Probleme instalatie electrica

[rasputin]

Pentru că problema colegului Cosmin a fost rezolvată îndemn la cele ce mă lăudam pe undeva mai înainte.

 

 

 

Întreruperea nulului de lucru

 

 

Considerăm secundarul unui transformator de reţea de distribuţie a energiei electrice la consumatori. Secundarul acestui transformator este reprezentat în Fig1, şi are conexiunile realizate în “stea”.

 

Aşa cum ştim, înfăşurările primare induc tensiuni electromotoare în înfăşurările secundarului. În Fig1 am notat cu Ē1 tensiunea electromotoare indusă în înfăşurarea Ax, cu Ē2 este notată tensiunea electromotoare indusă în înfăşurarea By, iar Ē3 este tensiunea electromotoare indusă în înfăşurarea Cz.

Cele trei tensiuni electromotoare sînt variabile în timp. Modul lor de variaţie este dictat de modul în care variază tensiunea produsă de generatorul trifazic. Practic modul în care variază curenţii prin înfăşurările generatorului ce alimentează reţeaua la care este cuplat transformatorul, se regăseşte şi în modul de variaţie al tensiunilor electromotoare din secundarul transformatorului.

În Fig1a este prezentată această variaţie a tensiunilor electromotoare:

 

Avem de-a face cu trei mărimi vectoriale a căror amplitudine maximă este egală, asta pentru faptul că cele trei bobine ale secundarului sînt identice,  atît ca număr de spire cît şi ca secţiune a conductorului folosit. Condiţia de identitate se aplică şi înfăşurărilor primare ale transformatorului.

Valorile instantanee ale celor trei tensiuni electromotoare sînt date de relaţiile:

e1=E1 sin ωt

e2=E2 sin (ωt - 2π/3)   (1)

e3=E3 sin (ωt - 4π/3)

 

  e1+e2+e3 =0; (2)

 suma celor trei vectori este de asemeni egală cu zero

 Ē1+Ē2+Ē3=0 (3)

În Fig2 sînt reprezentaţi aceşti trei vectori

 

 

Chestiunea din figură, în formă complexă , se scrie:

 

Ē1= Ē;

Ē2 = a² Ē1 =  (-0,5 – j 0,866) Ē1; (4)

Ē3 = a Ē1 = ( -0,5 + j 0,866) Ē1.

 

În relaţiile de mai sus, a² şi a sînt operatori vectoriali;

 a, roteşte vectorul cu 120º în sens direct (pozitiv) trigonometric sau cu 240º în sens indirect (negativ);

 a², roteşte vectorul cu 240º în sens direct sau cu 120º în sens indirect;

j = √-1 roteşte vectorul cu 90º în sens direct (pozitiv);

 - j = -√-1 roteşte vectorul cu 90º în sens indirect (negativ).

 

Gîndim acum situaţia în care, la bornele transformatorului, legăm un consumator trifazat.Pentru asta ne folosim de o linie electrică de alimentare. Situaţia se prezintă ca în figura trei.

 

 

În figură, cu ZAA´, ZBB´, ZCC´ şi ZN sînt notate impedanţele reţelei electrice, a celor trei conductoare de fază şi a conductorului de nul. Prin ZA´O´, ZB´O´ şi  ZC´O´ au fost notate impedanţele interne ale consumatorului trifazat.

Ajunşi în acest punct nu-i greu de scris impedanţele totale, impedanţele  pe care le “vede” transformatorul.

 

ZA = ZAA´ + ZA´O´;

ZB  = ZBB´ + ZB´O´;   (5)

ZC  = ZCC´ + ZC´O´

 

Ajunşi în acest punct hai să ne facem o idee şi despre ce ar însemna, valoric, impedanţele conductoarelor reţelei.

Fabricantul, pentru conductor de aluminiu su secţiunea de 120mm², ne dă: o rezistenţă de 0,27 Ω/Km şi o reactanţă inductivă de 0,292 Ω/Km.

Zicem că lungimea liniei este de un kilometru, aşa că impedanţa este:

 

  Z = √(0,27²+0,292²) = √0,1581 =0,398 Ω (6)

 

Revenim la cele de dinainte.

UA, UB şi UC sînt tensiunile de la bornele înfăşurărilor A,B,C, adică sînt tensiuni de fază.

Aceste tensiuni, dată fiind natura vectorială a cauzei ce le-a produs, adică tensiunea electromotoare, sînt şi ele mărimi vectoriale. Asta face să le putem reprezenta ca în figura patru.

