţional cu tensiunea generatorului şi

defazat cu 090 faţă de aceasta, prin prezenţa reactorului.

La funcţionarea generatorului în sarcină apare curentul de sarcină ,G în înfăşurarea

statorului, care produce fluxul de reacţie al indusului şi căderea de tensiune pe impedanţa statorului. Pentru compensarea influenţei curentului de sarcină, prin transformatorul de

curent 1 şi redresorul 3 se aplică un curent suplimentar în înfăşurarea de excitaţie a

generatorului, realizându-se compoundarea după curent. Creşterea curentului de excitaţie compensează micşorarea tensiunii provocată de curentul de sarcină.

76

Fig. 2.4.14 Schema de principiu a generatorului sincron autoexcitat produs de firma „Elmo” seria

SSED

La funcţionarea în sarcină a generatorului, pe partea de curent alternativ se însumează

vectorial doi curenţi: curentul U proporţional cu tensiunea generatorului şi defazat cu 090

faţă de aceasta şi curentul proporţional cu valoarea curentului de sarcină al generatorului,

G .

Curentul generatorului, G , este defazat faţă de tensiunea generatorului, GU , cu unghiul

determinat de factorul de putere al sarcinii. În figura 2.4.12.4 se prezintă diagrama fazorială

de însumare electrică a componentelor curentului de excitaţie.

77

Fig. 2.4.15 Diagrama fazorială a curenţilor de excitaţie pentru

diferiţi factori de putere, cos , ai sarcinii

Din diagramele fazoriale se observă că valoarea curentului de excitaţie, e , se modifică la

schimbarea factorului de putere. Pentru acelaş curent de sarcină, curentul de excitaţie creşte la mărirea unghiului (micşorarea factorului de putere cos ) şi se micşorează la scăderea

unghiului (mărirea factorului de putere cos ) ceea corespunde necesităţii reglajului tensiunii

generatorului după principiul compoundării fazice. Parametrii schemei de reglare se calculează astfel încât să se asigure compensarea

reacţiei indusului şi menţinerea constantă a tensiunii generatorului la schimbarea sarcinii şi a factorului de putere.

Pentru distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care funcţionează în paralel, se prevăd două conductoare pe partea de curent continuu care asigură punerea în paralel a înfăşurărilor de excitaţie ale generatoarelor. Schema de conectare pentru două generatoare de aceeaşi putere este prezentată în figura 2.4.16.

Dacă generatoarele au puteri diferite, atunci în serie cu înfăşurarea de excitaţie a generatorului cu puterea mai mică se introduce a rezistenţă de egalizare, de mărime corespunzătoare.

Generatoarele din seria SSED asigură funcţionarea stabilă la mersul în paralel. La

mersul în gol nu se conectează în paralel generatoarele, deoarece poate apărea fenomenul de oscilaţii ale tensiunilor. Ordinea de conectare este: mai întâi se conectează legăturile de egalizare la bare, care leagă între ele polarităţile de acelaşi fel ale înfăşurărilor de excitaţie, după care se cuplează generatorul la bare. Distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care lucrează în paralel este asigurată, pentru acest sistem de reglare, prin barele de egalizare .

Distribuţia sarcinii active nu depinde de sistemul de reglare automată a tensiunii generatorului şi se realizează numai pe baza modificării puterii cedate de motorul primar. Pentru aceasta este necesar să se acţioneze asupra regulatorului de turaţie de pe motorul diesel sau asupra regulatorului de distribuţie a aburului în cazul turbinelor.

78

Fig. 2.4.16 Schema legăturilor de egalizare pe partea de curent continuu la funcţionarea în paralel

a generatoarelor sincrone

2.4.5.2 Sistemul de autoexcitaţie şi reglare automată a tensiunii pentru generatoarele

sincrone MCC (fabricate în Rusia)

Date tehnice principale. Sistemul este construit pe principiul compoundării fazice cu

însumarea electromagnetică a semnalelor de tensiune şi curent, fără corector de tensiune. Sistemul asigură menţinerea tensiunii generatorului, în regim permanent, cu precizia

de %5,2 din valoarea tensiunii nominale, în condiţiile modificării sarcinii de la zero la

%100 , a factorului de putere de la 95,0 la 7,0 şi a abaterii frecvenţei în limitele %2 .

Timpul de restabilire a tensiunii la pornirea în gol a unui motor asincron de putere

%30 din puterea generatorului, nu depăşeşte ..8,0 s

Schema de principiu şi elementele componente sunt prezentate în figura 2.4.17. Elementele componente ale schemei sunt: generatorul sincron, GS, cu înfăşurarea de

excitaţie, EG; generatorul de excitaţie iniţială, GEx.in; transformatorul de compoundare

fazică, TCF; redresorul de putere, 1dR ; drosel cu reactanţă de sarcină reglabilă, D; redresor

pentru excitaţia iniţială, 2dR ; redresor pentru circuitul de comandă, 3dR ; rezistor cu

rezistenţă reglabilă pentru fixarea tensiunii la bare 4R ; rezistoare pentru reglarea

statismului 1R şi 2R ; rezistor pentru compensare termică 3R ; întrerupător 2a .

79

Fig. 2.4.17 Schema de principiu a generatorului sincron autoexcitat din seria MCC

Droselul cu reactanţă reglabilă, D, realizează comanda manuală a tensiunii

generatorului la bare şi asigură distribuţia echilibrată a sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor din seria MCC cu alte tipuri de generatoare.

Transformatorul de compoundare fazică, TCF, are două înfăşurări primare: o

înfăşurare serie de curent, 1W ; o înfăşurare derivaţie de tensiune,

2W , şi o înfăşurare

secundară 3W . Înfăşurarea de curent este conectată în serie cu sarcina generatorului iar

înfăşurarea derivaţie este conectată la tensiunea generatorului .

Înfăşurarea secundară, de ieşire, 3W , a transformatorul de compoundare este

conectată la blocul redresor şi în paralel cu aceasta la înfăşurarea de sarcină, sW , a

droselului cu reactanţa comandată. Din curentul înfăşurării secundare, 3W , o parte este

redresată de redresorul 1dR şi se aplică la înfăşurarea de excitaţie iar cealaltă parte este

preluată de înfăşurarea de sarcină, sW , a droselului cu reactanţa comandată. Prin

schimbarea reactanţei droselului se schimbă raportul dintre aceşti curenţi şi în final se modifică curentul prin excitaţia generatorului.

Stabilirea tensiunii la bornele de ieşire ale generatorului se realizează prin reglarea reactanţei droselului care schimbă valoarea curentului în înfăşurarea de sarcină. Reglarea reactanţei droselului se face prin modificarea stării de premagnetizare a circuitului

magnetic realizată de curentul continuu care trece prin înfăşurarea de comandă C .

Circuitul de alimentare al înfăşurării de comandă, C , este format din: înfăşurarea

4W montată pe transformatorul de compoundare, TCF, de la care se culege o tensiune

80

proporţională cu tensiunea de linie a generatorului; redresorul 3dR şi rezistenţele conectate

în serie 4321 R,R,R,R . Reglarea curentului de comandă se face cu rezistenţa

4R .

Funcţionarea sistemului. Pentru a asigura iniţierea excitării generatorului, pe axul rotorului este montat un generator monofazat cu magneţi permanenţi conectat prin redresorul

2dR la înfăşurarea de excitaţie a generatorului. Acest generator de excitaţie iniţială, GEx.in,

de putere mică, circa VA80 , realizează în siguranţă începutul excitării. Pe măsură ce creşte tensiunea generatorului intră în funcţiune şi sistemul de autoexcitaţie propriu-zis al generatorului şi spre finalul procesului de excitare, tensiunea dată de redresorul de putere,

1dR , depăşeşte tensiunea redresorului de excitaţie iniţială. Redresorul 2dR este blocat de

tensiunea mai mare a redresorului de putere 1dR care preia în continuare, alimentarea

înfăşurării de excitaţie. Pentru stingerea câmpului magnetic în schemă este prevăzut un contact al automatului

de stingere ASC la închiderea căruia se scurcircuitează înfăşurarea de excitaţie în momentul decuplării generatorului de la bare.

La transformatorul de compoundare fazică, TCF, curentul în înfăşurarea secundară,

3W , este determinat de tensiunea magnetomotoare rezultantă obţinută prin însumarea

vectorială a tensiuni magnetomotoare produsă de înfăşurarea serie de curent, 1W şi de

înfăşurarea de tensiune 2W conectată la tensiunea generatorului. Semnalul înfăşurării

2W

este defazat cu 090 faţă de tensiunea generatorului. Defazarea se realizează prin montarea

unui şunt magnetic între înfăşurările de tensiune şi curent care constituie, în acest caz, elementul de compoundare.

Curentul de la ieşirea transformatorului de compoundare alimentează redresorul de putere şi în paralel cu acesta, înfăşurările de sarcină ale droselului cu reactanţa reglabilă.

Schema prezentată nu are corector de tensiune. Parametrii transformatorului de compoundare se aleg astfel încât tensiunea magnetomotoare rezultantă să asigure curentul

necesar în înfăşurarea 3W . De la înfăşurarea de ieşire, 3W , se alimentează înfăşurarea de

excitaţie şi înfăşurarea de sarcină a droselului. Curentul în înfăşurarea de excitaţie trebuie să fie suficient pentru menţinerea constantă a tensiunii generatorului.

Pentru menţinerea constantă a tensiunii generatorului atunci când se modifică turaţia motorului primar, parametrii transformatorului de compoundare se aleg astfel încât să realizeze o caracteristică de reglare cu statism negativ. Corespunzător acestei caracteristici de reglare, pentru turaţie constantă, la modificarea curentului de sarcină de la zero la

%100 , tensiunea generatorului creşte la mărirea curentului de sarcină. Având o caracteristică de reglare cu statism negativ, în condiţiile în care creşterea

sarcinii generatorului produce scăderea turaţiei motorului primar, se reduce statismul negativ spre zero şi chiar poate trece în domeniu pozitiv asigurând practic menţinerea constantă a tensiunii generatorului. Prin aceasta familia de caracteristici externe ale

generatorului asigură menţinerea constantă a tensiunii cu precizia de %5,2 din valoarea nominală.

81

Fixarea nivelului tensiunii generatorului pentru regimul stabil de funcţionare, se

realizează cu rezistenţa reglabilă 4R conectată în circuitul înfăşurării de comandă a droselului.

La mărirea rezistenţei 4R se micşorează curentul în înfăşurarea de comandă

C , scade

nivelul de premagnetizare al droselului, creşte reactanţa înfăşurărilor de sarcină şi se micşorează curentul prin aceste înfăşurări. Micşorarea curentului prin înfăşurările de sarcină,

sW , duce la creşterea curentului prin înfăşurarea de excitaţie a generatorului, EG şi la mărirea

tensiunii de la bornele generatorului. Rezistorul 4R permite reglarea tensiunii generatorului

de la %2 la %7 din valoarea nominală. Distribuţia echilibrată a sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor din

seria MCC cu generatoare de alt tip se realizează prin reglarea corespunzătoare a statismului caracteristicii externe. Pentru reglarea statismului, circuitul de ajustare este format din:

transformatorul de curent CTr montat pe faza A, înfăşurare

4W a transformatorului de

compoundare de la care se obţine un semnal proporţional cu tensiunea de linie dintre fazele B, C

şi rezistenţa reglabilă 1R .

La funcţionarea autonomă a generatorului, secundarul transformatorului de

curent CTr este scurcircuitat prin închiderea contactului

2a căruia îi corespunde

poziţia „Funcţionare autonomă”. Corespunzător acestei situaţii schema de ajustare a statismului nu funcţionează.

Pentru funcţionarea în paralel, contactul 2a este deschis şi îi corespunde poziţia

„Funcţionare în paralel”. Înfăşurarea secundară a transformatorului de curent este

conectată pe rezistenţa reglabilă 1R . Semnalul proporţional cu curentul de sarcină

de la rezistenţa 1R se adaugă semnalului proporţional cu tensiunea de linie obţinut

de la înfăşurarea 4W . În acest fel, tensiunea care se aplică prin redresorul 3dR

înfăşurării de comandă a droserului D, reprezintă suma vectorială între tensiunea

proporţională cu tensiunea de linie, BCU , a generatorului şi tensiunea de pe

rezistenţa 1R proporţională cu curentul de sarcină al generatorului, pe faza A. În

figura 2.4.18 se prezintă diagrama fazorială de însumare a tensiunilor care alimentează înfăşurarea de comandă a droselului, D.

Fig. 2.4.18 Diagrama fazorială a tensiunilor blocului de ajustare a statismului

82

Din diagrama rezultă că tensiunea de comandă a droselului reprezintă suma

vectorială dintre tensiunea de linie, BCU şi tensiunea suplimentară (de adaus) de pe

rezistenţa 1R .

1RBCr UUU (2.4.28)

Pentru 1cos tensiunea pe rezistenţa 1R este decalată cu 090 faţă de

tensiunea de linie, iar pentru 0cos coincide ca faza cu tensiunea de linie. Astfel

că, la creşterea sarcinii reactive (scăderea factorului de putere) se obţine: mărirea tensiunii şi a curentului de comandă, reducerea reactanţei droselului, creşterea

curentului prin înfăşurările de sarcină sW , reducerea curentului de excitaţie şi

scăderea tensiunii la bornele generatorului.

Reducerea excitaţiei şi a tensiunii generatorului micşorează puterea reactivă debitată de generator, menţinând-o la un nivel corespunzător.

Reglarea statismului caracteristicii de reglare rG fU se realizează cu

rezistenţa 1R „Reglare statism”. La modificarea rezistenţei

1R se obţine mărirea sau

micşorarea influenţei sarcinii reactive asupra tensiunii generatorului. Distribuţia

optimă a sarcinii reactive între generatoarele care lucrează în paralel se obţine atunci când caracteristicile de reglare au acelaşi statism.

2.4.5.3 Generator autoexcitat cu sistem de compoundare fazică combinat cu

corector de tensiune tranzistorizat

Principalele date tehnice . Sistemul de reglare automată a tensiunii este realizat după principiul compoundării fazice cu însumarea electromagnetică a

semnalelor de tensiune şi curent. Schema reprezintă o variantă îmbunătăţită a generatorului MCC prin adăugarea corectorului de tensiune pentru mărirea preciziei

reglării.

Sistemul asigură stabilizarea tensiunii cu precizie de %1 la schimbarea

sarcinii de la 0 la %100 , a factorului de putere de la 1 la 0 şi a frecvenţei în limitele %5,2 .

Schema de principiu şi elementele componente sunt prezentate în figura 2.4.19.

Principalele elemente ale schemei sunt: transformatorul de compoundare fazică,

TCF, droselul cu reactanţa comandată, D, redresorul 1dR pentru alimentarea înfăşurării de

excitaţie a generatorului, corectorul de tensiune, CT, redresorul 2dR de alimentare a

83

corectorului de tensiune, blocul pentru funcţionarea în paralel, BP şi generatorul de excitaţie iniţială, GEx.in.

Transformatorul de compoundare fazică, TCF, are patru înfăşurării trifazate:

înfăşurarea de curent, 1W ; înfăşurarea de tensiune,

2W ; înfăşurarea de ieşire, 3W ,

care alimentează în paralel înfăşurările de sarcină sW de droselul D şi redresorul

1dR la care este conectată înfăşurarea de excitaţie a generatorului; înfăşurarea 4W

care alimentează corectorul de tensiune.

Fig. 2.4.19 Schema generatorului autoxicitat cu transformator de compoundare şi corector de tensiune

84

Droselul cu reactanţa comandată are trei coloane, pe coloana din mijloc este

dispusă înfăşurarea de comandă, C . Funcţionarea. Pentru iniţierea excitării generatorului se foloseşte un generator

de excitaţie iniţială GEx.in. Generatorul de excitaţie iniţială este conectat prin redresor la înfăşurarea de excitaţie a generatorului. După atingere unui anumit nivel

al tensiunii la bornele generatorului intră în funcţiune sistemul de bază şi excitarea continuă prin acţiunea transformatorului de compoundare fazică şi a redresorului

1dR .

Corectorul de tensiune alimentează înfăşurarea de comandă a droselului cu

reactanţa reglabilă D. În absenţa premagnetizării droselului (curentul în înfăşurarea de comandă, IC, este zero) caracteristica de reglare a sistemului are statism negativ şi permită obţinerea tensiunii la bornele generatorului mai mare decât tensiunea

nominală pentru toate regimurile de sarcină. La sarcina nominală tensiunea la borne

este %110107 din tensiunea nominală. Prin intervenţia corectorului de tensiune se reduce tensiunea la bornele generatorului până la valoarea nominală. Reglarea

tensiunii se realizează prin alimentarea de la corectorul de tensiune a înfăşurării de comandă a droselului . La creşterea curentului de comandă se măreşte

premagnetizarea droselului, se reduce reactanţa înfăşurărilor de sarcină sW şi ca

urmare se schimbă repartiţia între curenţi care trec prin înfăşurarea de excitaţie şi prin înfăşurările de sarcină ale droselului. Se măreşte curentul în înfăşurările de

sarcină sW datorită reducerii reactanţei şi se micşorează curentul prin excitaţia

generatorului. Tensiunea generatorului se reduce, ca urmare a micşorării excitaţiei,

până la valoarea nominală. În figura 2.4.20 se prezintă schema simplificată a corectorului de tensiune,

pentru înţelegerea principiului de funcţionare. Semnalul de tensiune, proporţional cu tensiunea generatorului, se aplică la

intrarea corectorului. Acest semnal este redresat, netezit cu filtrul format din

condensatorul C şi rezistenţa R. Tensiunea Cu de la bornele condensatorului are

forma prezentată în figura 2.4.20b. Tensiunea Cu se compară cu tensiunea inversă a

diodei stabilizatoare Z. Valoarea tensiunii de deschidere a diodei zener, U, reprezintă tensiunea de referinţă, considerată fixă, cu care se compară semnalul de

tensiune proporţional cu tensiunea generatorului. La depăşirea tensiunii de referinţă se deschide dioda şi semnalul proporţional cu diferenţa între tensiunea generatorului şi tensiunea de referinţă se aplică la intrarea amplificatorului cu semiconductoare.

De la ieşirea amplificatorului se obţin impulsuri dreptunghiulare cu amplitudinea

constantă, .comu , şi frecvenţa Hz100 (figura 2.4.20c) care alimentează înfăşurarea de

comandă, IC a droselului D.

85

Fig. 2.4.20 Schema simplificată a corectorului de tensiune

Lăţimea impulsurilor şi deci valoarea medie a curentului şi tensiunii de ieşire este variabilă funcţie de nivelul tensiunii generatorului faţă de valoarea tensiunii de

referinţă. În figura 2.4.21 se prezintă schema electronică a corectorului de tensiune.

Fig. 2.4.21 Schema corectorului de tensiune cu semiconductori

86

Pe înfăşurarea primară a transformatorului de măsură MTr se aplică tensiunea

de linie, ACU , însumată cu tensiunea din secundarul transformatorului PTr

care

aparţine blocului de funcţionare în paralel. Semnalul care obţine din secundarul

transformatorului PTr stabileşte mărimea statismului caracteristicii externe a

generatorului, necesar la funcţionarea în paralel a generatoarelor pentru distribuţia echilibrată a sarcinii reactive.

Din secundarul transformatorului de măsură, MTr, se culege un semnal

proporţional cu tensiunea generatorului care este redresat de puntea 1n şi se aplică

pe rezistenţele .21 R,R

În continuare semnalul este filtrat cu filtrul format din condensatorul 1C ,

rezistenţa 8R şi se aplică la dioda stabilizatoare 2n . Pragul de deschidere al diodei

2n reprezintă nivelul tensiunii de referinţă şi este o valoare fixă. Când tensiunea

generatorului depăşeşte tensiunea de referinţă, dioda zener 2n se deschide şi aplică

impulsul pe baza tranzitatorului npnT1 . În perioada în care tensiunea

generatorului este mai mică decât tensiunea de referinţă, dioda zener este blocată şi

nu se aplică semnal pe baza tranzistorului 1T .

În acest fel, blocul de măsură al corectorului realizează: măsurarea tensiunii

generatorului, compararea acesteia cu o mărime de referinţă şi transformarea creşterii tensiunii generatorului, faţă de tensiunea de referinţă, în impulsuri de

amplitudine şi frecvenţă constantă, a căror lăţime este dependentă de nivelul creşterii tensiunii generatorului faţă de tensiunea de referinţă.

Semnalul de tensiune, care se aplică pe baza tranzistorului 1T , deschide acest

tranzistor şi curentul din circuitul lui colector încarcă condensatorul 3C şi în continuare se

aplică blocului de amplificare format din tranzitorii: pnpTiºT,npnT 432 ;

diodele 43 n,n ; condensatorul 3C ; divizorul de tensiune 124 R,R , rezistenţa 10R .

În absenţa semnalului de la blocul de măsură, la trecerea emitor-bază a

tranzistorului 2T se aplică tensiune de polaritate directă şi tranzistorul

2T va fi

deschis. Curentul din colectorul tranzistorului 2T are o asemenea valoare încât

deschide tranzistorul 3T până la saturaţie. În această situaţie pe baza tranzistorului

4T se aplică un potenţial pozitiv faţă de emitor care va duce la închiderea

tranzistorului 4T .

La apariţia semnalului de la blocul de măsură, impulsul de curent deschide

tranzistorul 1T şi curentul din circuitul colectorului încarcă condensatorul 3C care

după aceea se descarcă pe rezistenţa 10R . În timpul încărcării condensatorului 3C ,

87

tensiunea 3CU este mai mare decât tensiunea de pe rezistenţa

12R12 U,R , iar la

descărcarea condensatorului pe rezistenţa 10R devine mai mică. Cât timp tensiunea

3CU este mai mare ca 12RU tranzistorul

2T este închis. O asemenea stare durează

până în momentul în care tensiunea 3CU devine egală cu 12RU . În perioada în care

2T este închis şi tranzistorul 3T va fi de asemenea închis. Curentul care parcurge

rezistenţa 11R nu se mai închide prin circuitul colector al tranzistorului 3T şi se va

închide pe circuitul bază-emitor al tranzistorului 4T care în acest fel se deschide

până la saturaţie. La deschiderea totală a tranzistorului ,4T toată tensiunea sursei de

alimentare se aplică pe rezistenţa de sarcină (înfăşurarea de comandă a droselului D).

Pentru impulsuri mari de curent ale blocului de măsură, condensatorul 3C se

încarcă cu tensiune mai mare şi corespunzător se măreşte durata în care 12R3C UU .

Pe această durată tranzistorii 32 T,T , vor fi închişi iar tranzistorul 4T deschis total şi

curentul trece prin înfăşurarea de comandă. În aces t fel, la impulsuri mari ale

curentului blocului de măsură se măreşte durata de deschidere a tranzistorului 4T şi

ca urmare se măreşte durata de aplicare a sursei de alimentare la bornele înfăşurării

de comandă. Parametrii elementelor schemei corectorului de tensiune se aleg astfel încât

trecerea de la o stare la alta se face instantaneu şi de aceea tensiunea pe sarcina amplificatorului are forma, unor impulsuri dreptunghiulare.

La creşterea tensiunii generatorului, lăţimea impulsurilor se măreşte şi ca

urmare creşte valoarea medie a tensiunii aplicată pe înfăşurarea de comandă. Rezistenţa variabilă de fixare a tensiunii pentru regimul stabil de

funcţionare,2rR (fig. 2.4.19) permite reglarea tensiunii de la %5 la %10 din

nU .

În circuitul de sarcină al punţii redresoare 1n este conectată rezistenţa

2R . Prin

modificarea valorii rezistenţei2R se poate schimba domeniul de variaţie al

rezistenţei 2rR (fig.2.4.19).

Prin rezistenţele 43 R,R se aplică legătura inversă pozitivă de la tensiunea de

ieşire a colectorului tranzistorului4T . Reglarea parametrilor legăturii inverse

pozitive permite corelarea sensibilităţii corectorului cu parametrii generatorului. Pentru asigurarea sensibilităţii necesare corectorului de tensiune, în circuitul

diodei zener, 2n , este conectată o rezistenţă de valoare circa K5,2 . Sensibilitatea

diodei zener nu depinde de schimbarea frecvenţei. În acest caz schimbarea

frecvenţei este recepţionată ca schimbare corespunzătoare a tensiunii generatorului şi de aceea în această schemă lipseşte compensarea de frecvenţă.

88

Pentru eliminarea autooscilaţiilor care pot apare la reglarea tensiunii, se aplică

corectorului legătura inversă negativă de la tensiunea înfăşurării de excitaţie a

generatorului GS, prin circuitul 52 RC . La schimbarea tensiunii înfăşurării de

excitaţie se produce încărcarea sau descărcarea condensatorului 2C în funcţie de

semnul schimbării (mărirea sau micşorarea tensiunii de la bornele înfăşurării de

excitaţie). Curentul de încărcare sau de descărcare al condensatorului 2C , face să

apară la bornele de ieşire ale blocului de măsurare a tensiunii un semnal care se opune schimbării tensiunii înfăşurării de excitaţie, astfel încât se asigură stabilizarea

sistemului de reglare. Pentru compensarea influenţei termice care produce modificarea rezistenţelor,

în schema blocului de măsură s-a introdus termorezistenţa 7R împreună cu

rezistenţa 6R .

În funcţionare, în înfăşurarea de comandă a droselului se induc tensiunii electromotoare ale armonicelor superioare. Aceste tensiuni electromotoare însumate

cu tensiunea sursei de alimentare pot pune în pericol tranzistorul 4T prin apariţia

supratensiunilor în circuitul lui colector. De regulă, pentru micşorarea până la

anulare a pericolului tensiunilor electromotoare induse, în construcţia droselului se prevăd spire în scurtcircuit dispuse pe coloane, care amortizează armonicele

superioare ale câmpului magnetic. În afară de aceasta în schemă se prevăd diodele

de protecţie 65 n,n (figura 2.4.19) montate în paralel cu joncţiunea emitor-colector a

tranzistorului 4T şi cu înfăşurarea de comandă, astfel încât tensiunea pe tranzistorul

4T să nu poată depăşi tensiunea sursei de alimentare.

Dacă tensiunea pe înfăşurarea de comandă are o asemenea valoare încât

însumată cu tensiunea sursei de alimentare depăşeşte tensiunea negativă pe colector,

atunci se deschide dioda 5n şi se scurcircuitează înfăşurarea de comandă. În sensul

contrar al tensiunilor electromotoare dioda 6n închide în scurcircuit tranzistorul

4T şi în acest fel îl protejează.

Pentru distribuţia echilibrată a sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor, în schemă este prevăzut blocul de funcţionare în paralel, B.P. (figura

2.4.19). Acest bloc se compune din: transformatorul de curent CTr, transformatorul

de tensiune cu priză mediană PTr şi rezistenţele de acord 1012 R,R .

La funcţionarea separată a generatoarelor curentul din înfăşurarea secundară

a transformatorului de curent, TC , se împarte în două părţi egale, 2/ , în punctul

median al înfăşurării primare a transformatorului PTr . Prin aceasta tensiunile

magnetomotoare create de curenţii 2/ în cele două jumătăţi de înfăşurării

primare ale transformatorului PTr sunt egale şi în sensuri contrare. În secundarul

89

transformatorului PTrtensiunea este nulă şi de asemenea este nulă influenţa asupra

tensiunii de linieACU culeasă de la bornele generatorului.

Prin schimbarea raportului între rezistenţele 12R şi

10R se realizează

modificarea curenţilor în cele două jumătăţi ale înfăşurării primare a

transformatorului PTr. Din înfăşurarea secundară a acestuia se culege o tensiune

care se însumează cu tensiunea generatorului şi împreună se aplică blocului de măsurare a tensiunii, obţinându-se în acest fel modificarea statismului caracteristicii

externe a generatorului, GrG IfU .

La funcţionarea în paralel, dacă puterea reactivă este distribuită egal între

generatoare, atunci căderile de tensiune pe rezistenţele 12R şi 10R sunt egale şi prin

conductoarele de egalizare nu trece curent.

Distribuţia inegală a sarcinii reactive între generatoare produce căderi de

tensiune inegale pe rezistenţele 12R şi 10R şi prin legăturile de egalizare va trece un

curent de egalizare care produce dezechilibrul tensiunilor în cele două jumătăţi primare ale transformatoarelor divizoare. În înfăşurarea secundară a

transformatorului PTr apare o tensiune care modifică semnalul aplicat la intrarea

blocului de măsură. La generatorul cu sarcină reactivă mai mare, se măreşte

tensiunea aplicată blocului de măsură iar la generatorul cu sarcină reactivă mai mică se micşorează tensiunea aplicată blocului de măsură. Corectoarele de tensiune

percep aceste schimbări de tensiune şi dau semnale de micşorare a curentului de excitaţie pentru generatorul cu sarcină reactivă mai mare şi de mărire a curentului de excitaţie pentru generatorul cu sarcină reactivă mai mică. Ca urmare a acţiunii

reglării automate se produce egalizarea puterilor reactive, curentul de egalizare se anulează şi se întrerupe balansul tensiunilor magnetomotoare în înfăşurările primare

ale transformatorului PTr. Astfel, transformatorul de curent conectat pe o fază

împreună cu elementul liniar al circuitului de măsură conectat între celela lte două

faze, reprezintă sistemul de măsură care reacţionează la schimbarea sarcini reactive. La funcţionarea în paralel a generatoarelor de acelaşi tip sistemul asigură

distribuţia echilibrată a sarcinii reactive cu precizia de %10 din puterea reactivă nominală.

În cazul funcţionării autonome a generatorului prin ajustarea rezistenţelor 12R

şi 10R se obţine statismul pozitiv al caracteristicii de reglare a cărui valoare poate fi

mărită până la %3 în cazul scurcircuitării rezistenţei 10R .

Distribuţia echilibrată a sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a

generatoarelor de tipuri diferite se poate obţine prin egalizarea gradelor de statism ale caracteristicilor externe. În acest scop schema fiecărui generator trebuie să

90

dispună de posibilitatea reglării statismului. Pentru generatorul prezentat reglarea se

face cu rezistenţele 12R şi

10R ale blocului de funcţionare în paralel.

În figura 2.4.22 se prezintă schema legăturilor de egalizare pentru generatoarele sincrone care funcţionează în paralel.

Schema din figura 2.4.22 se foloseşte şi pentru conectarea în paralel a

generatoarelor cu corector de tensiune tranzistorizat prezentată în fig. 2.4.19 al cărui bloc de funcţionare în paralel, BP, este identic cu cel folosit la generatoarele

sincrone tip MCK.

Fig. 2.4.22 Schema legăturilor de egalizare la conectarea paralel a generatoarelor

din seria MCK

Elementele componente ale schemei din figura 2.4.24 sunt: 21 G,G -

generatoare sincrone; blocul sistemului de autoexcitaţie; PTr - transformator divizor

pentru funcţionarea în paralel; CTr - transformator curent; rR - rezistenţă de

reglarea tensiunii pentru regimul stabil de funcţionare; 21 R,R - rezistenţe în

91

circuitele legăturilor de egalizare; 21 a,a - întrerupătoare automate pentru cuplarea

generatoarelor la bare; 3a - întrerupător automat pentru conectarea secţiilor de bare;

BE - bare de egalizare.

2.4.5.4. Echipament static de excitaţie naval (ESEN) pentru generatoare

sincrone produse de IPA – Bucureşti

Principalele date tehnice. Echipamentul static de excitaţie naval asigură

excitarea şi reglarea automată a tensiunii generatorului. Sistemul este realizat cu semiconductoare şi are ca element final un redresor

monofazat semicomandat care alimentează înfăşurarea de excitaţie a generatorului.

Reglarea automată a tensiunii se execută funcţie de abaterile tensiunii generatorului faţă de valoarea nominală stabilită pentru regimul permanent. În

schema generatorului nu se foloseşte compoundarea fazică.

Precizia de reglare a tensiunii este de %1 din valoarea nominală, la variaţia

sarcinii de la 0 la %100 .

Timpul de restabilire a tensiunii la o variaţie bruscă a sarcinii, este sub s3,0 .

Domeniul de reglare a tensiunii pentru regimul stabil permanent este %5 din valoarea tensiunii nominale.

Gradul de statism poate fi reglat în limitele %10.....0 . Echipamentul static de excitaţie este realizat sub forma unui cadru metalic pe

care sunt fixate plăcile cu elemente semiconductoare, are gradul de protecţie IPOO şi este destinat pentru montarea în secţiile tabloului principal de distribuţie al navei.

Schema bloc şi elementele componente sunt prezentate în figura 2.4.23 Echipamentul static de excitaţie şi reglare automată a tensiunii generatorului se

compune din următoarele unităţi:

1. Unitatea de comandă electronică, formată din: a) traductorul de tensiune şi frecvenţă, TTF.

b) regulatorul automat R care conţine blocul de comparare şi amplificare.

c) dispozitivul de comandă pe grilă, DCG.

d) amplificatorul de impuls, AI. 2. Unitatea de forţă, compusă din:

a) puntea semicomandată b) partea de autoamorsare c) partea de amorsare

3. Unitatea de supraveghere şi protecţie, care asigură: - supravegherea arderii siguranţelor ultrarapide

- supravegherea apariţiei supratensiunilor

92

- protecţie la apariţia suprasarcinilor

4. Unitatea de reglare a valorilor impuse, care realizează: - stabilirea valorii impuse a tensiunii pentru regimul permanent - modificarea statismului caracteristicii de reglare.

Autoexcitarea generatorului se face automat în cazul în care tensiunea

electromotoare remanentă a generatorului are valoarea minimă V3 între fază şi nul

sau poate fi efectuată manual, în cazul în care tensiunea remanentă este mai mică

de V3 , prin alimentarea de la o sursă exterioară la apăsarea pe butonul de amorsare,

BR.

Fig. 2.4.23 Schema bloc a sistemului ESEN

Cu potenţiometrul de valoare impusă a tensiunii, U , se poate regla tensiunea

la bornele generatorului în limitele %5 ,nU iar cu potenţiometrul de statism,

93

folosit numai la funcţionarea în paralel a generatoarelor, se poate modifica gradul de

statism în limitele %10.....0 . La funcţionarea independentă a generatorului potenţiometrul de statism se fixează pe poziţia zero.

La funcţionarea în paralel a două generatoare autoexcitate cu sistem ESEN, repartiţia echilibrată a sarcinii reactive se realizează prin modificarea statismului

caracteristicii externe, GrG fU , astfel încât să se obţină acelaşi grad de statism

pentru cele două generatoare. În figura 2.4.24 se prezintă schema bloc de conectare în paralel a generatoarelor autoexcitate cu sistem ESEN.

În acest caz nu se folosesc legături de egalizare. Prin obţinerea aceluiaşi statism al caracteristicilor de reglare, se realizează automat distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care lucrează în paralel.

Pentru oprirea voită a generatorului se apasă pe butonul b02 „Oprire”. Repunerea în funcţiune după o oprire voită se poate face numai după apăsarea, în

prealabil, pe butonul b01 „Revenire”.De regulă, oprirea voită se face când se intenţionează oprirea grupului şi în acest caz precede oprirea motorului diesel.

În caz de avarie (suprasarcină, supratensiune, arderea unei siguranţe

ultrarapide de protecţie) schema de protecţie comandă încetarea funcţionării. Repunerea în funcţiune, după înlăturarea cauzei care a determinat acţiunea

protecţiei, se poate face numai după apăsarea butonului „Revenire”.

Figura 2.4.24 Legarea în paralel a generatoarelor autoexcitate cu sistem ESEN

94

În continuare se prezintă detailat funcţionarea sistemului pe unităţi şi blocuri constitutive urmărindu-se schema bloc din figura 2.4.23.

1. Funcţionarea unităţii de comandă electronică

a) Traductorul de tensiune şi frecvenţă, TTF, îndeplineşte rolul de element de măsurare a mărimii reglate (tensiunea) şi în acelaşi timp de protecţie a

echipamentului static de excitaţie în cazul micşorării turaţiei motorului diesel. În figura 2.4.25 se prezintă schema şi elementele acestui bloc. Blocul TTF este realizat din două punţi redresoare: una monofazată pentru

ramura de măsurare a tensiunii şi alta trifazată pentru ramura de protecţie la scăderea frecvenţei.

Alimentarea punţii trifazate 61 p....p se face de la secundarele V10002

ale transformatoarelor 1m şi

2m prin intermediul reactanţelor 543 k,k,k .

Tensiunea de alimentare a punţii cât şi valorile reactanţelor au fost astfel alese încât,

în domeniul de frecvenţe z5,42....25 , tensiunea pe potenţiometrul 3r rămâne

practic constantă (în cazul în care tensiunea la bornele generatorului scade proporţional cu frecvenţa).

Alimentarea punţii monofazate 128 p.......p se face din secundarul

V3001 al transformatorului 1m . La ieşirea punţii, pe potenţiometrul

4r se

obţine o tensiune proporţională cu tensiunea generatorului.

