curs 6 aspecte ale cem in electroenergeticausers.utcluj.ro/~denisad/compatibilitate...
Post on 22-Oct-2020
8 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
Curs 6
Aspecte ale CEM in electroenergetica
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA
CURS AN IV, Specializarile: ET, I&AD, IM
AN UNIVERSITAR: 2016-2020
http://users.utcluj.ro/~denisad
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Daca peste tensiunea nominala se suprapune o supratensiune sau un impuls de
tensiune apare asa numita supratensiune tranzitorie caracterizata prin:
- frontul de unda (masurat in microsecunde)
- gradientul (masurat in Kv/microsecunde)
Aceasta supratensiune tranzitorie determina aparitia unor perturbatii in retelele
electrice care afecteaza echipamentele electrice, provoaca radiatii electromagnetice
si provoaca un impuls de energie care poate distruge echipamentele electrice.
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
- Supratensiuni de comutatie produse de manevrele efectuate in retelele
electrice
- Supratensiunile cu front foarte rapid
- Supratensiunile temporare
- Supratensiuni produse de lovituri directe si indirecte de trasnet.
3/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
6.1. Supratensiuni de comutatie
Supratensiuni tranzitorii cu front lent a caror durata este mai mica de
cateva zeci de ms; frontul are durata de 20-5000 μs iar spatele o durata de
pana la 20 ns.
4/65
- Conectarea si deconectarea liniilor electrice in gol;
- Eliminarea unor defecte din reteaua electrica prin deconectarea
intrerupatoarelor, comandata de sistemele de protectii prin relee;
- Deconectarea brusca a sarcinii de la sfarsitul unei linii electrice;
- Deconectarea sarcinilor inductive sau capacitive de valoare redusa;
- Lovitura directa de trasnet pe o linie electrica aeriana, la distanta mare
de statia de transformare.
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
6.2. Supratensiuni cu front foarte rapid
Prezinta o forma de impuls oscilant amortizat cu durate de actiune
cuprinse intre 3 ns si maxim 100 ns;
Sunt caracterizate printr-un spectru bogat de frecvente inalte (frecventa
oscilatiei fundamentale:30-300 kHz, frecventa oscilatiilor suprapuse: 0,3-100
MHz)
- Comutatiile, realizate de separatoare cu contacte in aer sau in SF6 sau de
intrerupatoare cu contacte in vid sau SF6
- Trasnetele, caracterizate de curenti cu panta foarte mare sau de
amplitudini foarte ridicate
- Impulsul EM nuclear care are drept cauza exploziile nucleare de mare
amplitudine
- Cedarile de izolatie, provocate fie de supratensiuni cu FFR, fie de catre
alte tipuri de supratensiuni, fie chiar de tensiunea normala de fucntionare,
daca izolatia a suferit un proces de degradare in timp.
5/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 10
6.3. Supratensiuni temporare
Constituie componenta permanenta a unor regimuri tranzitorii in
sistemele electroenergetice;
Sunt supratensiuni preponderent de frecventa industriala avand o
durata relativ mare, de la cateva perioade ale tensiunii pana la ordinul
orelor.
Clasificare:
Grupa A: Supratensiuni temporare cu frecventa oscilatiilor egala cu
frecventa industriala sau apropiata de aceasta (deconectare brusca a
sarcinii, sc. nesimetrice, rezonanta produsa de intreruperea unei faze…)
Grupa B: Supratensiuni temporare cu frecventa oscilatiilor mai mare decat
frecventa industriala (au forma unor oscilatii sinusoidale de frecventa
industriala peste care se suprapun armonice de rang superior)
Grupa C: Supratensiuni temporare cu frecventa oscilatiilor mai mica decat
frecventa industriala
6/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
DESCARCARI ELECTRICE INTER- SI INTRA - NORI → FULGERE
DESCARCARI ELECTRICE NOR-SOL → TRASNET
- Pierderi de vieti omenesti, incendii si perturbatii EM in
sistemele electroenergetice si de telecomunicatii...
- Pot fi determinate mai usor caracteristicile lor optice si
electrice si astfel se pot cunoaste mai bine mecanismele
lor de formare
6.4 Supratensiuni produse de lovituri directe si indirecte de trasnet
7/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Copac lovit de trasnet- Palatul Ferrovie Tedesche - Monaco di Baviera, Italia
(mai 2003)
8/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 9/65
-
Rafinaria Pertamina, Cilacap/Java, 1665
[Museo di Scienze Naturali Alto Adige]
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 10/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 11/65
-
Daune provocate de supratensiuni, ca urmare a descarcarilor electrostatice
asupra unei celule de 20 kV
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 12/65
-
Transformator de 110 kV afectat de trasnet
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 13/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 14/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 15/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 16/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 17/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 18/65
-
Se poate spune ca:
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Trasnetul apare ca urmare
a acumularii progresive de
sarcini in norii de furtuna,
denumiti:
nori cumulo - nimbus
Trasnetul = descarcare
electrica cu lungimea de cativa
kilometri asociata unui impuls
de curent tranzitoriu de foarte
mare amplitudine.