 

Valorile instantanee ale curenţilor ce circulă prin cele trei înfăşurări (respectiv cele trei conductoare de linie) sînt:

  iA=IA sin ωt

iB=IB sin (ωt - 2π/3)   (7)

iC=IC sin (ωt - 4π/3)

 

Suma acestor curenţi ne dă valoarea curentului prin conductorul neutru (conductorul de nul) Ī0 = ĪA + ĪB + ĪC (8)

 

Atunci cînd IA, IB şi IC  sînt egali şi simetrici (adică decalaţi între ei la 120º) I0 = 0.

O urmare directă a acestui fapt e lipsa conductorului neutru (de nul) în cazul consumatorilor trifazaţi. Consumatorii, pentru a funcţiona,  nu au nevoie de acest conductor. Asta înseamnă că între punctul neutru al stelei transformatorului O şi punctul neutru al stelei formată de impedanţele consumatorului O´nu avem diferenţă de potenţial.

Neglijînd căderea de tensiune pe conductoarele de linie practic tensiunea de la bornele transformatorului se regăseşte pe consumator, astfel tensiunea UA = UA´, UB = UB´ şi

UC = UC´, asta face ca reprezentarea din figura patru să se aplice şi consumatorului.

Cu totul alta e situaţia consumatorilor monofazaţi, aceşti consumatori au nevoie de conductorul neutru, adică de Nul.

Consumatorii monofazaţi nu încarcă uniform reţeaua, în cazul lor avem o situaţie ca în Fig5

 

Deşi consumatorii în figură sînt reprezentaţi ca becuri, gîndiţi totuşi a fi consumatori ce prezintă impedanţe, adică o situaţie ca în figura trei, şi unde impedanţele nu ar mai fi egale.

ZA´O´ ≠ ZB´O´ ≠ ZC´O´

O astfel de situaţie are efecte tare nedorite, practic se produce o deplasare a punctului neutru al consumatorului faţă de cel al transformatorului. Asta înseamnă că între punctele O şi O´ din figura trei, avem o diferenţă de potenţial, vom măsura o tensiune electrică.

Reprezentarea grafică a acestui fapt se găseşte în figura 6.

Relaţia care ne dă deplasarea punctului neutru este:

 

  ŪOO´ =  ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN) (9)

 

În relaţie avem:

UA,  UB,  UC  - tensiunea de fază la bornele transformatorului;

YA,  YB, YC - admitanţele pe fază ale consumatorului inclusiv conductoarele

  de linie;

  YN - admitanţa conductorului de nul.

 

YA = 1/ ZA,  YB = 1/ ZB,   YC = 1/ ZC, YN = 1/ ZN  (10)

 

unde:  ZA, ZB, ZC, sînt impedanţele date de relaţia (5)

 ZN impedanţa conductorului de nul.

 

 

 

 

În Fig6 se observă că tensiunea la bornele receptorului nu mai are aceeaşi valoare cu tensiunea de la bornele transformatorului.

Tensiunile de la bornele A,,B,C (pentru receptor plus conductoarele de linie) sau la bornele A´, B´, C´, dacă neglijem impedanţele conductorului de linie, sînt date de relaţiile:

  ŪA´ = ŪA – ŪN,   Ū B´ = ŪB – ŪN, Ū C´ = ŪC – ŪN (11)

Curenţii ce circulă prin consummator şi linia de alimentere sînt daţi de relaţiile:

 

ĪA= ŪA´YA;   ĪB= ŪB´YB; ĪC= ŪC´YC; ĪN= ŪNYN (12)

 

Figura şapte se vrea un pic mai sugestivă

 

Ajunşi aici să îndemnăm la cîteva aplicaţii practice.

 

Aplicaţia 1

Considerăm o reţea cu tensiunea de fază de 220V, la această reţea alimentăm un consumator trifazat a cărui impedanţe, pe toate cele trei faze, sînt egale. Pentru simplitatea calculului considerăm că impedanţele în cauză sînt constituite numai din rezistenţe.

  ZA = ZB = ZC = 5Ω

 

Vom scrie folosind relaţiile  (4):

 

  ŪA = 220 V;

ŪB  = 220 a² = 220 (–0,5 – j 0,866) = (– 110 – j 190,52) V;

ŪC  = 220 a = 220 (–0,5 + j 0,866) = (– 110 + j 190,52) V.

 

 

Folosind relaţiile din (10) scriem:  YA = YB = YC = 1/5 = 0,2,  pentru YN folosim valoarea impedanţei din relaţia (6), Z =0,398 Ω

  YN = 1/ 0,398 = 2,51

 

Calculăm pe ŪN

 

ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN)

 

ŪN = ( 220 x 0,2 + (– 110 – j 190,52)0,2 + (– 110 + j 190,52)0,2)/ (0,2 + 0,2 + 0,2 + 2,51) = ( 44 – 22 – j 38,1– 22 + j 38,1)/ 3,11 = 0

 

ŪN =0, valoare ce era de altfel de aşteptat dată fiind simetria consumatorului (ZA = ZB = ZC = 5Ω).

