Instalatii electrice si sisteme electroenergetice

COLECTIVUL DE AUTORI

Valentin Stefanescu (coordonator)

Alexandru Miron

Marius Branzila

Aurel Nedelea

Sandu Suru

Marian-Catalin Simtinica

Lucian Ceciliu Nica

Mihai Iulian Ionita

Cristi Catalin Paraschiv

PREFATA

Cum nimic nu este perfect, ci totul este perfectibil si sistemele electroenergetice au cunoscut modificari substantiale de-a lungul timpului. Multe dintre preocuparile specialistilor in domeniul electroenergetic au abordat probleme ale instalatiilor si retelelor de joasa, medie si inalta tensiune.

Analiza fenomenelor la aceste tensiuni, si solutiile adoptate au determinat ca sistemele electroenergetice sa atinga parametri superiori de calitate, fiabilitate si disponibilitate. Studiind aceasta carte, cititorul se familiarizeaza cu modurile de functionare, principiile constructive si solicitarile diverselor aparate si echipamente electrice de la nivelul instalatiilor pentru constructii civile, industriale si pentru producere, transport si distributie a energiei electrice. Totodata, sunt abordate cele mai importante probleme din cadrul acestor sisteme.

Numeroasele solutii prezentate indica modul in care poate fi crescut, in mod substantial, nivelul securitatii personalului care lucreaza in mediu electric si diminuat riscul de incidente si incendii din cauze electrice in instalatii si constructii.

Prin modul modern de prezentare a problemelor, prin numeroasele exemple si solutii actuale, lucrarea poate fi deosebit de utila specialistilor, studentilor si masteranzilor din domeniul electric si electroenergetic. Speram ca lucrarea sa-si atinga scopul.

Prof. univ. dr. ing. Nicolae Badea

CUPRINS

1. Simbolizarea echipamentelor si scheme electrice 17

2. Procese termice si scurtcircuite 35

3. Arcul electric 47

4. Echipamente electrice de protectie de joasa tensiune 52
4.1. Intreruptoare automate magnetotermice miniaturale 52
4.2. Dispozitive de protectie diferentiala 55
4.3. Avantajele si dezavantajele sigurantelor automate 60
4.4. Intreruptoare automate de tip USOL 65
4.5. Disjunctoare pentru FDCP si BMPT 74
4.6. Disjunctoare pentru cutii de distributie si tablouri electrice din posturi de transformare 74

5. Echipamente electrice de comutatie din retele electrice aeriene
de medie tensiune 76

6. Intreruptoare cu ulei de inalta si medie tensiune 88
6.1. Intreruptoare cu ulei tip IO 110 kV 88
6.2. Intreruptoare cu ulei de 20 kV 98

7. Echipamente moderne pentru statiile electrice de tip GIS/HIS 110 kV 106
7.1. Statii GIS 106
7.2. Echipamente GIS 107
7.3. Principiul de functionare al intreruptoarelor cu resoarte 107
7.4. Aparatura de comutare cu gaz SF6 F35-145kV 108

8. Defecte in instalatiile de inalta si medie tensiune si modul de actionare a protectiilor pentru eliminarea acestora 119
8.1. Introducere 119
8.2. Aspecte teoretice 119
8.3. Analiza modului de actionare a protectiilor 121
8.3.1. Defecte pe liniile electrice de inalta tensiune de 110 kV 121
8.3.2. Defecte in statiile de 110 kV cu dublu sistem de bare si cupla transversala 122
8.3.3. Defect in statia de 110 kV cu trei sectii de bare colectoare si cuple longitudinale 123
8.3.4. Defect pe barele unei statii de medie tensiune cu doua sectii de bare colectoare si cupla longitudinala 124
8.3.5. Detectarea celulei cu refuz de intreruptor in cazul declansarii cuplei longitudinale intr-o statie de medie tensiune 125
8.3.6. Defect intr-o statie de medie tensiune cu doua sectii de bare colectoare si cupla transversala (1) 126
8.3.7. Defect intr-o statie de medie tensiune cu doua sectii de bare colectoare si cupla transversala (2) 127
8.3.8. Defecte pe barele de medie tensiune intr-o statie cu doua sectii de bare colectoare si cupla longitudinala 128
8.3.9. Defecte in zona transformatorului de putere IT/MT dintr-o statie de transformare de distributie a energiei electrice 129

