ION CHIUŢĂ CONSTANTIN RADU NICOLETA – DORIANA SECĂREANU ŞERPESCU MARIANA MARIUS – ANDREI RONCEA
ECHIPAMENTE ELECTRICE
Editura Electra
ION CHIUŢĂ CONSTANTIN RADU NICOLETA – DORIANA SECĂREANU ŞERPESCU MARIANA MARIUS – ANDREI RONCEA
ECHIPAMENTE ELECTRICE
Editura Electra
Bucuresti,2008
Cuprins 1. Introdu!r! ". Cont#t! !$!tri! 2.1. Generalităţi 2.2. Rezistenţă de contact 2.3. Încălzirea contactelor 2.4. Condiţii admisibile de funcţionare a contactelor 2.5. Aplicaţie %. Surtiruit!$! &n inst#$#'ii !$!tri! 3.1. Generalităţi 3.1.1. curtcircuite trifazate 3.1.2. curtcircuit alimentat de o sursa de putere infinită 3.2. Concluzii 3.2.1. Cazul !n care i "oc are #aloarea ma$imă 3.3. %$presiile curenţilor de scurtcircuit apropiat 3.4. &nfluenţa re'la(ului automat de tensiune 3.5. 3.5. &ntr &ntrod oduc ucer eree !n teor teoria ia co comp mpon onen ente telo lorr sime simetr tric icee "i a curenţilor de scurtcircuit 3.). Analiza di#erselor tipuri de scurtcircuite 3.).1. curtcircuite !ntre o fază "i păm*nt 3.).2 curtcircuit !ntre faze 3.+. %fectul curenţilor nesimetrici
3.+.1Generatorul electric 3.+.2. %fectele produse de curenţii ,omopolari (.)or'! !$!trodin#*i! &n sist!*! d! +#r! !r#n#t! !r#n#t! 4.1. Generalităţi 4.2. Re'imul normal de e$ploatare4.3. Re'imul de scurtcircuit 4.4. curtcircuitul bipolar 4.5. curtcircuitul trifazat 4.). Aplicaţie
,.Aru$ !$!tri 5.1. Generalităţi 5.2.Caracteristicile arcului electric 5.3.Arcul !n !ntreruptoare 5.4.%fectul de electrod. %fectul de ni"ă. 5.5.Caracteristica #oltamperică a arcului 5.). tabilitatea arcului electric 5.+. &poteza /a0r 5.. tin'erea arcului de curent continuu 5.. tin'erea arcului de curent alternati#e 5..1.Circuite o,mice. 5..2. Circuite inducti#e. 5..3. Întreruperea circuitelor trifazate 5.1. ensiunea tranzitorie de restabilire 5.11. enomene care apar la funcţionarea !ntreruptoarelor de la bornele 'eneratoarelor !n unele re'imuri anormale anor male 5.11 5.11.1 .1.. 6econ econeecta ctarea rea !n timp timpul ul trec trecer erii ii prin prin zero zero a curentului de scurtcircuit
5.11.2. &nfluenţa arcului electric 5.12. 6econectarea circuitelor de curent continuu
-. Io$#'i# !/ip#*!nt!$or !$!tri!
).1. Generalităţi ).2. olicitările electrice ale izolatoarelor ).3. 7roprietăţile izolaţiei electrice ).4. Îmbătr*nirea izolaţiei
0. ntr!rupto#r! +.1. Generalităţi +.2. 7rincipalele te,nici de !ntrerupere +.3. Aparate moderne +.4. Clasificarea !ntreruptoarelor de !naltă tensiune +.5. Întreruptoare pentru bornele 'eneratorului +.5.1.Întreruperea unei sarcini de la sursa de alimentare +.5.2. Întreruperea curentului de la 'enerator +.5.3. Restabilirea tensiunii la sistem +.5.4.Caracteristica tranzitorie a tensiunii de restabilire +.5.5. 8scilaţiile pe partea 'eneratorului +.5.). 8scilaţiile pe partea transformatoarelor +.5.+. copul "i funcţiunea capacităţilor de protecţie +.). Întreruptoare pentru instalaţii de distribuţie la tensiunea de producere 2. Coordon#r!# io$#'i!i .1. Generalităţi .2. 6escărcătoare
.2.1. %clatoare .2.2. 6escărcătoarele tubulare .2.3. 6escărcătoare cu rezistenţă #ariabilă .2.4. 6escărcătoare cu sufla( ma'netic
3.Tr#ns4or*#to#r! d! ur!nt .1. Generalităţi .2. %rorile transformatorului de curent .2.1. 6ependenţa erorilor de curent !n funcţie de sarcina secundară .2. .2.2. 2. 6ep epen ende denţ nţaa erori rorilo lorr !n func funcţţie de pa para rame metr trii ii constructi#i .3. ransformatoare de curent compensate .3. .3.1. 1. Au Auto topr prem ema' a'ne neti tiza zare re prin prin util utiliz izar area ea un unui ui "unt "unt ma'netic .3.2. ransformatoare de curent !n cascadă .3.3. ransformatoare de curent ma'netice de tip inducti# .3.4. ransformatoare de curent optoelectronice .4. Reductoare de intensitate .4.1. Caracteristicile erorilor .4.2. actorii de care depind erorile de curent "i de un',i .4.3. uncţionarea transformatoarelor de intensitate !n 'ol .4.4. tabilitatea de scurtcircuit a transformatoarelor de intensitate .4.5.ransformatoare de intensitate compensate
15. Tr#ns4or*#to#r! d! t!nsiun!
1.1. Generalităţi 1.2. %rorile transformatoarelor de tensiune 1.3. Construcţii ale transformatoarelor de tensiune
1. Introdu!r! 9e'ă 9e'ătu turi rile le !ntr !ntree cent centra rale lele le de produ produce cere re a en ener er'i 'iei ei electrice "i receptoarele de ener'ie electrică se stabile"te prin intermediul liniilor din reţelele de transport "i distribuţie a ener'iei electrice. :in*nd seama de condiţiile de e$ploatare "i protecţie; le'ătura menţionată nu este ri'idă; ci se realizează prin intermediul aparatelor de comutaţie. Rolul funcţional al aparatelor de comutaţie este de a stabili "i !ntrerupe circuite electrice !n condiţii de funcţionare normală sau anormală !n #ederea asi'urării unei anum an umit itee dis distrib tribuţ uţii ii de en eneer'ie r'ie elec electtric rică !ntr ntrun un siste istem m ener'etic. Aparatele de comutaţie trebuie sa deconecteze liniile de transport sau porţiuni dintro reţea !n cazul apariţiei unei solicitări anormale; cum sunt scurtcircuitele. În acest caz aparatele de comutaţie cu rol de protecţie < !n sensul că deconectarea se face temporizat "i limitează efectele termice "i electrod odiinamice ale curenţ renţiilor de scurtcircuit. 7rocesele de comutaţie la !ntreruptoare se realizează prin intermediul arcului electric. electric. Înc,iderea sau desc,iderea unui circuit se face prin deplasarea unei piese metalice; care constituie elementul mobil al unui contact electric. Arcul electric conduce la
solicitări suplimentare < care sunt utilizate de fabricanţii de !ntreruptoare pentru deconectarea acestuia. 6e"i sistemele electroener'etice sunt de(a un concept impl implem emen enta tatt la scar scaraa lar' lar'ă; ă; ec,i ec,ipa pame ment ntel elee elec electr tric icee sunt sunt entităţi mult mai #ec,i din punct de #edere temporal; iar fenomenele pentru care au fost proiectate; precum "i a celor ce apar !n urma funcţionării acestora sunt foarte importante pentru a !nţele'e principiul de funcţionare funcţionare al acestora. 1.1.Componente ale sistemului electroener'etic 1.1.1. Generatoarele sincrone sunt ma"ini rotati#e cu !nfă !nfă""ura urarea rea stato tatori rică că co cone necctată tată la reţe eţeau auaa de cu cure rent nt "i !nfă"urarea rotorică alimentată !n curent continuu. Acestea con#ertesc ener'ia mecanică a ma"inii primare !n ener'ie electric rice electrică "i sunt montate !n centrale electrice. Cand Cand se util utiliz izea ează ză en ener er'i 'iaa dez# de z#ol olta tata ta de uran uraniu iu a# a#em em centrale nuclearo < electrice. i'. 1. Componentele unui 'enerator
%ner'ia electrică este produsă sub formă de curent alternati# trifazat la de curent alternati# trifazat la 5=z pentru %uropa "i )=z pentru America de >ord; Canada; ?aponia; etc.
e me menţ nţio ione neaz azăă că pe pent ntru ru 'e 'ene nera rato toar arel elee de pu pute tere re mi(locie "i mare nu sa a(uns la standardizarea tensiunilor de producere. 6e re'ulă; tensiunea nominală cre"te o dată cu cre"terea puterii; pentru a menţine curentul la #alori curentul la #alori rezonabile. Reţeaua electrică este un ansamblul de staţi "i linii electrice; racordate !ntre ele; care funcţionează interconectat. 1.1. 1.1.2. 2. rans ransfo form rmat atoa oare rele le sunt sunt ma"in ma"inii stat static icee prin prin interm intermedi ediul ul cărora cărora se modific modificăă tensiun tensiunea ea @se ridică ridică sau se coboară; fiind deci posibilă interconectarea unor reţele cu tensiuni diferite. &nstalaţiile de transformare care realizează transformarea ener'iei de la o treaptă de medie tensiune la o treapta de (oasă tensiune @B 1 D se numesc posturi de transformare. 1.1.3. taţia electrică reprezintă un ansamblu concentrat de instalaţii electrice "i construcţii ane$e; prin care care se po poat atee asi' asi'ur uraa e# e#ac acua uare reaa pu pute teri riii dint dintr roo cent centra rală lă electrică; transformarea ener'iei la diferite tensiuni sau cu rol numai de transport transport la o anumită anumită tensiune numite staţii staţii de cone$iune. 1.1. 1.1.4. 4. 9inia inia elec lectri tricăcă- an anssam ambl bluu de con ondu duct ctoa oare re;; izolatoare "i accesorii; destinat transportului sau distribuţiei de ener'ie electrică; la aceea"i tensiune nominală. 7oate fi aeriană sau !n cablu.
1.1. 1.1.5. 5. %c,i %c,ipa pame ment ntel elee elec electr tric icee sunt sunt elem elemen ente te ale ale ins instala talaţi ţiil ilor or ele electri ctricce !ntre ntrebu buiinţat nţat pe pent ntru ru prod produc uceerea rea; transformarea; distribuţia "i utilizarea ener'iei electrice. 7rincipalele cate'orii de ec,ipamente sunta %c,ipamente de comutaţie automată sau neautomată a circuitelor electrice. 7rin ec,ipamente electrice spec specif ific icee co conf nfi' i'ur uraţ aţia ia reţe reţele leii este este co cont ntin inuu uu ad adap apta tată tă la traficul de ener'ie care este permanent controlat Ca funcţii !ndeplinite de un aparat de comutaţiecomutaţie E pre'ătirea; stabilirea@!nc,iderea • sau !ntreruperea @desc,iderea de circuite electrice protecţie E deconectări "i conectări de circuite; • cu scopu pull elimină nări riii unor supras rasolicitări prod oduuse de incidente; a#arii; 6upă rolul pe care !l au !n !ntreruperea sau comutarea cure cu renţ nţiilor un unor or circ circui uite te;; se cu cuno nossc ca ec,i ec,ipa pame ment ntee de comutaţie următoarele• • • •
!ntreruptoare "i separatoare @& contactoare "i ruptoare @? "i / comutatoare "i controlere @? prize "i conectoare @?
Întreruptorul de putere de !naltă tensiune < are rolul de a !nc,ide; suporta "i desc,ide curenţii anormali cum sunt curenţii de scurtcircuit. 6eci !ntreruptorul de putere este !n acel acelaa"i timp timp at* at*t ap apar arat at de com omut utaţ aţiie; c*t "i ap apaarat rat de protecţie. eparatorul de !naltă tensiune < este un aparat de comutaţie mecanică destinat a !nc,ide "i desc,ide circuite fără sarcină "i care !n poziţia desc,is asi'ură !n mod #izibil; distanţa !ntre elementele de contact. Acest aparat (oacă un rol rol impo import rtan antt !n asi'ur i'urar areea prote rotecţ cţiiei pe pers rson onal alul ului ui de ser# ser#ic iciu iu al cent centra rale lelo lor; r; staţ staţii iilo lorr elec electr tric icee "i a celu celuii care care e$ecută mentenanţa instalaţiilor electrice. 6escărcătorul cu rezistenţă #ariabilă; o$id de zinc @Fn8 sau cu coarne reduce solicitarea dielectrică. %c,ipamente de protecţie %c,ipamentele de protecţie asi'ură protecţia !mpotri#a #alorilor periculoase @de defect ale tensiunii "i curentului • • •
si'uranţe fuzibile relee de protecţie descărcătoare
%c,ipamente limitatoare de curent %c,ipamentele limitatoare de curent permit limitarea curentului de scurtcircuit "i menţinerea unui anumit ni#el al tens tensiiun unii ii !n mo mome ment ntul ul scu curt rtci circ rcui uitu tulu luii cun unos osccute ute sub denumirea de bobine de reactanţă. r eactanţă. %c,ipa pam mente pentru alimentarea circu rcuitelor de protecţie "i măsură transformatoarele de tensiune • transformatoarele de curent • di#izoarele de tensiune • 1.2. 7arametrii aparatelor electrice. 1.2.1. Curenţii nominali ai aparatelor electriceÎn practică se utilizează de re'ulă seriile R 1 "i; mai rar; R 5 pentru normarea #alorilor curenţilor nominali1 E1H 1.25H 1.)H 2H 2.5H 3.15H 4H 5H ).3H H 1I R 1 1E 1
R 5E
5
1
E1H 1.)H 2.5H 4H ).3H 1I
1.2.2. ensiunile nominale @in D pentru ec,ipamente sunt aferente tensiunilor din reţelele de.4H .))H @3H )H 1H @15H 2H 25H @)H 11H 22H 4H +5 1.3. %lemente ale aparatelor de comutaţie; surselor "i le'ăturilor electrice ale 9%A "i 9%C.