 

Aplicaţia 2

 

Considerăm o reţea cu tensiunea de fază de 220V, la această reţea alimentăm un consumator trifazat a cărui impedanţe, pe cele trei faze, sînt inegale. Pentru simplitatea calculului considerăm că impedanţele în cauză sînt constituite numai din rezistenţe.

  ZA = 40Ω,  ZB = 5Ω,  ZC = 15Ω

 

Vom scrie folosind relaţiile  (4):

 

  ŪA = 220 V;

ŪB  = 220 a² = 220 (–0,5 – j 0,866) = (– 110 – j 190,52) V;

ŪC  = 220 a = 220 (–0,5 + j 0,866) = (– 110 + j 190,52) V.

 

 

Folosind relaţiile din (10) scriem: 

YA = 1/40= 0,025;  YB = 1/5 = 0,2;   YC=1/15 = 0,066,

pentru YN folosim valoarea impedanţei din relaţia (6), Z =0,398 Ω

  YN = 1/ 0,398 = 2,51

 

  Calculăm pe ŪN

 

ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN)

 

 

  ŪN = ( 220 x 0,025 + (– 110 – j 190,52)0,2 + (– 110 + j 190,52)0,066)/ (0,025 + 0,2 + 0,066 + 2,51) =  (5,5 – 22 – j 38,104 – 7,26 + j 12,57)/ 2,801

 

ŪN = (– 23,76 – j 25,534)/ 2,801 = (– 8,48 – j 9,12)V

 

Mai departe folosim relaţiile din (11)

ŪA´ = ŪA – ŪN,   Ū B´ = ŪB – ŪN, Ū C´ = ŪC – ŪN

 

ŪA´ = ŪA – ŪN

ŪA´ = 220 + 8,48 + j 9,12 = ( 228,48 + j 9,12)V

 

Valoarea eficace a acestei tensiuni este:

UA´ =√(228,48² + 9,12²) = √ (52203,11 + 83,17) = 228,66V

  UA´ = 228,66V

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū B´ = (– 110 – j 190,52) –(– 8,48 – j 9,12)=

= (– 101,52 – j 181,4)V

 

UB´ =√(– 101,52 ² + 181,4²) = √ (10306,31 + 32905,96) = 207,87V

UB´ = 207,87V

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū C´ = (– 110 + j 190,52) –(– 8,48 – j 9,12)=

= (–101,52 + J199,64)V

 

UC´ =√(– 101,52 ² + 199,64²) = √ (10306,31 + 39856,13) = 223,97V

UC´ = 223,97V

 

ĪA= ŪA´YA;   ĪB= ŪB´YB; ĪC= ŪC´YC; ĪN= ŪNYN

 

ĪA= ŪA´YA=( 228,48 + j 9,12)0,025= 5,712 +j 0,228

IA=√ (32,63+0,052) =5,72A

IA=5,72A

IB= 41,54A

IC= 14,78A

IN= 31,23A

 

După cum se observă curenţii sînt mici, asta comparat cu curentul pe care-l suport[ un conductor cu secţiunea de 120mm². Diferenţele de tensiune sînt mici, ele se păstrează în cei 10% admişi de norme, dar se distinge circulaţia de curent prin conductorul de nul, de asemeni se vede că avem o deplasare de potenţial a neutrului de 12,45V (UN=12,45V).

Încărcaţi fazele şi mai dezechilibrat şi vedeţi ce obţineţi.

 

 

Aplicaţia 3

 

În acest caz păstrăm datele de la aplicaţia2, singura modificare constă în întreruperea conductorului de nul. Asta înseamnă că ZN = ∞, iar YN=1/ ZN =0

 

ZA = 40Ω,  ZB = 5Ω,  ZC = 15Ω

 

  ŪA = 220 V;

ŪB  = 220 a² = 220 (–0,5 – j 0,866) = (– 110 – j 190,52) V;

ŪC  = 220 a = 220 (–0,5 + j 0,866) = (– 110 + j 190,52) V.

 

YA = 1/40= 0,025;   YB = 1/5 = 0,2;   YC=1/15 = 0,066.