Trăsnetul este o descărcare electrică produsă, pe timp de furtună, între nori şi
pământ.
19/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
10 mai 1752
Primul experiment care
pune in evidenta faptul ca
fulgerul este un fenomen
electric
Realizat de Dalibard a
Marly vicino Parigi
[http://www.sciencephoto.com/media/224634/view]
20/65
http://www.sciencephoto.com/image/224634/large/H4040315-Dalibard_s_lightning_experiment,_1752-SPL.jpg
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
[Lit.: Feuer, Blitz und Funke; Technischen Hochschule,
München, September 1665]
Iunie 1752
Benjamin Franklin
realizeaza un experiment cu
ajutorul unui zmeu
21/65
-
6 august 1753
Profesorul Richmann de
la Academia din San
Petersburg a murit in timpul
unui experiment legat de
fulger
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
[Lit.: Feuer, Blitz und Funke; Technischen Hochschule,
München, September 1665]
22/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
In general, trasnetul loveste in
structurile cele mai inalte fata de sol
[http://banateanul.gandul.info]
23/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Exista insa si exceptii
24/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
FORMAREA UNEI FURTUNI:
Existenta unui mediu umed
Formarea unui curent de aer ascendent
Determina o deplasare ascendenta a coloanei de aer cald,
care poate deveni o miscare turbulenta
25/65
-
FORMAREA NORILOR DE FURTUNA:
Cand aerul cald se ridica el se raceste
La o anumita inaltime, temperatura scazuta face ca vaporii invizibili de
apă din aer sa se condenseze în picături de apă vizibile sau în cristale de
gheață
Majoritatea picăturilor se formează când vaporii de apă se condensează
în jurul unui nucleu de condensare, o particulă minusculă de fum, praf,
cenușă sau sare
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 26/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Miscarea ascendenta a aerului cald
este turbulenta si determina, printr-un
proces complex, ionizarea picaturilor
de apa.
Particule de apa
Particule de gheata
- Pe timp frumos campul electric atmosferic la sol inregistreaza valori de cateva sute de V/m
- In apropierea unui nor de furtuna aceste valori incep sa se inverseze si apoi sa creasca puternic
→ 10-20 kV/m : DESCARCARE ELECTRICA LA SOL (TRASNET)
27/65
http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/images/lightning_stroke_jpg_image.html
-
Trăsnetul este o descărcare electrică produsă, pe timp de
furtună, între nori şi pământ.
Pe durata furtunilor, câmpul electric atmosferic atinge valori de
zeci de kV/m, fapt care favorizează apariţia fenomenului de trăsnet.
Intensitatea curentului de trăsnet atinge valori de zeci până la
sute de kA, iar durata lui (formată din mai multe impulsuri) poate fi
de până la 1 secundă.
FENOMENUL DE TRĂSNET
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 28/65
-
Partea inferioară a norului se încarcă de obicei negativ → acumulare de sarcini
pozitive pe toate elementele care se găsesc la sol, acumulare care va fi cu atât
mai importantă pe vârfurile metalice.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Separarea sarcinile pozitive şi negative în interiorul norilor cumulo-nimbus.