1.3.1 Contacte electrice Contactele electrice sunt le'ături !ntre căile de curent care asi'ură o bună trecere a curentuluiH ele au o rezistenţă mică mică;; iar iar !ncă !ncălz lzir irea ea lor lor nu de depă pă"e "e"t "tee limi limita ta ad admi misi sibi bilă lă.. Contactele electrice sunt elemente constructi#e de cea mai mare importanţă ale aparatelor "i ale instalaţiilor electrice. Construcţia "i e$ecuţia lor 're"ită poate cauza pa'ube foarte importante. Contactele sunt Ri'ide @nu se desfacH /obile; ce se desfacH /obile; ce nu se desfac. uturor contactelor li se impun următoarele condiţii principale si'uranţa le'ăturii de contact electric @rezistenţa mecanică stabilitate termică "i dinamică @!ncălzire sub #alo #a loar area ea ad admi misă să !n !n caz cazul ul i'. 2. uprafaţa de contact trec trecer erii ii !nde !ndelu lun' n'at atee a cu cure renţ nţil ilor or no nomi mina nali li "i stab stabil ilit itat atee termică "i dinamică la trecerea curenţilor de scurtcircuit
Întotdeauna le'ătura de contact se realizează printro suprafaţă. Aparent !nsă; contactul poate fi de trei feluri7unctiform @e$- sferăplan; conplanH 9iniform @e$- plancilindru; după 'eneratoareH 6e suprafaţă@e$. planplan. uprafaţa aparentă de contact la primele doua este zero. uprafaţa reală de contact este !nsă diferită de zero la toate tipurile "i este independentă de forma e$terioară a cont co ntac acte telo lor. r. Acea Aceast staa se e$ e$pl plic icăă prin prin acee aceeaa că supr supraf afaţ aţaa cont co ntaacte ctelor; lor; oric* ric*tt de fin fin ar fi ele prel reluc ucra rate te;; prez prezin intă tă proeminenţe @fi'. 2 "i acestea #in !n atin'ere; !ntrun număr nu măr "i suprafaţă mai mare; cu c*t forţa aplicată contactelor este maii ma ma mare re.. 9a mă mări rire reaa forţ forţei ei;; supr supraf afaţ aţaa real realăă de co cont ntac actt S = ∑s cre"te datorită deformării plastice a materialului. 6e F acee aceeaa S = σ ; J fiind rezistenţa la cur'ere; deci o mărime constantă "i cunoscută În fi'ura 3 a "i b sunt arătate !nnădiri cu a(utorul buloanelor sau "uruburilor trecute prin 'ăuri e$ecutate !n bare. >umărul lor depinde de dimensiunea barei. Această e$ecuţie cere a(usta(e bune "i 'ăurirea precisă a barei; mai ales c*nd se face le'ătura unui pac,et de bare. În fi'ura 3 c "i d este arătată !nnădirea barelor cu eclise "i "uruburi de str*n'ere @de obicei patru; !n acest caz este ne#oie să se 'ăurească barele; ceea ce simplifică monta(ul "i mic"orează costul e$ecuţiei; !n mod analo' se e$ecută deri#aţii plate cu
a(utorul buloanelor sau "uruburilor care trec prin bare sau cu a(utorul ecliselor; e$emplificat !n fi'ura 3 e "i f.
i'. 3. %$emple de contacte fi$e demontabile
e face face ob obse ser# r#aţ aţia ia că !n timpu impull func funcţi ţion onăr ării ii;; prin prin !ncălzirea "i dilatarea barelor; buloanele de str*n'ere sunt foarte solicitate; deoarece dilatarea acestora este inferioară dilatării barelor conductoare. 6in această cauză se produce o defo de form rmar aree pe perm rman anen entă tă a ba bare relo lor; r; o slăb slăbir iree pron pronun unţa ţată tă a presiunii pe contact; urmată de !ncălzirea e$cesi#ă a contactelor. 7entru a e#ita aceste consecinţe se #or folosi !ntotdeauna rondeleleresort pentru menţinerea presiunii de contact iar str*n'erea "uruburilor se #a face cu o c,eie dinamometrică. În afara contactelor demontabile; se pot realiza "i contacte nedemontabile; prin sudare; nituire sau lipire. i'. 4. ipuri de !mbinări
În cazuri speciale; !n care contactele fi$e nu se pot folosi @ec,ipamente cu părţi in mi"care sau care necesită !ntreruperi ale circuitelor de alim alimen enta tate te se folo folose sesc sc le'ă le'ătu turi ri fle$ibile. Aceste le'ături fle$ibile pot fi realizare din ansambluri de placi subţiri de cupru sau c,iar conductoare fle$ibile. &n fi'ura 5 este e$em e$ empl plif ific icat atăă o astf astfel el de le'ă le'ătu tură ră.. Curentul trece prin elementul fi$ 1 către elementul mobil 2 prin le'ătura fle$ibilă 3. i'. 5. Contact cu le'ătură fle$ibilă
8 astfel de le'ătură fle$ibilă se folose"te "i pentru e$ecuţia compensatorilor de dilatare a barelor Knul din parametrii importanţi ai unui contact electric este rezistenţa de contact. Rezi Rezist sten enţa ţa de co cont ntac actt este este rezi rezist sten enţa ţa supl suplim imen enta tară ră !ntre doua secţiuni ale căii de curent care cuprinde contactul; fată de rezistenţa care ar e$ista !ntre acelea"i secţiuni dacă contactele ar fi sudate. Aceasta este condiţionată de prezenţa neuniformităţilor pe suprafaţa metalului "i este o caracteristică fizică impo import rtan antă tă pe pent ntru ru toat toatee tipurile de contacte. În 'eneral; rezistenţa de trecere este proporţională cu produsul ρ σ . i'. ). Aspectul liniilor de curent printrun contact
În domeniul timp; rezistenţa de trecere cre"te liniar cu tempe pera rattura; datori orită cre"terii rii lui L. 9a temperat ratura corespunzătoare deteriorărilor mecanice bru"te ale materialului; ceea ce are loc; de e$emplu; pentru Cu la tempe tempera ratu tura ra de ap apro ro$i $ima mati ti## 2 2MC MC;; rezi rezist sten enţa ţa de trec trecer eree scade brusc; datorită cre"terii suprafeţei totale de atin'ere a
contactelor. Apoi rezistenţa de trecere cre"te din nou datorită cre"terii rezisti#ităţii; p*nă c*nd suprafeţele se topesc. Coeficientul de #ariaţie a rezisti#ităţii cu temperatura este apro$imati# e'al cu=
α c
l 3
α
Rt θ
= Rt 1 + 2 α (θ − θ ) 3
@1
Rezistenţa de contact se datorează parţial unei o$idări superficiale a contactelor; !nsă mai ales stran'ulării liniilor de curent.
i'. +. tran'ularea liniilor de curent
Aceasta din urmă este calculabilă. A#em pentru un loc de contact∞
R
ρ dx
= 2 R N = 2∫ a
@2
2π x 2
∞
=
ρ − = a π x a π
ρ
1
7entru n locuri de contact rez rezultă rez rezistenţa de R ρ R = = contact@3 n nπ a 9a contacte punctiforme se poate presupune; !n mod idealizat că nE1; sau că n nu cre"te cu mărirea forţei de F 2 a = π apăsare pe contacte. Cum sEOa ; rezultă că ; deci σ c
2
a =
F
πσ
este proporţională cu
F
; deci
Rc
=
cN F
9a con onttacte de suprafaţă; dimpotri#ă #ă;; se poate presupune; ca un caz e$trem; că la mărirea forţei suprafeţele indi#iduale de contact nu se sc,imbă; !nsă se modifică numărul lor n; proporţional cu forţa . În acest caz rezultă-
Rc
R =
cP
ρ =
n nπ a F
aţă de cazurile e$treme Rc
=
cN
=
c
F
@4
=
Rc
cP =
F
"i
; situaţia reală #a putea fi e$primată cu relaţia-
@mE;5Q1 Constantele c "i n sunt date !n tabele; !n manuale de specialitate; !n funcţie de felul felul contactelor. Rc
F m
e obser#ă deci că rezistenţa de contact nu depinde de suprafaţa aparentă de contact "i este determinată !n primul r*nd de forţa de contact. otu"i; ale'erea unor dimensiuni potri#ite pentru contacte este de mare importanţă; pentru a se putea asi'ura !nma'azinarea căldurii produse !n re'im tran tranzi zito tori riuu "i e# e#ac acua uare reaa căld căldur urii ii;; fără fără ca temp temper erat atur uraa să crească prea mult. 7entru asi'urarea forţei de contact necesare; contactele trebuie sa fie pre pre#ăzute cu arcui rcuire re.. orţa resortu rtului accelerează sistemul mob obiil la desc,ide dere reaa !ntreruptorului; fără sa fie !nsă; bine!nţeles; suficientă pentru a asi'ura "i !ndepărtarea !ndepărtarea completă completă a contactelor; contactelor; pentru care se cere o altă sursă de ener'ie @resort; aer comprimat; ulei sub presiune; electromotor; dispoziti# cu bobină solenoidală 9a curenţi mari; rezistenţa rezistenţa de contact trebuie trebuie să fie de ordinul de 1); altfel căldura produsă la contacte de#ine prea mare. Astfel; la R cE14 "i &E1A se obţine1 W P = R I =1− (1 ) =1 @5 2
4
3 2
c
Kn alt parametru important pentru contactele electrice este !ncălzirea contactelor emperatura ma$imă a contactelor apare !n dreptul supr supraf afeţ eţei ei elem elemen enta tare re de contact. %a nu poate fi mă măssurat uratăă dire direcct. În cazul cazul confi'u confi'uraţ raţiei iei din din fi'. ; supratemperatura
la supraf suprafaţ aţaa sfer sferei ei cu raza raza a se poate calcula !nsă u"or !n funcţie de căderea de tensi nsiune totală pe perec,e ,eaa de contacte. i'. . Contact tip sferă conductoare
Cantitatea de căldură care se produce !n emisfera de d θ = − λ dQ Sdt rază x !n timpul dt este estedx S = 2π x
R x I 2 dt = −λ
2
d θ dx
Sdt
@)
de unde − d θ = dRtermic θ
R x I 2
λ S
=
− ∫ d θ = θ c
dx
λ S
I
dx
=
R x I 2
λρ
dR x
dR x
=
ρ dx S
rezistenţa termică
N 2 R
R dR ∫ λρ x
x
θ c
−θ o =
I 2 R N2
λρ ⋅ 2
@+ =
uN2 2λρ
u' < < este căderea de tensiune pe o (umătate de contact u=2u’ deci
uN =
u 2 u2
θ −θ = rezultă @ λρ 7rin măsurarea căderii de tensiune; supratemperatura cont co ntaacte ctelor lor po poaate fi u"or u"or con onttrola rolată tă.. Con ondu ducctibi tibillitat itatea ea 1 electrică ρ "i cea term termiică λ a# a#*n *ndd la ba bază ză mi" mi"care careaa electronilor sunt proporţionale !ntre ele. 7entru metale de mare conductibilitate rezultă ρλ ρλ = 2;4 ⋅1 − T @ < fiind temperatura !n 'rade Sel#in. c
o
Astfel de e$emple; la uE;3D c*nd contactele nu se !ncălzesc mult E2 S se obţine .3 @1 θ − θ = = 1)° 2
c
o
⋅ 2.4 ⋅ 1
−
Astfel la uE.1 .12. .3 D contactele din din Cu se !nmoaie la uE.43 D contactele din Cu se topesc la suprafaţa de contact θ = 1)5°C În urma topirii contactelor !n punctele de contact; suprafeţele elementare de contact se măresc; astfel !nc*t T "i u nu mai cresc; dec*t dacă d acă contactele se !ndepărtează. Atunci se poate produce #aporizarea contactelor "i un arc !ntre ele; cu o tensiune de arc !n (ur de 1D. 7rin arc se produce un transport de metal !ntre contacte; perlarea "i uzura contactelor. 2.4.Condiţii admisibile de funcţionare a contactelor 9a trecerea curentului nominal de durată; !ncălzirea contactelor nu trebuie sa depă"ească temperatura conductorului. 6eoarece !n contact se dez#oltă o cantitate de căld căldur urăă ma maii ma mare re de dec* c*tt !n co cond nduc ucto tor; r; pe pent ntru ru elim elimin inar area ea acestei călduri trebuie mărită suprafaţa de disipare a contactului. 7ent 7entru ru o stab stabil ilit itat atee !nde !ndelu lun' n'at atăă "i a si'u si'ura ranţ nţei ei !n func funcţi ţion onar aree a co cont ntac actu tulu luii temp temper erat atur uraa lui lui nu treb trebui uiee să depă"ească temperatura ma$imă admisibilă.