Fig. 2.4.25 Schema blocului TTF

95

La frecvenţa de z5,42 , tensiunile pe anozii 13p şi

14p sunt egale. Dacă

frecvenţa scade sub z5,42 potenţialul diodei 13p este mai mare decât al diodei

14p

şi funcţionează numai ramura de protecţie, ramura de măsurare a tensiunii fiind

blocată. La creşterea frecvenţei peste z5,42 , potenţialul diodei 14p devine mai

mare, intră în funcţiune ramura de măsurare a tensiunii iar ramura de protecţie este

blocată. Prin intrarea în funcţiune a ramuri de măsurare a tensiunii se asigură menţinerea constantă a tensiunii generatorului care a fost excitat până la tensiunea nominală. În figura 2.4.26 se prezintă variaţia tensiunii la bornele generatorului

funcţie de frecvenţă.

Fig. 2.4.26 Variaţia tensiunii generatorului funcţie de frecvenţă

În perioada în care semnalul de ieşire este dat de ramura de protecţie (domeniul frecvenţelor z5,42......25 ) tensiunea generatorului creşte aproximativ

liniar cu frecvenţa. De la frecvenţa de z5,42 intră în funcţiune ramura de măsurare

a tensiunii şi tensiunea se păstrează constantă la variaţii ale frecvenţei în apropierea

frecvenţei nominale, în gama z55.....5,42 .

b) Regulatorul automat R este elementul care comparară două mărimi de

intrare, determină automat eroarea, prelucrează dinamic semnalul de eroare şi corespunzător amplifică mărimea de comandă.

Mărimile de intrare sunt: tensiunea proporţională cu tensiunea de la bornele generatorului şi o tensiune de referinţă, de valoare constantă. Diferenţa dintre cele două mărimi reprezintă eroarea care este prelucrată iar la ieşirea regulatorului R se

obţine semnalul de comandă care se aplică lanţului de elemente ale schemei de reglare

96

pentru restabilirea valorii nominale a tensiunii generatorului. În figura 2.4.27 se

prezintă schema Regulatorului automat.

Fig. 2.4.27 Schema regulatorului automat R

Regulatorul automat este realizat cu un amplificator operaţional integrat A . El

este prevăzut cu un circuit de reacţie realizat cu elemente pasive (rezistenţele 94 r....r ,

condensatoare 53 k....k ). Montajul realizat permite obţinerea unui factor de

amplificare în gama 1:10 . Reglarea factorului de amplificare se face cu rezistenţa 12r

şi potenţiometrul 11r .

În cazul când contactul d, din circuitul de reacţie al regulatorului este deschis, regulatorul de tip PI, iar când contactul d se închide se obţine un algoritm de comandă

PID. Componenta D contribuie la forţarea excitaţiei, aspect necesar la pornire. Blocul regulatorului conţine şi sursa de alimentare realizată cu puntea redresoare

monofazată 6p . Tensiunea redresată este stabilizată cu diodele zener 21 p,p şi filtrată cu

condensatorii 21 k,k . Sursa este folosită pentru alimentarea circuitului integrat A ,

realizarea tensiunii de referinţă care se aplică pe una din intrările amplificatorului

operaţional şi alimentarea releului d care aparţine schemei de protecţie a generatorului.

97

Pe intrările amplificatorului A se aplică: tensiunea de referinţă de valoare fixă

şi tensiunea proporţională cu tensiunea de la bornele generatorului. Regulatorul compară cele două mărimi de intrare realizează algoritmul de comandă şi amplifică semnalul de comandă. Semnalul obţinut la ieşirea Regulatorului constituie tensiunea

de comandă, comU , pentru dispozitivul de comandă pe grilă, DCG.

c) Dispozitivul de comandă pe grilă, DCG, are rolul de a furniza impulsuri

sincronizate cu reţeaua. Aceste impulsuri, după amplificare, sunt folosite la amorsarea tiristoarelor de putere din puntea semicomandată care alimentează

înfăşurarea de excitaţie a generatorului. DCGul reprezentat în figura 2.4.28, este de fapt un oscilator de relaxare cu

tranzistor unijoncţiune 16p , sincronizat cu reţeaua.

Fig. 2.4.28 Dispozitivul de comandă pe grilă

Pentru înţelegerea funcţionării blocului DCG, schema acestuia se urmăreşte împreună cu reprezentarea formelor de unde ale tensiunilor din figura 2.4.29.

Alimentarea blocului DCG se face de la puntea redresoare 18p care furnizează

tensiunea continuă, de sincronizare, dU .Dioda zener 17p stabilizează tensiunea

pulsatorie la nivelul aU care corespunde pragului de deschidere a diodei

17p .

Joncţiunea 1EB a tranzistorului unijoncţiune 16p se deschide atunci când

potenţialul emitorului U reprezintă o fracţiune din tensiunea aplicată între baze

BBU . În emitorul acestui tranzistor se află condensatorul 4k care se încarcă de la

tensiunea de comandă, comU , obţinută de la ieşirea blocului TTF. Atunci când

98

tensiunea la bornele condensatorului4k ajunge la valoarea

BBUU , se deschide

joncţiunea 1 . Condensatorul se descarcă pe această joncţiune şi prin înfăşurarea

primară a transformatorului de impuls, m şi în secundarul transformatorului apare un

impuls. În acest mod, pe condensator se aplică o tensiune în dinte de fierăstrău, bU ,

iar în secundarul transformatorului se obţin impulsuri, CU , a căror frecvenţă va fi mai

mare cu cât tensiunea de comandă, comU , este mai mare.

Fig. 2.4.29Formele de variaţie a tensiunilor din schema DCG

99

Tensiunea de sincronizare, aU , aplicată între baze fiind periodică, rezultă

trenuri de impulsuri. Frecvenţa trenurilor de impulsuri este dată de frecvenţa de

sincronizare, aU , iar frecvenţa impulsurilor în cadrul unui tren, este dată de

mărimea tensiunii de comandă. În figura 2.4.29 s-a notat cu unghiul la care apare primul impuls. Se

observă că, la creşterea tensiunii de comandă, unghiul se micşorează. Pentru

com.min.U corespunde max , iar pentru

com.max.U corespunde min. .

În funcţionarea normală a generatorului, releul 2d din schema de protecţie

este alimentat şi prin închiderea contactului său, din schema TTF prezentată în figura 2.4.27, este alimentat releul d . Se deschide contactul d din schema DCG şi permite funcţionarea acestui bloc.

Fig. 2.4.30. Schema amplificatorului de impuls, AI

Acţiunea protecţiei la producerea unei avarii constă în întreruperea

alimentării releului 2d din schema de protecţie. Prin aceasta se întrerupe

alimentarea releului d din schema TTF şi se închide contactul d din schema DCG care blochează funcţionarea acestuia prin punerea la masă a tensiunii de comandă.

d) Amplificatorul de impuls are rolul de a asigura tiristoarelor din puntea

semicomandată un impuls de amorsare suficient ca putere şi durată. În figura

100

2.4.30 se prezintă schema electrică a amplificatorului, principiul de funcţionare

este dat în figura 2.4.31 iar în figura 2.4.32 se prezintă formele de variaţie ale tensiunilor şi impulsurilor obţinute de la amplificatorul de impuls.

Fig. 2.4.31 Principiul de funcţionare al amplificatorului de impuls

Fig. 2.4.32 Formele de variaţie a tensiunilor şi impulsurilor în amplificatorul de impuls

Amplificatorul de impuls permite obţinerea unui impuls de putere, de formă

dreptunghiulară, având o durată egală cu durata de conducţie a tiristorului.

Amplificatorul de impuls are un sistem de sincronizare care permite apariţia

101

impulsului numai atunci când anodul tiristorului devine pozitiv faţă de catod. De

aceea în schema bloc a sistemului ESEN din figura 2.4.23 se prevăd două amplificarea de impuls, fiecare lucrând pe o semiperioadă a tensiunii.

Sursa de alimentare a amplificatorului de impuls este puntea de diode

41 pp şi bateria de condensatoare 41 k....k .

Principiul de funcţionare prezentat în figura 2.4.31, constă în folosirea a două

întrerupătoare înseriate:

- unul realizat cu tranzistorul 12p care se închide numai atunci când se

aplică semiperioada pozitivă a tensiunii de alimentare, obţinută de la

transformatorul 3m ;

- al doilea realizat cu tiristorul 13p care se închide atunci când pe grila lui

apar impulsuri de la DCG.

Al doilea întrerupător după închidere nu se mai deschide decât la întreruperea curentului prin el. Această întrerupere se realizează de primul întrerupător la

terminarea semiperioadei pozitive.

Rezistenţa de sarcină sr este sub tensiune numai atunci când ambele

întrerupătoare sunt închise. Lucrând în acest fel, schema realizează la ieşirea amplificatorului de impuls, un impuls cu durata egală cu perioada de conducţie,

, a tiristoarelor de putere din puntea semicomandată.

Schema din figura 2.4.30 mai conţine: dispozitivul de închidere şi deschidere a

tranzistorului 12p format din divizorul

21 r,r , alimentat de înfăşurarea de

sincronizare a transformatorului 3m , prin dioda 11p ; dispozitivul de închidere –

deschidere a tiristorului 13p format din dioda 10p , filtrul 65 k,r şi protecţia junctiunii

grilă catod cu diodele 95 pp .

Ieşirea amplificatorului de impuls constituie semnalul aplicat pe grila

tiristorului de putere din puntea semicomandată care alimentează înfăşurarea de excitaţie a generatorului.

2. Funcţionarea unităţii de forţă. Unitatea de forţă a sistemului ESEN asigură următoarele funcţii:

- autoamorsarea generatorului, atunci când tensiunea electromotoare remanentă este cel puţin V3 ;

- amorsarea generatorului de la bateria de acumulatori de V24 în cazul în

care tensiunea electromotoare remanentă este mai mică de V3 ;

- alimentarea înfăşurării de excitaţie şi reglarea curentului de excitaţie pentru menţinerea constantă a tensiunii la bornele generatorului.

102

a) Puntea semicomandată. În figura 2.4.33 se prezintă schema electrică a

punţii semicomandate iar în figura 2.4.34 se prezintă formele de variaţie ale impulsurilor de tensiune şi curenţi aplicate înfăşurării de excitaţie a generatorului

Fig. 2.4.33 Schema electrică a punţii semicomandate de putere

Puntea semicomandată, 41 PP , realizează alimentarea înfăşurării de excitaţie

a generatorului conectată la bornele de ieşire ,K şi reglarea automată a curentului

de excitaţie pentru menţinerea constantă a tensiunii generatorului.

Puntea semicomandată conţine: 2 tiristoare, 21 P,P , cu protecţiile lor,

11 k,r şi

22 k,r ; 2 diode de putere, 43 P,P , cu protecţiile lor, 33 k,r şi 44 k,r ; protecţia

împotriva supratensiunilor din spre bornele generatorului, 65 r,r şi 11k . De asemenea

pe ramura cu tiristoare se prevăd siguranţele ultrarapide 21 e,e , cu

microîntrerupătoarele, 21 b,b , pentru supraveghere şi rezistenţele

21 r,r montate în

paralel pe joncţiunea grilă-catod a tiristoarelor.

103

Fig. 2.4.34 Formele de variaţie ale impulsurilor de tensiune şi curenţi aplicate

înfăşurării de excitaţie a generatorului

Alimentarea punţii se face de la bornele generatorului, între o fază R şi nul

O prin intermediul bobinelor de reactanţă 1lk şi 2lk . Pe partea de curent

continuu, puntea este protejată împotriva supratensiunilor dinspre înfăşurarea de

excitaţie, de către limitatorul de supratensiune, cu seleniu, 13P .

104

În explicarea principiului de funcţionare se consideră următoarele ipoteze

simplificatoare, care sunt apropiate de realitate şi anume: - inductanţa înfăşurării de excitaţie a generatorului, conectară la bornele de

ieşire, ,K , ale punţii semicomandate, este foarte mare şi ca urmare

curentul se menţine constant în timpul funcţionării: - căderea de tensiune pe elementele semiconductoare este nulă; - unghiul de comutare, , practic nul.

Explicarea funcţionării se face urmărind reprezentările din figurile 2.4.35 şi 2.4.36. În prima semiperioadă a tensiunii de alimentare, de la amplificatorului de impuls

1AI se primeşte impulsul de comandă care se aplică pe tiristorul 1P la unghiul 0t .

Intră în conducţie tiristorul 1P şi se închide circuitul prin

1P , înfăşurarea de excitaţie a

generatorului conectată la bornele ,K şi dioda 4P , stabilindu-se curentul d (fig. 2.4.36

c şi d) . În momentul în care tensiunea anod – catod aplicată tiristorului 1P devine negativă,

acesta se stinge. Din acest moment curentul prin excitaţia generatorului este preluat de

diodele 43 P,P şi datorită inducţiei mari a înfăşurării el îşi menţine valoare d în timp ce

tensiunea la bornele ,K , este nulă.

La momentul se dă comanda de aprindere a tiristorului 2P prin aplicarea

impulsului de comandă de la al doilea amplificator de impuls, 2A , care lucrează în

semiperioada negativă a tensiunii de alimentare. Se închide din nou circuitul punţii prin:

tiristorul 2P , înfăşurarea de excitaţie a generatorului şi dioda 3P . Pe înfăşurarea de excitaţie

se aplică din nou tensiunea de alimentare. În momentul când tensiunea anodică pe tiristorul

2P devine negativă acesta se stinge. Din acest moment curentul prin excitaţia generatorului

este preluat de diodele 43 P,P . Tensiunea pe înfăşurarea de excitaţie se anulează până la

primirea comenzii de aprindere a tiristorului 1P , iar curentul în circuit, datorită inductanţei

mari a înfăşurării de excitaţie, îşi menţine constantă valoarea d .

Pentru schema de redresare în punte monofazată, valoarea tensiunii medii redresate

pentru unghiul α de deschidere a tiristoarelor este:

2

cos1U9,0U sd

(2.4.29)

iar pentru: 0

sdo U9,0U (2.4.30)

în care sU este valoarea efectivă a tensiunii de fază de la bornele generatorului.

Introducând (2.4.30) în relaţia (2.4.29) rezultă:

2

cos1UU 0dd

(2.4.31)

105

În figura 2.4.35 se prezintă variaţia tensiunii medii redresate în funcţie de unghiul .

Fig. 2.4.35 Variaţia tensiunii medii redresate în funcţie de unghiul Sistemul automat de reglare menţine constantă tensiunea generatorului prin

schimbarea unghiului de deschidere, , atunci când tensiunea se abate de la valoarea nominală.

La creşterea curentului de sarcină scade tensiunea la bornele generatorului. Această scădere este sesizată de blocul regulator R care măreşte valoarea tensiunii de comandă de la ieşirea sa. Creşterea tensiunii de comandă produce în blocul DCG

micşorarea unghiului care comandă prin amplificatorul de impuls aprinderea

tiristoarelor. Tiristoarele sunt în conducţie în perioada şi la micşorarea unghiului

se măreşte durata în care tiristoarele sunt în conducţie. De asemenea, conform relaţiilor (2.4.29, 2.4.31) la scăderea unghiului se măreşte valoarea tensiunii

medii redresate, dU . Mărirea tensiunii medii duce la creşterea curentului prin

înfăşurarea de excitaţie şi tensiunea generatorului revine la valoarea nominală.

La scăderea încărcării generatorului, creşte tensiunea la borne, intervine reglarea automată şi procesele se desfăşoară invers. În acest caz, reglarea automată

va acţiona pentru creşterea unghiului . Scade perioada de conducţie , se micşorează tensiunea medie redresată şi curentul de excitaţie, scade tensiunea

generatorului şi se restabileşte valoarea nominală.

106

b) Partea de autoamorse. Elementele schemei de autoamorsare sunt

prezentate în figura 2.4.36.

Fig. 2.4.36 Schema de autoamorsare a generatorului

Pentru autoamorsare, tensiunea de la bornele generatorului se aplică prin

puntea redresoare formată din ramura de autoamorsare care conţine diodele 65 p,p

completată cu diodele 43 p,p din puntea de putere semicomandată, la înfăşurarea de

excitaţie a generatorului (bornele , ). Ramura de autoamorsare, în afara diodelor

65 p,p , mai conţine siguranţele 43 e,e , contactele normal deschise

CTC,RAC 11 ale contactatorului 1C precum şi partea de relee prin care se

scoate din funcţiune autoamorsarea atunci când tensiunea generatorului a ajuns la

valoarea nU5,0 , suficientă pentru ca în continuare autoexcitarea să fie preluată de

puntea semicomandată de putere.

La rotirea generatorului cu turaţia nominală, între bornele R0 apare

tensiunea electromotoare remanentă V3 . La această valoare, contactorul 2C nu

acţionează şi contactul 2C din circuitul contactului 1C este închis. De asemenea

pentru această valoare a tensiunii releul de tensiune minimă şi maximă RTN nu

107

alimentează releul 3d şi contactul

3d din circuitul contactorului 1C este închis.

Contactul 1d care aparţine schemei de supraveghere şi protecţie, în situaţie normală,

este de asemenea închis.În condiţiile în care toate contactele din circuitul bobinei

contactorului 1C sunt închise, aceasta este alimentat iniţial de la bateria de

acumulatori de V24 , exterioară echipamentului.

Contactorul închide contactele CTC,RAC 11 şi permite efectuarea

autoamorsării. Valoarea tensiunii remanente de minim V3 depăşeşte căderile de

tensiune pe diodele 63 pp sau 54 pp şi alimentează înfăşurarea de excitaţie a

generatorului. Curentul din înfăşurarea de excitaţie duce la mărirea tensiunii generatorului şi astfel procesul de autoexcitare este iniţiat şi se produce în avalanşa

până când tensiunea generatorului ajunge la nU5,0 . La aceasta valoare a tensiunii

acţionează releul 3d din blocul RTN şi prin deschiderea contactului 3d întrerupe

alimentarea contactului 1C . Se deschid contactele din circuitul punţii şi funcţionarea

autoamorsării încetează. Din acest moment intră în fracţiune comanda electronică care prin puntea semicomandată de putere asigură în continuare creşterea tensiunii

generatorului până la valoarea nominală. Când tensiunea generatorului ajunge la valoarea nominală, acţionează şi

contactorul 2C care deschide său din circuitul contactului

1C . La scăderea

tensiunii generatorului sub nU5,0 se închid contactele 3d ,

2C şi se realizează

condiţiile pentru o nouă funcţionare a autoamorsării.

Contactorul 1C este alimentat iniţial de la bateria de acumulatorii iar după

amorsarea generatorului va fi alimentat de la transformatorul 4m şi puntea 108 pp .

Fig. 2.4.37 Variaţia tensiunii generatorului în timpul autoamorsării

108

În figura 2.4.37 se prezintă variaţia tensiunii generatorului în perioada de

autoamorsare. c) Partea de amorsare este utilizată pentru iniţierea procesului de

autoexcitaţie în cazul în care tensiunea remanentă a generatorului este mai mică de

V3 . Schema de amorsare este prezentată în figura 2.4.38.

Fig. 2.4.38 Schema de amorsare a generatorului de la sursă exterioară

Elementele schemei de amorsare sunt: o baterie de acumulatori, V24 , o

rezistenţă reglabilă de 10 , W50 , un buton b şi a diodă 12p .

La apăsarea pe butonul b este alimentată înfăşurarea de excitaţie a generatorului de la bateria de acumulatori. Curentul din înfăşurarea de excitaţie produce un flux magnetic inductor care ridică tensiunea generatorului peste valoarea

de nU5,0 de la care intră în funcţiune schema electronică cu puntea semicomandată

şi se asigură autoexcitarea generatorului până la valoarea tensiunii nominale.

3. Unitatea de supraveghere şi protecţie. Are rolul de a supraveghea funcţionarea corectă a echipamentului static de

excitaţie şi de protecţie în cazul producerii unor avarii. În figura 2.4.39 se prezintă schema electrică de supraveghere şi protecţie .

Această unitate acţionează la producerea următoarelor avarii:

- arderea siguranţelor ultrarapide - apariţia unor supratensiunii

- apariţia unor suprasarcini Schema este alimentată de la bateria de V24 curent continuu şi în paralel de la

puntea redresoare 108 pp (prezentată în figura 2.4.36).

109

Pentru toate situaţiile de avarie acţiunea protecţiei se face prin releul 1d .

Elementele care dau informaţii releului 1d sunt:

- contactul normal deschis 3d al releului de tensiune maximă din blocul RTN

în serie cu contactul normal deschis al contactorului 2C . La tensiunea

nominală se închide contactul 2C şi la depăşirea tensiune maxime, care

corespunde pentru nU2,1 , se închide şi contactul 3d stabilindu-se

alimentarea releului 1d ;

- contactul normal deschis al releului de suprasarcină montat în întrerupătorul automat de cuplare a generatorului la bare. În cazul apariţiei unei suprasarcini, releul acţionează, se închide contactul său normal deschis şi

este alimentat releul 1d ;

- la arderea uneia din siguranţele ultrarapide se închid contactele 1b sau

2b şi se

stabileşte circuitul de alimentare a releului 1d .

Fig. 2.4.39 Schema electrică de supraveghere şi protecţie

În cazul producerii uneia sau mai multe din situaţiile de avarie prezentate, este

alimentat releul 1d care memorează avaria prin închiderea contactului

1d de

automenţinere a alimentării şi deschide contactul 1d din circuitul releului 2d

întrerupând alimentarea acestuia. Prin întreruperea alimentării releului 2d se

realizează; - se întrerupe alimentarea releului d sin schema Regulatorului (figura

2.4.27), se închide contactul d din schema DCG (figura 2.4.28), sunt

110

blocate impulsurile de comandă şi puntea semicomandată îşi întrerupe

funcţionarea;

- se deschide contactul normal închis al releului 1d şi se realizează

deconectarea întrerupătorului automat al generatorului. Oprirea voită a generatorului se realizează folosind schema de protecţie. Prin

apăsarea pe butonul b02 „OPRIRE” este alimentat releul 1d şi schema acţionează ca

şi în cazul producerii unei avarii efectuând blocarea sistemului electronic şi

decontarea generatorului de la bare. Pentru deblocare, în vederea reluării funcţionării, este necesar să se apese mai

întâi pe butonul b01 „Revenire”. Prin apăsarea pe acest buton se întrerupe

automenţinerea alimentării releului 1d şi la încetarea apăsării, releul

1d nu mai este

alimentat, iar schema revine la situaţia iniţială.

4. Unitatea de reglare a valorilor impuse realizează tensiunea de referinţă funcţie de care sistemul efectuează reglarea automată a tensiunii generatorului,

precum şi modificarea gradului de statism al caracteristicii de reglare. Tensiunea de referinţă, sub forma unei tensiunii de curent continuu stabilizat

se obţine de pe rezistenţele 32 r,r din schema Regulatorului (figura 2.4.27). Această

tensiune, de referinţă se aplică printr-un potenţiometru la una din intrările

amplificatorului A. Cu potenţiometru se poate regla valoarea tensiunii de referinţă „Reglare valoare impusă tensiune”, astfel încât să se permită fixarea tensiunii la

bornele generatorului în limitele nU%105%....95 .

Pentru reglarea statismului caracteristicii externe, necesar la funcţionarea în

paralel a generatorului, pe rezistenţa sr din schema TTF (figura 2.4.25) se aplică un

al doilea semnal de tensiune obţinut din secundarul unui transformator de curent

montat în circuitul principal al generatorului şi care nu este reprezentat în scheme. Tensiunea din secundarul transformatorului de curent, proporţională cu

valoarea curentului de sarcină, Gr , se adaugă la tensiunea măsurată, proporţională

cu tensiunea generatorului. În acest fel tensiunea furnizată de traductorul de tensiune se măreşte în mod

artificial la creşterea curentului de sarcină. Regulatorul sesizând creşterea tensiunii,

comandă scăderea până la realizarea echilibrului între valoarea măsurată şi valoarea impusă (de referinţă). În urma acestui reglaj se obţine scăderea tensiunii generatorului la creşterea sarcinii şi deci un anumit grad de statism al caracteristicii

externe, GrG fU . În general pentru acest tip de generatoare, gradul de statism

este de %4...3 .

111

2.5. Reglarea automată a frecvenţei şi puterii active

2.5.1 Principiile reglării automate a frecvenţei

În sistemele electroenergetice de curent alternativ frecvenţa este dependentă de

viteza de rotaţie a motoarelor primare care antrenează generatoarele sincrone.

Agregatele generatoare, care alimentează motoarele electrice de acţionare precum şi alţi consumatori de energie de la bordul navei, sunt prevăzute cu regulatoare pentru

stabilizarea frecvenţei curentului alternativ. Menţinerea constantă a frecvenţei în sistemele electroenergetice constituie una din condiţiile de bază pentru funcţionarea normală a consumatorilor de energie electrică.

Spre deosebire de reglarea tensiunii, reglarea frecvenţei trebuie să asigure o singură frecvenţă pentru tot sistemul, independent de distribuţia sarcinii active între

agregatele generatoare. Reglarea frecvenţei este strâns legată de distribuţia puterii active între

agregatele generatoare, întrucât restabilirea frecvenţei în sistemul electroenergetic se

obţine pe seama schimbării puterii active între agregatele generatoare. Scopul reglării automate a frecvenţei şi distribuţiei puterii active între generatoare este

obţinerea eficienţei economice şi siguranţă ridicată în funcţionare, atât în regimuri normale cât şi în regim de avarie.

Ecuaţia de echilibru a puterilor agregatului generator de energie electrică este:

pierderi

dt

dJ iGMP

(2.5.1)

unde: MP - puterea dezvoltată de motorul primar

G - puterea dezvoltată de generator

iJ - momentul de inerţie al elementelor în mişcare de

rotaţie de la motor şi generator - viteza unghiulară de rotaţie

pierderi - pierderi mecanice şi electrice.

Puterea, G , dată de momentul de frânare al generatorului este determinată

de sarcina lui şi depinde de viteza unghiulară de rotaţie, . Valoarea puterii MP

a motorului primar depinde de regulatorul de turaţie şi viteza unghiulară de

rotaţie. Cauza modificării frecvenţei în sistemul electroenergetic constă în

dezechilibrul dintre suma puterilor dezvoltate de generatoare, G şi suma

puterilor cerută de consumatori, C . Modificarea echilibrului se produce atât ca

112

urmare a schimbării G cât şi a

C care atrage după sine schimbarea vitezei

de rotaţie a agregatelor şi a frecvenţei în sistem.

Întrucât frecvenţa curentului alternativ este dată de viteza de rotaţie a motorului primar de antrenare a generatorului, stabilizarea frecvenţei se obţine acţionându-se asupra sistemului de alimentare cu combustibil sau abur a

motorului primar. Reglarea frecvenţei se face cu regulatoarele mecanice de turaţie ale motoarelor primare şi cu regulatoarele de frecvenţă. Primul

reacţionează nemijlocit la schimbarea vitezei de rotaţie a motorului primar iar cel de al doilea la schimbarea parametrilor electrice ai generatorului produsă de modificarea frecvenţei. În ambele cazuri se acţionează asupra aceluiaşi element

final de execuţie care modifică alimentarea cu combustibil sau abur (în cazul turbinelor cu abur) a motorului primar.

La un dezechilibru între puterea produsă, G şi puterea consumată, C ,

corespunzător unui anumit regim stabil de funcţionare, intră în funcţiune regulatorul de turaţie sau de frecvenţă care acţionează conform caracteristicilor lor statice de reglare.

Pentru reglarea vitezei şi frecvenţei, precum şi pentru distribuţia sarcinii active între generatoarele care funcţionează în paralel, se folosesc regulatoare de viteză şi

frecvenţă cu caracteristici de reglare astatice 1 sau statice 2 prezentate în figura 2.5.1.

Fig. 2.5.1 Caracteristicile regulatoarelor de frecvenţă

Statismul caracteristicilor de reglare este:

%100Sn

n0

(2.5.2)

113

sau

%100f

ffS

n

n0 (2.5.3)

unde: 00 f, - viteza unghiulară de rotaţie şi frecvenţa la mersul în gol ideal

nn f, - viteza unghiulară de rotaţie şi frecvenţa la sarcina nominală a

generatorului.

De asemenea regulatoarele de viteză se mai caracterizează şi prin gradul de uniformitate reprezentat de coeficientul:

med.

n0

n

nn (2.5.4)

unde: 0n - viteza de rotaţie la mersul în gol ideal

nn - viteza de rotaţie la sarcina nominală

medn - viteza de rotaţie pentru jumătate din sarcina nominală.

Coeficientul de statism al caracteristicilor de reglare este:

tgk

n

n0s (2.5.5)

sau

tg

ffk

n

n0s (2.5.2.5)

Din figura 2.5.1 rezultă:

nsnn0n Pktg (2.5.7)

nsnn0n Pktgfff (2.5.8)

Pentru caracteristica statică de reglare, coeficientul de statism sk îşi păstrează

valoarea constantă la schimbarea puterii generatorului şi ca urmare la mărirea

puterii, frecvenţa se reduce iar la micşorarea puterii frecvenţa creşte. Ecuaţiile (2.5.7) şi (2.5.8) reprezintă ecuaţiile de reglare după caracteristici

statice şi pot fi scrise sub forma generală:

114

0kf

0k

s

s (2.5.9)

Schemele de reglare automată a frecvenţei generatoarelor cunosc o mare diversificare constructivă dată de firmele care le execută. Toate aceste scheme

folosesc în esenţă următoarele principii de bază pentru reglarea frecvenţei: a) după abaterea mărimii reglate (turaţia) b) după abaterea turaţiei şi variaţia sarcinii active

c) după variaţia parametrilor electrici ai generatoarelor (sarcina activă şi frecvenţa)

După primul principiu lucrează regulatorul mecanic centrifugal care până în prezent este folosit pe scară largă în instalaţiile navale. Pe baza celui de al doilea principiu sunt construite regulatoarele electromecanice cu două impulsuri: un impuls

de la regulatorul mecanic centrifugal şi al doilea în funcţie de sarcina activă a generatorului. Al treilea principiu foloseşte traductoare de frecvenţă şi de putere

activă prin care se urmăresc parametrii electrici ai generatorului şi în funcţie de acest valori se execută reglarea .

Pentru toate sistemele de reglare elementul final de execuţie acţionează asupra

consumului de combustibil sau abur pentru modificarea turaţiei. Reglarea automată şi menţinerea constantă a frecvenţei în sistem trebuie să fie

extinsă în tot domeniul puterilor agregatelor. Variaţia sarcinii cerută de consumatori şi necesitatea existenţei unei rezerve de putere se asigura, de regulă, prin folosirea mai multor agregate care lucrează în sistem. În legătură cu aceasta apare necesitatea

distribuirii sarcinii active între agregate. Reglarea automată a frecvenţei trebuie să asigure în acelaşi timp şi distribuţia echilibrată a sarcinii active între generatoarele

care lucrează în paralel asigurând astfel funcţionarea sistemului eficientă, cu consum minim de combustibil.

2.5.2 Distribuţia sarcinii active la funcţionarea în paralel a generatoarelor

O problemă importantă a reglării frecvenţei în sistemele electroenergetice este asigurarea distribuţiei echilibrată a sarcinii active între generatoarele care lucrează în paralel. În continuarea se prezintă metodele de bază folosite în sistemele

electroenergetice pentru distribuţia sarcinii active. Metoda caracteristicilor statice. În figura 2.5.2 se prezintă caracteristicile

statice de reglare a turaţiei a motoarelor primare pentru trei generatoare.

115

Fig. 2.5.2 Distribuţia sarcinii active între generatoare cu caracteristici statice de reglare

La funcţionarea în paralel a generatoarelor de aceeaşi putere având

caracteristici statice de reglare cu coeficienţi de statism diferiţi, pentru viteza

nominală 1 puterea dată de generatorul 1 este

1 iar puterile date de al doilea şi al

treilea generator sunt 2 respectiv 3 . După cum se observă sarcinile active de

generatoarelor sunt diferite întrucât caracteristicile de reglare au statisme diferite.

La scăderea vitezei de rotaţie cu 21 sarcinile generatoarelor se

schimbă corespunzător şi capătă valorile: ,

3

,

2

,

1 ,, . Din triunghiurile:

cba,'c'b'a,cba , rezultă:

3

2

1

s3

3

s2

2

s1

1

k

f

tg

f

k

f

tg

f

k

f

tg

f

(2.5.10)

şi analog, pentru generalizare, se obţin relaţiile pentru n generatoare care

lucrează în paralel. Pentru generatorul de ordinul i relaţia este:

isi

ik

f

tg

f

(2.5.11)

Adunând întrei ei termenii din dreapta şi termenii din stânga egalităţilor

(2.5.10), se obţine:

116

n21 sss

n21k

1...

k

1

k

1f.... (2.5.12)

sau

n

1i

n

1i si

ik

1f (2.5.13)

Rezolvând ecuaţia (2.5.12) în raport cu f şi înlocuind această valoarea în

ecuaţiile (2.5.10), rezultă:

snss

sn

n

1i

i

n

snss

3s

n

1i

i

3

snss

2s

n

1i

i

2

snss

1s

n

1i

i

1

k

1....

k

1

k

1k

P

k

1....

k

1

k

1k

P

k

1....

k

1

k

1k

P

k

1....

k

1

k

1k

21

21

21

21

(2.5.14)

117

Din cele prezentate rezultă că în cazul generatoarelor de aceeaşi putere care au

caracteristici de reglare cu coeficienţi de statism diferiţi, sarcina nu este distribuită egal în regimuri stabile de funcţionare. Distribuţia sarcinii se face invers proporţional cu coeficienţii de statism. În cazul prezentat în figura 2.5.2, generatorul

3 având cel mai mic statism este încărcat cu sarcina cea mai mare. De asemenea la scăderea frecvenţei creşterile de putere nu sunt egale la cele trei generatoare. Aceste

creşteri se distribuie, după cum rezultă din relaţiile (2.5.14) invers proporţional cu coeficienţii de statism ai caracteristicilor de reglare.

Distribuţia egală a sarcinilor între generatoarele de aceeaşi putere se poate

obţine numai în cazul în care caracteristicile de reglare ale acestora coincid. Pentru a obţine această coincidenţă, agregatele generatoare care lucrează în paralel se aleg de

acelaşi tip, fapt care asigură din construcţie caracteristici identice. Pentru situaţiile în care, deşi generatoarele sunt de acelaşi tip, caracteristicile lor

de reglare diferă într-o oarecare măsură sau în cazul în care sunt de tipuri diferite, se

prevede posibilitatea intervenţiei manuale a operatorului pentru modificarea statismului astfel încât să se obţină acelaşi coeficient de statism pentru generatoarele

care lucrează în paralel. Corectarea coeficientului de statism se obţine prin acţiunea unui senvomotor electric asupra cremalierei pompelor de injecţie în sensul de mărire a consumului pentru agregatele mai puţin încărcate cu sarcină activă şi reducerea

consumului de combustibil pentru cele cu încărcare mai mare, astfel încât frecvenţa sistemului să rămână constantă. Întrerupătorul cu care se pune în funcţiune

senvomotorul electric aflat pe pompa de injecţie, este amplasat pe panoul fiecărui generator conectat la tabloul principal de distribuţie. Întrerupătorul are două poziţii: stânga şi dreapta cu revenire în poziţia zero la încetarea acţionării. Prin conectări

scurte pe o poziţie sau cealaltă se obţine rotirea senvomotorului de execuţie într-un sens sau în celălalt pentru mărirea respectiv reducerea consumului de combustibil.

Metoda caracteristicilor statice este folosită pe scară largă în centralele electrice navale deoarece nu necesită dispozitive sau instalaţii complicate şi oferă rezultate mulţumitoare în distribuţia echilibrată a sarcinii active între generatoarele care

funcţionează în paralel. Metoda generatorului pilot este folosită pentru menţinerea constantă a

frecvenţei şi distribuţia dată a sarcinii activei între generatoare. Această metodă constă în folosirea unui pilot cu rol de generator pilot iar celelalte ca generatoare de bază. Generatorul pilot, are caracteristica de reglare astatică iar generatoarele de

bază au caracteristici de reglare statice. În figura 2.5.3. se prezintă caracteristicile de reglare a trei generatoare.

118

Fig. 2.5.3 Principiul distribuţiei sarcinii active după metoda generatorului principal

Procesul schimbării frecvenţei este caracterizat de durata de timp t care poate

fi împărţită în două perioade: 1t şi

2t . Pe durata 1t , în care se măreşte sarcina

sistemului, frecvenţa se abate de la valoarea nominală şi sarcina suplimentară se distribuie între generatoare invers proporţional cu coeficienţii de statism ai

caracteristicilor de reglare. Pe durata 2t se restabileşte frecvenţa în sistem şi se

produce redistribuirea sarcinii suplimentare. În figura 2.5.3 este prezentat cazul unui sistem energetic care conţine trei

generatoare: 321 G,G,G . Generatorul 1G este generator pilot, iar celelalte, 32 G,G ,

sunt generatoare de bază.

La frecvenţa nominală, nf , generatoarele lucrează cu sarcinile active 321 ,, .

Considerăm că se produce un şoc de sarcină şi legat de acesta frecvenţa scade de la

nf la 1f .