 

Calculăm pe ŪN

 

ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN)

 

ŪN = ( 220 x 0,025 + (– 110 – j 190,52)0,2 + (– 110 + j 190,52)0,066)/ (0,025 + 0,2 + 0,066) =  (5,5 – 22 – j 38,104 – 7,26 + j 12,57)/ 0,291

ŪN = (– 23,76 – j 25,534)/ 0,291 = (– 6,91 – j 87,75)V

 

Mai departe folosim relaţiile din (11)

ŪA´ = ŪA – ŪN,   Ū B´ = ŪB – ŪN, Ū C´ = ŪC – ŪN

ŪA´ = ŪA – ŪN,  

ŪA´ = 220 + 6,91 + j 87,75= ( 226,91 + j 87,75)V

 

Valoarea eficace a acestei tensiuni este:

UA´ =√(226,91² + 87,75²) = √ (51488,15+ 7699,31) = 243,28V

  UA´ = 243,28V

 

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū B´ = (– 110 – j 190,52) –(– 6,91 – j 87,75)=

= (– 103,09 – j 102,77)V

 

UB´ =√(– 103,09 ² + 102,77²) = √ (10627,55 + 10561,67) = 145,56V

   UB´ = 145,56V

 

 

Ū C´ = ŪC – ŪN

Ū C´ = (– 110 + j 190,52) – (– 6,91 – j 87,75)=

= (–103,09 + J278,27)V

 

UC´ =√(– 103,09 ² + 278,27²) = √ (10627,55 + 77434,19) = 296,75V

UC´ = 296,75V

 

 

 

Concluzii

 

Avem rezultatele celor trei aplicaţii:

 

Aplicaţia 1

 

ZA = ZB = ZC = 5Ω

UA = UB =  UC = UA´ = UB´ = UC´ = 220V

UN = 0V

La o reţea încărcată simetric, neglijind căderea de tensiune pe linie, tensiunile de la bornele consumatorului sînt egale cu cele de la bornele transformatorului. Potenţialul punctului neutru al consumatorului, O´, este egal cu potenţialul punctului neutru al transformatorului, O, asta face ca   UN = 0V. În acest caz nu avem circulaţie de curent prin conductorul de nul.

 

Aplicaţia 2

 

ZA = 40Ω,  ZB = 5Ω,  ZC = 15Ω

UA´ = 228,66V

UB´ = 207,87V

UC´ = 223,97V

UN = 12,45V

 

IA= 5,72A

IB= 41,54A

IC= 14,78A

IN= 31,23A

În acest caz asimetria sarcini produce deplasarea punctului neutru al consumatorului, O´. Cu toate că sarcina totală a scăzut, dată fiind natura asimetrică a ei, potenţialul nulului a ajuns la 12,45V, prin conductorul de nul avem circulaţie de curent, IN= 31,23A.

Această asimetrie a sarcini strică egalitatea găsită în aplicaţia1, adică

UA ≠ UB ≠  UC ≠ UA´ ≠ UB´ ≠ UC´.

 

 

Aplicaţia 3

 

ZA = 40Ω,  ZB = 5Ω,  ZC = 15Ω

 

UA´ = 243,28V

UB´ = 145,56V

UC´ = 296,75V

În acest caz, faţă de aplicaţia2, nu avem în plus decît o întrerupere a conductorului de nul.

În acest caz se produce o accentuare a dezechilibrului dintre tensiuni. Dacă în aplicaţia2 ne păstram cu dezechilibrul în cei ±10% acceptaţi, acum se sare peste acest procent. Se ating valori periculoase ale tensiunii, consumatorii monofazaţi se ard la astfel de valori.

Nu-i greu de intuit faptul că cu cît dezechilibrul sarcini pe cele trei faze este mai mare cu atît şi dezechilibrarea tensiunilor va fi mai mare. În aplicaţia2 se poate ajunge chiar în situaţia de a ieşi din cei ±10% acceptaţi.

Din cite se observă nu am adus nicăieri discuţia de puterea transformatorului, că ar fi supraîncărcat. Legat de linia de alimentare, am ales o secţiune de 120mm², asta ar suporta o încărcare de aproape 400A, mult peste curenţii sarcinii.

 

Calculele au fost făcute pentru impedanţe formate numai din rezistenţe, nimic nu vă opreşte să folosiţi în calcul valori complexe ale impedanţei.

Puteţi folosi sarcini inductive, la care Z = (R + jXL), sau chiar sarcini capacitive  Z = (R – jXC).

Îndemnaţi la calcule, merită.

[flomar60]

Domnule rasputin , toata stima si tot respectul pentru postul de mai sus ! Ati prezentat , mai sus, concepte teoretice la nivelul anului IV  de liceu ,absolut accesibile unuia care nu a fost certat cu fizica! 