emperatura ma$imală admisibilă de durată a contactelor este funcţie de tipul contactului "i mediu !n care funcţionează. Consider*nd că temperatura mediului ambiant este de U35°C temperatura ma$imă +MC pentru contactele ca care nu se se de desfac Tma$EMC pentru contactele de de !ntrerupere Tma$E+5MC pentru contactele !n ulei Tma$EMC pentru contactele de le'ătură ale barelor Tma$E+MC 7entru contactele de le'ătură ale barelor de le'ătura 'ene 'e nera rattort rtrans ransfo form rmat ator or tem empe pera rattura se se cons consid ider erăă temp temper erat atur uraa ad admi misi sibi bilă lă de +5° la temp temper erat atur uraa me medi diul ului ui ambiant U25°C. 6imensionarea suprafeţei de contact pentru bare de Cu se po poaate de dete term rmin inaa func funcţţie de de dens nsit itaatea tea de curen urentt admisibilă. 7entru ale'erea densităţii de curent admisibilă funcţie de suprafaţa totală de contact; !n cazul curenţilor de sarcină se poate folosi relaţia ρ = [ .31 − 1.5( I − 2) ] ⋅ 1− A @11 mm 6e re'ulă se adoptă − A . 31 1 δ = ⋅ &B2 A EV mm 4
2
4
2
&V2A EV δ = .12 ⋅ 1
− 4 A
mm
2
În cazul scurtcircuitelor !n contacte apare o forţă de respin'ere la contacte care tinde să desc,idă contactul. orţa se da dato tore reaz azăă e$ e$is iste tenţ nţei ei cu cure renţ nţil ilor or de sens sensur urii dife diferi rite te la separarea contactelor. 2 ln F = i soc
D d
⋅1−+ N
@12 d < diametrul suprafeţei de trecere a curentului; după anumiţi autori se poate lua @;1 ;2 cm S < 1;2 determinat e$perimental 6acă nu este asi'urată o anumită presiune de contact; atunci atunci la apariţia apariţia curenţi curenţilor lor de scurtcircu scurtcircuit it sau cuplarea cuplarea pe scurtcircui rcuitt; respin'erea contactelor capătă caracter de#i de #ibbraţi raţii. i. 7rin rin ace aceasta asta apa pare re arcul rcul ele electri ctricc care care po poat atee cond co nduc ucee la topi topire reaa "i sud udar areea con onta tact cteelor. lor. Daloa aloare reaa curentului de sudare depinde de material "i de de forţa de apăsare.W I = F S constanta care depinde de material opirea contactelor "i pericolul de sudare se accentuează !n special c*nd suprafeţele de contact #in !n contact pentru a !nc,ide un circuit !n care circulă un curent de mare intensitate. Anularea #ibraţiei armăturii contactoarelor de curent alternati#. sud
∧
Φ = Φsin ω t
∧
F =
2
Φ
2
sin ω t
2 µ S d
∧
2
=Φ
(1 − cos 2ω t ) 4 µ S d
@13
∧
6acă se !nlocuie"te
Φ=
2 2 Φ Φ F = − cos 2ω t
2 µ S d
2 µ S d
2Φ
; obţinem@14
Componenta alternati#ă a forţei conduce la #ibraţii ale armăturii armăturii mobile. 6in această cauză se produce produce deteriorare deteriorareaa armăturilor "i arderea contactelor. Înlăturarea #ibraţiilor se face prin !mpărţirea flu$ului !n două flu$uri decalate ca fază. 7entru aceasta; polul electroma'netic se !mparte !n doua părţi; pe una dintre părţi se !mbracă o spiră de Cu !n scurtcircuit. lu$ul care trece prin spire !n scurtcircuit X 2; produce !n ea o tensiune electromotoare. electromotoare. = − ! Φ care este decalată !n urmă cu ° faţă " de flu$. Curentul !n spira !n scurtcircuit "i forţa ma'netică de dema'etizare se determină cu a(utorul rezistenţei acti#e a ecranului "i sunt e'aleecran
I ecran
ω
2
= F ecran =
Coefic Coeficien ientul tul
− !ω Φ2
Recran
@15
− !ω Recran
este partea reacti#ă a reluctanţei
ma'net ma'n etic icee co comp mple le$e $e a circ circui uitu tulu luii ma ma'n 'net etic icHH relu reluct ctan anţa ţa !ntr !ntref efie ieru rulu luii este este pa part rtea ea acti acti#ă #ă a relu reluct ctan anţe ţeii co comp mple le$e $e.. ensiunea ma'netomotoare a !nfă"urării electroma'netului produce flu$ul X. 8 parte din d in acest flu$ X1 care corespunde ca fază cu tensiunea ma'netomotoare a !nfă"urării. Cealaltă parte a flu$ului care trece prin polul ecranat; flu$ul X2 datorată e$istenţei părţii reacti#e a reluctanţei ma'netice
răm*ne !n urmă ca fază faţa de flu$ul X 1 co un anumit un',i Yecran. ensiunea electromotoare; care acţionează !n spira ecran; curentul prin spiră "i tensiunea ma'netomotoare ecran răm*ne !n urma lui X2. uma uma 'e 'eom omeetric tricăă a tens tensiiun uniii ma'netomotoare a !nfă"urării "i a spirei !n scurtcircuit este e'al e' alăă cu tens tensiu iune neaa ma ma'n 'net etom omot otoa oare re !n !ntre ntrefi fieer la po polu lull ecranat. 6in 6in dia' dia'ra rama ma #e #ect ctor oria ială lă un un', ',iu iull de de deca cala la(( dint dintre re flu$urile X1 "i X2 este e'alăΘecran
F ecran = arct# $ δ 2
= arct#
ω
Recran Rmδ 2
de
aici
rezultă
e$presiile tensiunilor∧
∧
Φ1 @t A = Φ1 sin ω t
ω t − Θecran A Φ2 @t A = Φ2 sin@
6acă se determină forţele pentru fiecare flu$ conform formulei /a$Zell se obţine pentru constanta2 2 1 Φ 1 Φ 2 + F N em = S 2 2 µ S 1 2 Φ 22 1 Φ1 F N Nem = cos 2ω t + cos( 2ω t − 2Φ ecran ) S 2 2 µ S 1 @1) 6acă
Φ12 S 1
=
Φ22 S 2
HΦ
ecran
= 45° atunci panta
periodică periodică din
forţa de atracţie se reduce de două ori iar pentru Φ = ° #a fi e'ală cu zero. /aterialele metaloceramice formate din pulbere de A' sau Cu; amestecată "i presată cu pulbere de [ sau /o. 9iantul de A' sau Cu asi'ură conductibilitatea electrică "i ecran
term termic icăă ridi ridica cată tă;; iar iar pa part rtea ea de [ sau /o rezi rezisstenţ tenţaa la acţiunea arcului. Contacte utilizate la comutaţia puterilor mari 9a această e$ploatare; contactul de durată trebuie ferit de acţiunea arcului electric. 6e aceea; !n comutaţie apare un precontact care preia solicitarea produsă de arcul electric; at*t la !nc,idere c*t "i la desc,idere. %$ec %$ecut utar area ea co cont ntac acte telo lorr mo mobi bile le ale ale !ntr !ntrer erupt uptoa oare relo lorr reprezintă o problemă dificilă; a#*nd !n #edere că acestea trebuie trebuie să funcţioneze funcţioneze si'ur la curenţi curenţi mari de re'im normal "i la re'im de scurtcircuit.
2.5. A79&CA:&%
6ouă bare rotunde; din Cu; la capete sunt prelucrate sub formă de semisferă cu raza rE4 mm "i sunt comprimate cu o forţă 7E>. ă se determine rezistenţa de contact. " = 11. ⋅11 a = .)3
P ⋅ r
σ =
" P
π a 2
N m2 ⋅ 4 ⋅ 1−3
= .)3
=
11. ⋅ 11
π ⋅ 2.+)
= 2.+) ⋅1−4 m
) N ⋅ = ⋅ 1 4 1 2 2
m
7entru Cu moale efor fortul unitar de stri#ire este N = 33 ⋅1 deci #a a#ea loc o deformare plastică. m )
σ s
2
a
=
RST
P
πσ s
=
ρ = π ⋅ a
=
π ⋅ 33 ⋅ 1 )
1.+ ⋅1
= .2+) ⋅1 −3 m
−
π ⋅ .25 ⋅ 1−3
= 1.2 ⋅ 1−5 Ω
1.4. uprasolicitări !n instalaţiile electrice
1.4.1. curtcircuitele !n intalaţii electrice curtcircuitele !n sistemele electrice apar din cauza deteri deterioră orării rii izolaţ izolaţiei iei conduc conductoa toarel relor; or; din cauza cauza !nlătu !nlăturăr rării ii izolaţiei sau din cauza atin'erii accidentale a conductoarelor !nt !ntre ele ele "i\s i\sau cu pă păm m*n *ntu tul. l. 6ete eterio riorare rareaa me meccan anic icăă a izolaţiei poate apare; de e$emplu; din următoarele cauzeRuperea izolatoarelor suport ale aparatelor montate !n staţii 6istru'erea izolaţiei cablelor la săpături Cădere reaa st*l st*lpi pilo lorr sau sau rupe rupere reaa co cond nduc ucto toar arel elor or la Căde liniile electrice aeriene; etc. 7oate apărea distru'erea izolaţiei !n cazul supratensiunilor; de e$emplu; !n cazul lo#iturilor direct de trăs trăsne nett !n co cond nduc ucto toar arel elee lini liniil ilor or elec electr tric icee aeri aerien enee sau sau !n staţiile e$terioare. curtcircuitele pot apărea "i din cauza pasărilor sau animalelor. %fectele scurtcircuitelor sunt #ariabile; depinz*nd de tipul "i durata scurtcircuitului; locul din instalaţie unde sa produs ca "i de puterea de scurtcircuit scurtcircuit a sursei. %fectele includ la locul defectului; prezenţa arcului electric; determin*nd] deteriorarea izolaţieiH ] topirea conductoarelorH ] incendii sau afectarea #ieţii pe circuitul defect; forţe electrodinamice conduc*nd la
] deformarea barelorH ] deconectarea cablurilorH ] cre"terea e$cesi#ă a temperaturii prin efect ?oule cu riscul deteriorării izolaţiei. ] 'oluri de tensiune pe durat rata necesară izolării efectului; durată care poate fi de la c*te#a milisecunde la c*te#a sute de milisecundeH ] deconectarea unei părţi a reţelei; mărimea acesteia depinz*nd de modul de proiectare "i de selecti#itatea dispoziti#elor de protecţieH ]instabilitate dinamică "i\sau pierderea sincronismului ma"inilor electriceH ] perturbaţii ale circuitelor de control "i monitorizare; etc. 6atori 6atorită tă scurtc scurtcirc ircuit uitelo elorr elemen elementel telee sistem sistemulu uluii sunt sunt străbătute de curenţi care au #alori mult mai mari dec*t curenţii normali de funcţionare "i !n acela"i timp apar "i căderi mari de tensiune. În sensul e$tinderii a#a #ari rieei elementul defect al sistemului trebuie izolat c*t mai repede. &zolarea trebuie să fie făcută de cel mai apropiat !ntreruptor de locul de defect. 6acă elementul defect nu este !nlocuit cu un element de rezer#ă; sau calea de curent nu este cu alimentare dublă; consumatorii răm*n nealimentaţi; fapt ce implică posibile pierderi materiale sau c,iar de #ieţi omene"ti. 1.4.2. Calculul curenţilor de scurtcircuit este necesar pentru-
Ale'erea aparatelor de !naltă tensiune Ale'erea mi(loacelor de limitare a curenţilor de
scurtcircuit 7roiectarea "i re'larea protecţiilor prin relee 7entru rezol#a ol#are reaa pri primelor dou ouăă prob oblleme este suficient un calcul apro$imati# al curentului de scurtcircuit trifazat "i destul de rar curentul de scurtcircuit bifazat. /ărim /ărimea ea cu cure renţ nţil ilor or de scur scurtc tcir ircu cuit it este este func funcţi ţiee de foarte mulţi factori dependenţi de confi'uraţia .%.>. 9a calcule practice de scurtcircuit se fac următoarele ipoteze simplificatoaree consideră sistemul trifazat simetric e consideră scurtcircuitele metalice >u se consideră saturarea circuitelor ma'netice; ceea ce face să se considere toate reactanţele constante @nu depind de curent e consideră că toate tensiunile electromotoare ale 'eneratoarelor sunt !n fază !n tot timpul scurtcircuitului e ne'li(ează curenţii de ma'netizare ai transformatoarelor "i autotransfomatoarelor e ne'li(ează admitanţele capaciti#e ale liniilor de !naltă tensiune
1.4.2.1. 6eterminarea curenţilor !n ipoteza unui scurtcircuit trifazat În cazul scurtcircuitelor metalice curenţii de scurtcircuit trifazaţi sunt simetrici iar la locul scurtcircuitelor tensiunea este e'ală cu zero. În cazul scurtcircuitelor trifazate reţeaua răm*ne simetrică deoarece suma 'eometrică a curenţilor c*t "i a tensiunilor este e'ală cu zero.
i'. . Circuitul model "i dia'rama fazorială
Kn',iul ^ se se stabile"te funcţie de #aloarea rezistenţei "i a inductanţei din circuit. t# ϕ % =
x # + xe r # + r e
@1
imetria curenţilor de scurtcircuit trifazaţi a permis să se calculeze curenţii pe o sin'ură fază; iar !n calcule să se folosească sc,eme monofilare. xΣ
= x # + xe
r Σ = r # + r e
@2
1.4.2.2. curtcircuit alimentat de la o sursă de putere infinită ursa de putere infinită este o sursă ipotetică care se caracterizează prin aceea că impedanţa sa proprie este nulă "i tensiunea sa are; la frec#enţă constantă; o amplitudine constantă. >e #om referi la sc,ema din fi'ura 1 unde !n punctul S se produce un scurtcircuit trifazat metalic.
i'. 1. Circuitul electric pentru scurtcircuit trifazat
6upă apariţia scurtcircuitului; sc,ema se descompune !n doua circuite independente; din care unul răm*ne conectat cu sursa iar al doilea formează un circuit !nc,is. 6eoa 6eoare rece ce impe impeda danţ nţaa circ circui uitu tulu luii răma rămass co cone nect ctat at la sursă sa mic"orat; curentul !n circuit trebuie să creascăH !n 'eneral se modifică "i decala(ul acestuia. ă pres presup upun unem em că e$ e$is istă tă cu cure renţ nţii ii I ; I "i I care corespund noului re'im stabilizat !n acest circuit. În orice moment; pentru faza A se poate po ate scrie ecuaţia &A
u A
= R% i A + )
di A dt
+ (
di ' dt
+ (
&'
diC
&C
@3
dt
care; a#*nd !n #edere relaţia i AUi_UiCE scrisă i _UiCE iA se poate scrie di u = R i + ) ; unde 9 E@9 E@9/ / este este induc inducti ti#i #ita tate teaa dt rezultantă a fazei. &ntroducerea acestor inducti#ităţi permite să se scrie ecua ecuaţi ţiaa dife difere renţ nţia ială lă de ec,i ec,ili libr bruu !n acee aceea" a"ii form formăă ca "i pentru un circuit monofazic. %
%
Curentul anterior apariţie scurtcircuitului !l #om nota cu iant. u
= uma$ sin@ω t −α A
iant = I ma$ ant sin@ω t − α − ϕ A = * = R 2
R
+( )ω ) 2
= R + R N
uma$ *
sin@ω t − α − ϕ A
@4
)
= ) + )P
t# ϕ =
)ω R
9a momentul tE apare un scurtcircuit unde#a !n reţea. Atunci !ntre sursă "i locul de scurtcircuit apar alte #alori ale rezistenţei "i inductanţei "i anume R S "i 9S . >e interesează alura curentului !n funcţie de timp. %cuaţia care redă fenomenul este R i &ost + )
di &ost dt
= uma$ sin@ω t − α A
@5
A#em o ecuaţie de ordinul !nt*i cu coeficienţi constanţi soluţia particulară I ma$ &ost sin@ω t −α −ϕ A ;
I ma$ &ost
@)
$ m = *
unde *
) ω t# ϕ = R
oluţie fără membrul doi ) t − = T C ⋅ e T R
@+
=
R
2
+ ( ) ω ) 2
oluţia ecuaţiei diferenţiale este− t
@ Constanta C se determină din condiţiile iniţiale "i anume; la tE #aloarea anterioară trebuie să fie e'ală cu #aloarea post a#arie. 9a momentul @ !nainte de apariţia defectului i &ost
= I ma$ &ost sin@ω t − α − ϕ A + C ⋅ e
T
= I ma$ant sin@−α −ϕ A = −I ma$ant sin@α +ϕ A I &ost @ + A = I ma$ &ost sin@−α −ϕ A + C I ant @ − A
rezultă C = I ma$ &ost sin@α +ϕ A − I ma$ ant sin@α +ϕ A
@
oluţia 'enerală a ecuaţiei rezultă i &ost
= I ma$ &ost sin@ω t − α − ϕ A + [ I ma$ &ost sin@α + ϕ A − I ma$ ant sin@α + ϕ A] ⋅ e
@1
i'. 11. Componentele curentului de scurtcircuit trifazat simetric
−
t
T
Curentul de scurtcircuit i posterior are are două componenteo compon oneentă ntă alternati#ă sinuso usoidală de − frec#enţă identică cu cea a sursei de alimentare; constantă; stabilizată; care se nume"te componentă periodicăH o componentă amortizată de curent continuu − numită componenta aperiodică Componenta aperiodică apare deoarece !n circuite cu inductanţe curentul nu poate #aria brusc. 6in relaţia 3 se #ede că #aloarea iniţială a componentei aperiodice este funcţie de un',iul ` care dă mome mo ment ntul ul ap apar ariţ iţie ieii scur scurtc tcir ircu cuit itul ului ui.. cur curtc tcir ircu cuit itul ul po poat atee apare c*nd tensiune neaa trec rece prin zero adică `E. 6acă scur scurtc tcir ircu cuit itul ul ap apar aree c*nd c*nd tens tensiu iune neaa este este ma ma$i $imă mă;; atun atunci ci α = = π . 2 În acest caz !n care i "oc are #aloarea ma$imă #aloarea constantei C este ma$imă. C este ma$imă dacă & ant este e'al cu zero. Daloarea iniţială a componentei aperiodice este ma$imă dacă !n momentul apariţiei scurtcircuitului; circuitul funcţiona !n 'ol. C este ma$im c*nd & ma$ post se suprapune peste a$a #erticală adică proiecţia are #aloarea ma$imă. π π Aceasta are loc pentru α + ϕ = 2 adică α = 2 − ϕ ; ^S este decala(ul curentului de scurtcircuit după defect. 9a calculul curenţilor de scurtcircuit se ne'li(ează rezistenţa @rezistenţa
liniei. e consideră deci curenţii de scurtcircuit ca fiind pur inducti#i. π = ϕ 6acă atunci rezultă `E. 6eci se obţin 2 condiţiile cele mai periculoase- c*nd circuitul este !n 'ol "i c*nd tensiunea trece prin zero `E.