Pe durata 1t sarcina suplimentară se distribuie între generatoare invers

proporţional cu coeficienţii de statism ai caracteristicilor de reglare şi parametrii de

funcţionare se deplasează pe caracteristicile de reglare din punctele 1 în punctele 2.

Pentru frecvenţa n1 ff generatoarele, 321 G,G,G , se încarcă cu sarcinile

suplimentare, 321 ,, şi puterile debitate de generatoare sunt: 321 ,, .

Pe durata 2t , întrucât generatorul

1G are caracteristică astatică, intră în

funcţiune regulatorul acestuia care acţionează pentru mărirea consumului de combustibil al motorului primar. În urma acestei acţiuni se restabileşte frecvenţa în

sistem la valoarea nominală şi generatorul 1G preia asupra sa toată sarcina

suplimentară. Punctul de funcţionare al generatorului 1G se mută din 2 în 3, iar la

generatoarele de bază 32 G,G , punctele de funcţionare revin din punctele 2 în

punctele 1.

119

Procesul reglării se încheie când frecvenţa a revenit la valoarea nominală,

generatoarele de bază funcţionează cu sarcina iniţială 32 , iar sarcina generatorului

principal este:

32111 (2.5.15)

În cazul în care nivelul sarcinilor suplimentare care apar în exploatarea unui sistem electroenergetic depăşesc posibilităţile de încărcare a unui genera tor, în

calitatea de generator pilot pot fi două generatoare. În acest caz surplusul de sarcină va fi distribuit egal între cele două generatoare pilot sau în alt raport determinat de

sistemul de distribuţie a sarcinii active. Metoda statismului virtual. După această metodă reglarea la abaterea

frecvenţei şi schimbarea echilibrului între puterea dată şi puterea consumată, se

efectuează de către fiecare generator din sistem. Prin această reglare se obţine păstrarea constantă a frecvenţei în sistem şi distribuţia sarcinii după caracteristicile

statice ale căror coeficienţii de statism se modifică prin reglare astfel încât să se obţină o distribuţie echilibrată a sarcinii.

Aplicând legea generală a reglării statice (relaţia 2.5.9) pentru cele n

generatoare, rezultă:

0kf

.

0kf

0kf

n

1n

innsn

n

1n

i22s

n

1n

i11s

2

1

(2.5.16)

unde: n21 P.....P,P - sunt puterile dezvoltate de fiecare generator

n

1n

iP - suma sarcinilor celor n generatoare

n21 ....., - coeficienţii parţiali de distribuţie a sarcinii

totale pe generatoare.

Suma coeficienţilor parţiali este egală cu unitatea, 1.... n21 , sau în

procente reprezintă 100%. Din ecuaţiile (2.5.14) rezultă că procesul reglării celor n generatoare se termină

când frecvenţa se restabileşte la valoarea nominală, 0f şi sarcina se distribuie

120

între generatoare corespunzător coeficienţilor parţiali de încărcare, adică

n

1n

ikk PP .

O asemenea reglare este astatică relativ la frecvenţă şi statică relativ la distribuţia sarcinii active între generatoare.

Sistemul asigură stabilitate în distribuţia sarcinii active între generatoare corespunzător coeficienţilor parţiali de încărcare.

În folosirea acestei metode, pentru compensarea erorii statice produsă de neliniaritatea caracteristicilor de reglare sau alte cauze, se combină cu metoda generatorului pilot. În acest caz unul din generatoare se foloseşte ca generator pilot

şi are caracteristica de reglare astatică. Metoda statismului virtual are o largă utilizare în sistemele electroenergetice

şi în ultimul timp şi-a găsit utilizarea şi în sistemele electroenergetice navale. O asemenea aplicaţie este prezentată în schema din figura 2.5.3.

2.5.3 Regulatoare automate a vitezei de rotaţie pentru motoarele

termice

2.5.3.1 Regulatoare mecanice centrifugale

La agregatele generatoare, până în momentul actual, regulatoarele centrifugale au cea mai largă utilizare. Aceste regulatoare funcţionează, conform principiului reglării după abaterea mărimii reglate (turaţia). Regulatoarele

centrifugale pot fi cu acţiune directă, pentru puteri până la 100CP şi cu acţiune indirectă, pentru puteri mai mari. La turbinele navale cu abur sau cu gaze şi de

asemenea pentru motoarele diesel se folosesc, de regulă, regulatoare centrifugale cu acţiune indirectă.

La regulatoarele cu acţiune directă, elementul centrifugal acţionează direct

asupra elementului de execuţie care poate fi: cremaliera pompelor de injecţie pentru motoarele diesel sau elementul de d istribuţie a aburului pentru turbine.

În cazul regulatoarelor cu acţiune indirectă, elementul centrifugal acţionează asupra elementului de execuţie prin intermediul unui amplificator hidraulic.

Regulatoarele cu acţiune indirectă pot fi cu legătură inversă rigidă sau

elastică. De asemenea caracteristica de reglare a regulatoarelor de viteză centrifugale poate fi statică sau astatică.

În figura 2.5.4.a se prezintă schema simplificată a regulatorului centrifugal cu acţiune indirectă, cu legătură inversă rigidă şi cu caracteristica de reglare statică.

121

Fig. 2.5.4 Schema simplificată a regulatorului centrifugal

a – cu caracteristică de reglare statică; b – cu caracteristica de reglare astatică

Elementul de bază al regulatorului centrifugal este elementul de măsură 1

compus din greutăţi sferice şi un sistem de pârghii. Acţiunea elementului de măsură asupra tijei AB este echilibrată de resortul 3.

Axul vertical 2 al regulatorului este cuplat cu axul motorului printr-un reductor şi

este rotit cu o viteză proporţională cu turaţia motorului iar greutăţile sferice acţionează printr-un sistem de pârghii asupra mufei 4.

Capătul A al tijei AB este legat cu pistonul servomotorului 7 iar capătul B cu pistonul sertarului distribuitor 5. La viteza normală de rotaţie a agregatului pistonul sertarului distribuitor ocupă poziţia în care orificiile a şi b sunt închise. Pistonul

servomotorului 7 fiind sub presiuni egale în părţile superioară şi inferioară, rămâne în poziţia fixă.

Dacă sarcina generatorului se modifică şi nu mai corespunde puterii dezvoltată de motor, se schimbă viteza de rotaţie a agregatului.

Să urmărim în continuare funcţionarea regulatorului la schimbarea sarcinii.

La funcţionarea motorului cu puterea 1P viteza de rotaţie este .1 Corespunzător

acestei viteze, greutăţile sferice se rotesc cu viteza

11k (2.5.17)

unde: 1k - este raportul de transmisie al vitezei de la axul

motorului la regulator şi dezvoltă forţa centrifugă.

122

2

2cf ρg

Gk2F (2.5.18)

unde: G – greutatea sferelor şi elementelor în mişcare de rotaţie - raza de rotaţie a sferelor

g - acceleraţia gravitaţională

2k - factor de proporţionalitate.

În poziţia fixă a mufei forţele care acţionează asupra ei sunt în echilibru,

31 FF , în care:

tgFF .cf1 (2.5.19)

nr3 GG2FF (2.5.20)

unde: rF - forţa resortului comprimat

G - greutatea sferelor

nG - greutatea mufei 4.

La creşterea sarcinii generatorului, viteza de rotaţie se micşurează de la 1 la

2 şi forţele 1F şi 3F nu mai sunt în echilibru, întrucât se micşorează forţa

1F iar

forţa 3F rămâne constantă. Sub acţiunea diferenţei, 13 FFF , mufa 4 se

deplasează în jos. În primul moment punctul A rămâne nemişcat iar punctul B se deplasează în jos şi ocupă poziţia B . Pistonul sertarului distribuitor 5 deschide

orificiile conductelor de ulei sub presiune a şi b. Ule iul, sub presiune, prin orificiul a pătrunde în partea superioară a cilindrului servomotorului 7 deplasând în jos pistonul (punctul A ocupă poziţia A ). Prin deplasarea pistonului se împinge pârghia glisantă

2.5 şi se măreşte consumul de combustibil sau abur al motorului primar. Deplasarea pistonului în jos produce revenirea punctului B spre poziţia iniţială şi

când ajunge în poziţia iniţială închide orificiile a şi b ale conductelor de ulei. Pistonul servomotorului se va afla în noua poziţie A iar punctul B în poziţia iniţială. După câteva oscilaţii între puterea cerută şi puterea dezvoltată, procesul tranzitoriu se

amortizează şi se stabileşte echilibrul pentru noua valoare a vitezei 2 şi puterea

2 .

La micşorarea sarcinii generatorului, viteza de rotaţie creşte cea ce conduce la

o acţiune în sens contrar a regulatorului. În acest fel regulatorul asigură reglarea vitezei de rotaţie funcţie de sarcină

după o caracteristică de reglare statică. La deplasarea mufei în sus sau în jos se schimbă poziţia clapetei 2.5 care modifică consumul de combustibil sau abur al motorului primar.

123

În figura 2.5.4.b. este prezentată schema simplificată a regulatorului

centrifugal cu acţiune indirectă, cu legătură inversă elastică şi caracteristică de reglare astatică.

Amortizorul de ulei 9, resortul 10 şi tija AB formează legătura inversă elastică.

Partea superioară şi inferioară a amortizorului 9 este umplută cu ulei. Cele două părţi comunică între ele prin orificii tubulare a căror secţiune poate fi modificată cu

ventilul 8. Iniţial procesul se desfăşoară ca şi în cazul reglării statice. La creşterea

sarcinii viteza agregatului se micşorează şi sub acţiunea diferenţei for ţelor, F ,

mufa 4 se deplasează în jos. Punctul B se deplasează în jos, se deschide orificiile a, b ale sertarului distribuitor şi uleiul, sub presiune, deplasează în jos pistonul

servomotorului mărind consumul de combustibil sau abur în motorul primar. Capătul A al traversei se deplasează în A şi tensionează resortul 10. Spre deosebire de cazul anterior procesul reglării nu se încheie în acest moment, şi

continuă sub acţiunea resortului 10 care tinde să aducă punctul A în poziţia iniţială. Mişcarea de readucere a tijei AB în poziţia iniţială este amortizată de mişcarea

pistonului amortizorului 9 care devine posibilă pe măsura trecerii uleiului prin orificiile tubulare din partea superioară în partea inferioară a pistonului. Deplasarea punctului A spre poziţia iniţială produce o deplasare suplimentară a punctului B şi

din nou pistonul sertarului distribuitor deschide orificiile a şi b. Sub presiunea uleiului pistonul servomotorului 7 se deplasează de câteva ori în jos mărind debitul

de combustibil şi obţinându-se astfel creşterea vitezei agregatului. Procesul continuă până când se termină acţiunea resortului 10 prin revenirea lui în starea iniţială. La terminarea reglării tija AB şi mufa 4 ocupă poziţiile iniţiale, orificiile a

şi b ale sertarului distribuitor sunt închise şi viteza de rotaţie a agregatului corespunde cu viteza iniţială.

Regulatoarele centrifugale ale vitezei de rotaţie menţin turaţia cu precizie de

%5,2 în regimuri stabile de funcţionare şi cu precizie de %65 la şocuri de

sarcină, cea ce pentru cerinţele actuale, nu este suficient. De asemenea, după cum rezultă din experienţa exploatării, aceste regulatoare nu asigură o înaltă precizie în distribuirea sarcinii active între agregatele generatoare care lucrează în paralel.

Acţiunea regulatoarelor este dependentă, de asemenea, de factorii ca: frecarea, vâscozitatea uleiului ş.a., care pot conduce la modificarea caracteristicilor statice de

reglare şi distribuţiei inegale a sarcinii. Precizia reglării turaţiei şi distribuţia echilibrată a sarcinii active pot fi

îmbunătăţite prin aplicarea asupra regulatorului a unui al doilea impuls, funcţie de

sarcină activă a generatorului. În ultimul timp s-au realizat regulatoare de turaţie combinate cu două şi trei impulsuri electromecanice şi electrice, construite după

principii diferite. În continuare se prezintă sistemul combinat de regulator cu două impulsuri.

124

2.5.3.2 Regulatoare de turaţie electromecanice cu două impulsuri

Regulatorul de viteză cu două impulsuri foloseşte: un impuls al regulatorului

centrifugal creat după viteza de rotaţie (situaţie similară cu a regulatoarelor mecanice centrifugale) şi un al doilea impuls de la un traductor de curent activ şi un

amplificator cu electromagnet, obţinut după valoarea sarcinii active debitată de generator.

Schema funcţională de principiu a regulatorului electromecanic cu două

impulsuri este prezentată în figura 2.5.5. Elementele de bază ale schemei funcţionale din figura 2.5.5 sunt:

regulatorul centrifugal care constituie elementul de măsură după deviaţia

vitezei unghiulare

traductorul de curent activ de la care se obţine un semnal proporţional cu

sarcina activă a generatorului

amplificator magnetic sau cu semiconductori

amplificator electrohidraulic, AEH , compus din electromagneţii

21 EM,EM şi amplificatorul hidraulic 1AH

amplificatorul hidraulic 2AH

elementul de execuţie care este cremaliera pompelor de injecţie pentru motoarele diesel (sau clapeta de reglare a aburului pentru turbine)

motorul primar diesel, D

generatorul electric, G .

Fig. 2.5.5 Schema electrică funcţională a regulatorului cu două impulsuri

În regulatorul de turaţie cu două impulsuri blocul de măsurare conţine elementul centrifugal a cărui funcţionare este identică cu cea prezentată la regulatoarele mecanice şi elementul traductor de curent activ a cărui prezentare se va

125

face în continuare. În figura 2.5.6. se prezintă schema electrică de principiu a

traductorului de curent activ.

Fig. 2.5.6 Schema de principiu a traductorului de curent activ

a – schema electrică; b – diagrama fazorială a tensiunilor

Schema de principiu pentru măsurarea curentului activ sesizează deviaţia după fază

între curentul şi tensiunea generatorului.

Înfăşurările secundare ale transformatorului de tensiune TTr, înfăşurările

primare şi secundare ale transformatoarelor intermediare 1rT şi

2rT sunt realizate

cu acelaşi număr de spire.

În regim de mers în gol tensiunile 1U şi

2U sunt egale, iar tensiunea 3U pe

rezistenţa 3r este nulă. În această situaţie tensiunile 4U şi 5U sunt egale iar

tensiunea la ieşirea traductorului este nulă, 0U iesire .

Pentru sarcina activă a generatorului 1cos tensiunea 3U aplicată pe

rezistenţa 3r coincide ca fază, de exemplu cu tensiunea 2U şi este opusă ca fază faţă

de tensiunea 1U . Ca urmare tensiunea aplicată transformatorului intermediar

2rT

creşte, iar cea aplicată transformatorului intermediar 1rT scade în aceeaşi măsură.

Corespunzător acestei diferenţe la ieşire, 0U ireie; .

În cazul sarcinii pur reactive 0cos tensiunea 3U pe rezistenţa 3r este

defazată cu 090 faţă de tensiunile 1U şi

2U . Pentru acest unghi de defazare

tensiunile 4U şi 5U se măresc în aceeaşi măsură şi rămân egale în valoare absolută.

Diferenţa dintre aceste tensiuni fiind nulă, tensiunea la ieşirea traductorului de

curent activ va fi de asemenea nulă, 0U iesire .

126

Pentru o sarcină oarecare, curentul defazat faţă de tensiune cu un unghi 2

sau 0 , diagrama fazorială a tensiunilor este prezentată în figura 2.5.6.b.

Întrucât tensiunea 3U este mică în comparaţie cu tensiunile

4U şi 5U , se

poate aproxima că segmentul 5UAD iar segmentul 4UCD . Cu această

aproximaţie rezultă:

cosUUU 325 (2.5.21)

cosUUU 314 (2.5.22)

Având în vedere că 21 UU , valoarea tensiunii de ieşire, pe partea de curent

alternativ, este:

a345iesire kcoskcosU2UUU (2.5.23)

în care: a - componenta activă a curentului generatorului

k - factor de proporţionalitate. Din cele prezentate rezultă că tensiunea la ieşirea traductorului de curent activ

este direct proporţională cu componenta activă a curentului de sarcină. După redresare raportul între tensiunea de ieşire pe partea de curent alternat iv şi pe partea

de curent continuu se menţine constant. Funcţionarea corectă a traductorului de curent activ depinde de raportul între valorile tensiunilor secundare alte

transformatorului de tensiune TTr şi valoarile tensiunii 3U . Funcţionarea optimă se

obţine atunci când acest raport este valoarea în limitele 53 . În figura 2.5.7 se prezintă schema electrică a regulatorului electromecanic de

turaţie cu două impulsuri. Semnalele de la ieşirea traductorului de curent activ se aplică pe înfăşurările

electromagneţilor 1EM şi

2EM care aparţin amplificatorului electrohidraulic AEH .

Amplificatorul electrohidraulic este format din electromagnetul diferenţial 1 cu

armătura mobilă tip clapetă 2 şi amplificatorul hidraulic 1AH format la rândul său

din sertarul distribuitor 5 şi pistonul 4 .

În continuare se prezintă funcţionarea regulatorului electromecanic cu două impulsuri.

La mersul în gol al generatorului, tensiunile 4U şi 5U sunt egale ca mărime şi

armătura mobilă a electromagnetului se află în echilibru, în poziţia orizontală.

127

Fig. 2.5.7 Schema electrică a regulatorului electromecanic de turaţie, cu două impulsuri

La aplicarea sarcinii şi apariţia semnalului de comandă, tensiunile 4U şi 5U

care se aplică înfăşurărilor electromagnetului sunt diferite. Armătura mobilă este

atrasă de miezul electromagnetului pe a cărei înfăşurare se aplică tensiunea mai mare. Mişcarea armăturii mobile modifică corespunzător poziţia sertarului

distribuitor 5 al amplificatorului hidraulic 1AH şi acesta comandă deplasarea

pistonului 4 . Acţiunea pistonului 4 se transmite sertarului distribuitor a l

amplificatorului hidraulic 2AH aparţinând regulatorului mecanic cu acţiune

indirectă, prezentat în figura 2.5.4, în paralel cu acţiunea asupra acestuia a elementului său centrifugal.

Mişcarea pistonului 4 acţionează asupra resortului 3 aparţinând legăturii inverse şi se produce până la echilibrarea forţelor care acţionează asupra armăturii mobile a electromagnetului. În momentul când se obţine echilibrul forţelor care

acţionează asupra armăturii mobile, aceasta ocupă poziţia iniţială, orizontală,

sertarul distribuitor 5 revine în poziţia iniţială iar pistonul cu tija 4 ocupă noua poziţie.

Folosirea electromagnetului diferenţial cu armătura mobilă tip clapetă oferă

posibilitatea obţinerii unei amplificării mari a forţei de tracţiune, realizată cu o construcţie de gabarite reduse.

Caracteristica de reglare a electromagnetului şi amplificatorului hidraulic este

practic liniară. Tija 4 a amplificatorului hidraulic 1AH , care transmite semnalul

proporţional cu sarcină activă, este cuplată la o bucşă mobilă specială care însumează acest semnal cu semnalul provenit de la elementul de măsură centrifugal

128

şi împreună acţionează asupra amplificatorului hidraulic 2AH . Această soluţie

constructivă permite folosirea unui singur amplificator hidraulic de putere pentru acţionarea cremalierei pompelor de injecţie care constituie elementul de execuţie al

sistemului de reglare. Exploatarea regulatoarelor de turaţie cu două impulsuri arată că la schimbări

rapide ale sarcinii active până la %100 , abaterea maximă a turaţiei nu depăşeşte

%6,1 faţă de valoarea nominală, iar durata procesului tranzitoriu de restabilire a

turaţiei nu depăşeşte .s1 Această precizie este considerată suficientă pentru

necesităţile consumatorilor de energie de la bordul navei.

Statismul caracteristicii de reglare poate fi modificat în limitele %70 . Principiul de funcţionare prezentat pentru regulatorul electromecanic cu două

impulsuri este aplicat la realizarea regulatorului Woodword care reprezintă un

sistem universal de reglare a frecvenţei şi distribuţie a sarcinii active, folosit pe scară largă în centralele electric navale.

În funcţionarea normală, întrucât viteza de reacţie a traductorului de curent activ este mai mare comparativ cu reacţia elementului de măsură centrifugal, pentru reglarea turaţiei acţionează numai blocul electric. Dacă însă blocul electric nu

funcţionează sau se defectează pe timpul funcţionării atunci intră în funcţiune automat blocul centrifugal care menţine valoarea prescrisă a turaţiei.

2.5.3.3 Regulatoare de turaţie după abaterea parametrilor electrici ai

generatoarelor

În acest sistem de reglare, elementul de măsură mecanic centrifugal este înlocuit cu un

traductor de frecvenţă care urmăreşte turaţia motorului primar indirect prin măsurarea frecvenţei generatorului. În figura 2.5.8 se prezintă schema electrică de principiu a traductorului de frecvenţă realizat cu două circuite sensibile la frecvenţă.

Elementul de măsură este realizat din două circuite sensibile la frecvenţă: un

circuit de frecvenţă format de inductanţa L , redresorul 1dR şi rezistenţa de balast

1bR

iar al doilea circuit de frecvenţă este format de condensatorul C , redresorul 2dR şi

rezistenţa de balast 2bR . Elementul de măsură este alimentat de la tensiunea

generatorului şi reacţionează la devierea frecvenţei. La ieşirea acestui element se obţine o tensiune continuă proporţională cu deviaţia frecvenţei.

Pentru frecvenţa nominală şi alegerea corespunzătoare a inductanţei L şi a

capacităţii C , astfel încât impedanţele la frecvenţa nominală, să fie egale, curenţi prin circuite sensibile la frecvenţă creează tensiuni egale şi de sensuri contrare pe

rezistenţele 1bR , 2bR . În acest caz, tensiunea la ieşirea elementului de măsură este

nulă, 0U iesire . În figura 2.5.8b pentru frecvenţa nff , căderile de tensiune pe

rezistenţele de balast sunt egale, 2Rb1Rb UU .

129

Fig. 2.5.8 Traductor de frecvenţă cu două circuite sensibile la frecvenţă

a – schema electrică; b – variaţia tensiunilor pe rezistenţele de balast;

c – variaţia tensiunii de ieşire funcţie de variaţia frecvenţei

Devierea frecvenţei tensiunii generatorului de la valoarea nominală modifică valorile impedanţelor celor două circuite. În unul din circuite curentul creşte iar în

celălalt se micşorează. Corespunzător, căderile de tensiune pe rezistenţele 1bR ,

2bR

au valori diferite şi la ieşirea elementului de măsură se obţine o tensiune, 0U iesire .

Polaritatea acestei tensiuni depinde de scăderea sau creşterea frecvenţei în raport cu

valoarea nominală. Variaţia tensiunii de ieşire în funcţie de variaţia frecvenţe i este prezentată în figura 2.5.8.c.

Tensiunea de ieşire a elementului de măsură constituie tensiunea de comandă

pentru un amplificator magnetic sau cu semiconductori. De la amplificator este alimentat un servomotor electric care acţionează asupra sistemului de alimentare cu

combustibil sau cu abur, mărind sau micşorând consumul în funcţie de deviaţia frecvenţei. La restabilirea turaţiei nominale, frecvenţa revine la valoarea nominală,

130

tensiunea de la ieşirea elementului de măsură se anulează şi se întrerupe

funcţionarea servomotorului. Într-o altă variantă, traductorul de frecvenţă poate fi realizat folosind un filtru

bandă de frecvenţă. Această variantă este prezentată în figura 2.5.9.

Fig. 2.5.9 Schema de principiu a traductorului de frecvenţă cu filtru bandă

a – schema traductorului; b – schema filtrului

Filtru bandă de frecvenţă reacţionează la abaterea frecvenţei. Tensiunea de la

ieşirea filtrului, FU , se aplică în diagonala punţii sensibile la fază.

Schema filtrului, prezentată în figura 2.5.9b, este realizată cu inductanţele

211 L,L,L şi condensatorii .C,C 11 Filtrul este calculat astfel încât la frecvenţa

nominală, nf , tensiunea de ieşire FU este defazată în raport cu tensiunea de intrare

cu un unghi 090 . Tensiunile 1U şi

2U se aleg egale ca mărime şi pentru acest

unghi de defazare tensiunile 3U şi 4U de la intrarea redresoarelor

1dR , 2dR sunt de

asemenea egale. În figura 2.5.10 se prezintă diagramele fazoriale ale tensiunilor .

Din figura 2.5.10a se observă că pentru 090 tensiunile 3U şi 4U sunt

egale. Tensiunea de ieşire a elementului de măsură este:

34iesire UUUU

Pentru frecvenţa nominală, 43 UU şi 0U iesire .

131

Fig. 2.5.10 Diagramele fazoriale de tensiunilor elementului de măsură cu filtru bandă

a - 090 ; b - 090 ; c - 090

La abaterea frecvenţei faţă de valoarea nominală, filtrul bandă modifică

unghiul dintre tensiunea FU şi tensiunile

21 U,U . Acest unghi se micşorează la

scăderea frecvenţei şi se măreşte la creşterea frecvenţei faţă de valoarea nominală. Din reprezentarea diagramelor fazoriale în figura 2.5.10 b şi c se observă că la

scăderea sau creşterea frecvenţei şi modificarea unghiului de defazaj , tensiunile la

intrarea redresoarelor se modifică, 43 UU şi ca urmare 0UUUU 34iesire .

Din reprezentarea diagramei fazorială se deduce:

cosUU2UUU F1

2

F

2

13 (2.5.24)

cosUU2UUU F2

2

F

2

24 (2.5.25)

Pentru condiţii optime de lucru tensiunile F21 U,U,U se stabilesc egale ca

mărime, UUUU F21 . Atunci:

2

cos1U2U3

(2.5.26)

2

cos1U2U4

(2.5.27)

În relaţiile (2.5.22.5), (2.5.27) aplicând formulele trigonometrice ale jumătăţilor de unghiuri şi efectuând diferenţa se obţine:

2sin

2sinU2UUU 34 (2.5.28)

132

Din relaţia (2.5.28) se observă că la schimbarea frecvenţei şi modificarea

unghiului de la 0 la , tensiunea U variază de la U2 la U2 .

Elementul de măsură cu filtru bandă de frecvenţă are randament înalt şi inerţie

nesemnificativă. Banda de trecere de la o frecvenţă 1f la o frecvenţă

2f determină

zona dată de reglare iar valorile inductanţelor şi capacităţilor se stabilesc prin

calcule. În schema regulatoarelor de turaţie după abaterea parametrilor electrici ai

generatorului, traductoarele de frecvenţă şi traductoarele de curent activ constituie

elementele de măsură. Semnalele de tensiune obţinute de la ieşirea traductoarelor, proporţionale cu abaterea frecvenţei sau modificarea sarcinii active sunt amplificate

în putere şi se aplică la elementul de execuţie care modifică consumul de combustibil sau abur în funcţie de sensul şi valoarea abaterii. De regulă elementul de execuţie este un servomotor electric care acţionează cremaliera pompelor de injecţie,

în cazul motoarelor diesel, sau acţionează asupra distribuţiei aburului, în cazul turbinelor cu abur.

În figura 2.5.11 se prezintă o variantă de amplificator de putere realizat cu amplificatoare magnetice.

Amplificatorul este realizat din două etaje. Primul etaj este formată din

amplificatoarele 21 AM,AM cu ieşirile conectate la al doilea etaj formată din

amplificatoarele 43 AM,AM cu acţiune rapidă, fără înfăşurării de comandă,

conectate în punte diferenţială cu ieşire pe una din înfăşurările servomotorului de execuţie bifazat.

Amplificatoarele se alimentează de la tensiunea generatorului prin

transformatorul intermediar rT .

Tensiunea de ieşire a amplificatoarelor 21 AM,AM se aplică pe rezistenţele

21 r,r constituind semnalul de comandă pentru amplificatoarele 43 AM,AM .

Înfăşurările de comandă , CW , alimentate de la tensiunea de ieşire a

traductorului de curent activ şi înfăşurările de comandă, CW , alimentate de la

tensiunea de ieşire a traductorului de frecvenţă, sunt conectate în serie şi bobinate

astfel încât produc fluxuri de sensuri contrare în amplificatoarele magnetice 1AM şi

2AM .

Înfăşurările de polarizare, Wp , sunt folosite pentru stabilirea punctului de

lucru al amplificatoarelor magnetice. Aceste înfăşurări sunt conectate în paralel şi

alimentate cu tensiune constantă de la redresorul 3dR . Fluxurile create de

înfãşurările de polarizare au acelaşi sens în cele două amplificatoare magnetice

21 AM,AM .

133

În absenţa curentului de comandă, tensiunile magnetomotoare produse de

înfăşurările de polarizare sunt egale şi ca urmare tensiunile de ieşire pe rezistenţele

1r şi 2r sunt de asemenea egale.

Amplificatoarele 43 AM,AM sunt cu reacţie internă pozitivă realizată de

diodele 21 n,n şi

43 n,n . Fiecare jumătate a înfăşurării de sarcină este în serie cu o

diodă şi curentul trece numai într-o semiperioadă printr-o jumătate de înfăşurare, iar în cealaltă semiperioadă trece prin cealaltă jumătate. Această formă de undă descompusă în armonici are o componentă de curent continuu care constituie reacţia

internă pozitivă.

Sarcina amplificatoarelor 43 AM,AM , conectate în punte diferenţială este

impedanţa care reprezintă una din înfăşurările servomotorului electric bifazat, de

execuţie. Ce-a de-a doua înfăşurare a servomotorului este alimentată de la o sursă de tensiune alternativă de aceeaşi frecvenţă.

Impedanţa din diagonala punţii este străbătută de curenţii de ieşire 21, ai

amplificatoarelor 3AM şi 4AM care sunt în opoziţie de fază.

Dacă 21 , curentul prin impedanţa este nul şi servomotorul este în

repaus. Atunci când 21 prin impedanţa trece curentul

21 având faza

curentului celui mai mare, 1 , şi servomotorul se roteşte într-un sens determinat. În

cazul în care 12 , curentul care trece prin impedanţa este

21 şi având

faza curentului 2 fiind opus ca fază în raport cu situaţia anterioară. Prin inversarea

fazei, servomotorul electric se va roti în sens contrar faţă de cazul anterior.

În absenţa semnalului de comandă tensiunile pe rezistenţele 21 r,r sunt egale,

curenţii de ieşire din al doilea etaj de amplificare sunt egali, 21 , şi fiind opuşi ca

fază curentul, prin impedanţa este nul. În această situaţie servomotorul electric

este în repaus. La apariţia curentului de comandă, cu o polaritate determinată, în una din ramurile

primului etaj (de exemplu1AM ) fluxul de comandă coincide cu fluxul înfăşurării de

polarizare şi ca urmare se măreşte tensiunea magnetomotoare de premagnetizare a miezului,

iar în cealaltă ramură 2AM fluxul înfăşurării de comandă este opus fluxului de polarizare

şi scade tensiunea magnetomotoare de premagnetizare a miezului. În acest caz se măreşte

tensiunea continuă la bornele rezistenţei 1r şi scade tensiunea la ei bornele rezistenţ

2r . Ca

urmare creşte premagnetizarea amplificatorului 3AM , se reduce impedanţa înfăşurărilor de

lucru şi creşte curentul 1 iar premagnetizarea amplificatorului 4AM se reduce, creşte

impedanţa înfăşurărilor de lucru şi scade curentul 2 .

134

Fig. 2.5.11 Schema de principiu a amplificatorului

Pentru 21 impedanţa este parcursă de curentul

21 . Se pune în

funcţiune servomotorul de execuţie care realizează creşterea sau micşorarea (în funcţie de sensul de rotaţie) a consumului de combustibil (sau abur) pentru motorul primar, obţinându-se astfel restabilirea vitezei de rotaţie şi a parametrilor generatorului. După restabilirea parametrilor generatorului semnalele de la traductorul de frecvenţă sau de la traductorul de putere activă se anulează şi servomotorul bifazat al elementului de execuţie se opreşte.

În cazul schimbării polarităţii semnalului de comandă procesul se repetă în sens contrar şi servomotorul bifazat îşi schimbă sensul de rotaţie. Dependenţa curentului de ieşire (curentul prin impedanţa ) de curentul de comandă este prezentată în figura 2.5.12.

135

Fig. 2.5.12 Variaţia curentului de ieşire în funcţie de curentul de comandă

Schema din figura 2.5.11 este prevăzută cu intrării de la ambele traductoare: de curent

activ şi de frecvenţă. În aplicaţii practice se foloseşte o singură intrare. Alegerea uneia sau a alteia se face în funcţie de rolul care revine schemei de reglare. De exemplu, dacă generatoarele sunt conectate în paralel şi se foloseşte metoda generatorului pilotl, atunci la generatorul pilot se conectează traductorul de frecvenţă pentru comanda servomotorului iar la celelalte generatoare considerate de bază se conectează traductoarele de curent activ. Traductorul de curent activ al generatorul pilot care nu se foloseşte pentru comanda servomotorului propriu, este conectat după schema diferenţială cu traductoarele de curent activ de la celelalte generatoare.

2.5.3.4 Reglarea automată a frecvenţei şi distribuţia sarcinii active Schema de principiu a sistemului de reglare automată a frecvenţei şi distribuţie a

sarcinii active este prezentată în figura 2.5.13. Acest sistem este destinată pentru a menţine frecvenţa constantă în sistem şi realizarea

distribuţiei sarcinii active în regimurile stabile corespunzător coeficienţilor de statism ai caracteristicilor de reglare.

În calitatea de generator pilot este folosit primul agregat generator prevăzut cu traductor de frecvenţă, care menţine frecvenţa în sistem cu precizia necesară.

136

Fig. 2.5.13 Schema de principiu pentru reglarea automată a frecvenţei şi distribuţiei sarcinii active

G – generator; MP – motor primar; RT – regulator de turaţie; SM – servmotor bifazat; a1 – a3 o

întrerupătoare automată; a4 - a5 – separatoare; TrC – transformator de curent; TrT – transformator de

tensiune; TCA – traductor de curent activ; TF – traductor de frecvenţă;

AM – amplificatoare magnetice

Traductoarele de curent activ sesizează permanent schimbările componentelor active

ale curenţilor de sarcină, efectuează compararea sarcinilor active şi în cazul în care sunt diferite, curenţii de ieşire trec prin înfăşurările de comandă ale amplificatoarelor magnetice (cu excepţia amplificatorului generatorului pilot care nu este conectat la traductorul de curent activ). Ieşirile amplificatoarelor magnetice comandă funcţionarea servomotoarelor elementelor de execuţie şi se restabileşte echilibrul în distribuţia sarcinilor active.

137

Principiul de funcţionare a sistemului de distribuţie a sarcinii active între generatoarele care funcţionează în paralel, rezultă din schema echivalentă prezentată în figura 2.5.14.

Fig. 2.5.14 Schema echivalentă pentru explicarea principiului distribuţiei sarc inii active

În figura 2.5.14 se folosesc notaţiile:

Tn2T1T U,...U,U tensiunile la ieşirea traductoarelor de curent activ

Cn2C1C i,...i,i curenţii în înfăşurările de comandă ale amplificatoarelor magnetice

cn2C1C r,...r,r rezistenţele înfăşurărilor de comandă

n21 g,...g,g conductanţele înfăşurărilor de comandă

Cr

1g

În schema echivalentă, tensiunea între punctele 1 şi 2 este:

n

1n

i

n

1n

iT i

n21

nT n22T11T12

g

gU

g....gg

gU...gUgUU (2.5.29)

unde:

Cn

n

2C

2

1C

1r

1g....

r

1g;

r

1g (2.5.30)

Pentru:

Cn2C1C r...rr (2.5.31)

rezultă:

138

n

U

U

n

1n

T i

12

(2.5.32)

Dacă componentele active ale curenţilor de sarcină sunt egale, atunci tensiunile de la ieşirea traductoarelor de curent activ vor fi de asemenea egale.

Tn2T1T U....TU (2.5.33)

Pentru această situaţie curenţii de comandă ai amplificatoarelor magnetice,

Cn2C1C i,...i,i sunt nuli şi servomotoarele elementelor de execuţie sunt în repaus.

La devierea tensiunilor Tn2T1T U,...U,U în raport cu tensiunea

12U , sub acţiunea

diferenţelor de tensiune U , prin rezistenţele înfăşurărilor de comandă,

Cn2C1C r...rr , trec curenţii de comandă Cn2C1C i,...i,i . În fiecare circuit curenţii sunt

proporţionali cu abaterea de tensiune U şi valoarea curentului pentru un circuit oarecare

k , este:

T k

n

1n

T i

ck

ck Un

U

r

1i (2.5.34)

în care:

Cki curentul de comandă în înfăşurarea k

TkU tensiunea de ieşire a traductorului de ordinul k

n

Un

1n

T i

tensiunea echivalentă între punctele 1 şi 2

n numărul generatoarelor care lucrează în paralel

Ckr rezistenţa înfăşurării de comandă a amplificatorului

magnetic de ordinul k . În cazul în care valorile componentelor active ale curenţilor de sarcină ai

generatoarelor nu sunt egale, apar curenţi în înfăşurările de comandă ale amplificatoarelor magnetice. Curenţii de la ieşirea amplificatoarelor pun în funcţiune servomotoarele elementelor de execuţie şi în funcţie de sensul abaterii se măreşte sau se micşorează consumul de combustibil sau abur până se obţine restabilirea echilibrului şi egalitatea componentelor active ale curenţilor de sarcină.