 In sprijinul teoriei prezentata de dumneavoastra , un exemplu practic constatat de mine pe teren:

 - plecare trifazata din postul trafo , destinata - preponderent- consumatorilor monofazati la care s-a intrerupt neutrul la un stalp de colt

 -  4 x 70 mmp sectiune conductoare in sistem torsadat

 - distanta de la postul trafo la punctul de intrerupere , urmarind sinuozitatile plecarii , aprox. 900m

 - distanta in linie dreapta , aprox. 600m

 - tensiuni masurate la stalpul imediat urmator intreruperii spre capatul plecarii  => R = 247V...S  = 141V....T = 301V

 - prizele de pamant la stalpul nr. 3 dupa intrerupere , la stalpul cu intreruperea si la stalpul nr. 3 inainte de intrerupere cu valori intre 60 si 80 ohmi si fiecare armatura a fiecarui stalp conectata la neutru cu cordita de legatura

 Adoua zi , in regim de urgenta , s-a reparat priza de pamant de la stalpul cu intreruperea , 6 electrozi de 2, 5m lungime, plasati in linie la 2 m unul de altul , batuti la 50 cm sub nivelul solului , rezistenta ohmica masurata 6,1 ohmi...s-a reparat linia totul a revenit la normal dar, am avut curiozitatea sa masor curentul de scurgere la priza de pamant cea noua ...a iesit o valoare de 28,1 A - asta in timpul zilei...

 Concluziile le trageti fiecare ! 

   Toate bune !

[rasputin]

Într-un alt subiect am văzut că se insista pe priza de pămînt, pe valorile diferenţialelor, se mai ridica şi semnul întrebării legat de diferenţa de potenţial dintre nul şi o priză de pămînt, una peste alta m-au făcut a crede că nu prea se stăpînesc fenomenele. N-am îndemnat a răspunde acolo pentru că altul era subiectul şi, mai ales, în acest subiect aveam baza de plecare.

Voi considera situaţia în care se întrerupe nulul de lucru al reţelei, dar , pe reţea, avem o priză de pămînt cu valoarea de 6,1 Ω, taman ce a dat colegul flomar60, ca valoare măsurată. Asta vrea să însemne că recalculăm aplicaţia2, vom avea:

 

Aplicaţia 2´

 

Considerăm o reţea cu tensiunea de fază de 220V, la această reţea alimentăm un consumator trifazat a cărui impedanţe, pe cele trei faze, sînt inegale. Pentru simplitatea calculului considerăm că impedanţele în cauză sînt constituite numai din rezistenţe.

ZA = 40Ω,  ZB = 5Ω,  ZC = 15Ω

 

Vom scrie folosind relaţiile  (4):

 

ŪA = 220 V;

ŪB  = 220 a² = 220 (–0,5 – j 0,866) = (– 110 – j 190,52) V;

ŪC  = 220 a = 220 (–0,5 + j 0,866) = (– 110 + j 190,52) V.

 

 

Folosind relaţiile din (10) scriem: 

YA = 1/40= 0,025;  YB = 1/5 = 0,2;   YC=1/15 = 0,066,

pentru YN folosim valoarea impedanţei din relaţia (6), la care adăugăm şi cei 6,1 Ω ai prizei de pămînt, Z =6,498 Ω

YN = 1/ 6,498 = 0,154

 

Calculăm pe ŪN

 

ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN)

 

 

ŪN = ( 220 x 0,025 + (– 110 – j 190,52)0,2 + (– 110 + j 190,52)0,066)/ (0,025 + 0,2 + 0,066+ 0,154) =  (5,5 – 22 – j 38,104 – 7,26 + j 12,57)/ 0,445

 

ŪN = (– 23,76 – j 25,534)/ 0,445 = (– 53,39 – j 57,38)V

UN = √ (– 53,39² – 57,38²)V =78,38 V

UN  =78,38 V

 

 

Mai departe folosim relaţiile din (11)

ŪA´ = ŪA – ŪN,   Ū B´ = ŪB – ŪN, Ū C´ = ŪC – ŪN

 

ŪA´ = ŪA – ŪN

ŪA´ = 220 + 53,39 + j 57,38 = ( 273,39 + j 57,38)V

 

Valoarea eficace a acestei tensiuni este:

UA´ =√(273,39² + 57,38²) = √ (74742,01 + 3292,46) = 279,34V

UA´ = 279,34V

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū B´ = (– 110 – j 190,52) –(– 53,39 – j 57,38)=

= (– 56,61 – j 133,14)V

 

UB´ =√(– 56,61 ² + 133,14²) = √ (3204,69 + 17726,26) = 144,675V

 UB´ = 144,675V

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū C´ = (– 110 + j 190,52) –(– 53,39 – j 57,38)=

= (–56,61 + J247,9)V

 

UC´ =√(– 56,61 ² + 247,9²) = √ (3204,69 + 61454,41) = 254,28V

 UC´ = 254,28V

 

ĪA= ŪA´YA; ĪB= ŪB´YB;  ĪC= ŪC´YC;  ĪN= ŪNYN

 

ĪA= ŪA´YA=( 273,39 + j 57,38)0,025

IA=6,98A

IA=6,98A

IB= 28,93A

IC= 16,95A

IN= 12A

 

După cum se observă curenţii sînt mici, asta comparat cu curentul pe care-l suportă un conductor cu secţiunea de 120mm². Diferenţele de tensiune sînt mari, ele sar peste cei 10% admişi de norme şi sînt periculoase pentru consumatori, de asemeni se vede că avem o deplasare de potenţial a neutrului de 78,38V (UN=78,38V).