i &ost
[ I
= I ma$ &ost sin@ω t − α − ϕ A +
ma$ &ost
]
sin@α + ϕ A − I ma$ ant sin@α + ϕ A ⋅ e
7entru &antE "i i &ost
ϕ
−
t T
= π ; i post de#ine2
t − = I ma$ &ost −cos@ω A +cos α ⋅e T t +α
pe pentru
componenta aperiodică este e'ală cu zero. 7entru `E; &antE "i
ϕ
=
π
2
; i post de#ine
t − π i &ost = I ma$ − sin@ω t − A + e T ma$ &ost 2
I ma$ &ost =
2 I SC
; deci t
i &ost
− π = I ma$ &ost sin@ω t − A + I ma$ &ost e T 2
Calculul componentei de "oc π t = = π = 1 = ;1 s ω t = π ω 2π + 1 1
= α =
π 2
T = i soc
1
+
=
1 5
= ;2 s
− ; 1 = 2 I SC −cos ;1 ⋅3;14 +e T − = 2 I 1 +e ; 1
i soc
=
T
2 I SC
SC
unde S < coeficientul de "oc. poate a#ea #alori !ntre "i .
i'. 12. 6ependenţa coeficientului de "oc de raportul R\
C*nd
i soc
=
E E
9S BBR BBR 9S VVR VVR
SE1 SE2
În prac practi tică că de ob obic icei ei E. E.5 5ss "i SE1. SE1.; ; rezu rezult ltăă 2 ⋅1. ⋅ I . SC
Relaţiile scrise anterior sunt #alabile pentru scu curt rtci circ rcui uite te de depă părt rtat atee de 'e 'ene nera rato tor. r. În aces ceste cazu cazuri ri;; impedanţa impedanţa reţelei este preponderen preponderentă tă !n raport cu impedanţa impedanţa 'eneratorului. 6acă scurtcircuitul este apropiat de 'enerator; curentul debitat de 'enerator este un multiplu al curentului nominal. Reactanţa 'eneratorului comportă #alori #ariabile !n timp; "i anume- reactanţa subtranzitorie; tranzitorie "i sincronă. Dalorile curenţilor de scurtcircuit apropiat de 'eneratoare se #erifică prin statii de !ncercări @laboratoare de !ncercări. taţiile de !ncercări folosesc 'eneratoare sincrone pentru producerea curentului intens necesar #erificării capacităţii de rupere a aparatelor electrice sau #erificării stabilităţii termice "i electrodinamice. În acest caz scurtcircuitul depinde de construcţia 'eneratorului sincron care poate fi fără bare amortizoare "i fără poli masi#i. În cazu cazull un unui ui scurtc urtcir ircu cuit it aprop propia iatt de 'e 'ene nera rato torr e$ e$pr pres esia ia curentului de scurtcircuit este următoareat − T i = 2 ( I SC − I ∞) sin (ω t −α −ϕ + ) ⋅ e undet − T I ∞sin (ω t −α −ϕ ) + I SC sin@α +ϕ A ⋅ e 2
este este #a #alo loaare efec fecti#ă ti#ă a curen urentu tulu luii de "oc oc;; componenta de curent alternati#. I SC
constanta de timp a amortizării componentelor de cure cu rent nt alte altern rnat ati# i#;; co core resp spunz unzăt ătoa oare re reac reacta tanţ nţei ei tran tranzi zito tori riii a 'eneratorului sincron I #aloarea efecti#ă a curentului de scurtcircuit de durată < constanta de timp a amortizării componentei de curent continuu @curent aperiodic Daloarea cea mai mare a curentului de "oc se obţine π α ϕ + = pentru 2 Amplitudinea componentei periodice este determinată at*t de #ariaţia tensiunii electromotoare @t.e.m. a 'eneratorului c*t "i de #ariaţia reactanţei acestuia. 6upă amortizarea curenţilor liberi din !nfă"urările 'eneratorului; curentul periodic se stabilizează la o anumită #aloare @&; mai mică dec*t #aloarea iniţială cu c*t scurtcircuitul este mai apropiat de sursă. 6acă 'eneratorul are RA; acesta sesizează scăderea tensiunii la borne "i comandă cre"terea tensiunii de e$citaţie; deci a t.e.m. Constanta Constanta de timp a RA determină determină o oarecare oarecare !nt*rziere a fenomenului de cre"tere a amplitudinii curentului de scurtcircuit conform fi'urii 13. 6eterminarea e$presiei curentului de scurtcircuit !n cazul alimentării de la o sursă de putere finită implică studiul comportării 'eneratorului sincron !n re'im tranzitoriu. T
2
i soc
t t − − T T = 2 I SC e −( I SC − I ∞ ) cos ω t ⋅ e − I ∞ cos ω t 2
i'. 13. Curentul total "i componentele sale; !n cazul scurtcircuitului trifazat simetric la bornele 'eneratorului fără !nfă"urări de amortizare "i care funcţiona; anterior producerii defectului; defectului; !n 'ol
3.4. &nfluenţa re'la(ului automat de tensiune Re'la(ul automat de tensiune; efectuat cu dispoziti#e spec specia iale le;; are are drep dreptt scop scop me menţ nţin iner erea ea tens tensiu iuni niii la bo born rnel elee 'ene 'e nera rato torul rului ui la #a #alo loar area ea dorit dorită. ă. &ndi &ndife fere rent nt de prin princi cipi piul ul cons co nstr truc ucti ti#; #; re'u re'ula lato toru rull au auto toma matt de tens tensiu iune ne < R.A. .A... < acţionează asupra e$citaţiei 'eneratorului pentru anularea abaateri ab teriii tens tensiiun uniii de la #a #alo loaarea rea pres rescris crisă. ă. În re'i re'im m de scurtcircuit; tensiunea la bornele 'eneratorului se mic"orează mai mult sau mai puţin; !n funcţie de locul unde sa produs defectul. Ca urmare; RA sesiz*nd reducerea tensiunii; intră !n funcţiune "i măre"te ni#elul de e$citaţie pentru a readuce tensiunea la #aloarea prescrisă. Restabilirea tensiunii nu este posibilă !ntotdeauna deoarece ni#elul de e$citaţie nu poate cre"te nelimitat; e$ist*nd o #aloare plafon; cărei reia !i corespunde o t.e.m. limită < % lim. 6acă scurtcircuitul este
mai !ndepărtat; prin ridicarea ni#elului de e$citaţie; se poate restabili restabili tensiunea nominală la bornele bornele 'eneratorulu 'eneratoruluiH iH !n caz contrar; de"i e$citaţia este la #aloarea plafon; tensiunea la bornele 'eneratorului este mai mică dec*t cea nominală. În particular; !n cazul scurtcircuitului la bornele 'eneratorului; tensiunea acestuia este nulă. Da e$ista o anumită #aloare a impedanţei de scurtcircuit e$terioare; numită impedanţă critică F cr ; care delimitează cele două situaţii. 7entru determinarea impedanţei critice se face următorul raţionamenta 6acă impedanţa e$terioară p*nă la locul defectului este mai mică dec*t cea critică; 'eneratorul funcţionează cu e$ccitaţ e$ itaţia ia plaf plafon on;; cu t.e t.e.m. .m. limi limittă % lim; iar curentul de scurtcircuit stabilizat poate fi determinat cu relaţia@1 b 6acă impedanţa e$terioară este mai mare dec*t #aloarea critică; 'eneratorul funcţionează cu un ni#el de e$citaţie sub plafon; a#*nd la borne tensiunea nominală. Curentul de scurtcircuit stabilizat are e$presia@2 c 6acă impedanţa e$terioară este e'ală cu #aloarea critică; 'eneratorul funcţionează cu e$citaţia plafon care; !n acest caz; !i asi'ură la borne tensiunea nominală. Ca urmare;
curent cure ntul ul de scur scurtc tcir ircu cuit it stab stabil iliz izat at se po poat atee de dete term rmin inaa cu oricare din relaţiile @1 sau @2; rezult*nd r ezult*nd aceea"i #aloare@3 Înloc nlocui uind nd !n rela relaţi ţiaa @3 @3 Rext,cr E * cr cr cos^ "i - ext,c ext,crr E * cr sin^ "i ordon*nd după * cr cr sin^ cr se obţine ecuaţiade unde rezultă impedanţa critică-
@4 6in rel relaţia @4 se constată că; pentru un anumit ar'ument ^; impedanţa critică este funcţie numai de parametrii 'eneratorului- - d d; " .lim .lim "i $ n. În concluzie; !n cazul 'eneratoarelor pre#ăzute cu RA; la determinarea curentului de scurtcircuit stabilizat; se folo folose se"t "tee fie fie t.e. t.e.m. m. plaf plafon on " .lim .lim; fie tensiunea nominală la borne $ n; după cum impedanţa e$terioară p*nă la locul defectului este mai mică; respecti# mai mare dec*t impedanţa critică. În cazul particular la 'eneratoa oare rellor fără RA; curentul de scurtcircuit stabilizat se determină cu relaţia @3 !n care care se co cons nsid ider erăă t.e. t.e.m. m. a 'e 'ene nera rato toru rulu luii e$ e$is iste tent ntăă !n mome mo ment ntul ul produ produce ceri riii de defe fect ctul ului ui;; " .. 6acă aceasta nu se cunoa"te atunci poate fi determinată apro$imati# cu relaţiar elaţia-
!n care K; & "i ^ sunt mărimile corespunzătoare re'imului anterior producerii scurtcircuitului.
a
b i'. 14. Re'imul tranzitoriu de scurtcircuit !n cazul 'eneratorului sincron cu "i fără RA
Generator sincron cu bare de amortizare sau cu poli masi#i În acest caz la apariţia curentului de scurtcircuit se produc curenţi de inducţie !n barele de amortizare "i curenţi turb turbio iona nari ri !n pies piesel elee ma masi si#e #e ale ale roto rotoru rulu lui; i; iar iar reac reacta tanţ nţaa 'eneratorului !n această etapă iniţială se nume"te reactanţă subtranzitor subtranzitorie. ie. %$presia %$presia corespunzăt corespunzătoare oare a curentului curentului de "oc este-
t t − − T T +( I a − I ∞) sin(ω t −α −ϕ ) ⋅ e + i = 2 ( I & − I a ) sin (ω t −α −ϕ ) ⋅ e 1
2
t −α −ϕ + I ∞sin (ω ) + I &
sin@α +ϕ A ⋅e
−t
T
Knde 1 este este co cons nsta tant ntaa de timp timp co core resp spun unză zăto toar aree reactanţei subtranzitorii. i !n acest caz curentul de "oc are π α ϕ + = #aloarea ma$imă pentru ; c*nd e$presia curentului 2 de scurtcircuit de#ine
i = 2 I &
e
−
t
T
−( I & − I a ) cos ω t ⋅ e
−
t
T 1
−( I a − I ∞ ) cos ω t ⋅ e
−
t
T 2
− I ∞ cos ω t
i'. 15. Curentul total "i componentele sale; !n cazul scurtcircuitului trifazat simetric
la bornele 'eneratorului cu !nfă"urări de amortizare "i care funcţiona; anterior producerii defectului; defectului; !n 'ol
1.4.2.3. Analiza di#erselor tipuri de scurtcircuite
i'.1. 6iferite tipuri de scurtcircuite1 3> trifazat cu punere la păm*nt H 2 3 trifazat fără punere la păm*ntH 3 2> bifazat cu punere la păm*ntH 42 bifazat fără punere la păm*ntH 5 > monofazat
curtcircuite !ntre o fază "i păm*nt
i'. 2. c,ema scurtcircuitului monofazat
i'. 21. azorii pentru scurtcircuit monofazat
a presupus că; prin fazele "i nu mai trece deloc curentul electric; tot curentul circul*nd prin faza R.
i'. 22. isteme de fazori caracteristice defectului I R
= I R+ + I R− + I R
I S
= I S + + I S − + I S
I T
= I T + + I T − + I T
curtcircuit !ntre faze În fi'ura 23;a se arată un scurtcircuit bifazat !ntre fazele "i ; iar !n fi'ura 23;b se prezintă #ectorii de curent pentru acest timp de scurtcircuit.
#6
+6 i'. 23. istemele de fazori caracteristice scurtcircuitului bifazat
1.4.3. %fectul curenţilor de scurtcircuit nesimetrici C*nd un 'ene 'e nera rato torr de debi bite teaz azăă pe o sarc sarcin inăă trif trifaz azat atăă sime simetr tric ică; ă; !n
!nfă !nfă"u "ură rări rile le sale sale #o #orr e$ e$is ista ta nu numa maii cu cure renţ nţii de succ succes esiu iune ne directă. În cazul !n care 'eneratoarele debitează pe sarcini nesimetrice; #or apărea at*t curenţi de succesiune directă c*t "i de succesiune in#ersă. 6acă apare "i un scurtcircuit cu punere la păm*nt; #or apare "i curenţi de succesiune ,omopolară. Componentele de succesiune directă "i ,omopolară nu creează creează probleme; probleme; dar dar apariţia apariţia unor unor curenţi curenţi relati# relati# mici de sec#e ec#enţ nţăă in# n#eersă rsă @; @; ;1 ;155 din din cu cure rent ntul ul no nomi mina nall #a pro#oca defectarea rapidă a rotorului. Kn curent de succesiune in#ersă are o succesiune a fazelor R;; !n sens antiorar sau sens tri'onometric. Ace"ti curenţi #or produce un flu$ de rotaţie in#ersă !n 'enerator. Rotorul !n#*rtinduse !n sensul direct; normal; #a !ntretăia "i liniile acestui c*mp ma'netic care se rote"te !n sensul in#ers faţă de cel din 'enerator. În consecinţă; !n miezul rotoric se #or induce curenţi cu frec#enţa de 1 =z @presupun*nd că frec#enţa nominală era de 5 =z. 6atorită efectului pelicular; ace"ti curenţi #or circula la suprafaţa miezului rotoric; produc*nd o mare cantitate de căldură; ace"tia put*nd să a#arieze rotorul !ntrun timp foarte scurt.