139

În figura 2.5.15 se prezintă caracteristicile de reglare pentru cazul unui sistem format din trei generatoare.

Pentru sarcina 1 a sistemului caracteristicile de reglare se intersectează în punctul a .

Dacă sarcina în sistem creşte de la 1 la

2P întrucât caracteristicile generatoarelor au

coeficienţi de statism diferiţi, încărcările generatoarelor vor fi diferite. Ca rezultat, prin înfăşurările de egalizare şi prin înfăşurările de comandă ale amplificatoarelor trec curenţii. Servomotoarele elementelor de execuţie intră în funcţiune şi modifică statismele caracteristicilor de reglare ale agregatelor care funcţionează în para lel până când se obţine egalitatea curenţilor activi (fig. 2.5.15a).

Dacă traducătorul de curent activ al generatorului pilot nu este conectat prin amplificator la servomotorul de execuţie, caracteristica de reglare a acestui generator este locul geometric al punctelor de intersecţie al caracteristicilor 2 şi 3 (figura 2.5.15b).

Fig. 2.5.15 Graficul distribuţiei sarcinii active între generatoarele care lucrează în paralel

1 – caracteristica generatorului pilot; 2 ,3 – caracteristicile de reglare ale generatoarelor de

bază

Pentru păstrarea constantă a frecvenţei în sistem la intrarea amplificatorului

generatorului pilot este conectat traductorul de frecvenţă. Servomotorul elementului de execuţie al generatorului pilot acţionează pentru modificarea statismului caracteristicii de

reglare 1 astfel încât la modificarea sarcinii, frecvenţa să rămână constant. În cazul 12 PP

pentru revenirea frecvenţei la valoarea iniţială, generatorul 1 preia asupra sa o sarcină mai mare. Creşterea sarcinii pe generatorul 1 este sesizată de traductorul de curent activ al generatorului 1 şi prin legăturile de egalizare este transmisă traductoarelor de curent activ ale generatoarelor 2 şi 3. Sistemul de distribuţie a sarcinii active intră în funcţiune şi se

140

acţionează asupra servomotoarelor elementelor de execuţie de la generatoarele 2 şi 3 până la restabilirea echilibrului. La restabilirea echilibrului curenţii activi sunt egali şi

caracteristicile se intersectează în punctul b care corespunde frecvenţei iniţiale 1f

(fig.2.5.15c). Sistemul de reglare automată a frecvenţei şi distribuţiei sarcinii active intră în

funcţiune automat din momentul cuplării generatoarelor la bare. În acelaşi timp cu conectarea la bare, prin contactele auxiliare ale întrerupătoarelor automate, sunt conectate şi legăturile de egalizare între traductoarele de curenţi activi. După efectuarea operaţiilor de sincronizare, în primul moment al cuplării generatorului sarcina lui este nulă. După cuplare intră în funcţiune automat sistemul de distribuţie a sarcinii active şi generatorul se încarcă astfel încât sarcina să se repartizeze egal între generatoare.

În unele cazuri, când nu este necesară o stabilitate mare a frecvenţei, sistemul se poate folosi numai pentru distribuţia egală a sarcinii între generatoare. În acest caz la generatorul pilot în locul traductorului de frecvenţă se conectează traductorul de curent activ, pe înfăşurarea de comandă a amplificatorului. În acest caz la schimbarea sarcinii totale, sistemul de distribuţie a sarcinii active intră în funcţiune şi acţionează asupra caracteristicilor de reglare până când ele se intersectează din nou într-un punct ce va corespunde distribuţiei egale a sarcinii active între generatoare (fig. 2.5.15a).

Sistemul de reglare automată a frecvenţei şi distribuţiei sarcinii active asigură

menţinerea frecvenţei în limitele %5,0 faţă de valoarea nominală şi precizia în distribuţia

sarcinii active cu devieri de cel mult %107 atunci când sarcina totală a sistemului se

schimbă de la %20 la %110 din valoarea nominală şi factorul de putere variază din

limitele, 0,16,0cos .

2.6. Sincronizarea automată a generatoarelor de curent

alternativ 2.6.1 Condiţii şi procedee de conectare a generatoarelor pentru

funcţionarea în paralel

Funcţionarea în paralel a generatoarelor de curent alternativ este un proces mai complicat în comparaţie cu funcţionarea în paralel a generatoarelor de curent

continuu. Generatoarele sincrone pot funcţiona în paralel numai la aceeaşi viteză

unghiulară a rotoarelor, adică la sincronizarea rotaţiilor. Unghiul relativ de deviaţie

al rotoarelor, în regim stabil de funcţionare, este determinat de sarcinile active aplicate fiecărui generator. La schimbarea regimului sarcinilor active ale

generatoarelor se modifică şi unghiurile de deviaţie între rotoare. Sincronizarea generatoarelor presupune funcţionarea acestora cu deplasări relative admisibile ale rotoarelor unul faţă de celălalt.

141

Pentru conectarea generatoarelor la funcţionarea în paralel trebuie să se

îndeplinească anumite condiţii fără de care pot să apară şocuri mari ale curentului de egalizare. Aceste şocuri conduc la scăderea tensiunii în sistemul electroenergetic şi pentru valori mari ale acestora poate produce deteriorarea generatoarelor, motoarelor

primare şi scoaterea din funcţiune a generatoarelor care lucrează . Procesul conectării generatorului la funcţionarea în paralel cu îndeplinirea

condiţiilor necesare, se numeşte sincronizarea generatorului şi se poate face: manual, semiautomat şi automat. La sincronizarea manuală condiţiile pentru cuplarea generatorului la reţea se execută manual de către operator. Sincronizarea

semiautomată presupune efectuarea manuală a unor operaţiuni iar altele se realizează automat. Sincronizarea automată constă în efectuarea automată a tuturor

operaţiunilor. Pentru sincronizarea generatoarelor se folosesc trei procedee diferite: sincronizarea

precisă, sincronizarea grosieră şi autosincronizarea.

La sincronizarea precisă, generatorul excitat, se cuplează la funcţionarea în paralel cu reţeaua după realizarea condiţiilor de sincronism: egalitatea valorilor

amplitudinilor tensiunilor, coincidenţa fazelor tensiunilor, egalitatea frecvenţelor generatorului care se cuplează cu frecvenţa reţelei.

La sincronizarea grosieră generatorul excitat se conectează la funcţionarea în

paralel fără respectarea strictă a condiţiilor de sincronism. În primul moment al cuplării în serie cu generatorul se introduce se introduce un reactor (bobină cu

reactanţă inductivă) care micşorează şocul curentului de egalizare în limite admisibile. După intrarea în sincronism a generatorului reactorul este scos din circuit.

Procedeul de autosincronizare constă în: antrenarea generatorului neexcitat la o

turaţie apropiată de turaţia de sincronism (alunecarea admisibilă %32 ), cuplarea generatorului neexcitat la reţea, după cuplare se conectează alimentarea excitaţiei generatorului. În primul moment generatorul va funcţiona în regim asincron după

care, având alimentată excitaţia, este atras în sincronism. Autosincronizarea este cel mai simplu procedeu de sincronizare şi este aplicat în centrele electrice ale

sistemului naţional în care generatorul este conectat la o reţea de putere infinită şi şocul curentului de egalizare poate fi suportat. Autosincronizare nu se practică în cazul centralelor electrice navale în care puterea generatorului care se cuplează este

comparabilă cu puterea surselor care alimentează reţeaua electrică. În cazul centralelor electrice navale şocul curentului de egalizare din perioada în care

generatorul lucrează în regim asincron produce scăderi mari ale tensiunii în sistemul electroenergetic, poate duce la deteriorarea generatoarelor, motoarelor primare şi de asemenea la scoaterea din funcţiune a generatoarelor care lucrează, având ca urmare

scoaterea din funcţiune a centralei electrice navale.

142

Sistemele electroenergetice navale conţin de regulă două sau mai multe

generatoare sincrone. În figura 2.6.1 este prezentat, sub forma simplificată, cazul a

două generatoare dintre care unul, 2G , lucrează iar al doilea,

1G , urmează să fie

conectat în paralel cu primul.

Fig. 2.6.1 Conectarea generatoarelor la funcţionarea în paralel:

a – schema de principiu; b - schema echivalentă

Pentru funcţionarea în paralel a generatoarelor sincrone este necesar să

coincidă valorile instantanee ale tensiunilor, 21 uu . Această coincidenţă se obţine

atunci când la conectarea în paralel a generatoarelor sunt îndeplinite următoarele

condiţii:

1) coincidenţa formelor curbelor tensiunilor 1u şi

2u

2) egalitatea valorilor efective ale tensiunilor 21 UU

3) coincidenţa fazelor tensiunilor 1U şi

2U

4) egalitatea frecvenţelor 21 ff

5) succesiunea fazelor să fie aceeaşi. Îndeplinirea primei condiţii se asigură prin construcţia generatoarelor, ultima

condiţie se asigură la montaj, iar celelalte condiţii se realizează la conectarea în paralel a funcţionării generatoarelor şi se verifică cu aparate de măsură: voltmetre,

frecvenţmetre şi sincronoscoape. În cazul în care valorile efective ale tensiunilor nu sunt egale, celelalte condiţii

presupunându-se că sunt realizate, diferenţa dintre tensiuni duce la apariţia curentului de

egalizare în circuitul comun al celor două generatoare. Deoarece pe acest circuit rezistenţele înfăşurărilor statorice au valori mici şi se neglijează în comparaţie cu

reactanţele inductive ale acestora, curentul de egalizare este un curent reactiv. Dacă

21 UU curentul de egalizare este defazat în urma tensiunii 1U având caracter inductiv

pentru generatorul 1G şi defazat înaintea tensiunii 2U având caracter capacitiv pentru

generatorul 2G . După cum este cunoscut de la studiul generatorului sincron curentul de

egalizare va produce în acest caz un flux de reacţie longitudinal demagnetizant pentru

143

generatorul 1G şi un flux de reacţie longitudinal magnetizant pentru generatorul

2G . Ca

urmare scade tensiunea generatorului 1G şi creşte tensiunea generatorului ,G2

iar la bare

se va stabili o valoare medie a tensiunii. Curentul de egalizare fiind în acest caz pur reactiv nu are componente active şi nu creează şocuri de putere activă asupra celor două generatoare.

Pentru realizarea condiţiei de cuplare 21 UU este necesar să se regleze

tensiunea generatorului 1G care urmează să se conecteze pentru funcţionarea în

paralel. Reglarea tensiunii se face prin modificarea curentului de excitaţiei al acestuia. În cazurile practice, regulatoarele automate de tensiune montate pe

generatoare asigură îndeplinirea condiţiei de egalizare a tensiunilor şi ca urmare acest reglaj nu se efectuează, iar pe panoul generatorului nu se prevede această

posibilitate de reglaj. Neîndeplinirea condiţiilor 3 şi 4 duce la apariţia tensiunii de bătăi. Considerăm

că tensiunile generatoarelor sunt egale, 21 UU iar frecvenţele sunt diferite,

21 ff .

În această situaţie vectorii tensiunilor generatorului care se cuplează şi generatorului

care lucrează sunt defazaţii cu un unghi . În figura 2.6.2 se prezintă diagramele tensiunilor şi curenţilor la sincronizarea generatoarelor pentru valori diferite ale

defazajului .

Fig. 2.6.2 Diagramele tensiunilor şi curenţilor la sincronizarea generatoarelor

pentru diferite valori ale unghiului :

a - cazul 0 ; b – cazul 0900 ; c – cazul 0180

Ca urmare a inegalităţii vitezelor unghiulare de rotaţie 1 şi

2 , unghiul de

defazaj, , se schimbă de la 0 la 0180 electrice şi diferenţa geometrică a tensiunilor,

denumită tensiune de bătăi, 21b UUUU , variază între limitele de la 0 la

U2 (pentru UUU 21 ).

144

În momentul conectării generatorului 1G apare curentul de egalizare a cărui

mărime depinde de diferenţa geometrică, a tensiunilor, 21 UUU . Curentul de

egalizare care se închide prin circuitul comun al celor două generatoare este defazat

cu 2/ faţă de vectorul căderii de tensiune U întrucât pe acest circuit rezistenţa

este neglijabilă în raport cu reactanţa inductivă a înfăşurărilor statorice. Valoarea curentului de şoc în momentul conectării în paralel a celor două

generatoare cu înfăşurări de amortizare, pentru ,d2d1d se determină cu

expresia:

,2

sinxxx

2k2

r2d1d

dy

şoc

(2.6.1)

unde:

2d1d , - tensiunile electromotoare corespunzătoare generatoarelor 1G şi

2G în

regim supratranzitoriu

2d1d x,x - reactanţele longitudinale supratranzitorii ale generatoarelor 1G şi

2G

rx - reactanţa reţelei de la 1G la

2G

yk - coeficient de şoc care ia în considerare componenta aperiodică a

curentului (pentru sistemele navale se consideră 9,16,1ky )

2 - coeficient care determină valoarea amplitudinii componentei periodice a curentului.

Cea mai mare valoare a curentului de şoc se obţine pentru 0180 , în acest caz:

,xxx

2k2

r2d1d

dy

şoc

(2.6.2)

Şocul curentului de egalizare, a cărui mărime poate depăşi de 1510 ori valoarea curentului nominal al generatorului, creează forţe electrodinamice însemnate în înfăşurările statoarelor, care pot duce la deteriorarea lor.

Conectarea generatoarelor la valori mari ale defazajului produc forţe electrodinamice apropiate ca valoare de cele produse în cazul unor scurtcircuite la barele

centralei electrice. În această situaţie, la conectarea generatorului acesta poate să nu intre în sincronism şi ca urmare acţionează protecţia care deconectează şi generatoarele care

lucrează.

145

Cea mai mare valoare a curentului de egalizare se obţine pentru 0180

electrice, atunci când U2U . În sistemul electroenergetic compus din două

generatoare identice pentru care d2d1d xxx şi 0x r , în cazul cel mai

nefavorabil, 0180 , curentul de egalizare atinge valoarea maximă egală cu

valoarea curentului de scurtcircuit trifazat

d

dyşoc

xk2

(2.6.3)

Diferenţa geometrică a tensiunilor, U , nu rămâne constantă în timp. Dacă

tensiunile generatoarelor sunt sinusoidale, tsinUu,tsinUu 2m221m11 ,

pentru situaţia în care mm2m1 UUU , valoarea instantanee a diferenţei

tensiunilor, denumită tensiune de bătăi, este:

2cos

2sinU2

tsintsinU2uuu

2121m

21m21b

(2.6.4)

În figura 2.6.3 se prezintă oscilograma tensiunii de bătăi.

Fig. 2.6.3 Oscilograma tensiunii de bătăi

Valoarea amplitudinii înfăşurătoarei tensiunii de bătăi se obţine cu expresia:

2

sinU2t2

sinU2U mb

mb

(2.6.5)

unde: 21b - pulsaţia tensiunii de bătăi

desfăşurătoare

146

tb - unghiul, de dezacord dintre axele, rotoarelor

generatoarelor aflate în regim de sincronizare.

Din figura 2.6.3 se observă că amplitudinea tensiunii de bătăi se schimbă în

limitele de la zero la mU2 . Curba înfăşurătoarei t

2sinU2 21

m

reprezintă de

asemenea o sinusoidă căreia îi corespunde pulsaţia 2

21 şi are amplitudinea

mU2 . Cu cât este mai mică diferenţa între vitezele de rotaţie a rotoarelor

generatoarelor, cu atâta este mai mică frecvenţa tensiunii de bătăi şi cu atât mai lină va fi panta curbei tensiunii de bătăi.

În cazul prezentat în fig. 2.6.1b vectorul tensiunii 1U al generatorului

1G este

în urmă cu unghiul de defazaj faţă de vectorul tensiunii 2U al generatorului

2G .

La conectarea generatoarelor pentru funcţionarea în paralel, diferenţa geometrică a

tensiunilor, 21 UUU , duce la apariţia curentului de egalizare. Acest curent, ca

şi în cazul inegalităţii frecvenţelor generatoarelor, are componente active şi reactive

în raport cu cele două generatoare. Prezenţa componentelor active ale curentului influenţează asupra motoarelor primare prin producerea unui cuplu electromagnetic

de frânare pentru generatorul în avans, 2G şi de accelerare pentru cel rămas în urmă,

1G . Şocul curentului de egalizare produce schimbarea rapidă a vitezei agregatelor,

adică accelerarea primului şi frânarea celui de al doilea generator.

Rotorul generatorului 1G va primi în plus energia cinetică:

2

21J2

1A (2.6.6)

unde: J este momentul de intenţie al părţilor în mişcare ale grupului motor –

generator. Puterea activă de egalizare măreşte cuplul la axul generatorului cu o valoare

care poate depăşi de câteva ori cuplul nominal. Sub acţiunea energiei cinetice

suplimentare rotorul generatorului 1G este accelerat. La diferenţe mici ale vitezelor

unghiulare, în momentul cuplării, rotorul după câteva oscilaţii intră în sincronism. Dacă în momentul cuplării diferenţa între vitezele unghiulare este mare, atunci prin

apariţia cuplului electromagnetic de sincronizare, rotorul acestuia se poate roti de

câteva ori cu 0360 , în regim asincron, înainte de a intra în sincronism. În acest caz,

şocul puterii de egalizare poate produce ieşirea din sincronism şi a celorlalte

generatoare din sistem, care lucrează.

147

2.6.2 Sincronizarea precisă manuală

Schema de conectare a aparatelor pentru sincronizarea precisă manuală este prezentată în figura 2.6.4.

Fig. 2.6.4 Schema conectării aparatelor de măsură pentru sincronizarea precisă manuală

(a) şi schema de conectare a sincronoscopului cu câmp învârtitor (b)

Pentru realizarea condiţiilor de cuplare la reţea a generatorului, schema

electrică de sincronizare conţine aparate pentru măsurarea tensiunilor şi frecvenţelor

la reţea şi la generator, iar pentru a surprinde momentul coincidenţei fazelor, se foloseşte sincronoscopul cu lămpi în montaj la stingere şi sincronoscopul cu câmp

învârtitor. Egalitatea tensiunilor se realizează de către s istemele automate de reglare a

tensiunii din compunerea agregatelor generatoare care sunt suficient de precise şi

permit menţinerea nemodificată a tensiunii în regimurile stabile. Aşa cum s-a mai menţionat, pe panoul generatorului nu se prevede posibilitatea de reglaj a acesteia.

Verificarea egalităţii tensiunilor se face cu cele două voltmetre. Egalitatea frecvenţelor se realizează de regulatoarele automate de turaţie din

compunerea motorului primar şi se controlează cu cele două frecvenţmetre: unul

pentru generatorul care se cuplează şi al doilea pentru reţea. Frecvenţa generatorului care se cuplează se reglează cu un servomotor cuplat cu regulatorul de turaţie care se

148

comandă printr-un comutator aflat pe panoul din TPD al generatorului. Prin

manevrarea comutatorului, cu revenire în poziţia zero, acesta poate fi pus în poziţiile „CREŞTE” sau „SCADE” pentru mărirea sau micşorarea turaţiei motorului primar, astfel încât să se obţină egalizarea frecvenţei generatorului care se cuplează cu

frecvenţa reţelei. Coincidenţa fazelor tensiunilor, în momentul cuplării, poate fi determinată cu:

voltmetrul de nul, sincronoscop cu lămpi sau sincronoscop cu ac indicator. Sincronoscopul cu lămpi are lămpile conectate ca în schema din figura 2.6.4 şi

reprezintă cel mai simplu aparat de sincronizare. Pentru funcţionare este suficientă o

singură lampă, însă de obicei se folosesc două lămpi din motive de siguranţă a funcţionării în situaţia în care se arde filamentul unei lămpi. Conectate între aceleaşi

faze de la reţea şi de la generator, iluminarea lămpilor este determinată de tensiunea de bătăi (curba înfăşurătoare din fig.2.6.3). Tensiunea de bătăi care se aplică lămpilor, egală cu diferenţa geometrică dintre tensiunea generatorului care se

cuplează, 1U şi tensiunea generatorului care lucrează,

2U variază de la 0Ub

corespunzător coincidenţei fazelor, până la U2Ub atunci când fazele sunt în

opoziţie şi corespunzător, periodic, lămpile se sting şi se aprind cu intensitate

maximă. Momentul în care se execută cuplarea este momentul când lămpile sunt

stinse, tensiunile coincid ca fază şi 0Ub .

Aprinderea şi stingerea periodică a lămpilor arată că vitezele de rotaţie ale generatoarelor care urmează să funcţionează în paralel sunt diferite însă nu indică dacă trebuie micşorată sau mărită viteza generatorului care urmează să se cupleze.

Această imperfecţiune este eliminată dacă se foloseşte sincronoscopul cu ac indicator, a cărui schemă de conectare este prezentată în figura 2.6.4.b.

Sincronoscopul cu ac indicator este asemănător unui selsin având dispus pe axul rotorului un ac indicator. Statorul 1 cu înfăşurarea trifazată legată în stea este conectat prin rezistenţele suplimentare la tensiunile generatorului care se

sincronizează. Rotorul 2 are o înfăşurare monofazată conectată la reţea (generatorul care lucrează). Sistemul trifazat de curenţi din înfăşurarea statorului creează un

câmp magnetic învârtitor. Interacţiunea acestui câmp cu câmpul magnetic al rotorului produce momentul de rotaţie sub acţiunea căruia rotorul se mişcă cu o viteză proporţională cu diferenţa dintre frecvenţele reţelei (generatorului care

lucrează) şi a generatorului care se cuplează. Acul indica tor se mişcă pe scala aparatului într-o parte „REPEDE” sau în cealaltă parte „INCET” indicând sensul în

care trebuie să se acţioneze asupra motorului primar pentru a obţine egalizarea frecvenţelor. La egalizarea frecvenţelor şi coincidenţa fazelor acul ind icator se stabileşte pe poziţia „ZERO” care corespunde momentului de cuplare a

generatorului pentru funcţionarea în paralel. După cuplarea generatorului la reţea aceasta funcţionând în gol , se acţionează

pentru încărcarea lui cu sarcină. În acest scop prin comutatoarele de comandă a

149

servomotoarelor cuplate cu regulatoarele de turaţie se acţionează în sensul de

creştere a turaţiei generatorului care se încarcă şi scăderea turaţiei generatorului care lucrează menţinându-se, în acest fel, frecvenţa constantă în sistem.

Distribuţia echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care funcţionează

în paralel, se măsoară cu fazmetre şi se reglează cu potenţiometrul „Reglare statism”.

Sincronizarea manuală a generatoarelor este un procedeu aplicat pe scară largă în instalaţiile electroenergetice navale. Această operaţie necesită personal specializat, multă atenţie şi a durată mare de timp necesar pentru îndeplinirea condiţiilor de sincronizare.

Erorile în desfăşurarea acestei operaţiuni pot avea consecinţe grave soldate cu deteriorări ale agregatelor şi scoaterea din funcţionare a centralei electrice.

Actual s-au realizat şi sunt în exploatare la nave, instalaţii automate pentru sincronizarea precisă a generatoarelor sincrone care permit realizarea cuplării în paralel fără şocuri de curent şi căderi de tensiuni în reţeaua navei.

2.6.3 Sisteme automate de sincronizare precisă automată

2.6.3.1 Principiile sincronizării automate precise

Procesul sincronizării automate a generatoarelor cu reţeaua urmăreşte ca în

momentul cuplării, generatorului care se sincronizează, curentul de egalizare şi cuplurile electromagnetice să fie apropiate de zero astfel încât micşorarea tensiunii la barele sistemului să nu depăşească valoarea admisibilă şi procesul să se

desfăşoare fără şocuri mecanice. În cazul ideal la sincronizare sunt îndeplinite condiţiile:

- valorile efective ale tensiunilor sunt egale

0UUU;UU 2121

- pulsaţiile sunt egale

0; 21b21

- unghiul de dezacord dintre axele rotoarelor este nul

tt 21 adică 0t21 .

Realizarea practică a condiţiilor ideale este greu de obţinut şi ca urmare se admit unele imprecizii în respectarea acestor condiţii. Limitele în care abaterile sunt

permise asigură stabilitatea sincronizării în primul ciclu de oscilaţii. Sistemele automate de sincronizare îndeplinesc funcţii de control pentru

mărimile indicate, acţionează pentru egalizarea lor şi în final comandă conectarea

150

generatorului la bare. Sunt cunoscute două principii care stau la baza funcţionării

sincronizatoarelor automate: 1) sincronizatoare automate cu unghi constant de anticipare; 2) sincronizatoare automate cu timp constant de anticipare.

Principiul sincronizării automate cu unghi constant de anticipare constă în acţionarea sistemului la o anumită valoare a unghiului de anticipare.

În figura 2.6.5 se prezintă curba înfăşurătoarei a tensiunii de bătăi, bU , pentru

variaţia unghiului relativ dintre rotoare, 00 3600 .

Fig. 2.6.5 Graficele tensiunii de bătăi pentru valori diferite ale frecvenţei de bătăi

21b în cazul sincronizării cu unghi constant de anticipare

Îndeplinirea condiţiilor ideale ale sincronizării se realizează în cazul în care contactele întrerupătorului automat de cuplare a generatorului se închid atunci când

tensiunea de bătăi este nulă şi 0 sau 0360 .

Sistemul acţionează la o anumită valoare a unghiului de anticipare, , căruia îi corespunde o anumită valoare a tensiunii de bătăi. Din graficul prezentat în figura

2.6.5 se observă că realizarea condiţiilor ideale se obţin numai pentru frecvenţa 2bf .

La aplicarea semnalului de tensiune bU în punctul a intră în funcţiune

sistemul şi după trecerea timpului propriu de acţionare, al sincronizatorului, sinc.t , se

dă comanda de cuplare a întrerupătorului automat de conectare a generatorului la

bare. Închiderea contactelor întrerupătorului automat se face în timpul intr.t

determinat de durata atragerii armăturii mobile.

Pentru frecvenţa tensiunii de bătăi, 2bf , impulsul de funcţionare este dat în

punctul 2a , care corespunde unghiului şi luând în considerare timpul, intr.sinc. tt ,

contactele automatului se închid în punctul 2c , pentru 0Ub .

Unghiul de anticipare, optim. , se determină din relaţia:

151

optim.boptim.boptim.21optim. tf2tt (2.6.7)

în care:

intr.sinc.optim. ttt (2.6.8)

Sincronizatoarele care funcţionează după principiul unghiului constant de

anticipare realizează condiţiile optime de cuplare numai pentru o anumită valoare a

frecvenţei de bătăi, în cazul din figura 2.6.5 2bf , denumită frecvenţă de calcul pentru

care optim.calc. tt .

Dacă frecvenţa de bătăi este mai mică decât cea de calcul, 2b3b ff , atunci

timpul de calcul este mai mare decât timpul optim iar dacă frecvenţa de bătăi este

mai mare decât cea de calcul, 2b1b ff , timpul optim va fi mare decât timpul de

calcul. Prin urmare, în cazurile 2b3b ff sau 2b1b ff , sincronizatorul dă impulsul de

conectare în punctele 31 a,a şi după trecerea timpului, intr.sin tt , contactele

întrerupătorului automat se închid la valoarea tensiunii de bătăi bU în punctul

1c

sau bU în punctul 3c ceea ce determină apariţia curentului de egalizare.

Din cele prezentate rezultă că sincronizatorul care funcţionează după principiul

unghiului constant de anticipare asigură condiţia 0Ub numai pentru o frecvenţă

determinată a tensiunii de bătăi. La modificarea frecvenţei în limite restrânse în raport

cu frecvenţa optimă, 0Ub la conectarea generatorului şi variază în limite

apropiate de zero. Acest dezavantaj al principiului cu unghi constant de anticipare este micşorat de faptul că aplicarea acestui principiu conduce la realizarea practică a unor

scheme simple. Principiul sincronizării cu timp constant de anticipare înlătură neajunsul

semnalat anterior prin includerea unor elemente care reacţionează la modificarea frecvenţei tensiunii de bătăi şi în dependenţă de această modificare se introduc corecţii

pentru menţinerea constantă a timpului optim de acţionare, intr.sinc..optim ttt .

152

Fig. 2.6.6 Graficul tensiunii de bătăi pentru diferite frecvenţe la sincronizarea cu timp constant de anticipare

Din graficul prezentat în figura 2.6.6 se observă ca la aplicarea principiului timpului constant de anticipare, pentru valori diferite ale frecvenţelor de bătăi, se schimbă unghiul de anticipare şi mărimile tensiunilor care comandă acţionarea

sincronizatorului, iar timpul de anticipare, optimt , rămâne constant, independent de

frecvenţa tensiunii de bătăi, realizându-se conectarea în punctul optim, pentru

0Ub .

De exemplu, dacă frecvenţa este 1bf sincronizatorul acţionează la tensiunea

1bU

corespunzătoare unghiului 1 realizând timpul optim. Pentru o altă frecvenţă,

1b2b ff , sincronizatorul acţionează la tensiunea 1b2b UU , care corespunde

unghiului 12 , menţinând constant timpul de anticipare, intr.sinc.optim. ttt .

Momentul de timp care corespunde acţionării sincronizatorului se poate determina prin mai multe procedee: compararea funcţiei tensiunii de bătăi cu derivata ei, transformare unghiului într-o tensiune constantă proporţională cu

valoarea lui şi alte procedee. Aplicaţii pe scară largă cunoaşte primul procedeu care constă în compararea funcţiei tensiunii de bătăi cu derivata ei.

153

Fig. 2.6.7 Graficul funcţiei tensiunii de bătăi şi a derivatei acesteia în funcţie de timp,

pentru frecvenţe diferite

Din graficul prezentat în figura 2.6.6 se observă că egalitatea funcţiei şi a

derivatei ei, în valoare absolută, pentru diferite frecvenţe ale tensiunii de bătăi, are loc la acelaşi timp, astfel:

22221111 baba;baba

pentru:

intr.sinc.optim. tttt .

Altfel spus, cu suficientă precizie pentru practică se poate considera că intervalul de timp de la momentul în care funcţia, tensiunii de bătăi, este egală în

mărime absolută cu derivata ei şi până la momentul când tensiunea de bătăi este nulă, nu depinde de perioada tensiunii de bătăi. Această constatare este valabilă

pentru diferenţe de frecvenţe de circa %5,2 şi oferă posibilitatea cuplării optime a

generatorului pentru funcţionarea în paralel.

Sincronizatoarele care funcţionează după principiul timpului constant de anticipare oferă cele mai bune caracteristici ale procesului de sincronizare însă, sunt mai complicate comparativ cu cele care funcţionează după principiul unghiului

constant de anticipare.

TEST DE AUTOEVALUARE

1. Distribitia egala a sarcinii reactive la generatoarele care functioneaza in

paralel se realizeaza prin:

154

a) reglarea automata a turatiilor motoarelor primare de antrenare a

generatoarelor; b) reglarea curentilor de sarcina ai generatoarelor care functioneaza in paralel; c) reglarea gradului de statism astfel încât acesta să fie acelaşi pentru

generatoarele de aceeaşi putere care functionează în paralel; d) reglare a frecventei generatoarelor.

2. La functionarea în paralel a generatoarelor pentru menţinerea distribuţiei

echilibrate a sarcinii active, sistemele de reglare automată acţionează asupra:

a) turaţiei motorului primar de antrenare; b) excitatiei generatorului sincron;

c) consumului de energie electrica; d) tensiunii generatoarelor

LUCRARE DE VERIFICARE

Prezentaţi principiul sincronizării cu timp constant de anticipare. RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1: c; 2: a.

Unitatea de învăţare nr.3

3. DISTRIBUŢIA ENERGIEI ELECTRICE LA NAVE

3.1 Sisteme de distribuţie a energiei electrice şi reţele electrice

La nave transmiterea energiei electrice de la generatoare la consumatori se

realizează prin sistemul de distribuţie. Acest sistem este destinat pentru conectarea,

deconectarea şi protecţia instalaţiei electrice şi reţelei, reglarea şi controlul parametrilor electrici ai surselor de energie electrică şi de asemenea pentru

semnalizarea stării aparatelor de conectare precum şi a stării circuitelor electrice. Corespunzător acestor funcţii pe care le îndeplinesc sistemele de distribuţie a

energiei electrice, acestea conţin bare conductoare pentru distribuţie, aparate de

conectare, aparate de protecţie, reglare şi semnalizare, precum şi aparate de măsură. De regulă, sistemele de distribuţie se clasifică după importanţă, realizare

constructivă şi felul curentului.

155

După importanţă, sistemele de distribuţie pot fi: tablouri principale de

distribuţie, tablouri secundare de distribuţie, tablouri pentru consumatori individuali, tablouri de control şi tablouri speciale.

Tablourile principale de distribuţie, TPD, sunt destinate pentru controlul şi

comanda funcţionării generatoarelor electrice şi pentru distribuţia energiei electrice pe navă.

Tablourile de distribuţie, TD, (secundare) primesc alimentarea de la TPD şi o distribuie la un grup de consumatori concentraţi într-o zonă determinată de pe navă.

Tablourile pentru consumatorii individua li asigură comanda şi controlul

funcţionării consumatorilor cu o schemă relativ complicată (de exemplu vinciul de ancoră).

Tablourile de control sunt destinate pentru controlul de la distanţă a funcţionării generatoarelor, consumatorilor şi reţelei.

Tablourile speciale (de exemplu tabloul de legătură cu nodul, TLM) sunt folosite

pentru scopuri strict determinate. După forma constructivă sistemele de distribuţie pot fi în execuţie protejată,

protejată la stropi, protejată la apă sau ermetică. În legătură cu forma constructivă se precizează că în sistemele electroenergetice navale nu sunt admise sistemele de distribuţie în execuţie deschisă.

După felul curentului sistemele de distribuţie se împart în sisteme de distribuţie în curent continuu şi în curent alternativ.

Consumatorii de energie electrică pot primi alimentarea direct de la TPD sau de la tablouri de distribuţie, TD, conectate pe partea de alimentare la TPD.

De regulă, alimentarea directă de la TPD se face pentru consumatorii a căror fun-

cţionare asigură mişcarea şi comanda navei precum şi a consumatorilor de putere mare. Sistemul de distribuţie al energiei electrice poate fi: magistral, radial şi mixt. În

figura 3.1. sunt prezentate aceste variante. În sistemul magistral toţi consumatorii primesc alimentarea pe câteva magistrale. Pe

fiecare magistrală sunt conectate tablouri de distribuţie, TD, sau cutii de conexiuni, CC,

de la care se alimentează consumatorii.

156

Fig. 3.1 Sisteme de distribuţie a energiei electrice:

a) magistral; b) radial; c) mixt

În sistemul radial de distribuţie a energiei electrice consumatorii importanţi şi de

putere mare primesc alimentarea direct din TPD pe cabluri separate iar ceilalţi

consumatori primesc alimentarea de la tablouri secundare de distribuţie conectate cu cabluri separate la TPD.

Sistemul mixt reprezintă o combinaţie a primelor două. O parte din consumatori sunt alimentaţi în sistemul radial, iar o altă parte după sistemul magistral.

Alegerea unuia sau altuia din sistemele de distribuţie a energiei electrice se face

luând în considerare siguranţa în alimentarea cu energie electrică şi obţinerea unei mase minime pentru reţeaua de cabluri.

Sistemul radial realizează o siguranţă sporită în alimentarea consumatorilor cu energie electrică. În acest sistem ieşirea din funcţiune a unui cablu separat nu întrerupe alimentarea celorlalţi. Dezavantajul acestui sistem constă în lungimea mare

a traseelor de cabluri ceea ce duce la mărirea masei cablurilor şi a costurilor. În sistemul magistral se scurtează lungimea traseelor de cabluri şi ca urmare

masa de cabluri se micşorează comparativ cu sistemul radial. În schimb, în cazul acestui sistem, prin deteriorarea unei magistrale o grupă mare de consumatori

157

rămâne fără alimentare. De asemenea acest sistem exclude posibilitatea co menzii

centralizate a alimentării consumatorilor cu energie electrică. Sistemul mixt ia în considerare atât avantajele cât şi dezavantajele sistemelor

radial şi magistral.

Alegerea unuia sau altuia din sistemele de distribuţie depinde de destinaţia navei, puterea instalaţiei electroenergetice, numărul şi dispunerea consumatorilor de

energie electrică. În practică, la nave, sistemul radial este folosit frecvent datorită avantajului său privind siguranţa alimentării cu energie electrică.

