Modelarea mecanismelor de cuplaj ale interferențelor electromagnetice

1. INTRODUCERE

Transmisia perturbatiilor de la sursa pana la „victima” potentiala se face printr-un proces

de cuplaj intre cele doua parti. Acest proces poate fi diferit in functie de diverse criterii.

Diferitele forme de cuplaj pot fi clasificate in functie de diverse criterii.

Este evident ca realitatea complexa a cazurilor reale nu se va preta intotdeauna la

simplificarile determinate de necesitatea de a modela procesele de cuplaj, cu scopul de a permite

abordarea lor prin metode numerice de calcul.

Clasificarea proceselor de cuplaj permite insa concentrarea asupra aspectelor principale si

abordarii prin calcul numeric a problemelor complexe intalnite in realitate.

In practica, deseori liniile electrice aeriene de inalta tensiune (de 50 Hz) sunt amplasate

pe trasee comune cu alte structuri metalice aparente si/sau ingropate (conducte metalice de

transport / distributie gaze naturale, conducte de titei sau alte produse petroliere, structuri

metalice aferente sistemului energetic, linii de telecomunicatii si/sau de telecomanda etc.).

Datorita cuplajelor inductive, conductive si capacitive, apar interferente nedorite pe liniile

de telecomunicatii precum si in cinetica reactiilor de coroziune ale suprafetelor metalice care

functioneaza in medii electrolitice naturale (sol, ape freatice etc.), in sensul accelerarii

coroziunii, chiar si in cazul structurilor protejate impotriva coroziunii prin injectie de curent

catodic (protectia catodica) [9].

In principiu, functie de durata lor, interferentele pot fi:

- interferente de lunga durata, care de obicei proveni din: curentii de lucru la functionare

normala, curentii de punere la pamant in retelele compensate, interferentele prin cuplaje

capacitive cu liniile de inalta tensiune etc.;

- interferente de scurta durata, care de obicei proveni din: curentii de scurtcircuit si cei de

dubla punere la pamant cu durata de cateva zecimi de secunda [10];

- interferente de impuls, care de obicei sunt create de supratensiunile produse de manevrele

de comutatie din sistemul de tarnsport/distributie/utilizare a energiei electrice [5], [8] si/sau de

descarcarile electrostatice (trasnete).

La joasa frecventa, in cazul unor circuite situate la o distanta d mult mai redusa decat

lungimea de unda ce caracterizeaza fenomenul (d<<λ), termenul de radiatie poate fi neglijat fata

de termenii datorati sarcinilor electrice si curentului care circula prin conductor.

Este cazul unui conductor al unei linii de transport a energiei electrice din sistemul

electroenergetic, caracterizat prin existenta unui mediu izolant (aer) si un mediu conductor

(pamant), in care rezistivitatea si densitatea de curent electric sunt realtiv reduse si deci campul

electric indus este practic nul [2], [3], [4].

1.2. Cuplajul capacitiv (electric)

Cuplajul capacitiv apare intre doua circuite ale caror conductoare se afla la potentiale

diferite. Ca urmare a diferentei de potential, intre conductoare se produce un camp electric

modelat in schema echivalenta printr-o capacitate parazita.

Numai structurile metalice aeriene situate in vecinatatea liniilor de inalta tensiune sunt

supuse influentei capacitive; aceasta influenta apare atat in conditii de functionare normale cat si

in conditii de defect.

Algoritmul de calcul al acestui tip de cuplaj este prezentat in schema alaturata. Tensiunile

apar intre structura metalica si pamant, atunci cand armatura metalica este izolata (prin starturi

de protectie anticorozive electroizolante), amplitudinea perturbatiei fiind determinata de: nivelul

de tensiune al liniei electrice perturbatoare, distanta dintre linie si armatura metalica a stalpului,

conditiile de operare a liniei electrice. In cazurile reale, care prezinta interes practic, sunt

minimum doua conductoare deasupra unui plan de masa (pamant, sol); chiar si pentru acest caz

simplu, expresiile analitice ale capacitatilor intre cele doua conductoare si intre conductoare si

sol devin destul de complicate. In cazul cuplajului capacitiv, determinat de campul electric al

liniei de inalta tensiune, se poate utiliza ipoteza ca solul este un conductor perfect, de

conductivitate infinita, deoarece conductivitatea sa este cu mult superioara celei a aerului.

Rezultatele masuratorilor efectuate in teren la o LEA de 220 kV dublu circuit, avand unul

dintre circuite pasivizat, arata ca tensiunile induse prin cuplaj capacitiv sunt de valori ridicate (de

la cativa kilovolti la zeci de kilovolti) si constituie un real pericol pentru personalul care, urcat pe

o consola a stalpului, atinge conductorul. Inseamna ca personalul care lucreaza la armaturile si

clemele conductoarelor unui circuit pasivizat, trebuie sa fie perfect izolat fata de sol. Avand in

vedere faptul ca ecranarea nu se poate aplica la LEA de inalta tensiune, singura tehnica valabila

ramane aducerea persoanei care lucreaza la acelasi potential cu cel al liniei.

Fig. 1. Configuratia masuratorilor efectuate in teren.

Exemplu de cuplaj electric a doua circuite 1 si 2 prin intermediul unui camp electric

cvasistationar respectiv prin capacitati parazite este prezentat in Fig. 2 [5], [7].

Tensiunea retelei provoaca curenti alternativi (de deplasare) prin capacitatile parazite care

se scurg prin legatura de punere la pamant comuna, la neutrul retelei. Curentul prin CP1

provoaca, o cadere de tensiune pe impedantele interne ale emitatorului si receptorului din

circuitul 2, care se suprapune peste semnalul util ca o tensiune perturbatoare.

In Fig. 2. a) structura 1 este supusa tensiunii U1 fata de pamant. Structura 2 primeste

tensiunea U2 (care se suprapune peste semnalul util, nereprezentat in Fig. 2) datorata

capacitatilor parazite C2, C12 ca si rezistentei (de perditanta) R1.