i'. 24. 9iniile de c*mp ce se !nc,id prin rotor
a menţionat că; 'eneratorul poate suporta; !n mod continuu; curenţi de succesiune in#ersă de ordinul ;;15 din curentul nominal. 6acă apar #alori de curent de succesiune in#ersă mai mari dec*t aceste #alori limită; se produce o !ncălzire rapidă; proporţională cu produsul I −2 ⋅ R . Cantitatea de căldură este dependentă de timp I −2 ⋅ R ⋅ t . Cum R se presupune constant; !ncălzirea #a depinde practice de I − ⋅ t . 7roducătorii de ec,ipamente electrice 'arantează o #aloare adm dmiisibilă a mărimii I − ⋅ t ; pe pent ntru ru func funcţi ţion onar area ea si'ură a rotorului. 2
2
pre e$emplu; să presupunem că; pentru un anumit 'enerator; se specifică #aloarea I − ⋅ t E3. 6acă un curent de succesiune in#ersă de ;5 unităţi relati#e trece prin !nfă"u !nfă"urăr rările ile stato statoric rice; e; rotorul rotorul #a fi a#ari a#ariat at in 12 secund secunde; e; calculul acestui timp făc*nduse astfele dă I − ⋅ t E3. 2
2
&ntroduc*nd &E;5; #a rezulta
t =
3 2
I −
=
3 ;5
2
= 12 s . 6acă
mărime mări meaa lui lui & ar fi fost de 2 @2 faţă de curentul 3 = = ;+5 s . t nominal; a#arierea sar fi produs !n 2 2 Genera Generatoa toarel relee mari mari au factor factorii I − ⋅ t E2;51s; iar cele mici; p*nă la 3s. Încălzirea prin curenţi se succesiune in#ersă apare atunci c*nd un 'enerator este supus unor curenţi de succesiune in#ersă de mărime mare care persistă un timp !ndelun'at. Aceasta se !nt*mplă c*ndcurtcircuitele sau alte defecte nu sunt !nlăturate rapidH Kn conductor se arde sau se rupe; lăs*nd !n ser#iciu numai două faze @de e$emplu "i . Curentul care trece prin 'enerator este format din cantităţi e'ale de componente de succesiune directă "i in#ersă. Kneele proce Kn rocede deee inco incore rect ctee de tes testare tare ; care care produc curenţi neec,ilibraţi !n 'enerator; sunt lăsate să persiste pentru perioade de timp lun'i 2
Generatoarele sunt pre#ăzute !mpotri#a #alorilor de curent in#ers ce le pot pro#oca a#arii "i aceasta se realizează folo folosi sind nd rele releee care care reac reacţi ţion onea ează ză la ap apar ariţ iţia ia un unor or #a #alo lori ri e$cesi#e ale lui I − ⋅ t . %st %ste pre#ă re#ăzu zută tă o prot protec ecţi ţiee care are reacţionează c*nd este depă"ită !n mod continuu #aloarea limită a lui & @!n mod obi"nuit 15 din curentul nominal; pentru 'eneratoare mari "i care comandă declan"area 'eneratorului. %fectele produse de curenţii ,omopolari sunt e#id e# iden enti tiat atee de flu$ flu$ur uril ilee prod produs usee !n 'e 'ene nera rato torr de cu cure renţ nţii ii ,omopolari care nu #or urma traseele normale sub formă de buclă !nc,isă deoarece ace"ti curenţi nu sunt defazaţi !ntre ei cu 12 12M M.. lu$ lu$uurile rile produ rodusse de cure urenţii nţii ,o ,omo mopo pola lari ri se !ndreaptă toate spre centrul rotorului. 2
i'. 25. c,emă a 'eneratorului reprezent*nd flu$urile produse de curenţii ,omopolari
i'. 2). curtcircuit fază cu păm*ntul pe linie; produc*nd scurtcircuit de tip fazafaza in 'enerator
În fi'ura 25 se arată flu$ul indus de fiecare fază; !ndrept*nduse radial; spre centrul rotorului. Aces ceste flu$ flu$uuri trebu rebuie ie să form formez ezee bu bucl clee !nc nc,i ,isse; complete. ă remarcăm că; aceste bucle trec din e$teriorul spre interiorul rotorului "i apoi lon'itudinal ; !nainte de a se !ntoarce spre sursă; prin la'ăre; etan"ările de ,idro'en "i carcasa metalică. 7entru că un scurtcircuit cu punerea la păm*nt se rezol#ă; de obicei; !n răstimpul c*tor#a cicluri; aceste flu$uri nu produc; de obicei; defecte ma(ore < cu o sin'ură e$cepţie. Această e$cepţie este !n cazul !n care; arborele a de#enit ma'netizat lon'itudinal "i #aloarea ma'netismului remanent este suficient de mare. În timpul funcţionării ulterioare; acest ma'n ma 'net etis ism m rema remane nent nt po poat atee indu induce ce cu cure renţ nţii turb turbio iona nari ri !n la'ăre "i !n etan"ările de ,idro'en. Ace"ti curenţi pot a#aria supra suprafe feţe ţele le de deli lica cate te ale ale la'ă la'ăre relo lorr "i etan etan"ă "ări rilo lor. r. in' in'ura ura modalitate de a dema'netiza rotorul este de a aplica un c*mp ma'netic in#ers; care #a furniza forţa necesară de dema'netizare.
Generatoarele care distribuie ener'ia la tensiunea de producere sunt le'ate direct @fără transformatoare bloc la sistemul de distribuţie. 6eci defectele cu punere la păm*nt apărute !n 'enerator sau !n sistem #or produce !n 'enerator curenţi ,omopolari @dar "i direcţi "i in#er"i. oate 'ene 'e nera rattoa oare rele le ma mari ri sun untt co cone necctate tate la siste istem; m; folo folossind ind transformatoare ridicătoare de tensiune; a#*nd primarul le'at !n cone$iune triun',i "i secundarul cu cone$iune stea. olicitările date de apariţia unui scurtcircuit; !n funcţie de apropierea; de efectul acestora "i de implicaţiile directe ale acestora se !mpart !nsoli solici cită tări ri me meca cani nice ce < forţ forţee elec electr trod odin inam amic icee importante asupra conductoarelor "i barelor de le'ătură ale transformatoarelor cu staţiile electrice c*t "i ale barelor de cone$iuni ale staţiilor electrice solicitări electrotermice < arcul electric prezent !n aparatele de protecţie "i comutaţie ce #or !nlătura defectul produs.
1.4. 1.4.4. 4.o orţ rţee elec electr trod odin inam amic icee !n 'enerator "i transformator.
sist sistem emee de ba bare re dint dintre re
În centrale electrice; cu 'eneratoare sincrone de mare putere se realizează o le'ătură directă !ntre 'enerator si transformator; elimin*nduse astfel orice aparat de comutaţie intermediar. În acest mod curentul de scurtcircuit este diminuat prin !nsumarea impedanţei transformatorului la impedanţa 'ene 'e nera rato toru rulu luii !n ipot ipotez ezaa e$ e$cl clud uder erii ii oric oricăr ărui ui de defe fect ct !ntr !ntree 'enerator "i transformator. 6e aici apare necesitatea de a realiza le'ătura menţionată prin intermediul unei bare ecranate; care trebuie să !ndeplinească următoarele scopuri ă reducă riscul de amorsare al arcului electric !ntre faze ă ofere o protecţie contra electrocutării a personalului de e$ploatare diminueze eze forţele forţele electr electrodi odinam namice ice;; care care apar apar cu ă diminu ocaziile scurtcircuitelor 7ierderile de ener'ie !n ecrane sa fie destul de reduse _are _arele le ecra ecrana nate te sa fie fie pref prefab abri rica cate te pe pent ntru ru a reduc reducee preţul de cost si de monta( Red educ ucer erea ea pier pierde deri rilo lorr de en ener er'i 'iee !n co cons nstr truc ucţi ţiil ilee metalice
olicitar olicitarile ile !n re'imul re'imul normal normal de e$poatar e$poataree sunt puse puse !n e#identă de relaţiadi e di c di c Re I e + )e + ) + ( = dt
dt
R e < rezistenţa ecranului 9e < inducti#itatea proprie a ecranului 9 < inducti#itatea bobinei rotorului / < inducti#itatea mutuală !ntre ecran si conductor ic < curentul care circulă prin conductor ie < curentul care circulă in ecran
( =
dt
Φ ce ic
=
Φ ec ie
=
Φe ie
= )e
6eoarece ecranul "i conductoarele sunt coa$iale "i flu$ flu$ul ul din din inte interi rioorul rul ecran cranul ului ui;; da dato tora ratt cu cure rent ntul ului ui din din conductoare; este nul. În aceste condiţii ecuaţia scrisă !n comple$ esteR e&eU(9&eU (9e&eU (9e&cE !ω )e I c
&eE R + !ω @ ) + )A e
e
@1
"i se poate controla curentul din ecran cu a(utorul bobinei saturabile. Re'imul de scurtcircuit a curtcircuit monopolar I sc = I m sin@ω t − α A + I m sin α ⋅ e
−
t T
În acest re'im bobina se saturează 9g. 7entru componenta de curent alternati# este #alabilă ecuaţiaR e&e U (9e&e U (9e&cE de unde se e$tra'e e$presia curentului din ecran !ω )e I c
&eE R + !ω ) e
@2
e
e calculează curentul ec,i#alent; din punct de #edere al circuitului ma'netic !n afara ecranului. !ω )e Re Re I e + I c = − I c + I c = I c ≈ I c Re + !ω )e Re + !ω )e !ω )e deoarece R eBB9e
h
=
+ I c
I e
I c
=
Re !ω )e
≈
1 1 !
7entru componenta aperiodică de curent continuu este #alabilă ecuaţia Re I e
ic
+ )e
die dt
+ )e
= I m sin α ⋅ e
−
dic dt
=
t T
= c⋅e
−
t T
7rin aplicarea transformatei 9aplace se obţineR e`ieU9e p`i p`ieU 9 p`i e p`icE I e
1
− − = − h = T e T e e − I m T T e Curentul ec,i#alent din punct de #edere al inducţiei ma'netice !n afara ecranului rezultă a fi-
I ee
=
= ie + ic = I m
T
− T e
I m T
− T e e
T
t T
t T e
− − − T e e − T e + I m e − T e − − − − T e + T e e − T e t T
t T
t T e
t T e
t T
t T
t T
− − I ee = I m e − e T − T e t T
t T e
Coeficientul de atenuare pentru componenta de curent continuu rezultă din rezol#area ecuaţiei precedente
h
= ie + ic = ic
− − e − e = − t T
T T
− T e
e
t T e
t T
− − t T T T 1 − e @3 T − T e
1
1
e
Knde < constanta de timp a sistemului de
alimentareH e < constanta de timp a ecranuluiH S h < coeficientul de atenuare a componente de curent continuu.
a curtcircuitul bipolar 7entru construcţii uzuale coeficientul de atenuare S h; pentru curent alternati# se poate considera zero. orţ orţel elee elec electr trod odin inam amic icee la scur scurtc tcir ircu cuit it bipo bipola larr se dato da tore reaz azăă inte intera racţ cţiu iuni niii dint dintre re cu cure rent ntul ul care care pa parc rcur ur'e 'e un cond co nduc ucto torr "i indu inducţ cţia ia ma ma'n 'net etic icăă aten atenua uată tă a co comp mpon onen ente teii aperiodice datorită curentului care parcur'e conductorul al doilea. l F 1 = 2i1i2 + ⋅1 −+ [ N ] m a
Knde
i1
−T t = I m e −cos ω t curentul conductorului 1
i2 +
= h I me
−
t T
curentul ficti# al conductorului 2;
numai componenta aperiodică.
t 2t − − T T F 1 = 2 ⋅1−+ h I 2 e e − a
l
m
[ ]
cos ω t N m
@4 c curtcircuitul trifazat %forturile electrodinamice se datorează interacţiunii dintre curentul de scurtcircuit dintrun conductor si c*mpul ma'netic aperiodic rezultant indus de ceilalti conductori #ecini datorită curenţilor aperiodici @de curent continuu. %fortu rtul electrodinamic este ma$im atun uncci c*nd produsul curentului conductor "i c*mpul rezultant aperiodic datorat celor doua conductoare #ecine este ma$im. π = + = α ϕ ψ pentru rezultă 2 i1
−T t = I m − e t cos ω
@5 1 − T t 2π − cosω t t − i2 = I m − e 3 2
1 −T t 4π i3 = I m − e − cosω t t − 3 2
%fortul instantaneu ma$im este F ma$
= 2 I 1 I 2 1−+ a
h 2 1 − T = 2 ×1.5 × I m − e a 2
2 t
−e
−
t T
2π cosω t t + @) 3
unde &1 < curentul ficti# ce produce c*mpul aperiodic ma$im !n centrul tubului din mi(loc. − t − t 1 T = 1.5 I e T I 1 = h I m 1 + e h m 2 4.). Aplicaţie
ă se alea'ă barele ecranate pentru un turbo'enerator de ) /[ < +5 /DA
i'. 2+. c,ema cu datele de scurtcircuit
Conductorul < aluminiu .5H 2K 15$) mm 'rosimea 1 mm E5 mm2 mE13;5 '\m Zz0E1)+cm3 %cranul < aluminiu .5 6e$tE54 mm
'rosimeaE4mm sE) mm2 mE23'\m Zz0E11cm3 Derificări !n re'im normal de funcţionare. Curentul de durată este I d = !ec s
=
I d ! ec
=
= ;
433 ;
A mm
2
S n 3$ n
=
+5 3 ⋅1
= 4;33%A
E+ ore\an
= 4mm2 < 5mm2
tabilitate termică la scurtcircuit s sist
=
I &o @m + nAt ! sc
=
)3 @; + A ⋅1 +
⋅13 = 53mm2
Derificarea la eforturi electrodinamice 6e re'ula; curentul cel mai mare este dat de scur scurtc tcir ircu cuit itul ul trif trifaz azat at @met @metal alic ic; ; drep dreptt urma urmare re;; #o #om m face face #erificarea numai pentru acest caz @cel mai defa#orabildefa#or abilConform relaţiei @) rezultă-
1.5 h 2 1 − T = I m − e a 2
2 t
F ma$
−e
−
t T
2π cosω t t + 3
6ato 6atori rită tă iner inerţi ţiei ei redu reduse se a ba bare relo lorr se po poat atee ne ne'l 'li( i(aa componenta periodică de scurtcircuit. Rezultă forţa aperiodică ma$imă F ma$
=
1.5 h
a
I &2
1 −T 2t −T t e +e 2
Coeficientul de atenuare S h are #aloarea h
=
1 1 −t − + T T 1 −e
T a T a
e
−T e
a
Dalo Daloar area ea ma ma$i $imă mă a co coef efic icie ient ntul ului ui de aten atenua uare re se obţine pentru timpul t calculat pentru #alorile aE.11 s "i pentru eE.3 sH ln t =
T a
ln
T e
1 1 − T e T a
.11
.3 1 1
=
.3
−
= .53) s
.11
Coeficientul de atenuare este h
=
T a T a
1 1 1 1 −t − + −t − + ; 11 T T .3 .11 1 − e = 1 − e = .5+ .11 − .3 e
− T e
a
orţa ma$imă este F ma$ ma$
=
1.5 ⋅ .5+ 5+1 1 .
2×.53) .53) − − 1 2 −1 .11 .11 ⋅ 4 ⋅ )3 ⋅1 e +e = 13)4 N m 2
9a #erificarea stabilităţii dinamice a barelor trebuie ţinut cont "i de 'reutatea proprie a barei. [$$E+4 cm2 [00E14;+ cm2 [0o0oE1)+ cm2 mE13.5 '\m e considera masa proprie 3.5 '\m. + = + ma$+ + # = 13;5 ⋅ . + 13)4 = 135 N
m
i'. 2. c,ema barei
ecranate
σ =
+l 2 12W
=
135 ⋅ 42 12 ⋅ 1)+ ⋅1
−)
= 1; (Pa ≤ σ a
6eoarece forţele electrodinamice ce solicită inst instal alaţ aţii iile le !n urma urma ap apar ariţ iţie ieii un unui ui scur scurtc tcir ircu cuit it nu po pott fi sup upor orta tate te pe pent ntru ru un timp imp ma maii ma mare re de c*te c*te#a #a secu cund nde; e; precum "i faptul că e$istenţa unui scurtcircuit afectează mai mult mu ltee ec,i ec,ipa pame ment ntee !n ace acela" la"i timp timp;; ne nefi fiin indd ne neccesa esar ca acestea să fie apropiate; este necesară eliminarea defectului. in'urul ec,ipament capabil să !nlăture cu succes un scurtcircuit este !ntreruptorul de putere. 7arametri 7arametriii de bază care caracteriz caracterizează ează !ntreruptoarele !ntreruptoarele depind de modul cum acesta deconectează arcul electric.