(t = 0 ms)
Sarcini pozitive
(10-100 C)
Sarcini negative
29/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Descărcare preliminară în interiorul norilor (preliminary breakdown)
(t = 1ms)
30/65
-
Se iniţiază o descărcare coborâtoare negativă (t = 1,2 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 31/65
-
Traseul de descărcare coborâtoare negativă se desfășoară în mai multe
faze de timp şi printr-o succesiune de ramificări radiale, sub formă de
arbore (t = 1,2 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 32/65
-
Descărcarea coborâtoare negativă („upward leader”) sub formă de arbore
(t = 1,2 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 33/65
-
Când liderul descărcărilor coborâtoare negative se apropie de sol, câmpul
electric la nivelul solului depăşeşte valoarea prag de străpungere a aerului
şi se iniţiază una sau mai multe descărcări urcătoare pozitive (t = 20 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 34/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Descărcarea urcătoare pozitive se cuplează cu liderul descendent, prin
aşa numitul proces de ataşare, în general la o distanţa de câţiva zeci de
metri de sol (t = 20,1 ms)
Procesul de ataşare
35/65
-
Liderul este conectat la potenţialul solului, astfel încât apare o descărcare
printr-un front de undă cu propagare ascendentă pe canalul de descărcare –
procesul se numeşte lovitura de întoarcere a trăsnetului, respectiv curentul
de întoarcere al trăsnetului (t = 20,1 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Prima lovitura de
intoarcere
36/65
-
Lovitura de întoarcere a trăsnetului (return stroke), respectiv curentul
de întoarcere al trăsnetului (t = 20,1 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Prima lovitura de
intoarcere
37/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Lovitura de întoarcere a trăsnetului (return stroke), respectiv curentul
de întoarcere al trăsnetului (t = 20,1 ms)
Prima lovitura de
intoarcere
38/65
-
După aproximativ 100µs, potenţialul de propagare de la sol descarcă aproape
complet canalul de întoarcere, iar lovitura de întoarcere se încheie. (t = 20,1 ms)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Dacă mai există încărcare cu sarcină în nori, pot să apară mai multe lovituri de întoarcere
secundare, pe acelaşi canal ionizat, creat anterior de către prima lovitură de întoarcere.
39/65
-
Descendenta
negativa
Descendenta
pozitivaAscendenta
negativa
Ascendenta
pozitiva
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 40/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 41/65
-
https://www.youtube.com/watch?v=Cz_uYBx1G5s
https://www.youtube.com/watch?v=eNxDgd3D_bU
How to Survive a Lightning Strike
How does lightning work?
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Descarcari negative nor-sol
- Cantitate de sarcini negative de cativa zeci de Coulombi
- Fenomenul luminos: 0,5s → componente de descarcare dintre care 3
sau 4 impulsuri de curent de foarte mare amplitudine: arcuri de retur
(1ms, timpul de pauza: cateva zeci de ms)
-La o distanţă de câţiva kilometri de zona de impact a unui trăsnet,
valorile de câmp electric sunt de ordinul kV/m, iar cele de câmp
magnetic de ordinul μT.
43/65
-
Puterea instantanee a unui trasnet: 106-107MW
Puterea medie este relativ redusa
Daca la capatul canalului ramane o anumita cantitate reziduala de
sarcini electrice → leader obscur (3·106 m/s, sarcina de aprox. 1Coulomb,
1kA) → arc de retur secundar (fenomenul se poate repeta pana la 15
arcuri de retur, ultimul arc de retur: 100A)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 44/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 45/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Campul electromagnetic al unui trasnet
PEM produse de o lovitura de trasnet sunt sesizabile pana la distante de peste 2
km de locul de impact al descarcarii norului de furtuna la sol;
Pentru distante cuprinse intre 1 si 2 km, campul electric vertical produs de trasnet
prezinta un varf initial al carui valoare scade cu distanta; la distante mai mari de 5
km, campurile electrice si magnetice au aceesi forma de unda si prezinta o inversare
de polaritate;
Primul arc de retur produce un camp electric vertical cu un front care creste pana
la jumatatea amplitudinii in timp de 2-8 μs in timpul carora intensitatea campului
electric atinge valoarea de cca. 20% din valoarea de varf
46/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
http://www.carpati.org/articol/fulgerul/525/
47/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Efectele unei lovituri directe de trasnet asupra unei retele electrice
Arcul de retur se comporta ca un curent injectat in conductor in punctul de impact
→ curentul suplimentar se imparte in doua parti egale care se propaga sub forma
de unde de curent de-a lungul liniei, in ambele sensuri
→ fiecarei unde de curent i se asociaza o unda de tensiune caracterizata printr-o
amplitudine considerabila (de ordinul catorva MV)
48/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Supratensiune de
valoare mare
Amorsare de arc
electric la primul
lant de izolatoare
intalnit
- Conturnare
- Strapungere
Canal ionizat conductor prin care trece atat arcul de retur cat si
curentul de sarcina cu care este incarcat conductorul inainte de
lovitura de trasnet
→ SCURTCIRCUIT MONOFAZAT
49/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
CONDUCTOARE
DE GARDA
(CONDUCTOARE
DE PROTECTIE)
Trebuie sa fie indeplinite urmatoarele conditii:
- Nivelul de izolatie este suficient de ridicat intre
conductorul de garda si conductoarele active
ale liniei;
- Rezistentele prizelor de pamantare ale
stalpilor sunt de valoare suficient de mica
(inferioare catorva ohmi)
50/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Efectele unei lovituri indirecte de trasnet asupra unei retele electrice
Campul EM intens generat de arcul de retur induce supratensiuni care pot, in
anumite situatii, sa provoace amorsari de arc electric pe izolatoarele liniei
51/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Calculul supratensiunilor induse necesita:
-Definirea distributiei spatio-temporale a curentului de trasnet in
lungul canalului de descarcare;
-Calculul campului EM rezultant;
-Evaluarea interactiunii intre campul EM si curentul liniei electrice
de transport
52/65
-
Se considera canalul de trasnet ca o antena verticala unidimensionala
de inaltime H plasata deasupra unui plan conductor
→ arcul de retur se propaga vertical incepand de la sol cu o viteza v; el
este parcurs de un curent i(z,t) a carui distributie spatio-temporala
determina campul EM intr-un punct oarecare din spatiu.