9. Baterii de acumulatoare si redresoare 130
9.1. Scurt istoric 130
9.2. Termeni si normative specifice 134
9.3. Clasificare dupa domeniul de aplicatie 137
9.4. Clasificare dupa tehnologiile de fabricatie 138
9.5. Exemplificari constructive pentru acumulatoare uzuale 138
9.6. Scule specifice pentru masura 139
9.7. Factori care influenteaza caracteristicile acumulatoarelor (temperatura, timp) 143
9.7.1. Temperatura 143
9.7.2. Timpul 143
9.8. Alegere (comparatie tehnic, financiar) si dimensionare (inclusiv pentru sistemele conexe) 144
9.9. Securitate inainte de toate (spalare, aerisire, scule izolate) 145
9.10. Ventilatie (pe considerente chimice si termice) 147
9.10.1. Considerente chimice 147
9.10.2. Considerente termice 148
9.11. Transportul (pe roti, pe apa/naval, pe cai ferate, prin aer/avion) 148
9.12. Protectia mediului (restrictii) 149
9.13. Exemplificari pentru utilizare practica 150
9.14. Dimensionarea corecta a unei baterii de acumulatoare Plumb-acid, fara intretinere 159
9.15. Instalarea in amplasament a unei baterii de acumulatoare, plumb acid, cu intretinere. Set compus din 12 celule de 2V tip 6 OPzS 420 165
9.16. Determinarea capacitatii unui bloc acumulator fara intretinere 172
9.17. Alegerea, dimensionarea si verificarea unui redresor pentru acumulatoare stationare Plumb-acid 180
9.18. Prezentare topologii de redresoare 185

10. Invertoare si UPS-uri 195
10.1. Alegerea, dimensionarea si verificarea unui invertor 195
10.2. Alegerea, dimensionarea si verificarea unei surse neintreruptibile de curent alternativ 202

11. Transformatoare de masura 216
11.1. Transformatoare de masura de inalta tensiune in ulei 216
11.1.1. Transformatorul de masura curent (TC) de 110 kV 217
11.1.2. Transformatorul de masura tensiune (TT) de 110 kV 232
11.1.3. Studiu comparativ privind transformatoarele de masura studiate 237
11.2. Transformatoare de masurare a intensitatii curentului electric la joasa tensiune 238
11.2.1. Introducere 238
11.2.2. Test 244
11.2.3. Aplicatie 244

12. Echipamente electrice moderne utilizate in sistemele fotovoltaice 247
12.1. Introducere 247
12.2. Arhitectura standului pentru studiul echipamentelor electrice din sistemele cu PV 247
12.3. Automatul programabil 249
12.4. Interfata om-masina (HMI) VT250 250
12.5. Sursa de curent continuu 251
12.6. Panoul fotovoltaic 251
12.7. Controlerul de incarcare solar – Steca 253
12.8. Acumulatorul 254
12.9. Echipamentul de conversie 255
12.10. SoMachine – software pentru AP 256
12.11. Configurare 257
12.12. Programare si depanare 257
12.12.1. Punere in functiune 257
12.12.2. Configurare DHCP a router-ului 258
12.13. Conectarea PC-ului la AP 261
12.14. Incarcare/descarcare program din AP 261
12.15. LabVIEW- Instrument virtual pentru achizitia semnalelor de curent si tensiune 262
12.16. Lucrari de efectuat 266

13. Echipamente moderne pentru casele inteligente 268
13.1. Introducere Quick KNX 268
13.2. Prezentare valiza Quick KNX de la Lingg&Janke 269
13.3. Cum se programeaza 275
13.4. Tabele de programare – alocare comenzi 277
13.5. Programarea unei aprinderi de lampa 280
13.6. Verificare programare, probe si masurari 282
13.7. Concluzii 284
13.8. Aplicatie 285

14. Echipamente electrice pentru casele nZEB 288
14.1. Generalitati cladiri 288
14.1.1. Definitie generala 288
14.1.2. Cladire nZEB 288
14.2. Categorii de cladiri 289
14.2.1. Cladiri noi 289
14.2.2. Cladiri existente 289
14.3. Legislatie 290
14.4. Evaluarea performantei energetice totale 290
14.4.1. Performanta energetica 290
14.4.2. Contributia energiei electrice exportate la performanta energetica anuala 291
14.4.3. Contributia energiei din surse regenerabile 291
14.5. Echipamente 291
14.6. Caz specific – Scoala Generala 293
14.6.1. Diminuarea consumului electric pentru iluminat 293
14.6.2 Acoperirea procentului de energie regenerabila 296
14.6.3. Instalatie cu panouri fotovoltaice 299
14.6.4. Instalatie de ventilare cu recuperare de caldura 304
14.7. Exemple grafice de monitorizare 306
14.8. Imagini din C.T. (camera tehnica) 308
14.9. Concluzii 313

Bibliografie 315

DESPRE AUTORI

Dr. ing. Valentin STEFANESCU (n. 1986), a obtinut titlul de inginer in anul 2009, la Facultatea de Energetica a Universitatii Politehnica din Bucuresti si titlul de doctor inginer in anul 2022, la Facultatea de Inginerie Electrica, UPB. Este recunoscut ca specialist in domeniul electroenergetic, fiind o prezenta activa in cadrul conferintelor stiintifice internationale de retele electrice. Model de rigoare, claritate si concizie, este foarte apreciat pentru profesionalism, integritate, daruire si competenta.