1.4.5. Arcul electric 9a !ntreruperea !ntreruperea unui circuit circuit alimentat alimentat la o tensiune de peste 1D; apare !ntre contacte arcul electric; dacă curentul este mai mare dec*t c*te#a sute de miliamperi. Apar următoarele fenomene pe durata arcului electricub acţiunea c*mpului electric electronii emi"i de catod sunt acceleraţiH %lectronii produc ionizare prin "oc a atomilor dintre electroziiH &onii poziti#i au masă mare "i participă puţin la conducerea arcului electricH &onii ne'ati#i sunt c,iar electronii; ace"tia se accelerează u"or; produc prin "oc noi ionizări "i au o #iteză medie mareH mul mul'e 'ere reaa elec electr tron onil ilor or din din cato catodd ne nece cesi sită tă o diferenţă de potenţial relati# mare; !n (ur de 1D; numită cădere catodică. 7ătr 7ătrun unde dere reaa elec electro troni nilo lorr !n an anod od ne nece cesi sită tă un c*mp electric intens; rezult*nd căderea anodică; mai mică dec*t cea catodică.
C*mpurile interne la suprafaţa electrozilor sunt datorate concentrărilor de sarcină; astfel căderea catodică apare datorită unui nor de ioni poziti#i !n faţa catoduluiH În lun'ul canalului; canalului; datorită datorită ionizării ionizării puternice; puternice; căderea de tensiune pe unitatea de lun'ime este relati# mică. 6e aceea; la un arc scurt; căderea de tensiune se poate considera concentra ntrattă pe o distanţă de o fracţiune de milimetru l*n'ă electrozi.
1.4.5.1.Caracteristicile 1.4.5.1.Caracteristicile arcului electric Arcul electric este o descărcare autonomă !n 'aze. 6escărcarea se face fără ionizări e$terne. e caracterizează prin temperaturi foarte !nalte ale ale coloanei arcului.
i'. 2. Caracteristicile coloanei arcului
Kc "i Ka < nu depind de curent; K cUKaE2D. Fona catodului catodului constă dintrun strat subţire de 'aze la suprafaţa catodului. Căderea de tensiune este 12D; iar c*mpul electric a(un'e la 1 51) D\cm. %ner'ia care se transmite din reţea se folose"te pentru e$tracţia de electroni din catod. %lectronii eliberaţi se deplasează spre anod. Fona anodului este locul unde se formează un #olum de sarcini ne'ati#e !n e$ces deoarece ionii poziti#i sunt respin"i de anod. Căderea de tensiune este de 35 D. Fona coloanei arcului este formată din plasmă; 'az ionizat cu temperaturi de p*nă la 2 S. 7lasma are concentraţie e'ală de ioni "i electroni !n unitatea de #olum. %lec %lectr tron onii ii "i ioni ioniii pa part rtic icip ipăă la mi"c mi"car area ea ,a ,aot otic icăă a moleculelor neutre utre "i a atomilor; dar au "i o mi"care orientată !n c*mpul electric !n lun'ul arcului. Apar ciocniri ale ionilor "i electronilor cu elemente neutre. 7articularitatea descărcării la !naltă presiune constă !n faptul ener'ia termică a 'azului este foarte mare "i marea ma(oritate a atomilor "i a moleculelor e$citate "i ionizate se obţin prin ciocnire nireaa dintre elementele neutre. Acest mecanism de ionizare se nume"te ionizare termică. &on oniz izaarea rea spe peci cifi fică că coloa oloane neii arcu arculu luii de depi pind ndee de temperatură. ursa de ener'ie pentru ionizare termică este c*mpul electric. Arcul electric !n aparate de comutaţie este puternic infl influe uenţ nţat at de co cond ndiţ iţii iile le loca locale le din din came camera ra de stin stin'e 'ere re a
!ntr !ntrer erup upto torul rului ui;; cu cum m sunt sunt-- lun' lun'im imea ea arcu arculu lui;i; inte intens nsit itat atea ea curentului; felul curentului @continuu sau alternati#. În te,nica !ntreruperii se urmăre"te limitarea duratei arcului electric !n scopul reducerii la minimum a efectelor termice !n aparat "i a efectelor curenţilor de scurtcircuit !n instalaţiile prote(ate de aparat. În aceste situaţii interesează stin'erea arcului electric fie la trecerea prin zero a curentului !n cazul curentului alternati#; fie la crearea unei instalaţii de ardere !n cazul curentului continuu. În consecinţă pentru stin'erea arcului electric trebuiesc create condiţii speciale pentru ca puterea cedată să fie c*t mai mare. 7rincipial; acest deziderat se realizează răcind arcul electric prin9un'irea arcului electric. 6iri(area arcului electric către pereţii reci. /ărirea presiunii !n camera de stin'ere pentru a asi'ura o mai bună preluare a căldurii din arc. olosirea ,e$afluorurii de sulf @ ) care are o cons co nsta tant ntăă de tem empe pera ratu tură ră mică mică co comp mpaarat rati# cu ulei leiul electroizolant. Constanta de timp a arcului esteτ =
Q P
;
unde
j < conţinutul de căldură al arcului 7 < cedarea căldurii spre mediul ambiant
În !ntreruptoare la curenţi mari; temperatura contactelor este suficientă pentru topirea lor "i saturarea cu #apori a spaţiului dintre contacte; ceea ce susţine apariţia arcului; c,iar "i la #alori mici ale tensiunii. Conductibilitatea arcului se e$plică !n principal prin apariţia ionizării termice; "i anume disocierea moleculelor 'azului !n electroni "i ioni datorită a'itaţiei termice. Gazul; care care se 'ă 'ăse se"t "tee !ntr !ntree co cont ntac acte te se tran transf sfor ormă mă !n plas plasmă mă.. Conductibilitatea k "i 'radul de ionizare cre"te foarte repede cu temperatura. 6acă plasmei i se aplică o tensiune atunci electronii se #or deplasa spre anod; iar ionii se !ndreaptă; cu #iteză mai mică; spre catod "i !n plasmă apare c*mpul electric. 7rin 7rin aceasta aceasta !n inter inter#al #alul ul de aer !ncep !ncep să să apară apară noi particule neutre @ionizarea prin ciocnire la catod apar ionii "i electroni "i smul'erea electronilor. 6easemeni trebuie remarcat că menţinerea plasmei si menţ me nţin iner erea ea 'a 'azu zulu luii !n acea aceast stăă star staree "i da dato tori rită tă ioni ioniza zaţi ţiei ei termice; "i anume disocierea moleculelor 'azului !n electroni "i ioni ca rezultat al a'itaţiei termice puternice. 7rocesele ce au loc !n coloana arculuiColoana arcului este formată din plasmă; 'az ionizat cu temperaturi de p*nă la 2 S. În coloana arcului se produce o ionizare term termic ică. ă. urs ursaa de en ener er'i 'iee pe pent ntru ru ioni ioniza zare reaa term termic icăă este este c*mpul electric. Apar ciocniri ale electronilor "i ionilor cu
elemente neutre. >umărul de ciocniri este mare "i ca rezultat se transferă ener'ia electronilor 'azelor neutre sub formă de căldura. %ner'ia termică a 'azului este foarte mare "i marea ma(oritate a atomilor "i a moleculelor e$citate "i ionizate se obţin prin ciocnirea dintre elementele neutre. %fectul de electrod constă !n di#izarea arcului !n n se'mente !n scopul cre"terii de n ori a căderilor de tensiune la electrozi. 7entru un inter#al se poate scrie u = α + γ l unde ` "i k sunt constante de material 7entru un arc scurt se poate considera u = α = ct unde u < tensiunea de ardere a arcului electric Cond Condiţ iţia ia de stin' stin'er eree !n cazu cazull di#i di#iză zări riii arcu arculu luii !n n spaţii este nα + γ l > u
%fectul de electrod nu este aplicat !n cazul stin'erii de curent continuu; deoarece eficienţa eficienţa unei camere de stin'ere; stin'ere; construită după acest principiu; este redusă; ţin*nd seamă de faptul că la ener'ia arcului electric contribuie "i ener'ia acumulată !n c*mpul ma'netic al reţelei. tin'erea arcului de curent continuu se face de obicei prin lun'irea arcului electric "i contactul lui cu pereţii reci ai came camere relo lorr de stin stin'e 'ere re.. %fec %fectu tull de elec electr trod od este este frec frec#e #ent nt utilizat la stin'erea arcului electric de curent alternati# !n !ntreruptoare "i contactoare de (oasă tensiune. În acest caz; stin'erea arcului electric este la trecerea naturală a
curentului la #aloarea zero; astfel că tensiunea pe inter#al; !ntre doua placi; necesară stin'erii este de ordinul 12 D @nu numai ` E2); c*t este !n cazul stin'erii curentului continuu. Aceasta se e$plică prin faptul că curentul alternati# trece trece prin zero. zero. 6istanţ 6istanţaa dintre dintre electr electrozi ozi este este foarte foarte mică. Arcul se #a reaprinde !n semiperioada următoare a dacă se #a aplică o tensiune suficientă pentru a asi'ura 'radientul necesar l*n'ă noul catod la sc,imbarea planeităţii. e "tie că pentru smul'erea de electroni din suprafaţa catodului este nece ne cesa sarr de circ circaa 3 3 D\ D\cm cm.. 6acă 6acă 'rad 'radie ient ntul ul ar răm* răm*ne ne constant !n lun'ul spaţiului de arc; atunci pentru ca să se producă un arc pe un spaţiu de 1 mm; ar fi necesară o tensiune de circa 3 D. În realitate arcul se aprinde dacă tensi nsiun uneea trec rece de 1325 25 D; da dattorită rep repartizării neuniforme rme a tensiunii !n lun'ul spa paţţiului de arc. În mome mo ment ntul ul trec trecer erii ii cu cure rent ntul ului ui prin prin zero zero;; !n spaţ spaţiu iull dint dintre re electrozi electrozi răm*n 'aze fierbinţi fierbinţi !ncă puternic ionizate ionizate iar ionii "i electronii sunt repartizaţi uniform !n tot lun'ul spaţiului dint dintre re elec electr troz ozi. i. În semi semipe peri rioa oada da urmă următo toar are; e; la ap apar ariţ iţia ia tensiunii tensiunii de restabilir restabiliree ; electronii electronii care sunt mult mai mobili dec*t ionii poziti#i; se deplasează !n direcţia anodului. Ca rezultat; l*n'ă catod se formează o zonă cu sarcini spaţiale poziti#e. Repartizarea tensiunii !n lun'ul spaţiului de arc de#i de #ine ne ne neun unif ifor ormă mă.. Grad Gradie ient ntul ul po pote tenţ nţia ialu lulu luii se mă măre re"t "tee brusc !n apropierea catodului. Cu timpul; densitatea sarcinilor electrice se mic"orează "i #aloarea tensiunii se măre"te.
Ri'iditatea iniţială K depinde de starea electrozilor "i de materialul lor. tin'erea arcului scurt "i a arcului lun' depind de #iteza de restabilire a tensiunii aplicată spaţiului de arc. arc. 6acă ampli amplitud tudine ineaa tensiun tensiunii de restabi restabilir liree !ntrec !ntrecee ri'iditatea dielectrică a spaţiului; atunci @pentru stin'erea arcului ca acesta să fie !mpărţit !n mai multe spaţii; le'ate !n serie. >umărul lor se poate calcula calcula cu relaţia m=
$ m $
αβγ unde-
Km < amplitudinea tensiunii de frec#enţă industrialăH indu strialăH ` < coeficient care ţine seama de cre"terea ri'idităţii diel dielec ectr tric icee !n mo mome ment ntul ul c*nd c*nd tens tensiu iune neaa de restabilire atin'e #aloarea sa ma$imă @amplitudinea; `E.H co coef efic icie ient nt care care ţine seam seamaa de neuni neunifor formi mita tate teaa repartiţiei tensiunii !ntre spaţii; E1.1H k < factorul de oscilaţie kE1;3. Kg1..2D !n funcţie de intensitatea curentului & n @4..1A m =1;15
$ m $
7entru mărirea ri'idităţii unui astfel de dispoziti# este nece ne cesa sarr să se unifo uniform rmiz izez ezee repa repart rtiţ iţia ia tens tensiu iuni niii !n lun' lun'ul ul colo co loaane nei; i; ceea eea ce se ob obţi ţine ne prin rin "un unta tare reaa ele eleme ment nteelor lor sep epaarate rate sau 'rup 'rupel eloor de elem elemen ente te cu rez reziste istenţ nţee sau capacităţi.
6ispoziţia plăcilor metalice !ntro cameră de stin'ere cu efect de electrod este de a"a manieră !nc*t; sub acţiunea ni"ei astfel formate; arcul să fie atras !n camera de stin'ere; spre a fi di#izat. Ψ = µ i
dW µ l 2 = F x dx = 2 δ i m
W m
=
F =
µ l 2 )i = i x 2 2 δ
1
2
/ µ l / − x 2 δ
i2
i'. 3. %fectul de ni"ă
Arcul electric iniţial se stabile"te !ntre elementele de cont co ntaact. ct. 6acă 6acă ni" ni"a este mu mult ltiiplă; plă; efic eficie ienţ nţaa cam amer erei ei de stin'ere este sporită faţă de situaţia cu o ni"ă sin'ulară. &ntroducerea arcului electric !n camera de stin'ere cu bare metalice se face cu a(utorul sufla(ului ma'netic; adică
cu a(utorul unui c*mp ma'netic au$iliar care se stabile"te !ntre plăcuţele feroma'netice. Kn rol important; !n procesul stin'erii arcului electric; !l (oacă "i masa relati# mare a plăcilor sau a barelor metalice folosite !n construcţia ec,ipamentelor; care e$tra' căldura prin piciorul arcului electric. Astfel; Astfel; 'rosimi ale plăcilor de 2 mm "i diametre ale barelor de ) mm sunt folosite !n mod uzual. 7rincipul efectului de electrod este aplicat !n construcţia camerelor de stin'ere la contactoarele elec electtroma roma'n 'neetice tice "i !ntre ntreru rupt ptoa oare rele le de pu pute tere re de (oas (oasăă tensiune. 7rodusul Ki reprezintă puterea care apare sub formă de căldură. Cea mai intensă dez#oltare de căldură are loc; deci; l*n'ă electrozi. emperatura care rezultă la suprafaţa electroz rozilor este necesară pe penntru a asi'ura emisia de elec electtroni roni.. 6e ace aceea; ea; arcul rcul ele electri ctricc est este le'a le'att de pa part rtea ea catodică. Anodul deplasat produce lun'irea arcului electric; fără a putea deplasa piciorul arcului; le'at de pata catodică; produsă prin !ncălzirea plăcii care formează catodul. 6acă se sc,imbă polaritatea; arcul se deplasează liber; ceea ce arată că anodul nu trebuie să aibă temperatură ridicată. Răcirea canalului arcului se face mai ales prin radiaţie "i prin disocierea @descompunerea moleculelor 'azului din canal; fenomen ce absoarbe ener'ie. Atomii astfel eliberaţi; părăsind canalul arcului; se recombină. >oi molecule a(un' !ncontinuu !n canal; apoi prin recombinare cedează mediului ambi am bian antt cant cantit itat atea ea de căld căldur urăă ab abso sorb rbit ită. ă. emp emper erat atur uraa !n
coloana arcului este at*t de mare !nc*t ma(oritatea atomilor sunt ionizaţi @ionizare termică. Aceasta !nseamnă că ener'ia cinetică a particulelor este at*t de mare; se desfac nu numai le'ăturile !ntre molecule @disociere; ci "i cele !ntre electroni "i nucleu. /ateria !n această stare complet ionizată poartă numele de plasmă @fi'. 31 În cazul arcului electric; relaţia !ntre tensiunea la borne "i curent nu este liniară @fi'. 32. 6acă se admite ca ! = ct ; rezult ultă la cre"terea curentului i; o cre"tere a secţiunii canalului arcului; deci o răcire !nrăutăţită
i'. 31. 7rocese !n coloana arcului
a unităţii de #olum; imediat urm*nd o cre"tere a temperaturii arcului; o ionizare mai bună "i deci o mic"orare a tensiunii K. 6e fapt; temperatura depinde "i de starea termică anterioară anterioară "i prin urmare tensiunea tensiunea arcului #a fi mai ridicată ridicată dacă curentul este !n cre"tere "i aceasta cu at*t mai mult cu c*t el #ariază mai rapid @"i in#ers. 6e aceea e$istă o sin'ură caracteristică statică "i numeroase caracteristici dinamice.
