Eficienţa energetică - caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL S.A.(XXXV)

În numărul precedent am prezentat soluţiile ICPE ACTEL eficiente energetic în domeniul comba terii coroziunii chimice. Cu acest prilej, s-a evidenţiat caracterul electrochimic al coroziunii chimice şi s-au prezentat produsele realizate de specialiştii ICPE ACTEL pentru astfel de aplicaţii, reliefându-se pentru fiecare calitatea curentului şi a tensiunii la nivelul sarcinii, randamentele globale ale surselor, avantajele şi dezavantajele fiecărei soluţii, toate aceste aspecte prin prisma eficienţei energetice totale.

1. Introducere

În structura echipamentelor electrice este strict necesară utilizarea distribuției electrice de joasă tensiune pentru alimentarea tuturor consumatorilor electrici dintr-o hala industrială, birouri, proces tehnologic etc.

La prima vedere, avem tendința să spunem că în această zonă de activitate nu ar fi loc pentru eficiența energetică, deoarece atât căile de curent, care sunt dimensionate din proiectare la un nivel optim, cât și aparatajul utilizat (întreruptoare, separatoare, contactoare, relee, siguranțe etc.) nu ar putea influenț a randamentul general electric în relația sursă de alimentare - consumator și nu ar putea impune diminuarea cheltuielilor de mentenanță pentru eficientizarea activității unei entități industriale. Nimic mai fals, deoarece atât \n unitățile industriale vechi, dimensionate la o anumită putere de lucru, din motive obiective, unde azi se lucrează la un procent mic de sarcină, cât și în unitățile noi, unde dimensionarea se face în general pentru o funcționare în regim sinusoidal „pur”, nu se abordează activitățile de dimensionare și de proiectare optimă prin prisma eficienței energetice maxime.

În acest număr voi prezenta o soluție propusă de ICPE ACTEL pentru sistemele de distribuție de joasă tensiune care ține cont de toate problemele enunțate mai sus.

2. Sisteme de distribuţie şi control tip MCC

În termeni tehnici, sistemul MCC (Motor Control Center) este o structură de dulapuri de distribuție de joasă tensiune, realizată constructiv în varianta modulară cu sertare debroșabile, fiecărui sertar fiindu-i alocat un distribuitor dat.

2.1 Destinaţie; domenii de utilizare

Sistemele MCC sunt recomandate pentru o gamă largă de aplicații: distribuție, acționări motoare, automatizare și măsurare în petrochimie (foraj marin și terestru), energie electrică (generare și distribuție), industria prelucrătoare și extractivă.

2.2 Avantaje

Utilizarea sistemelor de tip MCC prezintă numeroase avantaje, precum: instalarea de maxim

40 unități pe secțiune, compatibilitatea cu ProfiBus și DeviceNet, reconfigurarea foarte ușoară în funcționare, interșanjabilitatea între diferite tipuri de  unități, up-gradare, mentenanță și reparații facile, compatibilitatea cu aparatură de la diverși furnizori, sistem de codificare – programare, mecanism de interblocare de siguranță, interschimbabilitate în timpul funcționării, siguranță mare în funcționare.

2.3 Tipuri constructive

Sistemele MCC se realizează în diverse variante constructive:  fixe ; unități debroșabile 

• mini variantă cu sertare până la 40 unități pe secțiune
• variantă cu sertare până la 20 unități pe secțiune
• acces frontal
• acces prin spate.

2.4 Caracteristici tehnico - constructive

Caracteristicile tehnico - constructive sunt specifice fiecărei variante constructive amintite.

2.4.1 Caracteristici electrice principale

• tensiunea nominală de izolație de impuls: 9,8kV/ 8kV;
• tensiunea nominală de izolație: 1000 V;
• tensiunea nominală de funcționare: 690 V.

Sistemul MCC include 2÷4 sisteme de bare generale (orizontal, vertical fix, sertare debroșabile), cu curentul nominal corespunzător (max. 8500 A, max. 6300 A, max 1600 A).

2.4.2 Caracteristici constructive

Echipamentul MCC, fiind unul dintre elementele critice ale sistemului de alimentare, este direct implicat în fiabilitatea funcționării sistemului și în siguranța echipamentului și a personalului operator. Structura sistemului este robustă, flexibilă și specifică fiecărei variante constructive definite anterior, asigurând protecția internă împotriva propagării arcului electric (opțional).

3. Aspectele tehnice specifice dimensionării structurii MCC

Pentru evidențierea aspectelor teoretice și de calcul avute în vedere la dimensionarea unei structuri de distribuție MCC eficientă energetic, voi porni de la procesele fizice ce au loc pe lanțul sursă - consumator și voi puncta limitele valorilor mărimilor fizice (electrice și neelectrice) ce apar în funcționare și care trebuie luate în considerare în dimensionarea corectă a structurii necesare.