Prof. asoc. dr. ing. Alexandru MIRON nascut in anul 1949, este absolvent al Facultatii de Electrotehnica, sectia Electroenergetica si doctor in Inginerie Electrica al Universitatii Tehnice „Gh. Asachi” din Iasi, din 1972 si respectiv 1999. Intre anii 1976-1998 a lucrat la Intreprinderea de Distributie a Energiei Electrice Suceava unde a indeplinit diverse functii (intre 1990-1998, seful sectiei PRAM), si din 1998 pana in 2014 la Compania Nationala de Transport a Energiei Electrice „Transelectrica” S.A. unde a fost seful departamentului de inalta tensiune la Sucursala de Transport Bacau. In paralel, din 1999, desfasoara activitatea didactica la Universitatea din Suceava, in calitate de profesor asociat unde preda „Protectia si automatizarea sistemelor energetice”. Domeniul sau de cercetare este monitorizarea, protectia si controlul sistemelor de alimentare bazate pe microcomputer. Este autorul unei carti despre protectia sistemelor electroenergetice si autor si coautor a peste 80 de lucrari. Este membru al IEEE Power Engineering Society si membru al CIGRE, Comitetul de studiu B5 – Protectie si automatizare.

Conf. dr. ing. Marius BRINZILA s-a nascut anul 1977 si a absolvit Facultatea de Electrotehnica a Universitatii Tehnice „Gheorghe Asachi” din Iasi in anul 2001. A obtinut titlul de doctor in Inginerie electrica in anul 2007 in domeniul Sistemelor de monitorizare a parametrilor de mediu. A urmat cursuri postdoctorale 2011-2013 in domeniul Calculatoare si tehnologia informatiei, avand tema „Prelucrarea si analiza unor semnale biologice prin intermediul inteligentei artificiale”. In prezent este Conferentiar la Facultatea de Inginerie Electrica, Energetica si Informatica Aplicata. Domenii de expertiza: sisteme senzoriale, senzori inteligenti, masurari in procese industriale, sisteme distribuite si tehnologii open source. Afiliere organizatii stiintifice: membru METROS, SETIS, Global NEST, Ad ASTRA si in comitetul unor jurnale: Advances in Environmental Biology (AEB) si Journal of Middle East Applied Science and Technology (JMEAST).

Ing. Aurel NEDELEA (n. 1961) a obtinut titlul de inginer in anul 1986, la Facultatea de Electrotehnica a Institutului Politehnic din Bucuresti, specializarea Masini Electrice. Dupa absolvire a desfasurat activitatea de inginer stagiar (3 ani) la Santierul Naval Oltenita (atributii diverse privind urmarirea productiei conform proceselor tehnologice aprobate si punerea in functiune a surselor de energie de rezerva pe nave fluviale si costiere destinate exportului, inclusiv predarea catre inspectorii de la Registrul Naval al clientului). Prin trecerea la un alt domeniu si anume intretinerea calculatoarelor industriale instalate pe masinile unelte (CNC), reuseste sa-si creasca abilitatile de sinteza si corelare a unor procese complexe care implica diagnoza, nu doar a defectelor de natura electronica dar si de alta natura (electrica, mecanica, hidraulica) pentru a ajuta specialistii din celelalte domenii in remedierea rapida a situatiilor aparute. Aceasta ocupatie (de peste zece ani) a fost urmata de furnizare (ca reprezentant autorizat al unor firme prestigioase germane) si service in domeniul surselor de energie de rezerva (acumulatoare, redresoare, invertoare, UPS-uri) pentru centrale si statii de transformare din S.E.N. si nu numai. Aceasta activitate de peste douazeci de ani continua si in prezent, asigurand astfel stabilitate si incredere nu doar furnizorilor ci si tuturor clientilor din Romania (hidrocentrale, statii de transformare, termocentrale, petrol-gaze, centrala atomica). Viziunea completa a inginerului Aurel Nedelea, de la stadiul de proiectare si cautare de solutii optime particularizate pentru fiecare aplicatie, trecerea prin toate etapele pana la punerea in functiune si continuata cu reviziile dupa zece ani sau chiar douazeci de ani, le-a asigurat clientilor din Romania un exemplu de competenta, stabilitate si profesionalism.