9a #ariaţii foarte rapide ale curentului !n (urul unei #alori 7; starea de ionizare răm*ne constantă; "i rezultă caracteristica liniară; reprezentată punctat. Cara Caract cter eris isti tica ca arcu arculu luii a fost fost e$ e$pe peri rime ment ntat atăă an anal alit itic ic prin formula clasică a lui =erta A0rton. a =α +γ l 0 $ = a + !n !n care 0 = β +δ l i l fiind lun'imea arcului iar `;;k; constante e$perimentale. 9a iE; relaţia nu e e$actă; deoarece rezultă KE. 9a curenţi mari; peste 51A se obţine KEa; adică tens tensiiun uneea nu de desscre" cre"te te sub o anu numi mită tă limit imităă de deoa oare recce ionizarea spaţiului arcului este completă. 6acă totodată lE; KE`; e$primă căderea de l*n'ă electrozi; iar < intensitatea c*mpului !n canalul arcului; la curent foarte mare. Arcul electric !n aparatele de comutaţie; ca fenomen de descărcare electrică !ntrun 'az; este puternic influenţat de condiţ diţiile loc ocaale din camera de stin'ere; cum sunt lun'imea arcului; cedarea de căldură; intensitatea curentului "i felul curentului. În te,nica !ntreruperii se urmăre"te limitarea duratei arcului electric !n scopul reducerii la minimum a efectelor termice !n aparat "i a efectelor curenţilor de scurtcircuit !n instalaţiile prote(ate de aparat.
i'. 32. Caracteristicile arcului electric
7roble 7roblema ma stabil stabilită ităţii ţii arculu arculuii este este import important antăă pentru pentru dife diferi rite tele le sect sectoa oare re de acti acti#i #ita tate te.. 9a sudu sudura ra elec electr tric ică; ă; la cuptoarele cu arc este necesar ca arcul să fie stabil. 9a !ntreruptoare "i descărcătoare; arcul trebuie să fie instabil; pentru a se putea aplica diferite metode pentru stin'erea acestuia !ntrun timp c*t mai scurt. 6in această cauză este necesar studiul stabilităţii arcului electric. e consideră un circuit de curent continuu !n care apare arcul electric. În acest circuit se poate scrie ecuaţiadI u = u + IR + ) @1 dt ă presupunem că din anumite moti#e curentul !n circuit #ariază cu &. 6in această cauză tensiunea arcului trebuie să se modifice cu mărimea
a
∆ua =
dua dI
∆ I
@2
Relaţia @1 capătă forma du a d @ I + ∆ I A u = u a + ∆ I + R @ I + ∆ I A + ) dI
dt
@3
i scăz*nd @1 din @3; obţinem @
dua dI
+ RA∆ I + )
d @∆ I A dt
=
&nte'r*nd această ecuaţie; se obţinedua
∆ I = ∆ I e
−
+ R
dI )
@4
dua
6acă dI + R V; atunci e$ponentul !n 4 #a fi ne'ati# "i mărimea & pentru t. 7rocesul se #a !ntoarce la du #ec,ea situaţie; arcul #a fi stabil. 6acă dI + R B; atunci & #a cre"te fără limită; "i arcul #a fi instabil. Astfel condiţia pentru stabilitatea arcului esteestea
du a dI
+ R >
@5
ă lămurim această condiţie !n fi'ura 34. K este tensiunea de alimentare a circuitului H R rezistenţa le'ată !n serie cu arcul. Curba 1 caracteristica statică a arcului În re'im stabilizat dI &EconstH dt = ; din această cauză u = u + IR . 6ucem prin punctul C o dreaptă 2 care intersectează curba 1 !n punctele A "i _. 6reapta CA_ cu linia u paralelă cu a$a absciselor formează un',iul `; determinat cu relaţia
t# α =
I 1 R I 1
a
= R
e #ede că arcul poate e$ista numai !n punctele A "i _. 6intre ele punctul A este punct de ardere stabilă. 6acă se funcţionează !n punctul A "i din anumite moti#e curentul cre"te; atunci suma u aU&R de#ine mai mică dec*t tensiunea u. tensiunea suplimentară conduce la cre"terea curentului; care #a cre"te p*nă #a a(un'e !n punctul _. 6acă !n punctul A curentul se mic"orează;tensiunea u #a de#eni mai mică
dec*t suma uaU&R. Curentul se #a mic"ora; p*nă c*nd arcul nu se stin'e. Condiţii in#erse se #or obţine !n punctul _. /ărirea curentului conduce la cre"terea rea sumei uaU&R; U&R; acea aceast staa de#enind mai mare dec*t tensiunea u; curentul se mic"orează p*nă se a(un'e !n punctul _. 9a mic"orarea curentului de arc se #a !ntoarce !n punctul _. e #ede că punctul _ este un punct de funcţionare stabilă. stabilă. Această rezol#are este pentru arcul de curent continuu. tudierea stabilităţii arcului de curent alternati# este mai complicată deoarece trebuie studiata caracteristica dinamică a arcului. 7entru re'imul stabilizat trebuie studiat bilanţul ener'etic a arcului; pe care !l #om prezenta sub forma ui − P = @1 aici 7 < este puterea care se din unitatea de lun'ime a arcului. 7entru re'im staţionar relaţia 1 se transformă !n ine'alitatea
ui − P
<> 6acă ui − P < ; atunci disiparea căldurii depă"e"te
aportul de căldură !n unitatea de lun'ime a arcului j se mic"orează; "i in#ers. dQ = ui − P @2 dt %cuaţia @2 descrie ec,ilibrul termodinamic al arcului elec electr tric ic.. :in* :in*nd nd seam seamaa că arcu arcull elec electr tric ic are are temp temper erat atură ură ridic dicată @3 312 12 S "i că e$istă o le'ătură ură !ntre
temperatură "i 'radul de ionizare; se poate admite că ener'ia j este o funcţie de conductanţa arcului electric. Q = + @1 A @3 "i prin deri#are dQ dQ d1 = @4 dt d1 dt Relaţia 2 se !nmulţe"te cu G 1 "i se ţine seama de 4; deci se obţine1 dQ d1 1 d1 dt 1 d1
1 dt
1 d1 1 dt
=
+ P = ui 1
1
ui − P d1 1 dQ
= ui − P dQ1 1 P
@5
d1 P dQ 1
dimensiunea timp "i se nume"te constanta de timp a arcului electric. Cu această prezenţă "i i = 1 obser#*nd că ecuaţia 5 de#ineu d1 P
1 d1
1 dt
u d ( ui ) i dt
u
u
i
di
=τ are
=
ui − P 1
= −i
ui − P 1 P
i dt
−
τ
du
dt dt 2 u
1 di
τ
P
1 du
u dt
=
=
ui − P 1 P τ
ui − P 1 P
τ
@)
%$presia ) este o ecuaţie diferenţială neliniară; care se poate inte'ra !n condiţii particulare. e mai obser#ă că nu este o mărime constantă dacă intensitatea curentului #ariază !n coloana arcului electric. /a0r a ima'inat un model de arc electric cilindric; !n care plasma se află !n ec,ilibru termic; dentsitatea de curent @(EL# se datorează electronilor; iar cedarea de putere se efectuează prin conducti#itate termică către periferia cilindrului. Acest cilindru nu mai are conducti#itate electrică spre periferie < temperatura plasmei fiind mai mică dec*t !n zona centrală !n care e$istă at*t conducti#itate termică; c*t "i conducti#itate electrică. În acest cestee co cond ndiţ iţii ii;; /a0e 0err a(un a(un'e 'e la con onccluzi luziaa că e$presia conducti#ităţii electrice se poate scrie sub formai u
= 1 = e
Q Q
@+
Knde S "i j sunt constante; iar j este conţinutul de căldură al arcului electric. Astfel constanta de timp din relaţia 5; !n ipoteza că puterea disipată 7E7Ect; de#ine o constantăτ =
P Q
@
7entru curent alternati# sinusoidal
p sin ω i = I t
u
=
si
di
= ω I p cos ω t ; deci rezultă-
dt 2 & sin ω t
sin@ 2 t A + ω ϕ I p1 − 2 + ( ) ω τ 1 2
7ara 7arame metr trul ul produ produsu sulu luii cu #alo #alori ri intre intre "i "i unde ^Earct'2. 1 2 ω π = 7ent 7entru ru E E rezu rezult ltăă "i deci E adică se T consideră situaţia de curent continuu. 7entru #alori mici ale cure cu rent ntul ului ui co core resp spund und #a #alo lori ri foar foarte te ma mari ri pe pent ntru ru tens tensiu iune neaa arcului electric. 7entru E rezultă că E sau că E. 7entru E curentul alternati# are o frec#enţă foarte mare "i !n acest caz; tensiunea tensiunea arcului arcului se menţine menţine sinusoidală u=
2 & sin ω t p I
7en enttru dife diferi ritt de #alorile zero "i infinit Eq.125H .25H .5 tens tensiu iune neaa arcu arculu luii prez prezin intă tă cele două #*rfuri; unul de aprindere "i altul de stin'ere; a"a cum se obser#ă pe !nre'istrările oscilo'rafice. oscilo'rafice.
i'. 33. Caracteristici ale arcului
tin'erea arcului !n circuit circuit de curent continuu Consider*nd circuitul din fi'ura 34. În re'im staţionar cu !ntreruptor !nc,is a#emi
=
$ # R
În 'eneral c*nd e$istă "i arc; iar curentul #ariază; a#em di + Ri + $ ; pentru $ = ) #
dt
re'im staţionar iEct. $ =$ − Ri această rela relaţi ţiee ap apar aree 'raf 'rafic ic sub sub form formaa unei drepte; ea reprezintă caracteristica statică a sursei de st
#
alimentare la KstE;
i
=
$ # R
;
astfel rezult*nd )
di = $ # dt
− Ri −$ =$ st −$ @1 .
i'. 34. Curbele caracteristice ale arcului
72 la )
di > dt
Arcul este staţionar la iEct; !ntre 7 1 "i curentul cre"te; !n rest scade . 6e aceea la orice modificare a curentului fată de #aloarea i p1; curentul re#ine la această #aloare. 7 1 este un punct de funcţionare stabilă. 9a orice #ariaţie a curentului faţă de #aloarea i p2; curentul se #a modifica astfel !nc*t diferenţa fată de i p2 să crească. 72 este un punct de
func funcţi ţion onar aree ins instabi tabillăH cu cure rent ntul ul fie fie că #a cre" re"te p* p*nă nă la #aloarea & p1; fie că se anulează. 6acă un !ntreruptor se desc,ide astfel !nc*t să e$iste un punct de intersecţie 7 1 al celo celorr do două uă cara caract cter eris isti tici ci;; cu cure rent ntul ul scad scadee de la #a #alo loar area ea iniţ iniţia ială lă i la #a #alo loar area ea i p1; circ circui uitu tull răm* răm*n* n*nd nd !nc, !nc,is is ma maii depa de part rtee prin prin aer. aer. 7ent 7entru ru a !ntr !ntrer erup upee arcu arcul;l; cara caract cter eris isti tica ca arcului trebuie ridicată peste poziţia critică atunci c*nd ea nu mai atin'e caracteristica statică a circuitului de alimentare; adică distanţa dintre contacte trebuie mărită suficient. Atunci core co resp spun unză zăto torr rela relaţi ţiei ei @1 @1 cu cure rent ntul ul de desc scre re"t "tee "i arcu arcull se stin'e. ensiunea K la bornele arcului poate !ntrece mult tensiunea K' dată de sursă; datorită tensiunii induse .
i'. 35. Întreruperea arcului de curent continuu prin !nclinarea caracteristicii e$terne sau modificarea caracteristicii statice $ i
= − ) di ; care este poziti#ă; astfel pot să apară dt
supratensiuni mari.