Transmiterea energiei electrice la nave se face pe reţele separate cum ar fi:

- reţeaua de forţă alimentează acţionările electrice ale mecanismelor sistemelor navale (guvernare, ancorare, incendiu, balast, drenaj, instalaţia frigorifică şi de

încălzire, s.a.) şi ale mecanismelor auxiliare care asigură funcţionarea instalaţiei de putere a navei (pompe, ventilatoare, compresoare);

- reţeaua de iluminat normal asigură iluminatul general în toate încăperile având

circuite separate pentru iluminatul interior şi exterior, semnalizări şi lumini distinctive, circuite de prize;

- reţeaua iluminatului de avarie este alcătuită ca şi reţeaua iluminatului normal dar spre deosebire de aceasta este alimentată de la sursa de avarie şi asigură iluminatul în locurile prevăzute de registrul de clasificare;

- reţeaua de curenţi slabi cuprinde instalaţiile de telefoane, sonerii, semnalizări incendiu, telegrafie maşini, axiometre, ş.a.;

- reţeaua staţii radio alimentează aparatura de radiocomunicaţii; - reţeaua aparatelor electrice de navigaţie alimentează aparatele de navigaţie

(sonde, lochuri, girocompas, radiogoniometru, ş.a.);

- reţeaua pentru aparate şi instalaţii de cambuză (plite electrice, oale sub presiune, cuptoare electrice, robot de bucătărie, ş.a.)

Numărul reţelelor separate se determină în procesul proiectării şi depinde de tipul şi destinaţia navei.

În figurile 3.2 şi 3.3 se prezintă alcătuirea de principiu a reţelelor de forţă şi

iluminat naval. Pentru realizarea reţelelor electrice se utilizează cabluri electrice special

destinate pentru instalarea la nave. Cablurile navale trebuie să fie rezistente la foc, să împiedice propagarea flăcării, să reziste la produse petroliere şi în general să respecte prescripţiile registrului de clasificare.

Cablurile navale se execută numai cu conductori multifilari din cupru având suprafaţa secţiunii cel puţin:

- 1,0mm2 în circuite de comandă şi semnalizări - 0,5mm2 în circuite de măsură şi semnalizări pentru cabluri cu minim 4

conductoare.

158

În locurile în care cablurile pot fi supuse deteriorărilor mecanice, se montează

cabluri armate cu o tresă metalică din sârmă de oţel sau cupru.

Fig. 3.2 Schema de principiu, unifilară, a unei reţele de forţă

159

Fig. 3.3 Schema de principiu, unifilară, a unei reţele de iluminat normal

Cablurile navale se execută cu izolaţie din cauciuc sau masă plastică. La început

s-au folosit cabluri cu izolaţia din cauciuc, ulterior, cauciucul natural fiind un produs deficitar, s-a trecut la realizarea cablurilor cu izolaţie din masă plastică. În tabelul

3.1 se prezintă caracteristicile cablurilor navale cu izolaţie din masă plastică fabricate la Electromureş – Târgul Mureş, iar în tabelul 3.2 se dau caracteristicile

160

tehnice pentru conductorii de conexiuni izolaţi cu masă plastică şi utilizaţi la

construcţia tablourilor de distribuţie.

Cablul naval foarte flexibil izolat cu PVC

Simbol CNYY-F fără ecran de protecţie Simbol CNYYEY-F – cu ecran de protecţie sub formă de tresă metalică din

sârmă de cupru Tabelul 3.1

Nr. conduct

X

Sec conduct

Constr.

conduct.

n x d

Diametrul exterior

mm Masa Kg/Km

CNYY-F CNYYEY-F CNYY-F CNYYEY-F

1 x 1 7 x 0,42 7,1 3,3 70,6 193,9

2 x 1 7 x 0,42 3,2 13,4 128,4 297

3 x 1 7 x 0,42 3,9 14,0 171,5 350

4 x 1 7 x 0,42 11,8 15,1 220,2 419

5 x 1 7 x 0,42 12,7 16,5 237,8 462

7 x 1 7 x 0,42 13,4 17,3 278,8 544

1 x 1,5 7 x 0,52 7,4 3,6 80,4 207

2 x 1,5 7 x 0,52 11,0 14,2 174,6 360

3 x 1,5 7 x 0,52 11,5 14,8 200,9 396

4 x 1,5 7 x 0,52 12,5 16,0 239,7 453

5 x 1,5 7 x 0,52 13,7 17,3 191,2 533

7 x 1,5 7 x 0,52 14,6 18,4 348,1 637

1 x 2,5 7 x 0,67 7,8 3,2 95,8 225

2 x 2,5 7 x 0,67 12,0 15,40 219,7 424

3 x 2,5 7 x 0,67 12,6 16,0 359,5 477

4 x 2,5 7 x 0,67 13,7 17,1 306,5 540

5 x 2,5 7 x 0,67 14,9 18,7 373,3 634

7 x 2,5 7 x 0,67 16,3 19,8 457,4 771

1 x 4 7 x 0,85 8,6 11,8 123,4 269

2 x 4 7 x 0,85 13,6 17,0 293,3 524

3 x 4 7 x 0,85 14,3 17,7 348,9 497

4 x 4 7 x 0,85 13,5 19,7 426,6 697

1 x 6 7 x 1,04 9,2 - 154,4 -

2 x 6 7 x 1,04 14,6 18,4 364,8 654

3 x 6 7 x 1,04 15,4 19,2 445,5 769

4 x 6 7 x 1,04 17,3 20,9 552,4 885

1 x 3 7 x 1,35 3,3 13,6 205,4 400

161

Nr. conduct

X

Sec conduct

Constr.

conduct.

n x d

Diametrul exterior

mm Masa Kg/Km

CNYY-F CNYYEY-F CNYY-F CNYYEY-F

1 x 16 7 x 1,35 11,7 15,3 290,1 518

1 x 25 7 x 2,14 13,5 17,0 413,0 671

1 x 35 7 x 2,52 14,8 18,6 535,0 823

1 x 50 19 x1,78 16,3 20,1 696,7 316

1 x 70 19 x2,14 18,7 22,6 948,3 1358

1 x 95 19 x2,52 20,8 24,8 1237,7 1649

1 x 120 37 x2,03 22,4 25,3 1541,0 1960

Exemplu de notare : CNYY-F 3 x 2,5 mm2

Conducte navale de cupru cu izolaţie din PVC foarte flexibile, până la 300V

Simbol: MyffN

Tabelul 3.2

Secţiunea

mm2

Construcţia Rezistenţa

conductorului

M /Km

Diametrul

exterior

mm Nr. de fire

Diametrul

minim al

firului, mm

O,75 24 0,20 24,70 3,20

1 32 0,20 18,5 3,40

1,5 30 0,25 12,7 3,60

2,5 49 0,25 7,60 4,65

4 49 0,32 4,71 5,28

6 49 0,40 3,14 6,0

3 84 0,40 1,82 7,70

16 126 0,40 1,16 8,80

25 196 0,40 0,743 3,90

35 266 0,40 0,527 11,90

50 280 0,40 0,368 14,0

Exemplu de rotare: MYffN – 2,5

3.2 Reţele electrice de iluminat. Prevederile registrului de clasificare

1. Iluminatul normal

În toate încăperile, locurile şi spaţiile a căror iluminare este importantă pentru siguranţa navigaţiei, comanda mecanismelor şi instalaţiilor, condiţii de locuit şi

evacuare a pasagerilor şi a echipajului, trebuie montate lămpi de iluminat fixe, alimentate de la sursa principală de distribuţie.

162

În figura 3.3 se prezintă un exemplu de organizare a reţelei de iluminat normal.

La secţiile TPD sunt conectate două transformatoare trifazate 380/220 V. care asigură alimentarea reţelelor de iluminat normal cu tensiunea de linie 220 V. Cele două transformatoare sunt de aceeaşi putere, unul asigură consumul reţelei de

iluminat normal, cel de al doilea fiind de rezervă. Pentru simplificare, s-au prezentat în detaliu doar două circuite, considerându-se că este suficient pentru a înţelege

alcătuirea schemei reale care conţine reprezentarea tuturor circuitelor. Pentru a asigura distribuţia alimentării iluminatului de la sursă se folosesc

tablouri secundare de distribuţie şi doze de ramificaţie. Plecările circuitelor din

tablourile secundare sunt echipate, pentru protecţie, cu întrerupătoare automate bipolare.

Reţeaua de iluminat normal conţine circuite separate pentru: iluminatul general, iluminatul local, prize. În acest fel, la deconectarea unei reţele ca urmare a acţiunii protecţiei, de exemplu iluminatul general, rămân în funcţiune iluminatul local şi

prizele. Corpurile de iluminat, instalate în încăperile şi spaţiile unde este posibilă

deteriorarea globurilor, trebuie să fie protejate cu grătare de protecţie. În încăperile sau locurile iluminate cu tuburi fluorescente, în care se află părţi

vizibile ale mecanismelor în rotaţie, trebuie să se ia măsuri pentru înlăturarea

efectului stroboscopic. O astfel de măsură ar putea fi combinarea iluminatului fluorescent cu iluminatul incandescent.

Încăperile de acumulatoare şi alte încăperi cu pericol de explozie se iluminează cu corpuri de iluminat în execuţie „antiex”.

Iluminatul coridoarelor, compartimentului maşini, tunelurilor liniilor de axe,

trebuie să fie alimentate prin cel puţin două circuite independente având corpurile de iluminat astfel dispuse încât să se asigure un iluminat uniform în cazul căderii unui

circuit. Corpurile de iluminat local în încăperile de locuit precum şi prizele de curent

trebuie să fie alimentate de la tablou prin circuite separate, altele decât circuitul de

alimentare a iluminatului general. Corpurile de iluminat fixe din magaziile de mărfuri trebuie să fie alimentate de

la un tablou de distribuţie separat. În toate circuitele de iluminat trebuie să se utilizeze întrerupătoare bipolare. În

încăperile de locuit şi de serviciu uscate, se admit întrerupă toare monopolare pentru

un curent de maxim 6A. Pentru iluminatul exterior, se va prevedea un dispozitiv de deconectare

centralizat, plasat în timonerie sau alt post de cart permanent.

163

2. Iluminatul portativ

Pentru iluminatul portativ se folosesc tensiunile considerate nepericuloase, de 12V curent alternativ şi 24V curent continuu.

Prizele pentru iluminatul portativ trebuie să fie instalate cel puţin în următoarele

puncte: - pe punte, în apropierea vinciului de ancoră;

- încăperea girocompasului; - încăperea convertizoarelor instalaţiei de radio; - încăperea instalaţiei de cârmă;

- încăperea agregatului de avarie; - compartimentele de maşini;

- spatele tabloului principal de distribuţie; - tunelul arborelui port-elice; - timonerie;

- cabina radio; - zona lochului şi a sondei ultrason.

Prizele alimentate cu tensiuni diferite trebuie să fie de construcţie diferită care să excludă posibilitatea de a introduce fişa pentru o anumită tensiune la o tensiune

mai mare.

3. Iluminatul de avarie

În cazul scoaterii din funcţiune a centralei electrice şi dispariţia tensiunii la tabloul principal de distribuţie, se cupleaază automat iluminatul de avarie alimentat de la sursele de avarie (baterie de acumulatoare sau grup diesel-generator de avarie).

Sursele de avarie trebuie să asigure alimentarea concomitentă timp de 18 ore a luminatului de avarie.

Iluminatul de avarie asigură iluminarea pentru: - toate coridoarle, scările şi ieşirile din încăperile de locuit şi de

serviciu precum şi în cabinele lifturilor de pasageri;

- încăperile de maşini şi agregate generatoare; - toate posturile de comandă precum şi la tablourile de

distribuţie principale şi de avarie; - încăperea diesel-generatorului de avarie; - timonerie;

- camera hărţilor şi staţia radio; - locurile de păstrare a inventarului de avarie;

- compartimentul cârmei; - încăperea girocompasului; - cabinetele medicale;

- felinarele de navigaţie.

164

Corpurile de iluminat de la iluminatul principal se pot folosi şi pentru iluminatul

de avarie fiind prevăzute în acest caz cu lămpi suplimentare conectate la sursa de avarie.

Pe circuitele iluminatului de avarie nu se montează întrerupătoare.

3.3 Calculul reţelelor electrice

Calculul pentru alegerea secţiunii cablului de alimentare cu energie electrică a unui consumator trebuie să răspundă la două cerinţe: încălzirea cablului să nu

depăşească limita admisă şi căderea de tensiune pe cablu să corespundă de asemenea unei limite admisibile.

Depăşirea încălzirii duce la îmbătrânirea izolaţiei şi scurtarea duratei de funcţionare a cablului iar depăşirea căderii de tensiune admisă înseamnă scăderea tensiunii la barele consumatorului ceea ce are o influenţă dăunătoare asupra

funcţionării acestuia. Pentru realizarea acestor cerinţe ordinea este următoarea: se alege secţiunea

cablului din punct de vedere al încălzirii admisibile după care se calculează căderea de tensiune şi se verifică înscrierea acesteia în limitele admise. În situaţia în care se depăşeşte limita admisă se majorează secţiunea cablului aleasă iniţial până la

obţinerea valorii admise pentru căderea de tensiune. În prima etapă se determină curentul de calcul.

Pentru cablul de conectare a generatorului la barele TPD curentul de calcul se consideră curentul nominal şi se determină cu relaţiile:

a) pentru curent continuu:

AU

10PI

Gn

3Gn

Gn

(3.1)

b) pentru curent alternativ:

AcosU3

10PI

nGn

3Gn

Gn

(3.2)

în care: GnP - puterea nominală a generatorului, kw

GnU - tensiunea nominală a generatorului, V

ncos - factorul de putere nominal.

Curenţii de calcul pentru cablurile care conectează consumatorii individuali la

TPD se determină cu relaţiile: a) pentru curent continuu:

165

AU

10kPI

n

3s.nom.c

(3.3)

b) pentru curent alternativ trifazat:

AcosU3

10kPI

nom.cn

3snom.c

(3.4)

în care: .nom.cP - puterea nominală la axul motorului electric, kw

nU - tensiunea nominală a reţelei, v

nom.ccos - factorul de putere nominal al consumatorului

- randamentul consumatorului

sk - factorul de încărcare al consumatorului.

Curentul de calcul al cablului care alimentează o magistrală la care sunt conectaţi n consumatori (figura 3.4) se determină cu relaţiile:

a) pentru curent continuu:

n

1n

i0.calcIkI (3.5)

b) pentru curent alternativ:

n

1i

n

1n

2

ri

2

ai0.calcIIkI (3.6)

unde: iI - curentul consumatorului de ordinul i

aiI - curentul activ al consumatorului de ordinul i

riI - curentul reactiv al consumatorului de ordinul i

0k - coeficient de simultaneitate

n - numărul consumatorilor alimentaţi de magistrală

În etapa a IIa, în funcţie de valoarea curentului de calcul, se alege secţiunea din punct de vedere al încălzirii admisibile. În tabelul 3.3 este dată, după registrul de clasificare, încărcare admisibilă de lungă a cablurilor şi conductoarelor.

Încărcările admisibile date de tabelul 3.3 sunt pentru condiţiile în care cablul are un singur conductor, funcţionarea lui este de lungă durată iar temperatura mediului

ambiant este 45oC. Ca urmare, pentru condiţiile concrete de folosire a cablului trebuie să se introducă factori de corecţie.

166

Sarcinile de curent admisibil pentru cablurile cu 2, 3 şi 4 conductoare se

determină prin micşorarea încărcării menţionate în tabelul 3.3 pentru secţiunea respectivă cu ajutorul următorilor coeficienţi de corecţie.

- 0,85 pentru cabluri cu două conductoare

- 0,7 pentru cabluri cu 3 şi 4 conductoare.

Tabelul nr. 3.3 Încărcarea admisibilă de lungă durată a cablurilor şi conductoarelor cu

izolaţii din diferite materiale, pentru temperatura mediului ambiant de 45oC

Secţiunea nominală a

conductorului

Încărcarea de lungă durată a cablurilor şi

conductoarelor (A) pentru temperatura izolaţiei (oC)

Policlor

ura de vinil

(PVC)

+60oC

Policlo

rura de

vinil

termo-

rezistentă

+75oC

Cauciu

c butilic

+80oC

Cauciuc

etilenoprpile

nic

+85oC

Cauci

uc

siliconic

+95o

C

1 2 3 4 5 6

1,0 8 13 15 16 20

1,5 12 17 19 20 24

2,5 17 24 26 28 32

4,0 22 32 35 38 42

6,0 29 41 45 48 55

3,0 40 57 63 67 75

16,0 54 76 84 90 30

25,0 71 30 13 120 135

35,0 87 125 140 145 165

50.0 35 150 165 180 200

70,0 135 190 215 225 255

95.0 165 230 260 275 33

120,0 190 270 300 320 360

150,0 220 33 340 365 43

185,0 250 350 390 415 470

240,0 290 415 460 490 -

300,0 335 475 530 560 -

De asemenea trebuie avut în vedere că la aşezarea cablurilor în trasee condiţiile de răcire se înrăutăţesc. De aceea pentru a evita încălzirea cablurilor este necesar să

se reducă norma de încărcare comparativ cu norma admisă pentru un cablu. Practic

167

problema se rezolvă prin majorarea curentului de calcul al cablului în funcţie de

configuraţia traseelor de cabluri, astfel:

1

calccalc.

k

II (3.7)

în care: Icalc – curentul de calcul pentru un cablu k1 – coeficientul subunitar care ţine seama de dispunerea traseelor

de cabluri pe mai multe rânduri: 6,0k1 pentru 3 rânduri; 8,0k1

pentru două rânduri; 9,0k1 pentru un rând.

Dacă temperatura mediului înconjurător este diferită de 45oC încărcările

admisibile date în tabelul 3.3 se corectează cu un coeficient 1k pentru

temperaturi C45o , 1k pentru temperatura 1ksiC45o pentru

temperaturi C45o . În tabelul 3.4 sunt date valorile coeficientului de corecţie pentru recalcularea sarcinilor admisibile în funcţie de temperatura mediului ambiant.

Pentru consumatorii care funcţionează în regim de scurtă durată sau intermitent de scurtă durată încălzirea cablurilor este mai mică decât în regimul de lungă durată luat în calcul la stabilirea încărcărilor admisibile din tabelul 3.3. Ca urmare la

calculul cablurilor se introduc coeficienţi de corecţie care permit majorarea încărcării admisibile pentru regimurile de scurtă durată şi intermitent de scurtă

durată. În tabelul 3.5 se dau valorile acestor coeficienţi în funcţie de regimul de lucru pentru cablurile cu înveliş din tresă metalică şi fără tresă metalică.

Tabelul 3.4 Valorile coeficientului de corectare pentru

temperatura mediului ambiant

Nr.

crt.

Temperatura

limită a

conductorului Co

Coeficienţii de corecţie pentru temperatura mediului ambiant

35oC 40

oC 45

oC 50

oC 55

oC 60

oC 65

oC 70

oC 75

oC 80

oC 85

oC

1 60 1,29 1,15 1,00 0,82 - - - - - - -

2 65 1,12 1,22 1,00 0,87 0,71 - - - - - -

3 70 1,18 1,3 1,00 0,89 0,77 0,63 - - - - -

4 75 1,15 1,08 1,00 0,91 0,82 0,71 0,58 - - - -

5 80 1,13 1,07 1,00 0,93 0,85 0,76 0,65 0,53 - - -

6 85 1,12 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0,71 0,61 0,50 - -

7 90 1,1 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0,74 0,67 0,58 0,47 -

8 95 1,1 1,05 1,00 0,95 0,89 0,84 0,77 0,71 0,63 0,55 0,45

168

Tabelul 3.5 Coeficienţii de corecţie pentru cablurile şi conductoarelor

cu înveliş metalic şi fără înveliş metalic

Secţiunea

nominală a

conductorului mm2

Regim

intermitent de scurtă

DA 40%

Funcţionare de scurtă durată

30 min. 60 min.

1 2 3 4

1,5 1,24 / 1,09 1,06 / 1,06 1,06 / 1,06

2,5 1,26 / 1,09 1,06 / 1,06 1,06 / 1,06

2,5 1,27 / 1,3 1,06 / 1,06 1,06 / 1,06

4 1,30 / 1,14 1,06 / 1,06 1,06 / 1,06

6 1,33 / 1,17 1,06 / 1,06 1,06 / 1,06

3 1,36 / 1,21 1,08 / 1,06 1,06 / 1,06

16 1,40 / 1,26 1,09 / 1,06 1,06 / 1,06

25 1,42 / 1,30 1,12 / 1,07 1,06 / 1,06

35 1,44 / 1,33 1,14 / 1,07 1,07 / 1,06

50 1,46 / 1,37 1,17 / 1,08 1,08 / 1,06

70 1,47 / 1,40 1,21 / 1,09 1,09 / 1,06

95 1,49 / 1,42 1,25 / 1,12 1,11 / 1,07

120 1, 50 / 1,44 1,28 / 1,14 1,12 / 1,07

150 1,51 / 1,45 1,32 / 1,17 1,14 / 1,09

185 - 1,36 / 1,20 1,16 / 1,09

240 - 1,41 / 1, 24 1,18 / 1,3

300 - 1,46 / 1,28 1,20 / 1,12

Notă: Cifrele din stânga sunt pentru cablurile cu înveliş

metalic iar cele din dreapta , fără înveliş metalic.

După alegerea secţiunii cablului în funcţie de încălzire (încărcarea admisă) se

calculează căderea de tensiune şi se verifică înscrierea acesteia în limita admisă. Conform prevederilor regimului de clasificare pierderea de tensiune pe cablurile care leagă generatoarele cu tabloul principal de distribuţie nu trebuie să depăşească

1% din tensiunea nominală iar pierderea de tensiune între barele TPD şi orice punct al instalaţiei, în condiţii normale de lucru, nu trebuie să depăşească 6% din tensiunea

nominală. Pentru consumatorii alimentaţi din baterii cu tensiunea nominală până la 50V această limită poate fi mărită până la 3%. În circuitele felinarelor de navigaţie poate fi redusă limita pierderii de tensiune în scopul asigurării caracteristicii de

iluminare necesară. Cablurile prin care se alimentează electromotoarele de curent alternativ cu

pornire directă trebuie să fie calculate astfel încât căderea de tensiune la barele motorului electric, în momentul pornirii, să nu depăşească 25% din tensiunea nominală.

169

Pentru reţelele de curent continuu pierderea de tensiune se determină cu relaţia:

%100SU

lI2%100

U

IR2U

2nn

(3.8)

în care: I– curentul de sarcină, A

R – rezistenţa unui conductor,

Un – tensiunea nominală a reţelei, V l – lungimea cablului, m

s – secţiunea conductorului, mm2 - conductivitatea cuprului. Pentru temperatura mediului 65oC corespunde

2mm

m48

.

Relaţia 3.8 poate fi stabilită şi în funcţie de putere, astfel:

%sU

10lP.2U

2

n

5

(3.9)

unde: 3

n 10IUP este puterea în kw, transmisă pe o porţiune de reţea.

În cazul în care magistrala de alimentare se compune din mai multe porţiuni în

serie (figura 3.4), atunci pierderea de tensiune se determină cu relaţia:

n

1i i

ii

nnn

nn

2

22

1

11

s

lI

U

1002%

U

100

s

lI2....

s

lI2

s

lI2U

(3.10)

unde: n21 I,...I,I - sunt curenţii consumatorilor alimentaţi de

magistrală.

n21 l,...l,l - lungimile porţiunilor de magistrală

n21 s,...s,s - secţiunile cablurilor de alimentare.

În reţelele de curent alternativ, pentru consumatorii cu factorul de putere diferit de unu, calculul pierderilor de tensiune se face cu luarea în considerare atât a

rezistenţei cât şi a reactanţei cablului. În figura 3.5 se prezintă diagrama fazorială de determinare a pierderii de tensiune pentru o linie monofazată având sarcina I şi

factorul de putere cos .

170

Fig. 3.4 Magistrală de alimentare

Fig. 3.5 Diagrama fazorială de determinare a pierderii de tensiune pe o

linie monofaată de curent alternativ

Pe diagramă cu 21 UsiU sunt notaţi fazorii tensiunilor de la începutul şi de la

sfârşitul liniei de alimentare.

Dacă r şi x sunt rezistenţa şi reactanţa cablului de alimentare, atunci căderea de

tensiune pe rezistenţă este rI2 , iar căderea de tensiune pe reactanţă este fazorul

xIj2 orientat perpendicular pe direcţia fazorului I .

171

Căderea de tensiune U este egală cu suma geometrică a căderilor de tensiune pe

rezistenţă şi pe reactanţă, adică:

Ixj2rI2UUU 21 (3.11)

Spre deosebire de căderea de tensiune, pierderea de tensiune reprezintă diferenţa aritmetică dintre tensiunile U1 şi U2. Această diferenţă este reprezentată pe diagramă

de segmentul de dreaptă AF (pentru determinarea punctului F din punctul 0 se trasează un arc de cerc cu raza egală cu U2 care intersectează fazorul U1 în punctul

F). Ducând perpendiculare din punctele B şi C pe dreapta OA se observă că

tensiunea la sfârşitul liniei U2, egală ca mărime cu segmentul OF, se poate aproxima

ca mărime cu segmentul OD., ODOF . Aproximând ADAF rezultă:

sinIx2AEsicosIr2DE

şi se poate scrie:

sinxcosrI2UUU 21 (3.12)

sau în procente:

%100U

)sinxcosr(I2%100

U

UUU

nn

21

(3.13)

Relaţia (3.13) exprimă pierderea de tensiune în curent alternativ monofazat. Pierderea de tensiune pe fiecare fază în sisteme de curent alternativ trifazat se

determină cu relaţia se determină cu relaţia:

%100U

)sinxcosr(I3U

ln

l

(3.14)

După determinarea pierderii de tensiune se compară rezultatul obţinut cu

valoarea admisibilă. Dacă valoarea pierderii de tensiune este sub limita admisă, cablul se consideră bine ales. În cazul în care este depăşită limita admisă se alege

cablul cu secţiunea imediat superioară şi se repetă calculul până la realizarea unei pierderi de tensiune pe cablu mai mică sau cel mult egală cu limita admisibilă.

3.4 Tablouri de distribuţie a energiei electrice. Calculul barelor TPD

Tablourile de distribuţie a energiei electrice reprezintă construcţii metalice în care se montează aparate de conectare, reglare, măsură, protecţie şi semnalizare. Corpul tabloului are carcasă şi capac care asigură protecţia oamenilor la atingerea

172

părţilor conductoare de curent. Execuţia tabloului, în funcţie de locul în care este

amplasat pe navă, poate fi protejată la picături, protejată la stropi sau ermetică. Aparatele de măsură se montează la înălţimea de 1,5 – 1,8 faţă de nivelul punţii,

mânerele întrerupătoarelor la înălţimea maximă 1,8 m şi minimă 0,3 m de nivelul

punţii, secţiunea minimă a conductoarelor de conexiuni este de 0,5mm2, distanţa între părţile conductoare fără izolaţie trebuie să fie 6 la 12 mm pentru tensiuni până

la 500V. Tabloul principal de distribuţie, TPD are de regulă o lungime de câţiva metri.

Pentru montaj se realizează pe secţii şi anume: generatoare, distribuţie, comandă,

alimentare de la mal. Numărul secţiilor generatoare este egal cu numărul generatoarelor. N umărul

secţiilor de distribuţie este determinat de numărul întrerupătoarelor automate de alimentare a liniilor conectate direct la TPD. În compunerea TPD se prevede în unele cazuri, o secţie de comandă şi o secţie de alimentare de la mal.

Secţiile generatoarelor sunt destinate pentru controlul parametrilor electrici, protecţie şi comandă a distribuţiei energiei electrice de la barele TPD la

consumatorii conectaţi direct la TPD sau la tablouri secundare de distribuţie, TD. Secţia alimentării de la mal este destinată pentru controlul, protecţia şi comanda

alimentării cu energie electrică de la mal. De asemenea, în anumite situaţii, prin

aceiaşi secţie se poate transmite energie electrică de la TPD la consumatori aflaţi la mal.

Secţiile generatoare se dispun de regulă la mijlocul TPD. În cazul în care se foloseşte o secţie de comandă, aceasta se instalează în centru având de o parte şi de cealaltă parte dispuse secţiile generatoare. Secţiile de distribuţie se află în stânga şi în

dreapta generatoarelor. Secţia de alimentare de la mal ocupă de regulă una din extremităţile TPD. Scheme structurale ale TPD sunt prezentate în figurile 1.4 şi 1.5. În

figura 3.6 se prezintă o vedere generală a unui TPD. Pe secţiile generatoarelor se montează aparate de măsură pentru controlul

curentului, tensiunii, frecvenţei şi puterii obţinute de la generator, întrerupătorul

automat de cuplare a generatorului la bare, aparate care asigură protecţia generatorului (scurtcircuit, suprasarcină, putere inversă, protecţie diferenţială la

scurtcircuite interioare.) De asemenea se montează comutatoare pentru reglarea frecvenţei şi pentru alimentarea excitaţiei generatorului de la o sursă de curent continuu, aparatul pentru sincronizare automată şi lămpile de sincronizare menţinute

ca rezervă pentru sincronizarea manuală. Ampermetrele generatoarelor se conectează prin comutator care asigură măsurarea

curenţilor pe cele trei faze. Voltmetrele cu comutator de asemenea permit măsurarea tensiunilor de linie şi de fază.

Uneori pe secţiile generatoarelor se montează şi câteva întrerupătoare automate pentru

alimentare unor consumatori de putere mare.

173

Fig. 3. 6 Vederea generală a unui TPD

Pe secţia alimentării de la mal se montează întrerupătorul automat pentru

cuplarea alimentării, aparate pentru controlul sarcinii, tensiunii şi frecvenţei. De asemenea se montează un aparat pentru controlul succesiunii fazelor astfel încât la cuplare succesiunea fazelor alimentării de la mal să fie aceeaşi cu cea a centralei

electrice a navei.

174

Secţiile de distribuţie sunt echipate de regulă cu siguranţe cu mare putere de

rupere , MPR, şi întrerupătoare automate care asigură cuplarea la TPD a alimentării consumatorilor individuali sau a tablourilor secundare de distribuţie, TD. Întrerupătoarele automate sunt acţionate manual şi presupune intervenţia

operatorului pentru cuplarea şi decuplarea consumatorilor. O altă variantă de echipare a plecărilor din TPD este realizată sub forma unor

blocuri pentru fiecare circuit de plecare echipate fiecare cu siguranţe, contactor, relee termice, butoane de comandă şi lămpi de semnalizare. Acest sistem ocupă mai mult spaţiu în TPD dar prezintă avantajul că permite conectarea şi deconectarea

consumatorilor atât local, de la TPD, cât şi de la distanţă. Pentru iluminare, în afara iluminării generale din compartiment, se prevede

iluminatul local de la barele TPD. Tablouri de distribuţie Pentru a reduce numărul plecărilor din TPD şi pentru scurtarea traseelor de

cabluri se utilizează tablouri de distribuţie care primesc alimentarea de la TPD şi care la rândul lor alimentează un grup de consumatori. De regulă consumatorii

conectaţi la un tablou de distribuţie sunt în apropierea acestuia. Pe navele cu mulţi consumatori, tablourile de distribuţie sunt astfel organizate încât asigură alimentarea consumatorilor de acelaşi fel (tablou ventilaţie, tablou pompe ş.a.).

În sistemele electroenergetice navale se folosesc tablouri de distribuţie în care plecările spre consumatori pot fi echipate cu: siguranţe; siguranţe şi întrerupătoare;

întrerupătoare automate; siguranţe, contactoare şi relee termice. În figura 3.7 se prezintă schemele de principiu ale acestor variante.

Fig. 3.7 Scheme de principiu ale tablourilor de distribuţie:

a) cu siguranţe; b) cu siguranţe şi întrerupătoare;

c) cu întrerupătoare automate; d) cu siguranţe, contactoare şi relee termice

175

La alegerea tipului de tablouri de distribuţie se au în vedere condiţiile concrete

ale sistemului electroenergetic: selectivitatea protecţiei, posibilitatea de deconectare a aparatelor, împărţirea reţelei, necesitatea centralizării comenzii, depărtarea tablourilor de distribuţie de consumatorii de energie electrică, preţ de cost, gabarite,

masă, ş.a. Tablourile de distribuţie se împart de asemenea în monofazate, trifazate, de

curent continuu şi de curent alternativ pentru diferite tensiuni. Construcţia tablourilor cunoaşte o largă diversificare. În prezent, pentru tablouri de distribuţie s-a realizat o gamă largă de cutii tipizate care permit aranjarea oricărui tablou pentru

orice gabarit şi configuraţie. Alegerea aparatelor electrice

Siguranţa funcţionării sistemelor electroenergetice navale depinde de alegerea corectă a aparatelor electrice din compunerea sistemului.

Aparatele electrice, în funcţie de schema adoptată pentru sistemul energetic, se

aleg din cataloagele firmelor furnizoare. Având în vedere condiţiile specifice existente la bordul navelor este obligatoriu ca pentru toate echipamentele electrice

alese să existe precizarea că sunt în execuţie navală, adică construcţia şi încercările la care au fost supuse sunt avizate de registrul de clasificarea navelor şi îndeplinesc condiţiile privind: temperatura mediului, umiditate, înclinare de lungă durată şi de

scurtă durată, vibraţii, ş.a. Tipul constructiv al aparatului se alege în funcţie de locul de instalare pe navă.

Dacă aparatul se montează în tablou, pupitru, ş.a.m.d. atunci el poate fi în execuţie deschisă iar, dacă se instalează individual, atunci aparatul trebuie să aibă un înveliş exterior (corp) în dependenţă de locul de instalare pe navă.

Alegerea aparatelor se face în funcţie de caracteristicile lor tehnice de bază: felul curentului, frecvenţa, tensiunea şi curentul nominal. Pentru alegerea oricărui aparat

este necesar să se îndeplinească două condiţii:

servn UU (3.15)

servn II (3.16)

unde: nn I,U - corespund tensiunii şi curentului nominal.

serv.serv I,U - tensiunea şi curentul de serviciu (de lucru) al

aparatului în schema de conectare dată. Prima condiţie este necesară pentru a evita deteriorarea izolaţiei electrice a

aparatului, iar a doua condiţie este necesară pentru a evita încălzirea aparatului peste limitele admise.

Tensiunea şi curentul de serviciu (de lucru) se determină pe baza calculului schemei electrice în care este montat aparatul electric.

176

Tensiunea şi curentul nominal sunt caracteristici tehnice ale aparatelor şi sunt

date în catalogul firmei furnizoare. La alegerea aparatelor electrice, în afara condiţiilor general valabile, (relaţiile

3.15 şi 3.16); este necesar să se aibă în vedere şi datele specifice de lucru ale fiecărui

aparat. La alegerea siguranţelor se începe cu alegerea curentului nominal al fuzibilului.

În cazul folosirii siguranţelor pentru protecţia reţelelor de iluminat, încălzit, ş.a. fuzibilul se alege din condiţia:

.servfuzibil II (3.17)

Atunci când siguranţele sunt folosite pe circuitul de alimentare a unui motor

electric, alegerea fuzibilului se face după condiţia:

.servfuzibil KII (3.18)

Dacă circuitul protejat cu siguranţe este folosit pentru alimentarea a n motoare

electrice, relaţia 3.18 devine:

.serv.i

1n

1i

0fuzibil KIIKI

(3.19)

unde:

1n

1i

i0 IK - suma curenţilor de serviciu ai motoarelor electrice (fără

unul care are curentul cel mai mare) cu luarea în calcul a coeficientului de simultaneitate , K0.

Iserv - curentul de serviciu (de lucru) al motorului electric care se porneşte.

K- factor care ia în considerare regimul de pornire al motorului electric. Valoarea factorului K pentru motoare electrice de curent continuu şi motoare

asincrone fazice care folosesc reostat de pornire este: - K=1 pentru puteri mici şi medii - K=1,5 pentru puteri mari.

Pentru motoarele asincrone cu rotor în scurtcircuit cu pornire directă, pentru factorul K se adoptă următoarele valori:

- K=2,5 pentru motoare cu porniri rare şi durata acceleraţiei 5-3s - K=3 pentru motoare cu porniri dese şi durata acceleraţiei până la 40s.

După alegerea fuzibilului se alege tipul constructiv de siguranţă şi după aceea se

verifică capacitatea de rupere în situaţia producerii unui scurtcircuit. Tipurile constructive de siguranţe se deosebesc între ele în funcţie de valoarea maximă a

curentului pentru fuzibil şi capacitatea de rupere. Verificarea siguranţei la capacitatea de rupere în cazul producerii unui

scurtcircuit se face din condiţia:

177

admis.şoc.calc.şoc ii (3.20)

unde: işoc. calc. - este valoarea calculată a curentului de şoc la scurtcircuit. işoc admis - valoarea admisă a curentului de scurtcircuit pentru tipul de

siguranţă aleasă (se obţine din catalog). Alegerea întrerupătoarelor automate se face asemănător cu alegerea siguranţelor.