În aplicaţia3 aveam o deplasare a potenţialului neutrului de 88V, deci oarece scădere ar fi. Pînă la urmă-s zece volţi, nu-i chiar de colo.

De ce mă leg de potenţialul nulului? Păi acest potenţial se regăseşte pe carcasele tuturor aparatelor legate la reţea, deşi am fi tentaţi a spune că 88V nu-s chiar aşa mulţi, ei sînt însă peste limita ce o recomanda STAS-ul  (posibil că şi în normativele de azi, actualizate, să spună acelaş lucru).

Potrivit STAS-ului se considera ca fiind tensiune maximă admisă de atingere o valoare de 65V, 50Hz şi o durată de maxim 3 secunde. Ca şi curenţi, (dacă mai reţin eu bine) erau cel mult 10mA la 50Hz şi cel mult 50mA în curent continuu. Asta vrea să însemne că acei 88 şi respectiv 78 volţi, îs olecuţă cam mulţi.

 

Hai să vedem ce ar însemna o priză de pămînt a cărei valoare este de 4 Ω. Refacem calculele:

În aplicaţia2´ nu se schimbă decît valoarea impedanţei şi implicit a admitanţei conductorului de nul.

 

ŪA = 220 V;

ŪB  = 220 a² = 220 (–0,5 – j 0,866) = (– 110 – j 190,52) V;

ŪC  = 220 a = 220 (–0,5 + j 0,866) = (– 110 + j 190,52) V.

 

 

Folosind relaţiile din (10) scriem: 

YA = 1/40= 0,025;  YB = 1/5 = 0,2;   YC=1/15 = 0,066,

pentru YN folosim valoarea impedanţei din relaţia (6), la care adăugăm şi cei 4 Ω ai prizei de pămînt, Z =4,398 Ω

YN = 1/ 4,398 = 0,23

 

Calculăm pe ŪN

 

ŪN = ( ŪAYA + ŪBYB + ŪCYC) / ( YA + YB + YC + YN)

 

 

ŪN = ( 220 x 0,025 + (– 110 – j 190,52)0,2 + (– 110 + j 190,52)0,066)/ (0,025 + 0,2 + 0,066+ 0,23) =  (5,5 – 22 – j 38,104 – 7,26 + j 12,57)/ 0,521

 

ŪN = (– 23,76 – j 25,534)/ 0,521 = (– 45,6 – j 49)V

UN = √ (– 45,6² – 49²)V =67V

UN =67V

 

 Să vedem ce se întîmplă şi cu celelalte tensiuni.

 

Mai departe folosim relaţiile din (11)

ŪA´ = ŪA – ŪN, Ū B´ = ŪB – ŪN,  Ū C´ = ŪC – ŪN  

ŪA´ = ŪA – ŪN,  

ŪA´ = 220 – (– 53,39 – j 57,38)= ( 273,39 + j 57,38)V

 

Valoarea eficace a acestei tensiuni este:

UA´ =√(273,39² + 57,38²) = √ (74742,1+ 3292,46) = 279,34V

UA´ = 279,34V

 

 

Ū B´ = ŪB – ŪN

Ū B´ = (– 110 – j 190,52) –(– 53,39 – j 57,38)=

= (– 56,61 – j 133,14)V

 

UB´ = √ (3204,7 + 17726,26) = 144,67V

   UB´ = 144,67V

 

 

Ū C´ = ŪC – ŪN  

Ū C´ = (– 110 + j 190,52) –(– 53,39 – j 57,38)=

= (–56,61 + J247,9)V

 

UC´ =√(– 56,61 ² + 247,9²) = √ (3204,7 + 61454,61) = 254,28V

 UC´ = 254,28V

 

 

Acu’ e acu’ Iată rezultatele aplicaţiei3:

UA´ = 243,28V

UB´ = 145,56V

UC´ = 296,75V

UN   = 88V

Iată şi valorile aplicaţiei2’, cele două seturi de valori:

 

 

 UA´ = 279,34V   UA´ = 279,34V

 UB´ = 144,675V   UB´ = 144,67V

 UC´ = 254,28V   UC´ = 254,28V

 UN  = 78,38V   UN   = 67V

 

Ca şi concluzii zicem cam aşa:

 

Tensiunile UA´, UB´ şi UC´, nu s-au modificat atît de mult încît să se încadreze în limitele acceptate, ele se păstrează la valori periculoase pentru consumatori.