Ing. Sandu SURU (n. 1963). A obtinut mai intai titlul de subinginer, specializarea electromecanica tehnologica in cadrul Universitatii din Galati, Facultatea de Mecanica 1989, apoi titlul de inginer diplomat specializarea electromecanica in cadrul Universitatii „Dunarea de Jos” Galati, Facultatea de Nave si Inginerie Electrica 2002. In 2003 a obtinut diploma de master in specializarea Sisteme informatizate de conducere in transportul si conversia energiei electrice. A debutat in familia energeticienilor in 1984 si a ramas fidel companiei „Electrica” aproape 40 de ani, timp in care a ocupat functii de executie si conducere ca sef atelier reparatii, sef Centru Reparatii Echipamente Energetice si de Masura si personal operativ in cadrul parcurilor eoliene de pe raza judetului Galati. In prezent e specialist mentenanta la COR-IT Galati. umeroase generatii de elevi si studenti ii sunt recunoscatoare pentru indrumarea pe care le-a oferit in cadrul stagiilor de practica la centrul de reparatii echipamente.

Drd. ing. Marian-Catalin SIMTINICA (n. 1971), a obtinut titlul de inginer in anul 1995, la Facultatea de Mecanica, Specializarea Mecanica Fina Echipamente Periferice de Calcul, din cadrul Universitatii Politehnica din Bucuresti. Dupa absolvire isi desfasoara activitatea in domeniul automatizarilor, implementand solutii de smart home si building automation in multiple proiecte de cladiri, atat in domeniul rezidential dar si comercial. Activitatea desfasurata acopera zona de proiectare, implementare si mentenanta a sistemelor de cladiri inteligente. Principalele functionalitati implementate in proiecte automatizeaza iluminatul, umbrirea, incalzirea si racirea. Pe langa aceste functionalitati inteligente de baza, in proiecte au mai fost integrate controlul sistemelor de securitate, al sistemelor audio video dar si contorizare inteligenta. In domeniul cladirilor inteligente, a fondat asociatii de specialitate, a adus tehnologii de automatizare noi in Romania si a activat in domeniul educational prin conferinte si cursuri de specialitate.

Drd. ing. Lucian Ceciliu NICA absolvent al Facultatii de Mecanica in anul 1987 din cadrul Institutului Politehnic „Al. I. Cuza” Iasi si a Facultatii de Constructii si instalatii in anul 2022 din cadrul Universitatii Tehnice „Gheorghe Asachi” Iasi, absolvent cursuri postuniversitare „Auditor Energetic pentru Cladiri” – Universitatea Tehnica Cluj Napoca – 2023, absolvent Master „Cladiri Verzi” – Universitatea Tehnica Cluj Napoca – 2021, atestat „Manager Energetic pentru localitati” – Universitatea Tehnica Cluj Napoca – 2023, atestat „Manager Energetic IMM” – Universitatea Tehnica Cluj Napoca – 2021, Certificat „Proiectant Case Pasive”, este o figura de marca in domeniul eficientei energetice si al sustenabilitatii. Este presedintele Clusterului Pro-nZEB Sucursala Moldova si membru in Comitetul Director Cluster Pro-nZEB Romania. Aportul sau in dezvoltarea solutiilor pentru economisirea de energie si in promovarea unor practici mai durabile este deosebit de valoros. Dezvoltator al unui program de calcul pentru performanta energetica a cladirilor „Q-Energy” Este recunoscut pentru solutiile inovatoare implementate pentru a face cladirile noastre mai eficiente energetic si mai prietenoase cu mediul inconjurator. Cu o perspectiva asupra viitorul energetic si implementarea standardului nZEB cladirilor, inspira schimbari pozitive si durabile.

Ing. Mihai Iulian IONITA (n.1989) a obtinut titlul de inginer in anul 2012 la Facultatea de Inginerie Mecanica si Electrica a Universitatii Petrol si Gaze din Ploiesti. Dupa absolvire, isi desfasoara activitatea in domeniul exploatarii instalatiilor de distributie si transport al energiei electrice din sistemul energetic national. Isi desfasoara activitatea cu profesionalism si daruire fiind un bun cunoscator al instalatiilor din statiile electrice de transformare de medie si inalta tensiune.

Ing. Cristi Catalin PARASCHIV (n. 1986), a obtinut titlul de inginer in anul 2022, la Facultatea de Automatica, Calculatoare, inginerie Electrica si Electronica din cadrul Universitatii „Dunarea de Jos” din Galati. Din 2014 isi desfasoara activitatea in exploatarea instalatiilor de distributie a energiei electrice la joasa si medie tensiune. Principalele activitati ale sale constau in depistarea, izolarea si remedierea defectelor din retelele de joasa si medie tensiune.