La început se alege curentul nominal. De exemplu tipul de întrerupător automat USOL 30 este realizat pentru o gamă a curenţilor nominali de la câţiva amperi până

la 30A. Alegerea curentului nominal se face cu respectarea condiţiei :

servn II (3.21)

în care: In – curentul nominal al aparatului Iserv – curentul de serviciu determinat din schema calculată

După alegerea curentului nominal se stabileşte valoarea corespunzătoare pentru

curentul de declanşare în zona scurtcircuitului astfel încât să se excludă declanşarea falsă a întrerupătorului automat la şocul curentului de pornire, după condiţia:

motor.p.c.s.decl I2,1I (3.22)

unde: Idecl.s.c. – curentul de deconectare la scurtcircuit Ip.motor – curentul de pornire al motorului electric.

Pentru protecţia la suprasarcină este necesar să se regleze caracteristica timp-

curent a întrerupătorului automat pentru un timp care depăşeşte de 2 – 3 ori timpul

de pornire al motorului electric (de regulă durata acestuia se consideră 2s). În continuare se verifică capacitatea de rupere a întrerupătorului automat, după

relaţia:

admis.soc.calc.soc ii (3.23)

admis..calc. II (3.24)

unde: işoc.calc. - curentul de şoc la scurtcircuit (rezultat din calculul reţelei) işoc.admis - valoarea admisă a curenţilor de şoc (după catalog) Icalc - valoarea efectivă de calcul a curentului de scurtcircuit

Iadmis - valoarea efectivă admisă de aparat în momentul apariţiei arcului electric.

Contactoarele, ca aparate de comandă de la distanţă pentru conectarea şi

deconectarea circuitelor electrice, sunt folosite, de asemenea, frecvent în sistemele

electroenergetice navale. La alegerea contactoarelor, pe lângă alte criterii, se are în

178

vedere numărul contactelor normal închise şi normal deschise, principale şi

auxiliare, necesare pentru schema dată. În funcţie de valoarea curentului de rupere sunt contactoare cu şi fără dispozitive de stingere a arcului. În primul caz contactorii pot asigura ruperea curenţilor a căror valoare poate depăşi de 3 ori valoarea

nominală. Pornitorii magnetici sunt de asemenea folosiţi pe scară largă la nave pentru

pornirea, oprirea, protecţia la suprasarcină şi scurtcircuite a motoarelor electrice asincrone în scurtcircuit. Alegerea tipului şi mărimii pornitorului magnetic este în dependenţă de tensiunea şi puterea motorului electric.

La alegerea aparatelor de măsură trebuie să se aibă în vedere poziţia de lucru (orizontală sau verticală), clasă de precizie, destinaţia, execuţia constructivă şi

domeniul de măsură. Scala ampermetrelor, waltmetrelor, trebuie să depăşească valoarea nominală măsurată cu 120 – 150% iar pentru voltmetre cu 120%. Împreună cu aparatul de măsură se aleg şunturile sau transformatoarele de măsură.

Toate aparatele de măsură sunt realizate pentru a suporta suprasarcini mari de scurtă durată; de exemplu ampermetrele suportă un şoc de 3 ori valoarea nominală a

curentului timp de 5 secunde. De aceea, pentru aparatele de măsură, nu reprezintă un pericol curenţii de pornire sau de scurtcircuit.

TEST DE AUTOEVALUARE 1. Pentru cablul prin care se conecteaza generatorul de c.c. la TPD ,curentul nominal se calculeaza cu expresia:

a) 310Gnom

Gnom

Gnom

PI A

U

;

b) 310Gnom

Gnom

n Gnom

PI A

U

;

c) 310Gnom

Gnom n

Gnom

PI A

U

;

d) 310 cos

3

GnomGnom

Gnom

PI A

U

.

2. Pentru cablul prin care se conecteaza generatorul de c.a. la TPD ,curentul nominal

se calculeaza cu expresia:

a)310

3 cos

GnomGnom

Gnom n n

PI

U

;

179

b)310

3 cos

GnomGnom n

Gnom n

PI

U

;

c)310

3 cos

GnomGnom

Gnom n

PI

U

;

d)

310 cos

3

Gnom

Gnom

Gnom

PI

U

.

LUCRARE DE VERIFICARE Prezentaţi modul de alegerea a aparatelor electrice.

RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1:a; 2:c.

180

Unitatea de învăţare nr. 4

PROTECŢIA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE NAVALE

CUPRINS

Protecţia reţelelor de distribuţie şi a generatoarelor electrice Relee electronice pentru protecţia generatoarelor. Schema electrică de conectare a

generatorului sincron la TPD. OBIECTIVE

- descrierea defectelor ce pot apărea in instalaţiile electrice navale; - definirea tipurilor de protecţie pentru generatoarele electrice şi pentru

reţelele de distribuţie; - explcarea schemei electrice de conectare a unui generator sincron la

TPD.

4. Protecţia sistemelor electroenergetice navale

4.1 Generalităţi

În procesul exploatării sistemelor electroenergetice navale sunt posibile apariţia unor regimuri anormale de lucru.

Pericolul cel mai mare pentru sistemele electroenergetice navale şi pentru toate elementele acţionărilor electrice îl reprezintă regimul anormal produs de apariţia curenţilor de scurtcircuit. În oricare punct al sistemului curentul de scurtcircuit poate apărea la deteriorarea izolaţiei între conductoarele de curent, ca urmare a îmbătrânirii ei, sau la avarierea mecanică prin ruperea conductoa relor şi conectarea între ele a conductoarelor de pe faze diferite sau prin acumularea de lichid (apă) în conductori, ş.a.

Punctul de scurtcircuit este caracterizat prin valoarea nulă a rezistenţei. Valoarea curentului de scurtcircuit este limitată numai de rezistenţa interioară a sursei şi rezistenţa conductorilor electrici (bare, cabluri, aparate de conectare). Această valoare poate depăşi de sute de ori valoarea nominală a curentului din elementul respectiv.

Sub acţiunea curenţilor de scurtcircuit apar forţe electrodinamice mari, capabile să deterioreze aparatul respectiv. Sub acţiunea curentului de scurtcircuit se produce foarte repede (în decurs de câteva secunde) creşterea temperaturii de încălzire a cablului până la câteva sute de grade şi arderea izolaţiei. Frecvent în punctul de scurtcircuit, în primul moment, apare arcul electric sub acţiunea căruia se aprind obiectele din apropiere, în deosebi vaporii produselor petroliere, dând naştere la incendii cu toate consecinţele ce decurg din acestea.

181

Regimurile anormale produse de suprasarcini sunt caracterizate de apariţia curenţilor a căror valoare depăşeşte până la de două ori valoarea nominală. Sub acţiunea acestor curenţi temperatura de încălzire a conductorilor, în decurs de câteva

minute (uneori zeci) atinge valori periculoase (circa C00 200100 ) ceea ce produce îmbătrânirea rapidă a materialelor izolante sau arderea lor. Ca urmare, regimul de suprasarcină, ca şi regimul de scurtcircuit prezintă pericol de incendiu. Suprasarcinile, de obicei, sunt create de regimurile anormale de lucru tehnologice de mecanismelor cu acţionarea electrică.

Supratensiunile care apar în funcţionarea unor acţionări electrice constituie de asemenea regimuri anormale caracterizate prin creşterea curenţilor peste limitele normale.

Protecţia elementelor sistemului electroenergetic îndeplineşte următoarele funcţii:

1) la scurtcircuit, prin intermediul siguranţelor fuzibile sau întrerupătoarelor automate, decontează automat elementul deteriorat şi astfel se restabileşte regimul normal de lucru pentru celelalte elemente ale sistemului

2) la apariţia suprasarcinilor protecţia acţionează prin decontarea temporizată a instalaţiilor care lucrează în suprasarcină sau prin semnalizare optică şi acustică pentru o categorie de consuma tori a căror menţinere în funcţiune este importantă pentru siguranţa navei (instalaţia de guvernare, pompa de incendiu de avarie).

Cerinţele de bază ale protecţiei sistemelor electroenergetice navale sunt: Selectivitatea constă în acţiunea protecţiei pentru deconectare numai a

elementului deteriorat. Prin aceasta se asigură menţinerea funcţionării normale a celorlalte componente ale sistemului.

Acţiune rapidă - pentru deconectarea elementului avariat. Deconectarea rapidă a scurtcircuitelor asigură: reducerea dimensiunilor avariei la apariţia arcului electric şi a forţelor electrodinamice, micşorarea timpului de lucru cu tensiune redusă a consumatorilor rămaşi în funcţiune. Datorită acţiunii rapide a protecţiei şi intrării automate în funcţiune a rezervei de energiei electrică, practic, consumatorii nu sesizează pauza în alimentarea cu energie electrică.

În cazul regimurilor anormale produse de suprasarcini protecţia nu trebuie să acţioneze rapid, întrucât, pe de o parte, suprasarcina poate fi admisă pe o durată limitată fără a pune în pericol instalaţia, iar pe de altă parte, este posibil ca suprasarcina apărută să se datoreze unui şoc trecător de scurtă durată. Din aceste motive protecţia la suprasarcină prin deconectarea consumatorului acţionează cu întârziere de timp.

Sensibilitatea se exprimă prin coeficientul de sensibilitate care reprezintă, de

exemplu pentru protecţia care reacţionează la curent, raportul între mărimea curentului de scurtcircuit din zona protejată şi curentul la care acţionează protecţia. Din acest punct de vedere, protecţia trebuie să fie suficient de sensibilă la avarii şi

regimuri anormale de funcţionare care pot să apară în elementele protejate.

182

Siguranţa în funcţiune. Este foarte important ca protecţia să fie permanent gata

de funcţionare în cazul apariţiei avariilor şi regimurilor anormale de lucru. În acest scop schemele de protecţie trebuie să fie simple, aparatura folosită să aibă calităţi înalte în condiţii de exploatare corespunzătoare.

Pentru protecţia sistemelor electroenergetice şi elementelor lor la scurtcircuit şi

suprasarcini se folosesc întrerupătoare automate şi siguranţefuzibile. Întrerupătoarele

automate sunt prevăzute cu declanşatoare maximale, adică relee electromagnetice,

termice sau electronice, care la valoarea reglată a curentului de suprasarcină sau a

curentului de scurtcircuit dau impuls de deschidere a contactelor principale,

prevăzute cu dispozitive de stingere a arcului. Siguranţele fuzibile, la valoarea

curentului stabilit pentru acţionare, întrerup circuitul prin arderea fuzibilului. Pentru

circuite de puteri mari se folosesc siguranţe speciale cu mare putere de rupere tip

MPR.

4.2 Protecţia reţelei de distribuţie a energiei electrice

În reţelele electrice de distribuţie pot apare două regimuri anormale de lucru:

scurtcircuitul şi suprasarcina. În ambele cazuri cablurile reţelei sunt parcurse de

curenţi care depăşesc valorile nominale pentru care a fost stabilită secţiunea

cablurilor. Sub acţiunea acestor curenţi se scurtează durata de serviciu a cablurilor.

Protecţia reţelei de distribuţie a energiei electrice, aşa cum se prezintă în figura

4.1., se realizează pe secţiuni separate.

Protecţia la suprasarcină şi scurtcircuite pentru secţiunea de la generator, G , la

tabloul principal de distribuţie, TPD, este calculată pentru curentul nominal debitat

de generator şi se asigura cu aparatura de protecţie a generatorului. Protecţiile pe

secţiunile de reţea între TPD şi consumatori precum şi între tablourile de distribuţie,

TD şi consumatori sunt calculate în funcţie de curenţii nominali ai consumatorilor.

Protecţia acestor secţiuni se realizează cu aparatele care protejează consumatorii. Pe

secţiunea dintre TPD şi TD cablul este calculat pentru suma consumatorilor

conectaţi la TD.

Fig. 4.1 Schema protecţiei reţelei de distribuţie a energiei electrice la

suprasarcini şi scurtcircuite

183

Curentul de scurtcircuit poate apare în oricare punct al reţelei de distribuţie a

energiei electrice. În cazul în care scurtcircuitul se produce în punctul 1K (figura 4.1)

curentul de scurtcircuit, i.s.c., parcurge traseul de la generatorul G până în punctul

1K trecând pe rând prin toate secţiunile reţelei şi între-rupătoarele automate

321 a,a,a . Valoarea curentului de scurtcircuit depăşeşte, de regulă, valorile curenţilor

stabiliţi pentru acţionarea aparatelor de protecţie şi ca urmare toate primesc impuls

de acţionare.

Pentru a evita decuplarea întregului sistem electric atunci când se produce un

scurtcircuit, aparatele de protecţie trebuie să asigure selectivitate la decuplarea

secţiunilor de reţea. În cazul dat se deconectează numai automatul 3a care este cel

mai apropiat de punctul de scurtcircuit.

În principiu, selectivitatea protecţiei reţelei la scurtcircuite se obţine prin reglarea curenţilor de acţionare pentru aparatele de protecţie. Acest procedeu se aplică în cazul protecţiei cu siguranţe fuzibile.

În cazul folosirii pentru protecţie a întrerupătoarelor automate, selectivitatea protecţiei poate fi realizată prin reglarea timpilor de acţionare la deconectare în zona scurtcircuitului corespunzător cu caracteristica timp – curent a întrerupătorului automat. La folosirea acestui sistem selectivitatea se obţine prin micşorarea timpului de decuplare al automatelor de la sursă spre consumator, adică trebuie să se realizeze

condiţia 321 ttt ş.a.m.d. În aceste condiţii, în cazul scurtcircuitului în punctul

1K primul aparat care deconectează este 3a . Dacă scurtcircuitul este în punctul 2K ,

primul aparat care deconectează este 2a ş.a.m.d.

Întrerupătoarele automate folosite pentru protecţie sunt de diferite tipuri constructive, în funcţie de firmele care le produc . În general timpii de acţionare ale acestora pot fi reglaţi pentru s33,0,s15,0,s05,0 sau s1 .

Pentru scurtarea duratei de menţinere a scurtcircuitului, în cazul în care timpul

de declanşare al automatului nu este mai mic de s15,0 , se folosesc pentru protecţia

reţelelor întrerupătoare automate şi siguranţe fuzibile. În această situaţie protecţia la scurtcircuit este asigurată de siguranţele fuzibile al căror timp de acţionare este în

limitele .s05,001,0 iar la suprasarcină de către întrerupătorul automat. Selectivitatea după curent a protecţiei reţelei se asigură prin faptul că aparatele

dispuse în apropierea scurtcircuitului se reglează pentru un curent de declanşare mai mic decât aparatele dispuse mai departe de punctul de scurtcircuit. Prin aceasta se asigura ca la scurtcircuit să declanşeze cel mai apropiat aparat, iar cele mai depărtate nu vor reacţiona . De exemplu, pentru schema din figura 4.1, protecţia după curent este asigurată dacă:

act.3s.c.1act.2 iii

184

unde:act.2i - curentul de acţionare al aparatului 2

act.3i - curentul de acţionare al aparatului 3

1.c.si - curentul de scurtcircuit în punctul

1K .

La scurtcircuit în punctul 2K selectivitatea după curent, asigură:

act.22.c.sact.1 iii

unde: 2.c.si este curentul de scurtcircuit în punctul 2K .

Selectivitatea protecţiei după curent se foloseşte în unele cazuri în care nu este

raţional să se folosească automate selective în raport cu timpul care au gabarite şi costuri ridicate şi de asemenea în cazurile când reţeaua are multe porţiuni înseriate,

iar folosirea protecţiei selective în raport cu timpul necesită mai mult de 5 trepte. Pentru asigurarea selectivităţii după curent se folosesc de obicei automate

neselective şi siguranţe. La scurtcircuite selectivitatea după curent este asigurată de arderea siguranţelor iar automatul nu lucrează. După cum arată experienţa siguranţele asigură o bună selectivitate a protecţiei după curent atunci când la conectarea în serie a treptelor de protecţie valorile curenţilor de acţionare se

deosebesc unul faţă de celălalt de 43 ori. Trebuie menţionat că pentru realizarea protecţiei după curent este necesar să se

efectueze în prealabil calculul curenţilor de scurtcircuit în reţeaua electrică şi pe această bază se efectuează alegerea aparatelor. Selectivitatea protecţiei după timp presupune costuri mai ridicate dar, în acelaşi timp, este mai sigură în comparaţie cu selectivitatea după curent.

4.3 Protecţia generatoarelor

În procesul exploatării generatoarelor electrice sunt posibile apariţia unor regimuri anormale de lucru. În continuare se prezintă câteva forme de avarii posibile şi regimuri anormale:

- scurcircuitarea spirelor înfăşurării de excitaţie prin scurtcircuit între spire sau punerea la masă în două puncte. Efectul este stricarea simetriei câmpului magnetic şi producerea vibraţiilor maşini

- avarierea înfăşurării induse de pe stator ca urmare a deteriorării izolaţiei acesteia. În acest caz apariţia arcului electric conduce la deteriorarea miezului de

fier, aprinderea izolaţiei înfăşurărilor şi declanşarea incendiului în generator - regimul anormal produs de şocul curentului datorat unor scurtcircuite

exterioare

- regimul anormal care apare la trecerea generatorului în regim de motor. Acest regim poate apare la funcţionarea în paralel a generatoare lor.

185

Avariile generatoarelor pot duce la deteriorarea funcţionării fără întrerupere a

celorlalte părţi ale sistemului electroenergetic. Pentru a asigura funcţionarea normală a centralelor electrice navale,

generatoarele sunt prevăzute cu următoarele protecţii:

a) protecţia de curent la scurtcircuite exterioare şi suprasarcini b) protecţia de putere inversă

c) protecţia diferenţială la scurtcircuite interioare d) protecţia de punerea la masă a unei faze. Se asigură prin controlul

permanent al stării izolaţiei

e) automat de stingere a câmpului magnetic. Rolul şi funcţiile automatului de stingere a câmpului au fost prezentate în paragraful 4.3.

4.3.1 Protecţia la scurtcircuite exterioare şi suprasarcini

Curenţi mari care apar la scurtcircuite exterioare sunt produşi la at ingerea între conductorii de pe faze diferite sau între barele TPD ca urmare a deteriorării rezistenţei de izolaţie.

La producerea scurtcircuitului, protecţia generatorului trebuie să acţioneze rapid prin deconectarea generatorului. În acest scop întrerupă toarele automate folosite pentru cuplarea generatoarelor la barele TPD sunt prevăzute cu relee maximale de protecţie.

În figura 4.2 se prezintă schema electrică de principiu a unui întrerupător automat tip OROMAX.

La aplicarea tensiunii de comandă prin contactele închise CB şi CF este alimentat motorul electric, M, de armare a resoartelor. După terminarea armării resoartelor se deschide contactul CF prin care se întrerupe alimentarea motorului electric şi se închide contactul CF (5-6) prin care se alimentează lampa de semnalizare „Resoarte armate”.

Comanda de cuplare a întrerupătorului se dă prin apăsarea pe butonul I. Este alimentat electromagnetul de închidere EI (1-2) care efectuează cuplarea întrerupătorului automat. În prezenţa tensiunii nominale, declanşatorul de tensiune minimă, DTm, execută prin acţionarea unui clichet blocare întrerupătorului în poziţia închis, menţinându-se situaţia şi după încetarea apăsării butonului „I”. Cuplarea întrerupătorului automat este semnalizată de stingerea lămpii LR (lumină roşie) şi aprinderea lămpii LV (lumină verde).

Pentru deconectarea voită a întrerupătorului se apasă pe butonul „O” din circuitul electromagnetului de deschidere, ED. Este alimentat electromagnetul ED care realizează deconectarea întrerupătorului automat. În cazul în care, pe timpul funcţionării, deconectarea se face automat ca urmare a acţiunii protecţiei, se întrerupe circuitul de alimentare al declanşatorului de tensiune minimă, DTm, se înlătură blocarea mecanică şi sub acţiunea resoartelor se realizează deconectarea întrerupătorului automat.

186

Fig. 4.2 Întrerupătorul automat OROMAX

1 – schema electrică de comandă

2 – schema electrică de legături

Legendă:

I – curent de sarcină

D – declanşator de curent EI – electromagnet de închidere E

D

– electromagnet de deschidere

CS – contact de semnalizare „Resoarte

armate” D

Tm – declanşator de tensiune minimă

CSD

– contact de semnalizare „Deschis prin declanşatoare”

C7-C4

– contacte auxiliare dreapta

C9

-C12

– contacte auxiliare stânga

I – buton închidere

O – buton deschidere

187

L

V

– lampă de semnalizare culoare verde

LR

– lampă de semnalizare culoare roşie

CB

– contacte de de blocare

CF – contact de fine de cursă al motorului M – motor electric pentru armarea resoartelor PF

s

– fişă – priză stânga

PF

d

– fişă – priză dreapta

- - -

– legături numai pentru întrerupătoare debranşabile

Declanşatorul de tensiune minimă, DTm, acţionează la scăderea tensiunii de

alimentare sub 0,7 Un sau la anularea acesteia. Protecţiile la scurtcircuite şi suprasarcini realizează deconectarea întrerupătorului automat acţionând indirect prin intermediul declanşatorului de tensiune minimă. În caz de scurtcircuite sau suprasarcini se deschid contactele acestor relee „O” şi se întrerupe circuitul de alimentare al declanşatorului de tensiune minimă care realizează deconectarea întrerupătorului automat. Deconectarea automată ca urmare a acţiunii protecţiei este semnalizată prin comutarea contactelor CDS. Se deschide contactul CSD (1-3), se stinge lampa de semnalizare cu lumină albă şi se închide contactul CSD (1-2) care aprinde lampa de semnalizare cu lumină roşie indicând faptul că deconectarea întrerupătorului automat s-a făcut ca urmare a acţiunii protecţiei.

Suprasarcina generatoarelor se poate produce la apariţia uneia sau mai multe din

următoarele cauze: pornirea unor motoare asincrone de putere mare, repartiţia neuniformă a sarcini între generatoare, decuplarea de la funcţionarea în paralel a unui generator, creşterea sarcini cerută de consumatori.

Caracteristicile tehnice ale întrerupătoarelor automate din seria OROMAX sunt prezentate în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1

In [A]

Capacitatea de

închidere [kA]

Capacitatea de

rupere [kA]

Durata totală

de întrerupere [ms]

1.000 125 52 30÷35

1.600 125 52 30÷35

2.000 130 55 30÷35

2.500 130 55 30÷35

188

4.000 135 57 35÷40

Depăşirea curentului nominal, în cazul suprasarcinii, până la de 2 ori valoarea

nominală, poate fi suportată un timp limitat fără a pune în pericol generatorul. Protecţia la suprasarcină trebuie să acţioneze temporizat pentru a evita acţiunea

acesteia în cazul unor şocuri de scurtă durată cum ar fi cele create de pornirea unui motor asincron de putere mare.

În cazul apariţiei suprasarcinii la un generator, deconectarea acestuia de către

protecţie ar duce la supraîncărcarea generatoarelor rămase în funcţiune şi astfel rând pe rând sunt deconectate toate generatoarele care funcţionează în paralel rezultând în

final scoaterea centralei electrice din funcţionare. Pentru a evita o asemenea situaţie, temporizarea acţiunii protecţiei, permite în unele cazuri, intervenţia personalului de serviciu pentru reducerea sarcinii prin deconectarea unor consumatori neesenţiali, iar

în alte cazuri, această deconectare se face automat la apariţia suprasarcinii.

În figura 4.3 se prezintă o schemă de protecţie selectivă la suprasarcină îm care pentru protecţia selectiva la suprasarcină se folosesc releele electromagnetice de curent d1, d2, d3 conectate pe curenţi de fază ai generatorului, releul intermediar d4, releele de

timp d5, d6, d7 şi declanşatoarele de tensiune minimă aparţinând întrerupătoarelor automate a1, a2, a3 care conectează grupele de consumatori I, II, III enumerate în ordinea

crescătoare a importanţei lor. Protecţia de suprasarcină acţionează la depăşirea curentului nominal. Curentul de

acţionare al releelor de curent este:

1,1kcareinIkI sGnsact (4.1)

Prin închiderea uneia sau mai multe din contactele releelor ,d,d,d 321 este

alimentat releul intermediar 4d . La închiderea contactului

4d sunt puse sub tensiune

releele de timp. Releele de timp sunt reglate cu întârzieri diferite astfel că după 4 s

acţionează primul releu 5d şi prin deschiderea contactului său întrerupe alimentarea

declanşatorului de tensiune minimă care provoacă deconectarea întrerupătorului

automat 1a .

În cazul în care după deconectarea grupei I de consumatori suprasarcina

continuă să se menţină, atunci după 4s acţionează releul de timp 6d şi se decuplează

a doua grupă de consumatori. Dacă suprasarcina continuă mai mult de 14 s intră în

acţiune şi releul 7d care deconectează a treia grupă de consumatori.

Deconectarea în trepte a grupelor de consumatori permite eliminarea suprasarcinii, preîntâmpină scoaterea de sub tensiune a centralei electrice şi asigură

funcţionarea fără întrerupere a consumatorilor esenţiali pentru siguranţa navei.

189

În situaţii mai deosebite dacă în urma acţiunii protecţiei selective de suprasarcină

aceasta continuă să se menţină, atunci, după 20s intră în funcţiune şi releul 8d care

decuplează generatorul de la barele TPD.

Figura 4.3 Schema de protecţie selectivă la suprasarcină

4.3.2 Protecţia la putere inversă

Dezvoltarea sistemelor electroenergetice navale ca urmare a trecerii treptate la etape superioare de automatizare complexa a proceselor ce se desfăşoară la bordul navelor, a

condus la creşterea consumului de energie electrică. Pentru acoperirea necesarului de consum în centralele electrice funcţionează în paralel mai multe generatoare.

190

La funcţionarea în paralel a generatoarelor apare posibilitatea treceri unui

generator în regim de motor atunci când tensiunea produsă de acesta este mai mică decât tensiunea de la barele TPD produsă de celelalte generatoare. Scăderea tensiunii generatorului şi trecerea lui în regim de motor poate fi cauzată de avarii

produse la motorul primar de antrenare (întreruperea alimentării cu combustibil, deteriorarea cuplajului mecanic dintre motor şi generator) sau pe partea electrică

(întreruperea excitaţiei generatorului). În astfel de cazuri, generatorul fiind cuplat în paralel cu alte generatoare, trece în regim de motor şi devine consumator de energie electrică.Funcţionarea generatorului în regim de motor nu este admisă şi el trebuie

să fie deconectat pentru a nu încărca generatoarele aflate in funcţionare normală În acest scop generatoarele navale sunt prevăzute cu protecţie la putere inversă.

În centralele electrice de curent alternativ protecţia la putere inversă se realizează după mărimea curentului şi după faza acestuia comparativ cu faza tensiuni de la bare. Protecţia la putere inversă în centralele electrice de curent continuu acţionează în

funcţie de mărimea curentului şi de sensul acestuia în comparaţie cu tensiunea de la bare.

Protecţia generatoarelor de curent alternativ la putere inversă se realizează frecvent cu relee construite după principiul inducţiei electromagnetice. În fig. 4.4 se prezintă schema de protecţie la putere inversă pentru un generator de curent

alternativ realizată în variantele: cu releu de inducţie şi cu releu cu semiconductoare. Circuitul magnetic este alcătuit din miezurile 1, 2 şi discul de aluminiu 3 dispus

între miezuri şi fixat pe un ax. Sistemul de contacte ale releului, care nu este arătat pe figură, este alcătuit dintr-un contact mobil fixat pe axul discului.

Releul are două înfăşurări: înfăşurarea de curent 4 dispusă pe miezul superior 1

şi conectată în circuitul secundar al transformatorului de curent montat în circuitul generatorului şi înfăşurarea de tensiune 5 dispusă pe miezul inferior şi conectată la

transformatorul de tensiune.

191

Fig. 4.4 schema de protecţie a generatorului la putere inversă

a – cu releu de inducţie, b – cu elemente semiconductoare.

În figura 4.5 se prezintă schema sistemului magnetic al releului de inducţie.

Fig. 4.5 Circuitul magnetic al releului de inducţie (a) şi

diagrama fazorială a tensiunii şi curenţilor (b)

În figura 4.5.b. se prezintă diagrama vectorială a tensiunilor şi curenţilor.

Curentul Ir al înfăşurării de curent este în urma tensiunii Ur cu unghiul r . Curentul

din înfăşurarea de tensiune uI este defazat faţă de tensiune cu un unghi oarecare,

u , dependent de raportul între rezistenţa şi reactanţa înfăşurării de tensiune.

192

Fluxurile i şi

u create de curenţii rI şi

uI sunt defazate în raport cu curenţii, cu

un unghi determinat de pierderile în fier ale circuitului magnetic. În acest fel în

dispozitivul de inducţie există două câmpuri decalate în spaţiu cu un unghi de 90o şi ca fază cu unghiul .

Curenţii induşi de câmpurile ui si în discul de aluminiu determină un moment

de rotaţie al acestuia.

sinkM uirot (4.2)

În funcţionare normală, atunci când geratorul debitează curent şi putere în reţea

momentul de rotaţie exercitat asupra discului acţionează în sensul de deschidere a contactelor.

La trecerea generatorului în regim de motor se schimbă cu 140o sensul curentului

rI , se inversează sensul cuplului de rotaţie şi discul releului se roteşte în sens

contrar, adică în sensul de închidere a contactelor releului. Întârzierea de timp a

releului este reglată în funcţie de distanţa care trebuie parcursă de disc până în momentul închiderii contactelor. Prin închiderea contactului releului se dă impulsul

de declanşare a întrerupătorului automat şi generatorul este decuplat de la bare. Releul de putere inversă poate fi reglat pentru a acţiona la o putere inversă egală

cu 6,9 sau 12% din puterea nominală.

Releul de putere inversă de tip inductiv prezintă unele neajunsuri cum ar fi: inerţie mare, precizie redusă în stabilirea parametrilor de acţionare, dependenţă de

frecvenţă, acţionare eronată la şocuri sau vibraţii mari, ş.a. În ultimul timp îşi găsesc o aplicaţie largă releele de putere inversă cu

semiconductoare. Un exemplu îl reprezintă schema prezentată în figura 4.4.b.

Releul de putere inversă cu semiconductoare este realizat după principiu redresorului sensibil la fază şi se compune din: transformatorii Tr1, Tr2, redresorii

21, dd RR şi elementul de execuţie compus din releele 21 d,d .

În conformitate cu schema de conectare, primarul transformatorului 1Tr este

parcurs de un curent proporţional valoarea curentului debitat de generator iar

primarul transformatorului 2Tr este alimentat de la tensiunea generatorului şi este

parcurs de un curent proporţional cu aceasta.

Întrucât redresorul 1dR este conectat la suma geometrică a tensiunilor.

da1Rd UUU (4.3)

iar redresorul 2dR la diferenţa geometrică a tensiunilor .

cb2Rd UUU (4.4)

rezultă că :

193

2Rd1Rd UU (4.5)

La trecerea generatorului în regim de motor se modifică cu 140o faza curentului având ca rezultat schimbarea raportului între tensiunile redresate şi relaţ ia (4.5)

devine:

1Rd2Rd UU (4.6)

Releul 1d este un releu de curent continuu şi acţionează în funcţie de sensul

curentului redresat. Acest releu este astfel reglat încât anclanşează atunci când sensul puterii este invers, adică de la barele centralei spre generator. Prin intermediul

releului de timp, 2d , se stabileşte întârzierea necesară la deconectarea generatorului

care lucrează în regim de motor.

Protecţia la putere inversă a generatoarelor de curent continuu se realizează cu relee electrodinamice, electromagnetice sau magnetoelectrice de curent invers.

La trecerea generatorului de curent continuu în regim de motor se inversează

sensul curentului. Acest fenomen este utilizat pentru protecţie de putere inversă. În figura 4.6. se prezintă schema unui releu de curent invers de tip electrodinamic.

Fig. 4.6. Schema de principiu a unui releu de curent invers de tip

electrodinamic

Pe miezul electromagnetic 1 este dispusă înfăşurarea de curent 2 conectată în

serie în circuitul generatorului. Înfăşurarea de tensiune 3 se dispune pe rotorul 4 şi se conectează la tensiunea reţelei. Rotorul releului este fixat pe axul 5 şi se poate roti

cu un unghi oarecare.

194

În regim normal de lucru interacţiunea dintre câmpurile magnetice ale

înfăşurărilor de curent şi de tensiune creează un cuplu care este compensat resortul 6 şi drept urmare contactul 7 este deschis.

La trecerea generatorului în regim de motor, se schimbă sensul curentului prin

generator şi deci şi sensul curentului prin înfăşurarea de curent a releului. Cuplul de rotaţie îşi schimbă sensul şi sub acţiunea resortului se închide contactul 7. Prin

închiderea contactului releului, se dă impulsul de declanşare al întrerupătorului automat şi generatorul este deconectat de la bare. Valoarea curentului invers de

acţionare a protecţiei de putere inversă, de regulă, se alege Gn.inv.cr I)2,015,0(I .

4.3.3 Protecţia diferenţială a generatoarelor

În procesul de exploatare al generatoarelor poate apare pericolul producerii unui scurtcircuit în interiorul generatorului sau pe traseul de la generator până la T:P.D. Această porţiune nu este protejată de întrerupătorul automat al generatorului şi singura

posibilitate de a evita producerea unei avari în această zonă este st ingerea câmpului magnetic cu dispozitive prezentate în paragraful 4.3.

În schemele generatoarelor de mare putere, folosite în deosebi la propulsia electrică, pentru mărirea eficacităţii protecţiei la scurtcircuite interioare se foloseşte protecţia diferenţială. În ultima vreme, legat de creşterea continuă a puterii

centralelor electrice navale, protecţia diferenţială a generatoarelor a început să fie utilizată şi în sistemele electroenergetice navale.

Protecţia diferenţială pentru o porţiune de circuit poate fi realizată, în principiu, după două scheme: schema circulaţiei de curent sau schema echilibrului tensiunilor. Schema de protecţie diferenţială cu circulaţie de curent la scurtcircuite interioare

este prezentată în figura 4.7.

Fig. 4.7 Schema de principiu a protecţiei diferenţiale cu curent de circulaţie

195

Protecţia diferenţială cu circulaţie de curent acţionează la diferenţa curenţilor de la începutul şi sfârşitul porţiunii de circuit protejată şi este cea mai precisă şi mai sensibilă.

La limitele porţiunii de circuit protejat sunt montate transformatoarele de curent m1 si m2 ale căror înfăşurări secundare formează un circuit serie comun.

În paralel cu acest circuit se conectează bobina releului d de impedanţă Zp. În figura 4.4. se prezintă schema echivalentă a circuitului secundar de protecţie diferenţială.

Fig. 4.8 Schema echivalentă a circuitului secundar de protecţie diferenţială

Din scrierea teoremelor lui Kirchhoff pentru schema echivalentă rezultă:

pp111 ZIZIE (4.7)

pp222 ZIZIE (4.8)

p21 III (4.9)

unde: Z1, Z2 sunt impedanţele înfăşurărilor secundare ale transformatoarelor m1

şi m2 . Rezolvând sistemul în raport cu Ip se obţine:

)ZZ(ZZZ

ZEZEI

21p21

2211

p

(4.10)

In regim normal de funcţionare, curenţii în primarele transformatoarelor de

curent au aceleaşi valori şi 21 EE iar 0I p . Situaţia este aceeaşi şi în cazul unui

scurtcircuit produs în afara zonei protejate, de exemplu în punctul K1.

În cazul unui scurtcircuit produs în porţiunea de circuit protejată, de exemplu în

K2, curentul primar în transformatorul m2 devine 0 şi 0E2 . Atunci:

196

p1

1p

Z2Z

EI

(4.11)

Apariţia curentului Ip duce la anclanşarea releului d şi prin intermediul

contactului acestuia se dă impulsul de deconectare a întrerupătorului automat. Pentru funcţionarea sigură a releului d, impedanţa acestuia are valoare mică, astfel încât pentru valori mici ale tensiunii aplicate să se poată stabili un curent Ip suficient

pentru anclanşarea releului.

4.3.4 Relee electronice de protecţie

În ultima vreme releele de protecţie de tip electromagnetic, magnetoelectric,

electrodinamic sau de inducţie sunt înlocuite cu relee electronice. Releele electronice cu semiconductoare prezintă o serie de avantaje comparativ cu celelalte

tipuri de relee cum ar fi: timp scurt de acţionare, siguranţă mai mare în funcţionare, posibilităţi mărite de fixare precisă a valorilor limită la care acţionează, reducerea influenţei temperaturii mediului asupra parametrilor de funcţionare, masa şi gabarite

reduse, consum redus de energie electrică. În continuare se prezintă principiile de funcţionare a câtorva tipuri de relee electronice.

Traductor de curent activ realizat sub forma unei punţi de rezistenţe,

41 RR care transformă componenta activă a curentului generatorului, IG, în

tensiune continuă furnizată la ieşire, Uieş.