3.1 Procesul fundamental de comutaţie

Pornind de la figura 1, în care este prezentat schematic lanțul sursă – consumator, se definesc următorii parametri fundamentali ai acestui lanț:

• icpe 1 curentul de scurtcircuit necesar dimensionării Q
• tensiunea de restabilire după stingerea arcului electric de către aparatajul de comutație (Q)
• curentul de sarcină permanent.

În cazul unui scurt circuit simetric trifazat, valoarea eficace a curentului de scurtcircuit este:

Tensiunea de restabilire pentru întreruptorul Q este dată de relația:

Curentul de sarcină permanent în regim trifazat este acea valoare predimensionată ținând cont de toți consumatorii care sunt definiți pentru o aplicație dată.

3.2 Procesele termice în structura unei distribuţii electrice

Aspectele legate de procesele termice în structura unei distribuții electrice sunt foarte greu de gestionat din următoarele motive:

• structura neomogenă a aparatajului electric;
• prezența sau lipsa surselor de căldură din această structură.

Căldura dezvoltată în interiorul sertarelor debroșabile va fi eliberată mediului ambiant prin efectul combinat conducție – convecție – radiație.

În principiu, fără să ținem cont de surse proprii de căldură de sine-stătătoare în interiorul sertarelor, sursele de căldură care se iau în calcul sunt:

• conductoarele electrice care prin efect Joule dezvoltă căldură proporțională cu rezistența acestora, cu pătratul curentului ce parcurge aceste conductoare și cu timpul de folosire (utilizare);
• bobinele releelor, contactoarelor, întreruptoarelor, valoarea puterii debitate fiind nominalizată de furnizorii acestora
• contactele electrice în comutație, a căror căldură dezvoltată și eliberată, de obicei, prin conducț ie se calculează cu formula:

unde:

• m – masa contactelor;
• c – căldura specifică a materialului din care sunt realizate aceste contacte;
• , diferența dintre temperatura la care se găsește contactul în regim de funcționare permanent θm și temperatura mediului ambiant θa.

Temperatura θm se calculează cu formula Wiedermann – Franz – Lorentz:

unde:

•  U – căderea de tensiune pe contact;
• L – cifra Lorentz ș 2,4•10-8 (V/°K)2 ț;
• θam – temperatura căii de curent

3.3 Procesele electrodinamice din structura unei distribuţii MCC

În regim de scurtcircuit neprevăzut, forțele electrodinamice ce se dezvoltă în conductoarele parcurse de curent pot provoca solicitări de care trebuie să se țină cont în proiectarea sertarelor debroșabile din structura MCC. Un capitol aparte în dimensionarea acestor sertare  îl constituie oscilațiile conductoarelor parcurse de curent pe frecvența proprie, oscilații ce produc prin frecare solicitări mari dinamice, sensibil mai mari decât cele statice.

Același lucru se poate extinde și pentru căile de curent ale elementelor componente ale unui sertar debroșabil (separatoare, întreruptoare etc).

Indiferent de structură, forțele electrodinamice care se iau în calcul sunt cele cunoscute din teorie și anume forța Lorentz, definită de formula:

cu: i1, i2 – valorile curenților ce străbat două conductoare de lungime l și la distanța a.

Relația (8) este foarte importantă pentru realizarea cablajelor interne, presupunând că în dimensionarea aparatajului de joasă tensiune s-au avut în vedere solicitările posibile, mai ales în cazul apariției unor scurtcircuite interne și externe.

4. Concluzii

Dincolo de aspectele teoretice avute în vedere la dimensionarea elementelor constitutive ale unei structuri de distribuție MCC, cu scopul obținerii unor randamente ridicate și deci a unei eficiențe energetice maxime, trebuie menționat și un al doilea element care este important în alegerea acestei soluții.

Este vorba de cheltuielile de mentenanță care se reduc într-o pondere importantă, dată fiind flexibilitatea intervențiilor în caz de defect, a înlăturării defectelor și a reparării eventualelor sertare defecte.

Aceste considerente conduc la concluzia că folosirea distribuției de tip MCC reprezintă o soluție care trebuie să stea în atenția tuturor celor care au nevoie de acest gen de echipamente, fie ca investiții noi, fie ca alternative pentru înlocuirea celor vechi.

ICPE ACTEL a dezvoltat printr-o colaborare internațională una dintre cele mai moderne și mai performante soluții de distribuție de joasă tensiune, pe care v-o recomandă în cele mai grele condiții tehnice de funcționare.