Calculul campului EM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 53/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 54/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 55/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Determinarea supratensiunilor induse de trasnet
Etapa 1: Pornind de la curentul arcului de retur de la baza canalului de
descarcare si adoptand un model care descrie distributia spatio-temporala
a curentului in lungul canalului, se calculeaza campul EM in lungul liniei.
Etapa 2: Campul EM fiind calculat se pot calcula supratensiunile induse in
linie tinand seama de geometria liniei si adoptand un model de cuplaj
electromagnetic:
1. Modelul Chowdhuri
2. Modelul Rusck
3. Modelul Agraval
56/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Componentele Ei si Bi ale campului EM incident reprezinta suma dintre campul radiat de
trasnet si campul reflectat de de sol, ambele campuri fiind luate in considerare in absenta
conductorului metalic al liniei.
Campul electromagnetic total E si H se obtine ca suma intre Ei si Bi si respectiv
componentele Es si Bs ale campului difractat, care reprezinta reactia liniei la campul
incident.
57/65
-
Sisteme de localizare LLS (Lightning Location Systems): identificarea poziţiei
locului de impact cu solul, cât şi măsurarea precisă a valorilor şi formelor de
undă temporale ale curentului de bază;
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 58/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 59/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 60/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
1778
Protectie impotriva
fulgerelor la o cladire a
lui G. Ch. Lichtenberg
61/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
[http://www.paratrasnete.ro]
62/65
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6 63/65
https://www.youtube.com/watch?v=yFCWzQxT3nE
What is a Lightning Arrester
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
PROTECTIA STRUCTURILOR IMPOTRIVA TRASNETULUI
Conform Normativ pentru proiectarea, executia si exploatarea
instalatiilor electrice aferente cladirilor, Indicativ I7_2011
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
Stabilirea necesităţii prevederii unei IPT pentru o construcţie şi
alegerea nivelului de protecţie împotriva trăsnetului
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
PROCEDURA PENTRU LUAREA UNEI DECIZII PRIVIND NECESITATEA UNEI PROTECTII
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
http://www.proenerg.ro/paratrasnet/evaluarea-riscului.html
http://www.atelierulelectric.ro/detalii_ie.htm
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
https://www.youtube.com/watch?v=bSuXJDvXUQ8
https://www.youtube.com/watch?v=Ya_Zz1J0aYA
Cum sa instalam un descarcator de tensiune
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
-
Bibliografie
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 6
1. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Plicatii in ingineria sistemelor
electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoare, 2005
2. Turri Roberto, Curs CEM, Facultatea de Inginerie electrica, Universitatea din
Padova
3. E. Simion, “ Interferenta electromagnetica”, Editura Casa Cartii de stiinta, Cluj-
Napoca, 1666
4. A. Ceclan, “Tehnici de sinteză a câmpurilor electrice şi magnetice în aplicaţii
specifice de proiectarea dispozitivelor solenoidale şi reconstructia curenţilor de
întoarcere ai trăsnetelor. Raport anual Contract nr. POSDRU/86/1.5/S/57083 ”,
UTCN, 2011
83/65
-
84/65COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 11
1. Tipuri de perturbatii electromagnetice ce apar in sistemele electroenergetice.
2. Supratensiuni atmosferice produse de loviturile de trasnet. Mecanismul formarii unei
furtuni. Diferenta dintre notiunile de fulger si trasnet.
3. Efectele unei lovituri directe de trasnet asupra unei retele electrice.
4. Efectele unei lovituri indirecte de trasnet asupra unei retele electrice.
5. Dati exemple de supratensiuni de comutatie care apar cel mai frecvente in sistemele
electroenergetice.
6. Ce sunt supratensiunile cu front foarte rapid si care sunt sursele de aparitie ale acestor
tipuri de perturbatii?
7. Ce se intelege prin supratensiuni temporare si ce efecte au asupra
sistemelor electroenergetice?
8. Ce aspecte trebuie luate in considerare in vederea coordonarii
izolatiei retelelor si echipamentelor electrice?
top related