Dimensionarea Conductorului Neutru în Instalatiile Puternic Poluate Armonic

Dimensionarea conductorului neutru în

instalatiile puternic poluate armonic

Prezentul analizeaza problemele privind dimensionarea conductorului neutru în prezenta problemelor de calitate a energiei electrice, de exemplu a curentilor de rang multiplu de trei.

Aceasta problema este deosebit de importanta în retelele de joasa tensiune, în care poluarea armonica determinata de sarcinile monofazate are o pondere în crestere. Curentii de armonica multiplu de trei se aduna aritmetic în conductorul neutru spre deosebire de armonica fundamentalasi a celorlalte armonici care, într-un regim simetric, se aduna geometric si se anuleaza. Se obtine astfel un curent electric în conductorul neutru de multe ori semnificativ de mare, putând ajunge pâna la 170% din curentul pe faza.

Dimensionarea conductoarelor se face conform Standardului CEI 60364, partea 5-52 : Alegerea si realizarea echipamentelor electrice - sistemele de conductoare. Acest standard include norme si recomandari pentru dimensionarea conductoarelor în functie de curentul de sarcina cerut, de tipul izolatiei cablurilor, de metoda si conditiile de pozare. Unele dintre regulile din normativ, precum si datele informative din anexa D, se refera la dimensionarea conductorului neutru în prezenta armonicilor. Normele nationale urmaresc standardul CEI 60364, desi cu o întârziere mare, astfel încât cele mai multe dintre normele nationale totusi nu asigura dimensionarea conductorului neutru într-un mod adecvat. Deoarece putini executanti si proiectanti au acces direct la normele CEI, se bazeaza numai pe normele nationale si trebuie sa ia în consideratie cunostintele proprii si experienta în domeniu pentru dimensionarea conductorului neutru. Aceasta sectiune urmareste sa aduca unele clarificari privind problema analizata si sa prezinte normele CEI pentru un public larg.

Aspecte teoretice

În cazul unei conexiuni în stea a retelei, curentul electric în conductorul neutru rezulta ca suma

fazoriala a curentilor de linie. Pentru un sistem trifazat simetric de curenti sinusoidali aceasta suma este zero si în orice moment curentul în conductorul neutru este nul (fig. 1).

Într-un sistem trifazat în care sunt alimentate sarcini monofazate liniare, curentul electric în conductorul neutru este rareori zero având în vedere faptul ca sarcina pe fiecare faza este diferita. În mod obisnuit diferenta este mica si în orice caz mai mica decât curentii de linie (fig. 2).

Daca este alimentata o sarcina neliniara, chiar atunci când sarcina ar fi echilibrata pe cele trei faze, este probabil ca în conductorul neutru sa apara un curent electric important. În cazul unor curenti nesinusoidali, suma celor trei curenti, chiar daca au aceeasi valoare efectiva, poate fi diferita de zero. De exemplu, curentii cu valoare efectiva egala, dar de forma dreptunghiulara determina un curent semnificativ în conductorul neutru (fig. 3).

De fapt, armonicile de rang trei (ca si toate celelalte armonici având rangul multiplu de trei, a sasea, a noua etc.) ale curentilor de faza au toate aceeasi faza (adica sunt componente de secventa zero) si se aduna aritmetic în loc sa se adune geometric si astfel sa se anuleze (fig. 4).

Curentul din conductorul neutru poate depasi ca amplitudine curentul de faza de frecventa industriala, datorita prezentei armonicii de rang trei.

Cerintele standardului

Standardul CEI 60364-5-52:2001, „Instalatii electrice în cladiri - Partea 5-52: Alegerea si

realizarea echipamentelor electrice - sistemele de conductoare” se refera la aspectele privind

siguranta realizarii circuitelor, din punctul de vedere al tehnicilor de instalare si al

dimensionarii conductoarelor. Metoda de pozare determina, de multe ori, conditiile termice în

care functioneaza cablurile si astfel afecteaza capacitatea de încarcare a conductoarelor sau a

circuitului. Atunci când cablurile diferitelor circuite sunt plasate în acelasi canal, tub sau

acelasi spatiu, capacitatea de încarcare a fiecarui cablu scade datorita încalzirii reciproce. Cu alte

cuvinte, capacitatea de încarcare a unui cablu este determinata de cantitatea de caldura

generata de trecerea curentului electric si de cantitatea de caldura care poate fi cedata de

cablu prin convectie. Împreuna, aceste elemente determina temperatura de lucru a cablului care,

bine înteles, nu o poate depasi pe cea admisa pentru materialul izolant, 70°C pentru izolatia

termoplastica (de exemplu PVC) si 90°C pentru izolatiile termorigide (de exemplu XLPE).

Valorile de dimensionare si factorii de corectie indicati în standard sunt bazate pe studii

experimentale si calcule teoretice si iau în consideratie conditii tipice, care însa trebuie

adaptate în functie de conditiile concrete de instalare. Atunci când prezenta armonicilor

multiplu de trei în conductorul neutru conduce la generarea unei cantitati mai mari de caldura, la

alegerea sectiunii cablului trebuie luat în considerare acest fapt.

Referinte privind sectiunea conductorului neutru în cazul curentilor nesinusoidali se gasesc în

CEI 60364-5-524. Articolul 524.2 indica faptul ca conductorul neutru trebuie sa aiba cel putin

aceeasi sectiune ca conductorul de faza:

- pentru toate circuitele monofazate cu doua conductoare si pentru toate sectiunile

transversale ale conductoarelor;

- în circuitele polifazate si în circuitele trifazate care alimenteaza sarcini monofazate1, atunci când aria sectiunii transversale este egala sau mai mica de 16 mm2 pentru cupru sau 25 mm2 pentru

aluminiu.

Articolul 524.3 stabileste ca pentru alte circuite polifazate, conductorul neutru poate avea o sectiune transversala mai mica daca sunt îndeplinite urmatoarele conditii:

- curentul maxim prevazut, inclusiv armonicile, atunci când exista, în conductorul neutru, în functionare normala, nu este mai mare decât capacitatea de încarcare a sectiunii reduse a conductorului neutru;

- conductorul neutru este protejat la supracurent (suprasarcina);

- conductorul neutru are o arie a sectiunii transversale de minimum 16 mm2 cupru sau 25 mm2 aluminiu.

Aceste clauze sunt normate - cu alte cuvinte acestea reprezinta norme care trebuie urmate pentru a asigura corespondenta cu standardul. În orice caz, aplicarea acestor norme necesita cunoasterea tipului si numarului sarcinilor care vor lucra, dupa punerea în functiune a instalatiei; din pacate aceste informatii sunt rareori disponibile. Standardul include, în anexa informativa - informatii destinate sa ajute la proiectare, în forma unor indicatii si recomandari în locul unor norme - o metodologie pentru corecta dimensionare a cablurilor.