Fig. 4.9 Schema traductorului de curent activ

Pe una din diagonalele punţii se aplică tensiunea generatorului, UG, iar pe

cealaltă diagonală se obţine tensiunea de ieşire Uieş. Redresorii n1 şi n2 redresează curentul determinat de tensiunea UG iar prin

rezistenţele R1, R2 trece curentul de la transformatorul de curent TrC proporţional cu

valoarea curentului de sarcină al generatorului, IG. În figura 4.10 sunt prezentate diagramele vectoriale ale tensiunilor sistemului de

măsurare a curentului activ.

197

La mersul în gol al generatorului )0I( G puntea este echilibrată, Uieş.=0.

Echilibrul punţii se strică la apariţia curentului de sarcină al generatorului. Trecând

prin rezistenţele R1, R2 acest curent produce căderile de tensiune UR1, UR2 care se adună cu căderile de tensiune de pe aceleaşi rezistenţe produse de tensiunea generatorului.

Dacă curentul generatorului este pur reactiv, defazajul dintre tensiune şi curent

este o90 , atunci, după cum se vede din figura 4.10 b., tensiunile de pe ramurile

cu rezistenţele R1, R2 sunt egale ca mărime, UR1=UR2, cresc în aceeaşi măsură iar

tensiunea de la ieşirea traductorului este nulă. Aşadar, tensiunea de la ieşirea traductorului de măsură este proporţională cu

componenta activă a curentului generatorului. Precizia determinării componentei

active a curentului este cu atât mai mare cu cât este mai mare valoarea tensiunii aplicată de la generator în comparaţie cu căderile de tensiune produse de curentul de

sarcină pe rezistenţele punţii. Rezistenţa reglabilă R5 este folosită pentru acordul traductorului.

Pentru factorul de putere 0 sau o90 , figura 4.10 a şi c, echilibrul punţii

se strică şi tensiunea de la ieşirea traductorului este proporţională cu diferenţa tensiunilor U1 şi U2.

Întrucât căderile de tensiune UR1, UR2, sunt mici în comparaţie cu valorile tensiunilor U1 şi U2 şi egale între ele ca valoare absolută, atunci se poate aproxima:

R2R1R21 UUU,UOA,UOC .

Fig. 4.10 Diagramele vectoriale ale tensiunilor traductorului de curent activ.

198

Luând în considerare aceste aproximări, din figura 4.10 c se poate scrie:

cosUUU;cosUUU 2RG21RG1 (4.12)

şi rezultă:

kIacosU2UUU R21ies (4.13.)

unde Ia este componenta activă a curentului generatorului. Releul electronic de sarcină, reprezentat în figura 4.11, urmăreşte încărcarea

generatorului şi sesizează apariţia suprasarcinii.

Fig. 4.11 Schema releului electronic de sarcină

La intrarea acestui releu se aplică tensiunea de ieşire a traductorului de curent

activ, proporţională cu încărcarea generatorului. La sarcina normală a generatorului, tranzistorul T1 este închis. În acest regim

tensiunea aplicată la intrare, de la traductorul de curent activ, este sub pragul de deschidere al diodei stabilizatoare n1. Tranzistorul T1 fiind închis, de la colectorul lui se aplică un potenţial negativ pe baza tranzistorului T2, în comparaţie cu potenţialul emitorului acestui tranzistor. Ca urmare joncţiunea E-B a tranzistorului T2 este parcursă de curent. Alegând corespunzător rezistenţele se obţine deschiderea complectă a tranzistorului T2, şi corespunzător, căderile de tensiune pe rezistenţa legăturii inverse. R7, realizează blocarea tranzistorului T1. În această situaţie condensatorul C1 este şuntat de tranzistorul T2 şi rezistenţa mică a legăturii inverse, R7. Valoarea tensiunii la bornele condensatorului este mică, sub pragul de deschidere a diodei stabilizatoare n2. Este blocat circuitul curentului prin joncţiunea E-B a tranzistorului T3. Ca urmare pe trecerea E-B a tranzistorului T4 tensiunea este suficientă pentru ca această trecere să fie deschisă. Cât timp tranzistorul T4 este deschis, tranzistorul T5 este închis şi curentul prin releul de execuţie d1 este nul. În această situaţie nu se transmite nici un semnal pentru elementele următoare.

În cazul în care generatorul funcţionează în suprasarcină se măreşte tensiunea aplicată de la traductorul de curent activ până la valoarea care depăşeşte pragul de deschidere a diodei stabilizatoare n1. În această situaţie tranzistorul T1 se deschide iar tranzistorul T2 se închide. Condensatorul C1 începe să se încarce prin rezistenţele R6, R4. Durata încărcării condensatorului constituie timpul de întârziere la acţionare

199

al releului. Atunci când tensiunea pe condensator depăşeşte tensiunea de prag a diodei stabilizatoare n2, tensiunea se aplică pe baza tranzistorului T3. Tranzistorul T3 se deschide şi este şuntată joncţiunea E-B a tranzistorului T4. În final se deschide tranzistorul T5 şi releul d1 este parcurs de curent. Releul d1 anclanşează şi prin contactele sale dă comenzile necesare pentru reducerea sarcinii.

La revenirea sarcinii generatorului în limitele normale, tranzistoarele din schemă revin în poziţia iniţială şi releul d1 este deconectat.

Alimentarea releului electronic de sarcină se face de la transformatorul Tr prin redresor şi filtru cu condensator.

Releul electronic pentru o treaptă de deconectare selectivă stabileşte selectivitatea protecţiei la suprasarcină. La apariţia suprasarcinii acţionează releul de sarcină prezentat în figura 4.11. şi prin contactele releului d1 sunt puse în funcţiune releele electronice de treaptă care stabilesc timpii după care acţionează protecţia selectivă prin deconectarea pe rând, într-o anumită ordine, a grupelor de consumatori. Schema releului pentru o treaptă de deconectare este prezentată în figura 4.12. Schema este aceeaşi pentru toate treptele de protecţie.

La apariţia suprasarcinii generatorului, releul electronic de suprasarcină închide contactele releului d1 şi încep să se încarce condensatoarele C1 de pe toate treptele de deconectare. Pentru trepte diferite, valorile condensatoarelor C1 sunt diferite realizându-se pe această cale valori diferite ale timpilor de reţinere pe trepte. Releul primei trepte are cea mai mică reţinere de timp şi ca urmare va fi primul la care tensiunea pe condensatorul C1 ajunge la valoarea de prag şi se deschide dioda stabilizatoare n.

Când se ajunge la valoare de prag şi se deschide dioda stabilizatoare, tensiunea se aplică pe baza tranzistorului T1 care se deschide. Anclanşează trigerul T2, T3 şi este alimentat releul d2. Prin contactele releului d2 se dă semnalul de deconectare a alimentării consumatorilor din grupa Ia.

Fig. 4.12 Schema releului electronic pentru o treaptă de deconectare

Analog lucrează şi releele corespunzătoare următoarelor trepte de deconectare. Dacă

deconectarea primei trepte se reduce suprasarcina generatorului sub valoarea de

200

anclanşare a releului de sarcină acesta îşi deschide contactele şi întrerupe

funcţionarea releelor electronice de pe treptele următoare. Releul electronic de tensiune minimă este prezentat în figura 4.13. Releul se compune din transformatorul Tr, redresorul Rd1, filtrul C1, tranzistorii

T1-T2 şi releul d. Pentru tensiunea nominală a generatorului dioda stabilizatoare n1 este străpunsă,

condensatorul C2 se încarcă, se deschid tranzistoarele T1, T3 şi releul d este parcurs de curent.

Fig. 4.13 Releul electronic de tensiune minimă

La scăderea tensiunii generatorului sub o anumită limită prestabilită se blochează

dioda stabilizatoare n1, condensatorul C2 se descarcă, asigurând întârzierea de timp necesară, după care se închide tranzistorul T3 şi se întrerupe curentul prin releul d.

Releul d printr-un contact normal închis comandă decuplarea generatorului de la bare şi pornirea agregatului de rezervă.

4.3.5 Schema electrică de echipare a unui generator sincron pentru

conectarea la barele T.P.D.

Pentru exemplificare se prezintă în continuare schemele electrice de echipare a

unui generator sincron din seria celor întâlnite frecvent în centralele electrice navale.

Schema electrică de alimentare a circuitelor de măsură şi protecţie este

prezentată în figura 4.14.

201

Pentru cuplarea generatorului la bare se foloseşte un întrerupător automat de tip

OROMAX. Declanşatorul de tensiune minimă, DTm, al automatului este alimentat

de la blocul releelor electronice de protecţie PGS (Protecţie Generator Sincron).

Circuitele de măsură şi protecţie sunt protejate cu siguranţe fuzibile.

În figura 4.15 sunt prezentate simplificat schemele electrice pentru aparatele de

măsură şi pentru blocul releelor de protecţie PGS.

Blocul de protecţie PGS conţine relee electronice de protecţie pentru: tensiune

minimă, suprasarcină, suprasarcină selectivă, scurtcircuit şi putere inversă. De

asemenea mai conţine un modul pentru verificarea integrităţii funcţionării schemei

de protecţie cu relee electronice. În cazul în care sunt defecţiuni se semnalează

defectarea blocului de protecţie şi se comandă decuplarea generatorului de la bare

până la remedierea defecţiunilor şi asigurarea funcţionării normale a schemei de

protecţie.

Blocul releelor de protecţie primeşte semnale de tensiuni proporţionale cu

curenţii de sarcină obţinute de la transformatoarele de curent mo4, mo5, mo6

montate pe fazele generatorului şi semnale proporţionale cu tensiunea generatorului

aplicate prin închiderea contactelor CF.

În funcţionare normală, de la blocul releelor de protecţie se alimentează

declanşatorul de tensiune minimă DTm, al întrerupătorului automat, care face posibilă

conectarea generatorului la bare.

La apariţia unei sau mai multe din avariile posibile: scurtcircuit, tensiune

minimă, suprasarcină, putere inversă, blocul de protecţie PGS prin acţionarea

contactelor releelor electronice întrerupe alimentarea declanşatorului de tensiune

minimă DTm şi decuplează generatorul de la bare. In acelaşi timp, acţ iunea

protecţiei este semnalizată optic şi acustic.

În cazul încărcării generatorului peste sarcină nominală acţionează mai întâi releul

de suprasarcină selectivă care prin contactele sale comandă decuplarea treptelor de

consumatori neesenţiali în scopul reducerii încărcării generatorului. Acţiunea acestui

releu nu comandă decuplarea generatorului şi de asemenea este semnalizată optic şi

acustic. În situaţia în care centrala nu este prevăzută cu gruparea consumatorilor

neesenţiali alimentaţi prin întrerupătoare automate distincte cu posibilităţi de

declanşare automată, la avertizarea releului de suprasarcină selectivă, personalul de

serviciu întreprinde măsuri de deconectare manuală a consumatorilor neesenţiali.

Dacă în urma acţiunii protecţiei de suprasarcină selectivă continuă să se menţină

regimul de suprasarcină atunci acţionează releul de suprasarcină care, cu temporizare,

realizează deconectarea generatorului de la bare.

202

Pentru semnalizarea acţiunii protecţiei, optică şi acustică, se folosesc releele de

semnalizare prezentate în figura 4.15 şi lămpile de semnalizare prezentate în figura

4.16. Schema de semnalizare este alimentată de la barele TPD prin transformator şi

redresor cu tensiunea de 24V curent continuu.

În condiţii normale contactele releelor electronice de protecţie sunt deschise şi

releele de semnalizare do2do7 nu sunt alimentate.

La producerea unei avarii, de exemplu putere inversă, se comută contactul releului

de protecţie P şi este alimentat releul do4. Prin închiderea contactelor releului do4 se

realizează: alimentarea releului de însumare a semnalelor do4 şi aprinderea lămpii de

semnalizare ho4 “Putere inversă”.

203

Fig

. 4.1

4 A

limen

tarea

circuite

lor d

e măsu

ră şi p

rotecţie

Destin

aţie

circ

uit

Gen

erator 240

KV

A

355

A 3

400V

, 50

Hz

Sig

ura

nţe

specia

le

Circ

uite

de

măsu

ră

Blo

cul re

leelo

r de

pro

tecţie

Circu

it de

sincro

nizare

Circ

uit d

e

com

andă

Ilum

inat

faţă

TPD

Serv

om

oto

r reglare

tu

raţie

Sig

ura

nţe

genera

le C

ircuite

de

măsu

ră C

ircuite d

e

sincro

nizare

204

Fig

. 4.1

5 S

chem

e el

ectr

ice

pen

tru

apara

te d

e m

ăsu

ră, b

locu

l re

leel

or

elec

tron

ice d

e p

rote

cţie

şi r

elee

de

sem

naliz

ări

Tem

por

izar

e şi d

ecuplare

consu

mato

ri n

eese

nţiali

B

locaj la

sc

urt

cir

cuit

Sem

nalizare

sonoră

R

ele

u însu

mare

ala

rme

Supra

sarc

ină

sele

ctivă

Defe

ct blo

c

pro

tecţie

Tensi

une

min

imă

Pute

re invers

ă S

up

rasa

rcin

ă

Scurt

cir

cuit

Anula

re

sem

nalizări

205

În acelaşi timp releul do4 prin comutarea contactului său pune în funcţiune

semnalizarea sonoră. De asemenea la producerea unei asemenea avarii se întrerupe

alimentarea declanşatorului de tensiune minimă, DTm şi generatorul este deconectat de

bare.

În cazul acţiunii protecţiei de suprasarcină selectivă este alimentat releul do7, se aprinde lampa de semnalizare ho7 “Suprasarcină selectivă” şi prin contactele

releului do7 este alimentat releul de însumare do4 care pune în funcţiune alarma sonoră şi de asemenea se dă impuls de deconectare a consumatorilor neesenţiali. După cum s-a mai menţionat, acţiunea releului de suprasarcină selectivă nu comandă

decuplarea generatorului de la bare.

În figura 4.16 sunt prezentate şi schemele electrice simplificate pentru

întrerupătoarele care comandă magnetizarea generatorului şi servomotorul de

reglare a turaţiei motorului primar. În cazul în care generatorul, rotit la turaţia

nominală, nu se autoexcită ca urmare a pierderii sau micşorării magnetismului

remanent, prin manevrarea întrerupătorului “Magnetizare ” se aplică înfăşurării de

excitaţie a acestuia tensiunea de 24V curent continuu obţinută de la o sursă

exterioară (baterie de acumulatori). De asemenea prin comutatorul “Reglare

frecvenţă” se comandă, într-un sens sau în celălalt sens, servomotorul care

reglează debitul de combustibil. Reglajul este necesar pentru ajustarea manuală a

frecvenţei în vederea sincronizării generatorului precum şi pentru echilibrarea

distribuţiei puterilor active între generatoare care funcţionează în paralel.

După cum este cunoscut, în cazul generatorului sincron este posibil ca la

pornirea lui în gol şi antrenarea cu turaţia nominală să nu se producă autoexcitarea

sau să se excite până la tensiune mai mică decât tensiunea nominală. În astfel de

situaţii, pentru a ajunge la tensiunea nominală se alimentează pentru scurt timp

înfăşurarea de excitaţie de la o sursă exterioară de curent continuu după care

sistemul de autoexcitare al generatorului este capabil să menţină tensiunea la

valoarea nominală.

Schema de comandă a întrerupătorului automat, prezentată în figura 4.16

interzice cuplarea întrerupătorului automat în cazul în care tensiunea generatorului

nu este nominală.

La valoarea nomina lă a tensiunii este alimentat contactorul de tensiune CU şi

prin contactul acestuia este alimentat contactorul cu reţinere de timp CT. După

trecerea timpului de întârziere, contactele contactorului CT închid circuitul de

alimentare al contactorului CF şi întrerupe alimentarea contactorului de tensiune

206

CU. Prin închiderea contactelor CF se aplică tensiunea generatorului la blocul de

protecţie PGS. De la blocul de protecţie se alimentează bobina declanşatorului de

tensiune minimă, DTm şi din acest moment cuplarea întrerupătorului automat al

generatorului devine posibilă.

În fig. 4.16 se prezintă schema electrică de conectare a întrerupătorului automat

OROMAX a cărui funcţionare a fost prezentată în paragraful 4.3.1. În acest caz

declanşatorul de tensiune minimă, DTm, este alimentat de la ieşirea blocului de

protecţie PGS. În situaţia normală este alimentat DTm la tensiunea nominală şi se

permite conectarea manuală, prin butoane a întrerupătorului. Deconectarea automată

ca urmare a acţiunii protecţiei se face prin deschiderea contactului şi întreruperea

alimentării declanşatorului de tensiune minimă. Deconectarea manuală poate fi

făcută prin apăsarea butonului „O” şi alimentarea electromagnetului ED sau prin

simularea acţiunii protecţiei şi apăsarea pe butonul „O” din circuitul DTm. În

ultimul caz, aprinderea lămpii de semnalizare h3, lumină roşie, indică faptul că

deconectarea s-a făcut ca urmare a acţiunii protecţiei.

207

Fig. 4.16 Scheme electrice de semnalizări şi de comandă a întrerupătorului

automat

208

TEST DE AUTOEVALUARE

1. Protecţia la suprasarcină acţionează: a) instantaneu; b) cu o temporizare de 1 – 10 secunde;

c) cu o temporizare de ordinul minutelor şi zecilor de minute; d) cu o temporizare de ordinul orelor.

2. La protecţia reţelelor electrice navale, timpul de acţionare al siguranţelor fuzibile este de : a) 1 – 2 secunde;

b) 5- 10 secunde; c) 0,1 – 1 secunde;

d) 0,01 – 0,005 secunde. LUCRARE DE VERIFICARE

Explicaţi funcţionarea releului electronic de sarcină.

RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1: c; 2: d.

209

Unitatea de învăţare nr. 5

AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE NAVALE

CUPRINS

Sisteme automate de conectare a rezervei şi de protecţie la suprasarcină.

Sisteme automate pentru controlul parametrilor sistemelor electroenergetice

OBIECTIVE

- descrierea sistemelor navale de asigurare a rezervei de energie electrică;

- categorisirea sistemelor de controlare a parametrilor sistemelor electroenergetice navale;

- explicarea modului de funcţionare a sistemului deconectării consumatorilor

neesenţiali.

5. Automatizarea sistemelor electroenergetice navale

5.1. Sistem automat de conectare a rezervei

Conectarea automată a rezervei de energie electrică măreşte siguranţa în funcţionare a sistemelor electroenergetice navale şi contribuie la alimentarea fără întrerupere a consumatorilor de energie electrică.

În calitatea de rezervă de energie electrică se foloseşte unul sau mai multe agregate diesel generatoare. Durata conectării agregatului de rezervă trebuie să fie minimă şi din acest punct de vedere cel mai bine corespund agregatele diesel - generatoare. În centralele electrice constituite din grupuri diesel-generatoare, în calitatea de rezervă poate fi folosit unul special destinat. In centralele electrice, cu agregate turbo-generatoare, pentru rezerva de energie se montează un diesel-generator.

În cazul în care sunt câteva agregate de rezervă, atunci la primirea semnalului de conectare a rezervei se asigură pornirea lor simultană. După cuplarea rezervei, în funcţie de sarcină, câteva agregate se opresc iar celelalte continuă să lucreze. Un asemenea procedeu de conectare a rezervei oferă siguranţă mare şi rapiditate în acţiune. Neajunsul constă în faptul că necesită menţinerea tuturor agregatelor de rezervă în starea de pregătire pentru pornire ceea ce sporeşte consumurile, iar pornirile dese ale acestora conduc la creşterea uzurii lor.

Folosirea unui singur agregat diesel-generator de rezervă simplifică schema de automatizare a pornirii şi menţine siguranţa şi rapiditatea intrării în funcţiune a rezervei. În acest caz la mărirea sarcinii centralei electrice peste valoarea stabilită intră în acţiune numai un agregat de rezervă.

Schema de conectare automată a rezervei dă semnalul de conectare atunci când încărcarea agregatelor generatoare care lucrează în centrala electrică depăşeşte sarcina

210

stabilită. De regulă nu este de dorit funcţionarea îndelungată a generatoarelor din sistemul elctroenergetic naval cu sarcina care depăşeşte 90% din puterea generatoarelor în funcţiune.

În acelaşi timp, după conectarea rezervei, la scăderea sarcinii sub 40% din puterea totală a generatoarelor care lucrează, sistemul automat dă semnalul de deconectare a agregatului diese l-generator de rezervă.

Intrarea în funcţionare a agregatului de rezervă se face atât în cazul apariţiei suprasarcinii cât şi în situaţia în care tensiunea la barele centralei scade sub o limită stabilită, de regulă 80% din tensiunea nominală.

În figura 20.1 se prezintă schema structurală a instalaţiei de cuplare a rezervei de energie.

Sistemul automat de conectare a rezervei se compune din: două traductoare de curent activ, TCA, releul electronic de depăşire a sarcinii stabilite, RS max, releul electronic de scădere a sarcinii până la valoarea minimă stabilită, RSmin, releul electronic de tensiune minimă, RTmin şi dispozitivele de execuţie DE1, DE2, DE3.

Fig. 5.1 Schema structurală a instalaţiei de conectare automată a rezervei de energie electrică.

Traductorul de măsurare a componentei active, releul electronic de sarcină maximă şi

releul electronic de tensiune minimă sunt de tipul celor prezentate anterior. Schema releului care acţionează la scăderea sarcinii RSmin, este în principiu aceeaşi cu

ceea a releului de sarcină maximă având alte valori pentru elementele componente care asigură funcţionarea la sarcină minimă. Descrierea funcţionării se face urmărind schema releului de sarcină prezentată în figura 4.11 sau 5.1.1

211

Fig. 5.1.1 Releu de sarcină minimă La funcţionarea normală a generatorului, cu încărcarea mai mare de 40%, tensiunea de

la ieşirea traductorului de curent activ, depăşeşte pragul de deschidere al diodei stabilizatoare n1. Se deschide tranzistorul T1 şi se închide tranzistorul T2. Condensatorul C1 se încarcă prin R6 şi R8 şi, cu o reţinere de timp mică, se deschide tranzistorul T3 care blochează tranzistorul T4 şi se deschide tranzistorul T5 care alimentează releul d1. Releul de execuţie d1 declanşează, contactul său normal închis se deschide şi în această situaţie nu se trimite semnal la dispozitivul de execuţie , DE2.

La scăderea sarcinii generatorului sub limita stabilită, de regulă 40% din sarcina nominală, scade semnalul de tensiune de la traductorul de măsurare a curentului activ şi dioda stabilizatoare n1 se blochează. Ca urmare tranzistorul T1 se închide şi în schimb se deschide tranzistorul T2. Tensiunea pe joncţiunea E-B a tranzistorului T2 se micşorează treptat pe măsură ce se descarcă condensatorul C1 până la anulare, după circa 6-8 s secunde. Din acest moment se închide tranzistorul T3, se deschide tranzistorul T4 şi se închide tranzistorul T5. Releul de execuţie d1 nu mai este alimentat, se închide contactul său normal închis şi prin închiderea acestui contact se dă impuls de comandă la dispozitivul de execuţie care comandă oprirea agregatului diesel-generator de rezervă.

Schema releului de tensiune minimă este prezentată în figura 5.1.2. Elementele componente ale schemei sunt astfel alese încât asigură funcţionarea necesară pentru schema din figura 5.1.

Fig. 5.1.2 Schema releului de tensiune minimă

La tensiunea normală a barelor TPD dioda stabilizatoare n este în conducţie,

condensatorul C2 se încarcă, tranzistorii T1, T3 se deschid şi releul d este alimentat.

212

Contactul normal închis al acestui releu se deschide şi nu se dă semnal spre dispozitivul de execuţie. Când tensiunea scade sub valoarea stabilită, practic 80% din tensiunea nominală, se blochează dioda stabilizatoare n, condensatorul C2 se descarcă asigurând reţinerea de timp necesară. Tranzistorul T1 se închide, trigerul cu tranzistorii T2, T3, se comută şi se întrerupe alimentarea releului d. La întreruperea alimentării releul d se închide contactul său normal închis şi se dă impuls la dispozitivul de execuţie pentru cuplarea generatorului de rezervă.

5.2 Sistem automat de protecţie la suprasarcină prin decuplarea

consumatorilor neesenţiali

Schimbările în regimurile de exploatare ale sistemului elctroenergetic naval sunt legate de conectarea de lungă durată sau de scurtă durată a unor consumatori de energie electrică şi deconectarea altora.

Este posibil ca la cuplarea concomitentă a unor consumatori de putere mare (compresoare pentru MP, pompe de răcire, pompe de incendiu, pompe de balast ş.a.) să apară suprasarcina pentru generatoarele care lucrează.

De asemenea, la funcţionarea în paralel a generatoarelor poate apărea suprasarcină în sistem în cazul deconectării unui generator ca urmare a funcţionării protecţiei acestuia.

Suprasarcina de scurtă durată este posibil să apară şi la pornirea directă a unor motoare asincrone de putere mare. În astfel de situaţii valoarea mare a curentului de pornire produce scăderea tensiunii reţelei, iar revenirea ei se face lent existând posibilitatea ca în această perioadă să acţioneze protecţia la suprasarcină a generatorului.

Conectarea automată a agregatului diesel-generator de rezervă pentru fiecare din cazurile analizate de suprasarcină conduce la porniri şi opriri dese ale acestuia, creşterea uzurii şi scurtarea duratei de exploatare. Sistemul automat de descărcare, la apariţia suprasarcinii generatoarelor, permite descărcarea automată de sarcină prin deconectarea în trepte a consumatorilor neesenţiali şi astfel se previne conectarea automată a rezervei

Consumatorii de energie electrică se grupează în funcţie de importanţă. Deconectarea grupelor de consumatori se face în trepte. La mărirea sarcinii generatoarelor care lucrează peste limita stabilită, sistemul automat comandă decuplarea primei grupe, care are în compunere consumatorii cu cea mai mică importanţă, fără să afecteze funcţionarea consumatorilor cu importanţă mai mare. Dacă sarcina continuă să fie peste limita stabilită se deconectează a doua grupă ş.a.m.d.

Împărţirea consumatorilor pe grupe preîntâmpină decuplarea simultană a consumatorilor şi permite menţinerea neîntreruptă a consumatorilor esenţiali care asigură marşul navei.

Pentru a evita acţionarea falsă a sistemului, la curenţii de pornire ai motoarelor asincrone, deconectarea grupelor se face cu temporizare. Circa 3-10 secunde pentru grupa I

a

şi 2-5 secunde pentru ultima grupă. Consumatorii fiecărei grupe formează o secţie conectată printr-un întrerupător automat

la barele TPD. Semnalul de decuplare se aplică electromagnetului de declanşare al întrerupătorului automat. Consumatorii de putere mare, de obicei, au fiecare întrerupătoare automate proprii şi semnalul de decuplare se dă distinct acestora.

Schema structurală de descărcare de sarcină a generatorului este prezentată în fig. 5.2.

213

Traductorul de curent activ, TCA, releul de sarcină, RS, şi releele de timp pentru trepte-le de deconectare, RT, sunt prezentate în paragraful 4.3.4 (figurile 4.9, 4.11, 4.13).

Traductorul de curent activ aplică la intrarea releului de sarcină, RS, un semnal propor-ţional cu încărcarea generatorului. Releul de sarcină sesizează suprasarcina şi prin contactele releului de execuţie d1 se dă impulsul de deconectare a grupelor de consumatori. Reţinerile de timp ale releelor de trepte sunt astfel fixate încât primul care acţionează este releul RT1 pentru deconectarea primei trepte urmând ca după alte intervale de timp stabilite, în cazul în care se menţine suprasarcina, să se dea comanda pentru deconectarea treptelor următoare.

În schema din figura 5.2 dispozitivele de execuţie DE1, DE2, DE3 sunt electromagneţii de declanşare a întrerupătoarelor automate.

Fig. 5.2 Schema structurală de descărcare de sarcină a generatorului: TCA – traductor de

curent activ;

RS releu electronic de sarcină; RT- releu de timp pentru reţinere pe treaptă;

DE – dispozitiv de execuţie; I, II, III grupe de consumatori.

214

5.3 Sisteme automate de control şi comandă de la distanţă a parametrilor

sistemelor electroenergetice.

Rezolvarea cerinţelor deosebite privind calitatea energiei electrice şi a limentarea fără întrerupere a consumatorilor necesită siguranţa înaltă în funcţionarea sistemului electroenergetic naval. Exploatarea sistemului electroenergetic este un proces complicat care solicită un volum mare de muncă pentru controlul funcţionării fără pericol atât a componentelor sistemului electroenergetic, cât şi a ansamblului sistemului.

Automatizările individuale privind reglarea automată a tensiunii şi puterii reactive, reglarea automată a frecvenţei şi puterii active, sincronizarea automată a generatoarelor, reducerea automată a sarcinii prin deconectarea consumatorilor neesenţiali, conectarea automată a rezervei de energie electrică, protecţiile generatoarelor şi motoarelor primare ş.a., constituie prima treaptă de automatizare. Aceste sisteme automate sesizează independent schimbarea mărimii de referinţă pentru obiectele comandate şi realizează reglarea lor. Depăşirea valorilor normale este semnalizată pentru a atrage atenţia personalului de serviciu, capabil să ia măsuri corespunzătoare pentru prevenirea avariilor.

Realizarea controlului sistemelor electroenergetice navale după indicaţiile aparatelor individuale instalate pe agregatele generatoare şi TPD necesită un volum mare de muncă şi supraveghere continuă prin cart permanent în comportamentul maşini.

Numărul aparatelor de măsură şi semnalizărilor pentru parametrii controlaţi a devenit atât de mare încât este dificil pentru personalul de cart să urmărească toate indicaţiile acestora, în deosebi în situaţii de avarii când valorile parametrilor se schimbă foarte repede.

În prezent, pe navele construite în ultimii ani, s-a trecut de la prima treaptă de automatizare la a doua treaptă de automatizare complexă a sistemului electroenergetic. Corespunzător acestei etape comanda şi controlul automat a l funcţionării sistemului electroenergetic se realizează de la un pupitru de comandă situat în afara compartimentului maşini (pe puntea de comandă).

În această etapă de automatizare complexă, pe lângă automatizările individuale, se automatizează şi procesele de comandă care sunt mai generale şi au un caracter mai complex. În cazul automatizării complexe sistemele de reglare automată individuale îndeplinesc roluri de sisteme de execuţie. Trecerea la automatizarea complexă a fost posibilă prin folosirea pe scară largă a calculatoarelor.

De la pupitrul de comandă se face pornirea şi oprirea motorului primar, conectarea sau deconectarea aparatelor de comutaţie, determinarea stării izolaţiei electrice, controlul parametrilor cu aparate de măsură. La pupitrul de comandă se instalează aparate de măsură şi control, chei de comandă, butoane, lămpi de semnalizare şi schema mnemotehnică a sistemului electroenergetic. Alimentarea circuitelor de comandă se face de la o reţea operativă de 127 V.

Navele construite în ultimii ani au sisteme automate de control (SAC) care includ atât sistemul electroenergetic cât şi sistemul energetic de propulsie al navei astfel încât se elimină necesitatea carturilor timp de 24 ore în compartimentul maşini. Supravegherea funcţionării normale a agregatelor se face de la distanţă, dintr-un compartiment de control comandă, PCC, situat în unele cazuri pe puntea de comandă.

215

Sistemul electroenergetic naval este un sistem complex caracterizat prin interacţiunea unui număr mare de factori şi varietate a mărimilor de intrare care necesită metode cibernetice de comandă în regimuri normale şi de avarie pentru optimizarea regimurilor de exploatare. Este evident că rezolvarea acestor probleme şi trecerea la comandă cibernetică a sistemelor electroenergetice navale este posibilă numai în condiţiile folosirii pe scară largă a tehnicii de calcul.

Sistemele automate de calcul îndeplinesc următoarele funcţii: - controlul funcţionării fără pericol a sistemului electroenergetic; - diagnosticarea avariilor; - prognozarea nivelului de funcţionare fără pericol; - elaborarea de recomandări pentru restabilirea sau menţinerea cerinţelor

nivelului de lucru fără pericol. Prin controlul funcţionării fără pericol se înţelege stabilirea corespondenţei între

situaţia observată a obiectului controlat şi starea normală. Această corespondenţă se stabileşte pe calea măsurării parametrilor controlaţi ai agregatelor şi sistemelor din compunerea sistemului electroenergetic şi compararea lor cu cei care caracterizează starea normală a sistemului. Pe baza acestei comparări se apreciază funcţionarea fără pericol a componentelor sistemului electroenergetic şi a sistemului în ansamblu.

Diagnosticarea tehnică a avariei necesită un control şi o analiză mai amănunţită a stării sistemului controlat. Rezultatul acestei analize stabileşte cauza şi locul avariei. Realizarea acestei funcţii necesită un număr mare de măsurători informative şi un proces complicat de prelucrarea lor.

Prognozarea avariilor sistemului controlat are scopul prevenirii din timp a personalului de serviciu despre posibilitatea producerii unei avarii, adică apropierea parametrului controlat de depăşirea nivelului admis. În astfel de situaţii se pot lua măsuri de preîntâmpinarea avariei prin modificarea regimului de lucru al sistemului electroenergetic şi menţinerea indicatorilor de exploatare.

Elaborarea de recomandări pentru restabilirea sau menţinerea nivelului necesar pentru funcţionarea fără pericol şi formularea de comenzi la elementele corespunzătoare ale sistemului se fac ca rezultat al îndeplinirii funcţiilor de control.

Registrul de clasificare stabileşte cerinţele care asigură funcţionarea fără personal de serviciu, în decurs de 24 ore, a tuturor agregatelor şi instalaţiilor din compartimentul maşini. În acest caz toate informaţiile necesare pentru realizarea proceselor de control, supraveghere şi comandă se dau în postul de comandă-control, PCC.

Sistemul automat de control este capabil să prelucreze operativ informaţiile primite de la parametrii controlaţi, să iniţieze măsuri pentru prevenirea avariilor sau să înştiinţeze personalul de serviciu pentru ca acesta să ia măsurile corespunzătoare.

În prezent pe nave se folosesc diferite tipuri de sisteme de control. Aceste sisteme se deosebesc între ele prin volumul operaţiilor efectuate, metodele de realizare a acestor operaţii, numărul parametrilor controlaţi, structura de bază a sistemului şi alţi indicatori.

Traductoarele, care măsoară parametrii aplică la intrarea sistemului automat de control mărimea măsurată sub forma unui semnal analogic continuu. Semnalele primite de la traductoare sunt transformate în semnale discrete, într -o ordine determinată şi cu frecvenţă mare, de către o instalaţie specială numită comutator.

216

Valorile măsurate de traductoare şi aplicate la intrare sunt comparate cu valorile de referinţă (nominale) stabilite pentru fiecare parametru. În urma comparării se stabilesc abaterile parametrilor controlaţi în raport cu limitele stabilite pentru fiecare parametru. Un asemenea procedeu de lucru poartă denumirea de control admisibil. Rezultatele controlului se prezintă operatorului prin afişaj şi de asemenea se înregistrează pe un formular special.

Lărgirea şi diversificarea funcţiilor de control a fost posibilă prin introducerea calculatoarelor. În acest caz sistemul automat de control, pe baza de program, analizează diferite funcţii şi dependenţe statistice între valorile separate ale parametrilor controlaţi şi pe această bază execută diagnosticări, prognozarea avariilor şi recomandă regimuri de lucru fără pericol.

Actual sunt cunoscute aproape 20 de tipuri de sisteme automate de control. În continuare se prezintă sistemul automat de control “Datazent” produs de firma AEG. Schema structurală a acestui sistem este prezentată în figura 5.3.

Fig . 5.3 Schema structurală a sistemului automat de control “Datazet”

Sistemul “Datazet” controlează 106 parametri care caracterizează starea

motoarelor principale (diesel), diesel-generatoarelor instalate pe navă şi mecanismele

auxiliare ale acestora. Semnalele de la parametrii măsuraţi de traductoare (temperaturi, presiuni,

viscozităţi, turaţie, tensiuni, curenţi, puteri ş.a.) sunt amplificate şi convertite în

semnale unificate (0 – 10Vc.c.).

Aceste semnale, prin comutator, sunt aplicate sub formă de semnale discrete la blocul convertor analog-numeric care le transformă în codul binar.

Rezultatele măsurătorilor se aplică la blocul de comparare. În acest bloc se

compară valorile măsurate cu valorile stabilite (limită) pentru parametrii controlaţi. Dacă valoarea măsurată a parametrului depăşeşte limita admisă se fixează starea de

avarie şi se conectează semnalizarea. Valoarea fizică a parametrului se înregistrează

217

pe imprimantă, pe schema mnemotehnică şi la tabloul de semnalizări se aprind lămpile

de semnalizare care indică parametrii controlaţi care au depăşit limitele admise.

De asemenea sistemul permite operatorului, ca la funcţionarea normală, să solicite afişarea oricărui parametru care îl interesează. În afară de acesta, sistemul execută

înregistrarea automată a valorilor parametrilor controlaţi la intervale stabilite de 15, 30, 60

sau 120 de minute. Succesiunea acestor operaţii este dată de blocul de comandă.