Tensiunea UN s-a modificat atît de mult încît sîntem foarte aproape de limita celor 65 de volţi acceptaţi. În lipsa prizei de pămînt aveam 88V, cu o priză de 6,1 Ω s-a ajuns la 78,38V, iar pentru o priză egală cu maximul acceptat, adică 4 Ω, am ajuns la 67V.

Treaba asta ne duce la concluzia că priza de pămînt nu are menirea de a salva consumatorii ea are menirea de a proteja omul la întreruperea nulului. Numai şi numai la întreruperea nulului. În acest caz ea se constituie drept protecţie principală.

Situaţia se prezintă ca în figura de mai jos.

Întreruperea conductorului PEN nu afectează consumatorul C1, consumatorul C2 ajunge într-o situaţie periculoasă. Pe carcasa sa, funcţie de existenţa s-au absenţa prizei de pămînt, avem o tensiune cuprinsă între 67 şi 88 volţi.

 

În cazul defectelor de izolaţie, caz prezentat în figura de mai jos, protecţia se realizează prin legare la nul.

 Carcasa consumatorilor se leagă la conductorul PE, conductor ce derivă din conductorul PEN.

La defect, potenţialul fazei defecte ce ajunge accidental pe carcasă se închide prin conductorul PE, apoi calea de current se asigură de conductorul PEN şi se ajunge la punctual neutru al înfăşurărilor stelei transformatorului ce alimentează reţeaua. Situaţia se traduce practic printr-un scurtcircuit fază nul, ceea ce duce la arderea siguranţei de pe faza respectivă.

În practică, acolo unde-s consumatori de putere mare, cu valori mari ai curentului de scurtcircuit şi există posibilitatea ca în momentul defectului omul să se afle în contact cu carcasa consumatorului se prevede, ca măsură ajutătoare, legarea carcasei consumatorului la o priză de pămînt. Carcasa este legată şi la conductorul PE, prezenţa prizei de pămînt este măsură ajutătoare, protecţia principală fiind aceea de legare la nul (firul PE). Măsura se aplică în special în locurile de muncă periculoase, fie cu multă umezeală fie cu pericol de explozie.

De ce este legarea la nul măsura principală de protecţie?

În aplicaţia2 spuneam că impedanţa conductorului de nul, pentru cablul ales, este de Z =0,398 Ω. Comparînd această valoare cu valoarea normată pentru priza de pămînt, maxim 4 Ω, se vede uşor faptul că între ele este o diferenţă de aproape zece ori, curentul alegînd calea cu impedanţa cea mai mică. Un lucru cît se poate de firesc.

Mai spuneam că în cazul curenţilor mari de scurtcircuit se leagă carcasa şi la o priză de pămît locală. Explicaţia e simplă, la valori mari ale curentului de scurtcircuit pe această impedanţă vom avea căderi de tensiune ce fac ca potenţialul ei faţă de potenţialul pămîntului să depăşească acei 65 de volţi pe care îi acceptă STAS-ul. Prezenţa prizei de pămînt nu face decît să şunteze rezistenţa corpului uman (valoric pentru corpul uman avem 800-1000 de ohm.

 

În linii mari cam asta ar fi:

Protecţia principală împotriva electrocutării prin curenţi de defect se realizează prin legare la nul (conductorul PE). Legarea la o priză de pămînt este măsură ajutătoare.

Protecţia principală împotriva electrocutării în cazul defectelor de întrerupere a nulului se face prin legare la priza de pămînt.

 

Notă

Afirmaţiile se referă la reţelele de tip TN-C (tera –nul comun), adică situaţia reţelei de distribuţie a energiei la consumatori casnici. Chestiunea nu este specifică strict consumatorilor casnici, important e că ce avem fiecare pe acasă e o astfel de reţea.

[Dr.L]

Frumoasa exemplificare!

Daca nu ma insel, conform unei variante mai recente a normativului I7, priza de pamanat trebuie sa aiba <1 ohm.

Acum, nu cred ca toti care au przele de pamant facute recent si <4 ohmi se apuca sa le schimbe...

[rasputin]

Legat de valorile prizelor de pămînt, valoarea măsurată de colegul flomar60 nu este o valoare greşită, altfel spus, priza în cauză este conformă cu cerinţele normativului. Eu am plecat de la acea valoare pentru că este una obţinută prin măsurare, e o stare de fapt. Tot pentru calcul, am redus totul la existenţa acelei singure prize de pămînt.