Neajunsul sistemului “Datazet” constă în absenţa legăturilor cu sistemul de

comandă. Acest neajuns este eliminat în bună măsură de sistemul automat de control

“FIAT”. În figura 5.4 se prezintă schema structurală a sistemului automat “FIAT”.

5.4 Schema structurală a sistemului automat de control “FIAT”

Sistemul de control “FIAT” este folosit pentru controlul motorului principal şi a sistemului electroenergetic de pe nava pe care se instalează.

Acest sistem de control este conectat cu sistemul de comandă şi împreună formează sistemul de comandă şi control SEPA 670.

Sistemul automat de control se conectează cu 360 de traductoare, are în compunere două calculatoare (Datalogger), aparatură de înregistrare şi afişaj.

Blocul de explorare realizează comutarea traductoarelor şi unificarea semnalelor. În forma unificată semnalele se aplică la intrarea convertorului analog -numeric de unde

218

valorile măsurate ale parametrilor, exprimate în codul binar, se transmit la blocul de afişare, la blocul de comparare cu valorile stabilite (limită) şi la blocul de înregistrare.

În cazul abaterii oricărui parametru de la valoarea stabilită (limită) sistemul memorează şi semnalizează starea de avarie prin conectarea semnalizării sonore şi optice şi înregistrarea acesteia. Semnalizarea avariei se face pe schema mnemotehnică a sistemului electroenergetic, în sala motoare, în cabina mecanicilor şi cab ina şefului mecanic.

Starea de avarie se consideră că are două nivele: Treapta I – semnalizare de avarie – corespunde stării în care unul sau mai mulţi

dintre parametrii controlaţi ai motorului principal şi diesel-generatoarelor a depăşit nivelul limită s tabilit dar pentru scurt timp nu constituie un pericol iminent pentru motoare (depăşirea temperaturii uleiului şi apei de răcire sau a gazelor de evacuare,

apariţia puterii inverse). În această situaţie sistemul semnalizează avaria şi automat sau prin intervenţia operatorului se iau măsuri pentru revenirea la starea normală (de exemplu se comandă automat pornirea grupului diesel-generator de rezervă).

Treapta a II a – semnalizare şi oprire Această treaptă corespunde stării în care unul

sau mai mulţi parametrii au depăşit nivelul limită stabilit şi există pericolul iminent al deteriorării motoarelor (scăderea presiunii uleiului de ungere, formarea ceţei de ulei, ridicarea temperaturii în lagăre). În acest caz sistemul automat care urmăreşte funcţionarea normală a sistemului (blocul de control al funcţionării sistemului), dă comanda pentru oprirea motorului şi semnalizarea acestei stări de avarie.

Sistemul permite, de asemenea, controlarea periodică a parametrilor şi la dorinţa operatorului valorile acestora se înregistrează pe hârtie. Blocul tahometru dă informaţii privind turaţia elicei şi sensul de rotaţie al acesteia.

Sistemele automate de control realizate de diferite firme au multe elemente în comun atât din punct de vedere al funcţiilor îndeplinite cât şi ca structură. Experienţa exploatării navelor a arătat că sistemele automate de control contribuie în măsură însemnată la mărirea siguranţei în funcţionarea sistemelor electroenergetice şi uşurează activitatea echipajului prin eliminarea necesităţii cartur ilor obositoare în compartimentul maşini.

Sistemul automat de control permite mărirea numărului de informaţii analizate şi micşorează influenţa factorilor subiectivi asupra rezultatelor controlului.

Sistemele automate de control pot fi perfecţionate în viitor atât pe seama raţionalizării în alegerea parametrilor cercetaţi cât şi prin lărgirea funcţiilor sale pe seama conducerii proceselor în vederea îmbunătăţirii indicatorilor de tehnici de exploatare.

219

TEST DE AUTOEVLUARE

1. Releul electronic de sarcină minimă are: a) o construcţie diferită de cea a releului de sarcină maximă; b) o construcţie asemănătoare cu cea a releului de sarcină maximă;

c) aceeaşi schemă cu cea a releului de sarcină maximă dar cu alte valori ale elementelor de sesizare a sarcinii;

d) înglobat un releu de tensiune minimă. 2.Traductorul de curent activ primeşte semnale de:

a) tensiune şi putere activă; b) tensiune şi curent;

c) curent şi frecvenţă; d) curent şi turaţie.

LUCRARE DE VERIFCARE

Explicaţi modul de funcţionare a schemei-blos a sistemului automat de protecţie

la suprasarcină prin decuplarea consumatorilor neesenţiali RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVLUARE

1: c; 2: b.

220

Unitatea de învăţare nr. 6

6. Măsuri de evitare a pericolului electrocutărilor şi incendiilor

provocate de curentul electric în sistemele electroenergetice navale

6.1 Introducere

Exploatarea fără pericol a sistemelor electroenergetice navale se asigură printr-

un complex de măsuri organizatorice şi tehnice. Măsurile organizatorice se referă la:

pregătirea personalului de serviciu, admiterea la deservire a persoanelor care au

calificarea corespunzătoare, organizarea activităţilor de control şi reparaţii, ş.a.

Măsurile tehnice de protecţie se referă la: protecţia instalaţiilor electrice la

scurtcircuite, controlul permanent sau periodic al rezistenţelor de izolaţie, protecţia

elementelor aflate sub tensiune la atingerea accidentală, blocarea accesului în zone

periculoase, ş.a. În cele ce urmează se prezintă câteva probleme de bază privind

măsurile tehnice de protecţie care asigură exploatarea fără pericol a sistemelor

energetice navale.

6.2 Pericolul electrocutării în reţelele electrice navale

Sistemele electroenergetice navale se realizează, de regulă, cu neutrul izolat faţă

de corpul navei. În construcţia reţelelor se folosesc:

- cabluri bifilare pentru curent continuu la tensiunile 12V, 24V sau 220V şi

pentru curent alternativ monofazat cu frecvenţele 50Hz sau 400Hz;

- cabluri trifilare pentru curent trifazat cu tensiunile 127V, 220 V sau 380V şi

frecvenţa 50Hz sau 400Hz.

Condiţiile de exploatare fără pericol a instalaţiilor electrice alimentate din aceste

reţele sunt diferite în funcţie de: felul curentului, (curent continuu sau curent alternativ),

valorile tensiunilor şi frecvenţelor, precum şi de calea de închidere a curentului prin

corpul omului.

Frecvent, electrocutările apar în cazul atingerii omului de elemente conductoare aflate

sub tensiune sau de corpuri metalice (carcase, tablouri) care în mod normal nu sunt sub

tensiune dar care pot ajunge sub tensiune accidental ca urmare a avarierei izolaţiei

electrice sau alte cauze.

221

Se analizează cazul atingerii uni faze. Posibilitatea de atingere de către om a

două faze se întâmplă rar şi nu sunt determinate condiţii de protecţie pentru astfel de

cazuri.

În figura 6.1 se prezintă schemele de trecere a curentului prin corpul omului la

atingerea unei carcase fără împământare, pentru reţele diferite.

În cazul atingerii monofazate, intensitatea curentului (A) care trece prin om,

pentru reţele diferite, se poate calcula cu relaţiile:

- pentru reţea bifilară izolată de curent continuu:

rR2

UI

om

om

(6.1)

Fig. 6.1 Schema de trecere a curentului prin corpul omului la atingerea carcasei unui echipament

electric fără împământare, aflată accidental sub tensiune:

a – în reţea de curent alternativ trifazat; b – în reţea de curent continuu

- pentru reţeaua bifilară izolată de curent alternativ:

222

)cr1(R4

)rR4(r1R2

UI

2222

om

om

om

f

om

(6.2)

- pentru reţeaua trifazată de curent alternativ:

)cr1(R9

)rR6(r1R2

UI

2222

om

om

om

f

om

(6.3)

în care: U – tensiunea reţelei de curent continuu, V

Uf – tensiunea de fază, V

Rom – rezistenţa ohmică a omului

321 rrrr - rezistenţa de izolaţie a unei faze

321 cccc - capacitatea fazei reţelei faţă de corpul navei.

Exploatarea fără pericol a sistemului electroenergetic se face în cazul în care

valoarea curentului prin corpul omului nu depăşeşte limitele admise, considerate

fără pericol pentru viaţa şi sănătatea lui. Pentru om limitele admise ale curentului

sunt:

- 30 mA în curent continuu

- 6 mA în curent alternativ la frecvenţa 50Hz

- 8 mA în curent alternativ la frecvenţa 400Hz.

Rezistenţa ohmică a corpului omenesc, pentru calculele valorilor curenţilor, se

consideră 1000 .

În practică rezistenţa corpului omenesc nu este constantă. Stratul de piele este un bun izolator, rezistenţa sa este mult mai mare comparativ cu rezistenţa ţesuturilor interioare. În acelaşi timp, rezistenţa pielii nu rămâne constantă. Umezirea pielii,

transpiraţia, murdărirea cu impurităţi bune conductoare de electricitate, rănirea, sunt factori care conduc la micşorarea rapidă a rezistenţei. În aceste condiţii rezistenţa

corpului omului se poate modifica în limitele de la câţiva megohmi la câteva sute de ohmi. Totodată mărimea curentului care trece prin om depinde de suprafaţa de contact. Cu cât suprafaţa de contact este mai mare, cu atât se micşorează rezistenţa

omului. Din formulele prezentate rezultă că la calculul curenţilor care trec prin corpul

omului, în cazul curentului alternativ, sunt luate în considerare şi valorile capacităţilor reţelelor faţă de corpul navei. În reţelele trifazate de curent alternativ pentru tensiuni 127 V, 220 V sau 380 V şi frecvenţele 50Hz sau 400Hz, în situaţia în

care capacitatea reţelei depăşeşte o valoare limită, curentul care trece prin corpul

223

omului depăşeşte valorile limită admisibile (6mA la 50Hz, 8mA la 400Hz)

indiferent de valorile rezistenţelor de izolaţie. Valorile capacităţilor limită pentru reţelele trifazate şi monofazate sunt date în tabelele 6.1 şi 6.2.

Tabel 6.1 Valorile capacităţilor limită pentru reţele trifazate

Tensiunea reţelei [V]

Clim [μF] la frecvenţa

50 Hz 400 Hz

380 0,029 0,0048

220 0,0505 0,0084

127 0,088 0,0147

Tabel 6.2 Valorile capacităţilor limită pentru reţele monofazate

Tensiunea reţelei [V]

Clim [μF] la frecvenţa

50 Hz 200 Hz 400 Hz

24 1 - 0,2

36 - 0,2 -

De regulă capacităţile reţelelor trifazate de curent alternativ cu frecvenţa 50Hz

sau 400Hz şi tensiunile 127V, 220V sau 380V depăşesc valorile considerate limite.

De aceea atingerea părţilor conductoare sau a corpului echipamentului electric aflat accidental sub tensiune reprezintă un pericol pentru om, indiferent de valorile

rezistenţelor de izolaţie. Pentru reţelele trifazate şi monofazate de curent alternativ în cazul în care

valorile capacităţilor relative faţă de corpul navei sunt mai mici decât valorile limită

din tabelele 6.1 şi tabelul 6.2, la atingerea unei faze valoarea curentului care trece prin corpul omului este mai mică decât limita considerată periculoasă în condiţiile în

care rezistenţa de izolaţie a reţelei are cel puţin valorile minim admise prezentate în tabelul 6.3.

Tabelul 6.3 Valorile minim admise ale rezistenţei de izolaţie pentru

reţele de curent alternativ

Tensiunea reţelei, V

k,r .adm.minla frecvenţă, Hz

50 200 400

380 100 - 80

220 60 - 45

127 30 - 25

36 - 3 -

24 2 - 1

224

În figura 6.2 se prezintă dependenţa curentului care trece prin corpul omului

(pentru 1000R om) de rezistenţa de izolaţie pentru diferite valori ale capacităţii

în reţelele monofazate de curent alternativ la tensiunile 12 V şi frecvenţele 50Hz sau 400Hz.

Fig. 6.2 Dependenţa intensităţii curentului prin corpul omului ( 1000R om) de rezistenţa de

izolaţie şi capacitate în reţelele monofazate de curent alternativ la tensiunea de 12 V:

a – f = 50 Hz; b – f = 400Hz

După cum se observă din figura 6.2, curentul care trece prin corpul omului în

cazul atingerii monofazate, nu depăşeşte limita considerată periculoasă, în cazul în care rezistenţa de izolaţie a reţelei este mai mare de k1 şi pentru oricare valoare

a capacităţii. În figura 6.3 se arată dependenţa curentului care trece prin corpul omului de

rezistenţa de izolaţie în cazul reţelelor de curent continuu.

Curbele din figura 6.3 arată că pentru tensiunile de 12V şi 24V valorile curenţilor care trec prin corpul omului sunt cu mult mai mici decât limita

considerată periculoasă, iar pentru tensiuni de 60V şi 220V se depăşeşte limita

periculoasă în cazul în care rezistenţa de izolaţie scade sub k62 . Având în vedere că în exploatare, în cazuri concrete, rezistenţa de izolaţie scade sub aceste valori considerate limită, este necesar ca pentru reţelele de curent continuu cu

tensiuni 60V şi 220V să se prevadă toate măsurile necesare pentru protecţie.

225

Fig. 6.3 Dependenţa curentului care trece prin corpul omului ( 1000R om) de

rezistenţă de izolaţie în reţele de curent continuu

6.3 Împământările de protecţie pentru echipamentele electrice fixe de la

bordul navei

Se prezintă la început câteva definiţii necesare pentru înţelegerea protecţiei prin împământare în condiţiile navei.

- “Pământ” în condiţiile navale se consideră corpul navei care pluteşte.

- “Magistrala de împământare” este legătura de împământare la nave cu corp nemetalic. Această magistrală se realizează sub forma unei şine metalice dispusă pe

toată lungimea navei la care au acces legăturile pentru împământare de la toate echipamentele electrice montate pe navă. Magistrala de împământare se conectează la un capăt cu priza de împământare.

- “Priza de împământare” pe nave cu corp nemetalic este un pol (o tablă din metal necorziv) instalat în exteriorul corpului navei la o adâncime astfel aleasă încât

să fie înconjurat de apă pentru orice pescaj şi înclinare a navei. - “Împământare” este elementul instalaţiilor sau echipamentelor electrice

destinat să facă o legătură sigură cu pământul (şina metalică, sau borna de

împământare). - “Conductor de împământare” este conductorul care uneşte borna de

împământare a echipamentului electric cu priza de pământ.

- “Punerea la pământ” – se numeşte conectarea ocazională la priză de pământ a părţilor echipamentului electric aflate sub tensiune. Protecţia prin împământare este

destinată protecţiei oamenilor la atingerea lor cu părţile metalice ale construcţiei

226

echipamentelor electrice care în condiţii normale nu se află sub tensiune dar pot fi

accidental sub tensiune ca urmare a deteriorării izolaţiei electrice sau alte cauze. În sistemele electroenergetice navale protecţia prin împământare împreună cu

controlul neîntrerupt al rezistenţei de izolaţie constituie măsuri de bază pentru

protecţia omului la atingerea părţilor metalice ale echipamentelor electrice aflate întâmplător sub tensiune. În figura 6.5 se prezintă protecţia prin împământare a unui

consumator conectat la reţeaua navei cu nulul izolat.

Figura 6.4 Schema împământării corpului unui echipament electric şi curentul de

scurgere în cazul unei reţele de curent alternativ.

Împământarea carcasei metalice a echipamentului electric creează o legătură electrică între corpul (carcasa) echipamentului electric şi pământ. Rezistenţa

legăturii la pământ are valoarea foarte mică astfel că la atingerea de către om a carcasei metalice aflată accidental sub tensiune, mărimea curentului care trece prin

corpul omului nu este periculoasă pentru sănătate şi viaţă. În sistemele electroenergetice navele protecţia prin împământare se realizează

pentru:

a. toate echipamentele electrice staţionare care lucrează cu tensiuni mai mari de 50V curent continuu sau 30V curent alternativ.

b. toate aparatele electrice mobile sau portabile care lucrează cu tensiuni mai mari de 24V curent continuu sau 12V curent alternativ.

În cazul echipamentelor electrice montate în compartimente cu pericol de

explozie, împământarea este obligatorie indiferent de valoarea tensiunii de lucru. Această cerinţă derivă din faptul că în astfel de încăperi apariţia unor scântei între

corp şi pământ pot avea urmări periculoase. Legarea la pământ a corpurilor (carcaselor) metalice ale echipamentelor electrice

se face prin unul din procedeele:

a) cu ajutorul conductorilor de împământare; b) cu ajutorul celui de al treilea (în cazul reţelelor bifazate) sau al patrulea (în

cazul reţelelor trifazate) conductor din cablul de alimentare;

227

c) contact direct (nemijlocit) cu corpul metalic al postamentului sudat de corpul navei sau altă construcţie sigură de împământare.

Ecranele şi armăturile metalice ale cablurilor se leagă la pământ. Legătura la pământ se face la ambele capete ale cablului prin una din metodele:

- cu conductor de cupru de secţiune minimă 2,5 mm2 pentru cabluri cu secţiunea până la 25 mm2 şi cu secţiunea 4mm2 pentru secţiunea cablurilor mai mare de 25 mm2 ;

- prin fixarea armăturii sau a învelişului metalic la corpul nave i cu ajutorul unei cleme rezistente.

Din construcţie, echipamentele electrice se prevăd cu o bornă de împământare. Borna de împământare care fixează conductorul de împământare la corpul navei trebuie să aibă diametrul minim 6mm şi nu se foloseşte în alt scop.

Împământările cu ajutorul celui de-al treilea (al patrulea) conductor din cablul de alimentare se folosesc de regulă pentru corpuri mici (întrerupătoare, corpuri de iluminat, ş.a.) montate pe căptuşeli izolate sau pe pereţi neconductori. În interiorul acestor corpuri din construcţie, este prevăzut un şurub ( bornă de împământare) în contact direct cu carcasa aparatului la care se conectează la treilea (al patrulea) conductor din cablul de alimentare.

În cazul instalării armăturilor aparatelor electrice pe căptuşeli sau pereţi nemetalici şi în absenţa bornei de împământare, pentru încăperi uscate şi închise, se admite folosirea pentru împământare a armăturii metalice a cablului. În aceste cazuri armătura metalică (ecranul) cablului are o împământare sigură la corpul navei de metal sau la magistrala de împământare pentru nave cu corp nemetalic. Asemenea împământări nu sunt admise pe punţi deschise şi în încăperi umede întrucât în astfel de locuri există pericolul deteriorării în timp a armăturii metalice a cablului.

Împământarea prin contact direct (nemijlocit) a corpurilor echipamentelor electrice se foloseşte atunci când prin construcţie se prevăd buloane special destinate acestui scop şi instalarea echipamentului electric se face direct pe postamentul sudat la corpul navei. În acest caz nu se folosesc amortizori iar prin unul sau două baloane se asigură un contact electric sigur între corpul echipamentului electric şi corpul navei pe toată durata de exploatare a navei.

Pentru împământare se pot folosi toate construcţiile metalice care au contact electric sigur cu corpul metalic al navei, cum ar fi: pereţi, console, suporţi, punţi, postamenţi, ş.a. Nu se folosesc pentru împământare: conductele, tancurile, rezervoarele, cisternele destinate pentru transportul şi păstrarea combustibililor şi uleiurilor.

De menţionat că împământarea prin contact direct cu toate că este un procedeu simplu şi comod, are o utilizare redusă pe navă din cauză că este dificil de controlat şi de menţinut permanent în stare normală pe toată durata de exploatare a navei.

Corpurile metalice ale aparatelor electrice mobile şi portabile se împământează folosind al treilea (al patrulea) conductor din cablul de alimentare. Un capăt al conductorului de împământare se leagă la corpul (carcasa) aparatului electric mobil

228

iar celălalt la borna de pământ a prizei de curent sau alt dispozitiv care realizează un contact electric sigur cu corpul navei.

Pentru legarea la pământ cu conductori exteriori se folosesc conductori de cupru sau alt material rezistent la coroziune cu condiţia ca rezistenţa acestuia să fie echivalentă rezistenţei conductorilor din cupru. Secţiunea conductorilor din cupru pentru legarea la pământ nu trebuie să fie mai mică decât cea menţionată în tabelul 6.4.

Tabelul 6.4

Secţiunea conductorului din cablul

conectat la consumator

Secţiunea conductorului exterior pentru legarea la pământ a echipamentelor

staţionare

Conductor unifilar Conductor multifilar

Până la 2,5mm2 2,5mm2 1,5mm2

Peste 2,5mm2 până la 120mm2 Jumătate din secţiunea conductorului pe

fază dar nu mai mică de 4mm2

Peste 120mm2 70mm2

Stabilirea secţiunii conductorului de împământare ţine seama de faptul că la

producerea unui scurtcircuit protecţia acţionează cu o întârziere oarecare şi este necesar ca secţiunea conductorului de împământare să fie suficientă pentru a permite

trecerea, pentru un timp scurt, a curentului de scurtcircuit fără a se produce încălzirea excesivă şi deteriorarea acestuia.

De asemenea la stabilirea secţiunii conductorilor de împământare se ţine seama

şi de rezistenţa mecanică a acestora. Pentru instalaţii de putere mare valoarea maximă a conductorului exterior de împământare este de 70mm2 (valoarea maximă

rezultă din durata mică a menţinerii curentului de scurtcircuit). Stabilirea secţiunii celui de-al treilea (al patrulea) conductor al cablului de

alimentare folosit în calitatea de conductor de împământare ţine seama de faptul că

acest cablu este izolat iar temperatura de încălzire la scurtcircuit este limitata de rezistenţa la încălzire a izolaţiei cablului. De aceea secţiunea conductorului de

împământare se alege egală cu secţiunea conductorilor cablului de alimentare până la valoarea de 16mm2. Pentru secţiuni mai mari de 16mm2 secţiunea conductorului de împământare se alege jumătate din secţiunea conductoarelor de alimentare, dar nu

mai mică de 16mm2. Pe conductorii de împământare nu se admit instalarea de întrerupătoare sau

comutatoare. De asemenea este interzisă înserierea împământărilor . Fiecare împământare se bagă direct la priza de pământ.

229

6.4 Împământările de protecţie pentru aparatele electrice mobile şi

portabile

În condiţiile actuale, când se acordă o atenţie deosebită îmbunătăţirii condiţiilor

de locuit şi a confortului pentru echipaj şi pasageri, numărul aparatelor electrice mobile şi portabile este într-o continuă creştere.

Aparatele electrice mobile şi portabile se conectează la reţea prin intermediul cablurilor flexibile, ştecher şi priză.

Din punct de vedere al pericolului electrocutărilor şi incendiilor aparatele

electrice mobile şi portative prezintă un grad de pericol mai ridicat comparativ cu echipamentele electrice fixe întrucât, pe de o parte, deteriorările sunt mai frecvenţe

iar pe de altă parte, omul se află în contact direct cu astfel de aparte un timp îndelungat. Dintre acestea un grad mai ridicat de pericol îl reprezintă instrumentele de măsură electrice şu lămpile de iluminat portativ.

Ca urmare, pentru exploatarea aparatelor electrice mobile şi portabile se stabilesc măsuri tehnice speciale care asigură protecţia împotriva electrocutărilor şi

incendiilor. O primă măsură este limitarea tensiunii de alimentare. Această limitare, 12V şi 24V

curent continuu şi curent alternativ, se prevede pentru lămpilor de iluminat portativ şi

pentru instrumentele electrice de măsură. Micşorarea tensiunii de alimentare reduce mult pericolul vătămării omului. Statisticile arată că folosirea unor tensiuni înalte pentru

iluminatul portativ constituie cele mai frecvente cazuri de electrocutări. O altă măsură importantă de protecţie în cazul folosirii aparatelor electrice

mobile şi portabile este alimentarea lor de la un transformator de separare. Acest

sistem asigură separarea consumatorului de reţeaua de forţă sau de iluminat a navei în care există condiţii de mărire a pericolului de electrocutare prin: micşorarea

rezistenţelor de izolaţie, valorile mari ale capacităţilor faţă de corpul navei, posibilitatea producerii unor scurtcircuite monofazate.

În multe cazuri limitarea tensiunii nu este posibilă deoarece caracteristicile

tehnice de aparatelor mobile şi portabile nu permit funcţionarea cu tensiuni mici considerate nepericuloase.

Pentru aparatele electrice sau portabile care funcţionează cu tensiuni de alimentare

VV 220,127 sau V380 una din măsurile tehnice de protecţie este împământarea de

protecţie a carcaselor (corpurilor) metalice sau alte părţi metalice accesibile care în mod normal nu sunt sub tensiune dar pe care poate apărea accidental tensiunea. Toate aparatele mobile şi portabile, în execuţie navală, sunt prevăzute cu cabluri de alimentare

având al treilea (al patrulea) conductor de împământare şi se conectează la prize cu contact de împământare.

În acelaşi timp trebuie avut în vedere că la nave ce folosesc un număr mare de consumatori mobili şi portabili în execuţie industrială la care, pentru unele, constructiv nu se

230

prevede împământarea iar altele nu corespund cerinţelor exploatării pe nave, cum ar fi:

aparatele electrice de bărbierit, feon pentru uscarea părului, aspiratoare, aparate video, televizoare, ceainice, filtre de cafea, maşini de spălat, ş.a. De asemenea nu se prevede împământarea de protecţie pentru o parte din aparatura medicală.

Pentru asigurarea posibilităţilor de folosire a acestor aparate electrice în condiţiile de exploatare la navă, se prevăd măsuri tehnice şi organizatorice. Astfel,

se poate prevedea un circuit de prize, alimentat de la un transformator de separare, de la care primesc alimentarea mai multe aparate de tipul celor menţionate.

În general, măsurile care se adoptă pentru folosirea la navă a aparatelor electrice

mobile şi portative alimentate cu tensiunii V220,V127 , V380 , în execuţie industrială,

pot fi: adaptarea lor pentru a îndeplini cerinţele protecţiei prin împământarea sau

alimentarea lor de la un transformator de separare special destinat acestui – scop.

6.5 Împământarea de protecţie în cazul alimentării navei cu energie

electrică de la mal

Sistemul electroenergetic de la nave este prevăzut cu posibilitatea alimentării cu energie electrică de la mal în situaţiile în care nava staţionează un timp îndelungat la

cheu sau se află pe doc. Alimentarea de la mal a sistemului electroenergetic de la bordul navei se poate

face de la un transformator destinat special acestui scop şi care are neutrul izolat

(figura 6.5) sau de la reţeaua industrială a portului care are neutrul conectat la pământ (figura 6.6).

Fig. 6.5 Schema electrică de alimentare a sistemului electroenergetic de la reţeaua de mal

cu neutrul izolat faţă de pământ

231

Pentru schemele de alimentare de la mal, din figura 6.5 şi figura 6.6, protecţia

personalului la atingerea unor părţi metalice aflate occidental sub tensiune se realizează prin conectarea corpului navei, în cazul navelor cu corp metalic, sau a magistralei de împământare, în cazul navelor cu corp nemetalic, la o priză de

împământare aflată la mal. Legătura de împământare se face cu conductor separat sau cu al patrulea

conductor al cablului de alimentare. Secţiunea conductorului de împământare trebuie

să fie cel puţin egală cu %50 din secţiunea conductorului de alimentare al unei faze. Prin legarea navei la borna de împământare de la mal, a cărei rezistenţa este

relativ mică 0Rbp , potenţialul între corpul navei 2 şi neutrul sursei de

alimentare de la mal 1 este nul, 0U12 . În acest caz atingerea, de către un om

aflat pe mal, a corpului navei nu prezintă pericol de electrocutare. În situaţia din figura 6.5 dacă lipseşte legătura corpului navei la borna de împământare

de la mal bpR şi de asemenea în cazul unei valori mari a rezistenţei apei apar

diferenţa de potenţial dintre neutrul sursei de alimentare şi pământ 1 , pe de o parte,

şi dintre neutrul sursei de alimentare şi corpul navei, pe de altă parte, va fi diferită de nul în cazul în care rezistenţele de izolaţie ale reţelelor nu sunt simetrice şi încărcările pe faze nu

sunt egale, adică 0UUU1212 Pentru nesimetrii mari potenţialul dintre

corpul navei şi pământ, 12

U , poate ajunge până la valoarea tensiunii pe fază

UUU;UU CKBKA12 .

Fig. 6.6 Schema electrică de alimentare a sistemului electroenergetic de la reţeaua

de mal cu neutrul conectat la o priză de pământ

232

De asemenea, pentru situaţia alimentării ca cea prezentată în figura 6.6, dacă

lipseşte legătura la borna de împământare de la mal bpR şi pentru valori mari

de rezistenţei apei apar la producerea unui scurtcircuit monofazat în reţeaua

navei, tensiunea la corpul navei are valoarea tensiunii de fază.

Aşadar, în ambele situaţii, absenţa legăturii corpului navei la borna de împământare de la mal constituie o situaţie cu grad ridicat de pericol. La atingerea corpului navei, al cărui potenţial ajunge până la valoarea tensiunii de fază, corpul

omului se prezintă ca o rezistenţă conectată în paralel cu rezistenţa apei. Valoarea curentului care trece prin om ajunge la valori periculoase pentru viaţa sa în condiţiile

în care rezistenţa apei este mare. Totodată, trebuie menţionat faptul că dacă lipseşte legătura la borna de

împământare de la mal bpR şi pentru valori mari ale rezistenţei apei

apar la producerea unui scurtcircuit monofazat în reţeaua navei, curentul de

scurtcircuit are valori relativ mici, sub limita la care acţionează protecţia la

scurtcircuit. O asemenea situaţia duce la creşterea duratei de menţinere a pericolului la atingerea corpului navei.

În concluzie, din cele prezentate rezultă că în cazul alimentării cu energie

electrică de la mal protecţia personalului la tensiunea de atingere se realizează atunci când există o legătură electrică, sigură între corpul navei (magistrala de împământare

în cazul navelor cu corp nemetalic) şi borna de împământare de la mal.

6.6 Norme pentru rezistenţele de izolaţie în sistemul electroenergetic naval

Siguranţa în funcţionare a sistemului electroenergetic naval este determinată în mare măsură de valorile rezistenţelor de izolaţia de echipamentelor şi reţelelor

electrice. Rezistenţele de izolaţie depind de diferiţi factori (condiţii climatice, impurităţi,

numărul consumatorilor conectaţi la aceeaşi reţea, ş.a.) şi ca urmare pentru o reţea dată se pot modifica în limite mari. Aceste modificări pot fi împărţite în două grupe: normale şi de avarie.

Modificările normale ale rezistenţelor de izolaţie nu sunt legate de apariţia unui defect în construcţia izolaţiei. Aceste schimbări sunt determinate de modificări ale

climei (umiditate, temperatură) şi de fluctuaţia, pe durata funcţionării, a numărului de consumatori conectaţi la aceeaşi reţea.

Pentru o reţea, domeniul modificărilor normale constituie o caracteristică a

acesteia şi poate fi determinat pe baze statistice folosind rezultatele măsurătorilor în reţele similare existente.

Modificările de avarie sunt legate de apariţia unui defect în construcţia izolaţiei (de exemplu staţionarea îndelungată a unui electromotor într-o încăpere cu umiditate

233

ridicată sau avarierea mecanică a izolaţiei urmată de umezirea ei sau îmbâcsirea cu

impurităţi). În cazul localizării scăderii rezistenţei de izolaţie, în zona respectivă cresc valorile curenţilor de scurgere la corpul navei, creşte încălzirea ş i se deteriorează în continuare izolaţia ducând în final la producerea scurtcircuitului la

corpul navei. Normele rezistenţelor de izolaţie reprezintă valori prin care se apreciază starea de

izolaţie a reţelei şi a elementelor separate. Aceste valori constituie valori considerate

limite minime pentru funcţionarea aparatului automat de măsură, semnalizare şi

prevenire în cazul scăderii rezistenţelor de izolaţie sub aceste valori considerate

minime admisibile.

Mărimile adoptate pentru normele rezistenţelor de izolaţie corespund valorile

minime admisibile din gama de modificări posibile ale rezistenţelor de izolaţie.

În tabelul 6.5 sunt prezentate normele pentru rezistenţele de izolaţie, conform

registrului de clasificare a navelor, pentru câteva acţionări electrice de la bordul

navelor. Tabelul 6.5 Norme pentru rezistenţele de izolaţie a acţionărilor electrice (M)

Acţionarea electrică Starea acţionării electrice

rece cald

Maşini electrice cu turaţia până la 1000

rot/min

- până la 100 kw

5

3

- de la 100kw la 1000kw 3 1

Transformatoare 5 1

Tablouri de distribuţie 1 -

Aparate de pornire şi reglare 5 -

Cabluri în reţelele de forţă şi de iluminat 1 -

Normele pentru rezistenţele de izolaţie în cazul reţelelor electrice se stabilesc în

funcţie de ramificarea reţelelor, numărul de consumatori conectaţi la aceeaşi reţea.

Aceste norme se calculează după formule stabilite empiric sau cu ajutorul

nomogramelor. În continuare se prezintă formulele empirice de calculul rezistenţelor

de izolaţie, pentru reţele scoase de sub tensiune.

1. Reţeaua cablurilor de distribuţie a energiei electrice (tablouri de distribuţie,

aparate de comutare) cu întrerupătoarele automate de pe tablourile de distribuţie

conectate şi aparatura de comutaţie a consumatorilor deconectată.:

Mnnn

R102,005,0

3

321

iz

(6.4)

234

în care:

1n - numărul tablourilor legate direct la sursele de alimentare cu energie electrică

2n - numărul tablourilor de distribuţie şi cutiilor de distribuţie şi a

transformatoarelor

3n - numărul întrerupătoarelor şi alte elemente de comutaţie instalate direct în

circuitele de alimentare a consumatorilor de energie electrică.

2. Reţeaua de iluminat sau părţi din reţeaua de iluminat (împreună cu

consumatorii):

MΩ5n

40Riz

(6.5)

în care: n – numărul corpurilor de iluminat, întrerupătoarelor de uşă, prizelor

pentru transformatoare care au legătură electrică pe durata măsurării rezistenţei de

izolaţie.

3. Reţeaua felinarelor de navigaţie şi iluminatului exterior (împreună cu

consumatorii):

Mn

R10

30iz

(6.6)

în care: n – numărul corpurilor de iluminat.

4. Reţeaua aparatelor de încălzit electric (împreună cu consumatorii):

n

KR

5iz (6.7)

în care:

n – numărul aparatelor de încălzit din reţea

K = 1,0 - pentru aparate de încălzit cabine (calorifere electrice) şi aparate

electrice pentru cambuză, plite, cuptoare, ş.a.

K= 0,5 - pentru aparate de încălzirea aerului

K= 0,2 - pentru aparate de încălzirea lichidelor.

5. Reţeaua de semnalizări acustice (împreună cu consumatorii):

Mnn

R21

iz

30

(6.8)

în care: n1 – numărul soneriilor, sirenelor, hupelor, corpuri de

235

iluminat, contactoare

n2 – numărul transformatoarelor.

6. Aparate de curenţi slabi pentru semnalizării specifice (telegrafe, axiometre,

tahometre, ş.a.):

21

iz

10

nnR

(6.9)

în care:

n1 – numărul aparatelor receptoare – emiţătoare

n2 – numărul emiţătoarelor şi receptoarelor.

În urma calculelor efectuate rezultate obţinute se rotunjesc pentru următoarele

trepte de valori considerate norme pentru rezistenţele de izolaţie ale reţelelor: 5; 2,5;

1,5; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,25; 0,2; 0,15; 0,10; 0,09; 0,08; 0,07; 0,06; 0,05; 0,04;

0,03; 0,025; 0,02; 0,015; 0,01 M .

Rezultă că pentru o reţea cu multe ramificaţii, mulţi consumatori şi aparate de

comutare norma rezistenţei de izolaţie poate ajunge la valoarea minimă k10 . În

cazul acestor reţele cu multe ramificaţii şi mulţi consumatori mărirea normei de

izolaţie se poate obţine prin introducerea în configuraţia reţelei a unor transformatoare

de separare, care permit împărţirea reţelei în subramuri. Calculul rezistenţei de izolaţie

se face în acest caz pe fiecare subramură şi întrucât pe o porţiune mai mică de reţea se

reduce numărul consumatorilor şi al aparatelor de conectare rezultă valori mai mari

pentru norma rezistenţei de izolaţie.

TEST DE AUTOEVALUARE

1.Valoarea curentului alternativ de 50 Hz care ar putea trece prin corpul omului nu

trebuie să depăşească: a) 6mA; b) 10 mA;

c) 100 mA; d) 1 A.

3. Rezistenţa (medie statistică) a corpului uman se consideră valoarea de: a) 10 kΩ; b) 100 kΩ;

c) 1000 Ω; d) 100 Ω.

236

LUCRARE DE VERIFICARE

Explicaţi schema de trecere a curentului prin corpul omului la atingerea carcasei

unui echipament electric fără împământare, aflată accidental sub tensiune, în reţeaua

de curent alternativ trifazat naval (cu neutrul izolat).

RĂSPUNS LA TESTUL DE AUTOEVALUARE

1. a; 2: c.