În cazul liniilor electrice aeriene (LEA), prescripţiile spun că trebui a exista o priză de pămînt la sursă, adică fix la transformatorul ce alimentează acea linie. Borna de nul a transformatorului se leagă efectiv la o priză de pămînt, a cărei valoare este mai mică sau cel mult egală cu 4 ohm.

Pe traseul LEA se prevăd prize de pămînt în toate punctele de derivaţie a liniei şi la toate schimbările de direcţie ale liniei, adică acolo unde apare un stîlp de colţ. Explicaţia acestei cerinţe este legată de faptul că în aceste zone, dată fiind natura solicitării mecanice, posibilitatea ruperii conductorului de nul este mai mare.

De asemeni se prevăd prize de pămînt şi în alte puncte ale reţelei, condiţia impusă este ca între două puncte consecutive să fie o distanţă de maxim 1000 de metri.Asta vrea să însemne că la fiecare o mie de metri de linie e musai să existe cel puţin o priză de pămînt. Valoarea acestor prize de pămînt va fi de maxim 10 Ω, dar, funcţie de natura solului, se acceptă şi valori de 20 Ω. Condiţia impusă este ca rezistenţa rezultantă a acestor prize să fie mai mică s-au egală cu 4 Ω. Stîlpii de capăt ai liniei au şi ei o priză de pămînt.

Mai trebuie spus că în cazul LEA, prizele de pămînt trebuie să să îndeplinească o condiţie de verificare, condiţie în care se ţine cont de o serie de coeficienţi între care şi coeficientul de izolare al amplasamentului, de aici şi valori de 10 s-au chiar 20 Ω, ca fiind normale.

Atenţie, eu vorbesc de prize de pămînt nici pe departe de legarea armăturilor metalice ale stîlpului la conductorul de nul. Rolul acestei legări e altul.

 

Necazul cel mare este că avem linii vechi, linii la care în ultimul sfert de secol s-a cam sărit peste revizii şi reparaţii curente, că de, a primat eficienţa economică, adică gheşeftul. Asta vrea să însemne că defectele s-au cam cumulat în timp, iar azi încep a se face simţite.

O altă chestie observată de mine în practică este că acolo unde s-a făcut trecerea la conductoare torsadate, în multe din cazuri, efectiv s-a omis a se lega priza de pămînt la conductorul de nul (PEN). Eu sînt conştient că torsadatul are rezistenţă electrică mărită, dar mai ştiu că şi el se poate întrerupe. Asta vrea să însemne că şanse să te electrocutezi dacă de sprijini de stîlp nu prea sînt, dar poţi să te electrocutezi atîngînd carcasa consumatorilor ce-i ai prin ogradă.

Nu înţeleg omisiunea decît ca fiind neştiinţă, cei ce ştiau fiind goniţi din ţară la cules de căpşuni şi alte cele, prin ţări mai calde.

 

Ca şi valori ale prizelor de pămînt (rezistenţe de dispersie):

- în cazul instalaţiilor obişnuite, ≤ 4 Ω;

- în cazul instalaţiilor agrozootehnice, ≤ 2 Ω;

- în cazul instalaţiilor din subteran, ≤1 Ω;

- ...

Legat de valori, aşa le normează normativul (normativele).

Legat de normativ (normative) e bine de ştiut că ele impun nişte valori s-au stări de fapt, că e musai a fi aşa, altfel e baiu. Normativele nu spun însă şi cum şi mai ales de ce se face aşa, de treaba ista se ocupă manualele  (în genere literatura) de specialitate. A te închina la un normativ ca la sfintele moaşte, totul dus pînă la habotnicie, nu-i lucru normal. Asta vrea să spună că nu se cunosc normativele, şi cu atît mai puţin cele ce ţin de manuale.

Tot legat de normativ, caz particular de I7, cînd fac referire la el mă raportez la ediţii mai vechi, ediţii în care titulatura sa era:

I7 Normativ privind proiectarea şi executarea instalaţiilor electrice cu tensiuni pînă la 1000Vca şi 1500Vcc

Că normativul a fost periodic actualizat, că a fost schimbată şi denumirea lui, ar fi una la mînă. A doua la mînă ar fi faptul că instalaţiile vechi, existente, nu au fost retrase din exploatare, asta vrea să însemne că ele nu încalcă prescripţiile noi. Cînd vorbim despre astfel de instalaţii referirea la standardul după care au fost realizate nu-i lucru greşit. Că unora pare drept bleasfemie, drept atentat la sfintele scripturi, este altă treabă. În fapt doar pare şi e părerea lor.

Editat Mai 1, 2015 de rasputin