$ = $ st
− ) di =$ st +$ i @2 dt
7ot să apară supratensiuni mari; dacă circuitul; c,iar de tensiune redusă; se !ntrerupe ener'ic; adică printrun arc de rezistenţă mare @precum !n cazul !ntreruperilor !n ulei. 7entru ca totu"i stin'erea arcului să nu fie prea lentă; este bine ca arcul să fie răcit de e$emplu prin suflarea lui !ntrun canal cu pereţi reci; care au efect de răcire !n special !n domeniul curenţilor mari; c*nd canalul arcului este de diametrul relati# mare. Rezultă astfel caracteristica. Cu c*t tensiunea arcului este mai ridicată; cu at*t ele se !ntrerup mai repede; timpul de !ntrerupere este$ = $ st − )
di dt
t
∫
T = dt = )
)
di
di
∫ $ −$
i =i
= $ −$ st
dt
= )
∫ + ( i ) di
i =i
st
impul de !ntrerupere se obţine prin inte'rare 'rafică sau numerică; + @i A fiind o funcţie cunoscută funcţie de i. În timpul !ntreruperii !n arc se dez#oltă o cantitate de căldură t
∫
W = $idt = )
actorul
$idi
∫ $ − $
i =i
$ $ −$ st
=
st
)i2 2
$
∫ $ − $
i =i
st
⋅2
i i
i d i
tinde către 1 dacă KVVKst "i !n
'eneral nu este mai mare ca 2. 7rin urmare not*nd
i i
cu $; rezultă-
1
i2 ) W = @1..2A 2 xdx i
∫
)i2 = @1..2A 2
;
adică dică la stin' tin'er erea ea rapi rapidă dă;; căde cădere reaa prod produs usăă !n arc cons co nstă tă din din en ener er'i 'iaa care care a fost fost !nma !nma'a 'azi zina nată tă an ante teri rior or !n c*mpul ma'netic al circuitului; iar la stin'ere lentă căldura produsă este mai mare cu !ncă cel mult 1; prin cont co ntri ribu buţi ţiaa surs sursei ei de cu cure rent nt co cont ntin inuu uu.. 9a stin stin'e 'ere reaa lent lentăă contactele !nsă se !ncălzesc mai mult mai mult dec*t la stin'erea rapidă; nu numai datorită duratei arcului; dar "i datorită lun'imii sale mai mici; deci a e#acuării căldurii !nspre contacte. A"adar !ntreruperea prea rapidă produce supratensiuni; iar !ntreruperea prea lentă produce !ncălzirea contactelor. Arcul alimentat de la o sursă de curent alternati# se stin'e mai u"or dec*t arcul de curent continuu; deoarece cure cu rent ntul ul trece rece prin prin zero zero !n fiec fiecar aree semi semipe peri rioa oadă dă "i prin prin urmare stin'erea constă !n !ndepărtarea reaprinderii. tin'erea se face mai u"or !n circuite o,mice; deoarece la trecerea curentului prin zero; "i tensiunea este zero @aceste două mărimi fiind !n fază "i nu se produce reaprinderea arcului. &nter#alul de timp cu iE fiind relati# lun' lun';; spa paţi ţiul ul oc ocup upaat anter nterio iorr de arc se po poat atee de deio ioni nizza @fi'.3). 9a circuite inducti#e; la trecerea curentului prin zero; tensiunea sursei are #aloarea apropiată de cea de
amplit ampl itud udin ine; e; astf astfel el arcu arcull se po poat atee reap reapri rind nde; e; da dacă că nu se asi'ură un sufla( foarte ener'ic pentru deionizarea rapidă a canalului arcului. 6in această cauză curenţii de scurtcircuit se !ntrerup mai 'reu fiind inducti#i. Încercarea aparatelor de deconectare trebuie făcută la cos^B;2. În circuitele o,mice curentul #ariază !n fază cu tensiunea K ' a sursei. 8scilo'rama reprezintă i !n funcţie de temperatură "i tensiunea Ka a arcului. i'. 3). c,ema circuitului o,mic
7*nă !n momentul ta arcul nu se poate aprinde; deoarece numai atunci K' de#ine e'al cu tensiunea de aprindere Ka. 6acă tensiunea de aprrinde ap indere re Ka este sufi uficient de ridi ridica cată tă KaVK'ma$ reapri reaprinde nderea rea nu se mai produce "i arcul se stin'e @fi'. 3+. i'. 3+. Dariaţia curenţilor
În circuitele inducti#e curentul fiind defazat faţă de tensiune; la trecerea prin zero !n momentul t s apare !ntre
contacte o tensiune de ordinul K 'ma$; care poate produce reaprindere reaprindereaa arcului; arcului; dacă p*nă !n reapariţia reapariţia tensiunii tensiunii nu sa realizat o deionizare eficace @fi'. 3. 6atorită ener'iei dez#oltată !n arc la dessc,ide de ,idere reaa con onttact actelor elor !ntrer !ntrerupt uptoru orului lui;; tensiu tensiunea nea arcului K cre"te !n fiecare semiperioadă. tin'erea se produce atunci c*nd această tensiune se apropie de K'ma$. i'. 3. Circuitul inducti# si #ariaţia curenţilor la deconectare
9a !nceput este o fracţiune a acestei. $ medarc =ε $ # ma$
ε < 1
ensiunea mi(locie a arcului din momentul desc,iderii contactelor este$ ma$ arc
=
ε
2
$ # ma$
%ner'ia dez#oltată !n arc !ntro semiperioadă esteT 2
T 2
∫
∫
W = $idt = $ idt = $imed
T 2
7rin urmare; !ntro semiperioadă T 2
∫
$idt =
T
π
$ima$
imed
= 2 ima$ π
&ar !n cele n semiperioade; de durată totală t p*nă la stin'ere t
∫
$idt =
2t
π
$ medarcima$
sau ţin*nd seama că t
∫
$idt =
$ ma$ arc =ε $ # ma$
ε 2ε $ # ma$ima$t = $ # It π π
@1
În timpul scurtcircuitului; p*nă la !ntrerupere; sursa debitează o ener'ie aparentă K '&t. Relaţia @1 ne arată că ener'ia dez#oltată !n arc este o fracţiune a acestei mărimi "i este direct proporţională cu puterea de scurtcircuit. 7entru a o mic"ora; trebuie trebuie mic"orat . În acest acest scop se menţine mică tensiunea arcului pe durata semiperioadei; acţion*nd !nsă !n mod eficace pentru stin'erea arcului la sf*r"itul semiperioadei; la trecerea curentului prin zero. 7entru ca ener'ia dez#oltată de arc să fie mică este necesar ca !ntotdeauna contactele să se !ndepărteze rapid astfel !nc*t tensiunea de aprindere să atin'ă #aloarea K 'ma$ !ntrun număr c*t mai mic de semiperioade; !n care arcul se mai aprinde. Acestei tensiuni !i corespunde intensitatea de c*mp electric " a&r
=
$ # ma$ 2t
# < #iteza de !ndepărtare a contactului t < timpul de !ntrerupere a arcului. ensiunea de restabilire @de re#enire este un fenomen ce are loc la trecerea curentului prin zero. 9a tE; la trecerea curentului prin zero @prin arcul !ntreruptorului tensiunea la bornele capacităţii circuitului sursei este e'ală cu tensiunea arcului. $ C
= $ arc ≅
6upă anularea curentului; tensiunea sursei e'ală cu K'ma$ alimentează numai circuitul 9C; !n care tE "i i "i K C au #aloarea zero. Rezultă o !ncărcare "i supra!ncărcare a capacităţii cu o tensiune K C oscilatorie; cu frec#enţa . 1 υ = ; atin'*nduse o tensiune p*nă la ma$im 2π )C 2K'ma$ da darr !n 'e 'ene nera rall ma maii mică mică din din cau auza za amo mort rtiizări zăriii. Aceasta este tensiunea de re#enire sau restabilire. Diteza cu care se restabile"te tensiunea !ntre contacte este cu at*t mai mare; cu c*t este mai mare. În 'eneral este cuprins !ntre 1 "i 1 =z; a#*nd #alori mai mici @c*te#a sute de =z la reţele de !naltă tensiune. În momentul trecerii curentului prin zero se restabil bile"te "i capa paccitatea de izolare a mediului !ntre contacte; e$primată prin tensiunea necesară pentru producerea reaprinderii @curbele 1 "i 2I. 2I. În cazul 1 al unui sufla( ener'ic tensiunea de re#enire este tot timpul mai mică dec*t cea necesară pentru
reap reapri rind nder ere. e. În cazu cazull 2; c*nd c*nd sufla ufla((ul este este ma maii slab; lab; !n mome mo ment ntul ul t tens tensiu iune neaa !ntr !ntree co cont ntac acte te se mic" mic"or orea ează ză la #aloarea tensiunii arcului. 6in cele mai sus rezultă că pentru reu"irea stin'erii arcului este necesar ca #iteza de restabilire a capacităţii de izolare să fie mai mare dec*t #iteza de re#enire a tensiunii !ntre contacte. 7uterea de rupere este deci "i funcţie de circuitul unde este montat aparatul. 9a !ntr !ntrer erup uper erea ea un unui ui scur scurtc tcir ircu cuit it trif trifaz azat at;; dinr dinru unn circ circui uitt tri trifaza fazat; t; cele cele trei trei faz faze nu se !nt !ntreru rerupp !n acela cela""i moment; deoarece curenţii sunt defazaţi !ntre ei. Curentul se presupune inducti#. e consideră momentul c*nd curentul prin fază trece prin zero. Dalo Dalori rile le cu cure renţ nţil ilor or "i ale ale tens tensiu iuni nilo lorr se ob obţi ţinn prin prin proiecţia lor pe a$a #erticală #erticală de timp. ia
=
ic
= −i0 =
$ +a 3 3
ima$
$ +0
= $ + ma$ ma$ = $ +c =
$ + ma$ 2
6upă !ntreruperea fazei a; potenţialul bornei _ de#ine e'al cu potenţialul punctului de scurtcircuit S "i prin urmare 3 tensiunea !ntre A "i _ de#ine 2 $ . 7uterea de scurtcircuit pentru faza a este deci +
S a
=
3 2
$ + I
În continuare; circuitul de#ine monofazat; cu tensi tensiunil unilee Kfb "i Kfc e'al cu 23 $ la fiecare loc de +
3
!ntrerupere "i curenţii & b "i &c e'ali cu ω t =
2
I .
π curenţii i b 2
6upă un sfert de perioadă "i ic @i bE ic trec prin zero "i arcul se stin'e "i la aceste faze. 7uterea de scurtcircuit corespunzătoare esteS 0
= S c =
3 2
$ +
3 2
I =
3 4
$ + I =
S a 2
7uterea de scurtcircuit totală esteS sc
= S a + S 0 + S c = 3$ + I =
3$I
arcina de rupere nu este repartizată e'al !ntre cele trei faze. 7rima fază !ntrerupe (umătate a puterii de scur scurtc tcir ircu cuit it tota totale le;; iar iar cele celela lalt ltee do două uă faze faze c*te c*te un sfer sfert. t. ensiunea de re#enire la prima fază este cu 5 mai mare dec*t tensiunea de fază. 9a !ntr !ntrer erup uper erea ea circ circui uite telo lorr trif trifaz azat ate; e; co comp mpon onen enta ta aperiodică u"urează mult !ntreruperea. %a e$istă !ntotdeauna la !nt !ntreru rerupe pere re de deoa oare rece ce co cons nsta tant ntaa de timp timp a am amor orti tiză zări riii acestui curent este de apro$imati# .5 secunde. Apariţia componentei aperiodice este condiţionată de faptul că !n momentul produceri scurtcircuitului componenta aperiodică nu poate a#ea #aloarea zero dec*t pe cel mult o sin'ură fază. 9a celelalte faze; curentul total de scurtcircuit de#ine zero @sau e'al cu #aloarea dinainte de scurtcircuit a
curentului de la faza componentei aperiodice.
respecti#ă
tocmai
datorită
e #ede că curentul de scurtcircuit rezultant i sc trece prin zero !n momente @t "i tv diferite de acela c*nd componenta aperiodică i p trece prin zero. 6e aceea; tensiunea K ' este este ma maii mic micăă !n aces ceste momente dec*t #aloarea de amplitudine. În plus; !n momentul tv; !ntreruperea este mult mai u"oară prin aceea că !n inter#alul t tv au #alori relati# mici "i deci produce o ionizare slabă a canalului arcului electric. 6e aici rezultă că prima dată se #a !ntrerupe faza cu componenta aperiodică cea mai mare "i că sarcina de !ntrerupere #a fi mai mică dec*t cea care rezultă din relaţie S a
= 3 $ + I 2
A#*nd !n #edere că componenta aperiodică u"urează !ntreruperea; ea trebuie să lipsească la !ncercarea puterii de rupere. rupere. În e$ploatare; e$ploatare; !ntreruptoare !ntreruptoarele le trebuie trebuie să !ntrerupă; !ntrerupă; !n afara curenţilor nominali "i de scurtcircuit; curenţii inducti#i inducti#i ai tran transf sfor orma mato toar arel elor; or; cu cure renţ nţii ii capa capaci citi ti#i #i ai ba bate teri riil ilor or de cond co nden ensa sato toar aree sau sau reţe reţele lelo lorr de cabl cablur uri; i; cu cure rent ntii ii lini liniil ilor or aeriene !n 'ol. Aceste !ntreruperi au loc cu producerea unor impo import rtan ante te supr suprat aten ensi siun uni; i; care care soli solici cită tă supl suplim imen enta tarr at*t at*t !ntreruptorul c*t "i !ntrea'a instalaţie prin aparitia tensiunii tranzitorii de restabilire.
9a !ntreruperea unui circuit de către un !ntreruptor; inst instal alat at !ntr !ntro o reţe reţea; a; la bo born rnel elee !nt !ntreru rerupt ptor orul ului ui;; ap apar aree o tensiune denumită tensiune tranzitorie de restabilire. Această tensiune constituie solicitarea dielectrică cea mai importantă a !ntreruptorului imediat după stin'erea arcului electric. 6eterminarea prin calcul analitic a tensiunii tranzitorii de restabilire se poate face pentru o reţea simplă ; cu parametri concentraţi; ceea ce constituie cazul frec#ent din laboratoarele de !ncercări. Într ntroo reţe reţeaa cu pa para rame metr triii dis distrib tribui uiţi ţi;; pe pent ntru ru a se determina tensiunea oscilantă de restabilire ; se recur'e la modelarea reţelei. oluţia simplificată i
$
= R
ϕ = arct#
2
+ @ω )A
2
sin ω t
$ s
=$ sin@ω t +ϕ A
ω ) R
&poteze simplificatoare Întreruperea curentului are loc la trecerea lui naturală prin zero π 6eca 6ecala la(u (ull !ntr !ntree tens tensiu iune ne "i cu cure rent nt este este de 2 ; adică curentul de scurtcircuit este practic decalat cu urma tensiunii sursei.
π
2
!n
rec#enţa proprie de oscilaţie este mult superioară faţă de frec#enţa reţelei "i pe durata !n care se stud studia iază ză feno fenome menu null se co cons nsid ider erăă tens tensiu iune neaa alte altern rnat ati# i#ăă constantă "i e'ală cu tensiunea de #*rf %. 6upă desc,iderea !ntreruptorului se poate scrie
$ s
= Ri + ) di + u dt
=C$ ∫ idt =C$
.
i
=C
du dt
=
d 2u
du dt
dt 2
1
C
=
i
1 di
$ ma$
= RC
du dt
+ )C
d 2 u 2
dt
+u
C dt
7rin aplicarea transformatei 9aplace $ ma$ &
α u =
= RC&α u + )C& 2α u + α u
$ ma$
& ( RC& + )C& )C & 2 + 1)
=
$ ma$ $ ma$ = 1 & ( & 2 + 2 &δ + ω 2 ) R 2 )C& & + & + ) )C
i aplic*nd transformata 9aplace in#ersă −δ t δ sin ω e t α u = 2 1 − e cos ω e t + ω ω e 1
ω
=
1
)C
δ =
1 R 2 )
ω e
= ω 2 −δ 2
−δ t δ u = $ ma$ 1 − e cos ω e t + sin ω e t ω e
:in*nd cont că pentru tE aportul termenului !n sinus este mic; iar fenomenul este interesant !n apropierea de tE; c*nd are loc oscilaţia de amplitudine ma$imă; se poate scrieu = $ ma$ 1 − e −δ t cos ω e t 7arametrii care defin finesc tensiunea osc oscilantă ntă de restabilire cu o sin'ură frec#enţă suntactorul de oscilaţie γ =
u $ ma$
rec#enţa proprie de oscilaţie
+
=
1
T
=
1 2π )C
Diteza de cre"tere a tensiunii oscilante
2=
γ $ ma$
T
2
=
γ $ ma$
t
= γ $ ma$ +
6econectarea !n timpul trecerii prin zero a curentului de scurtcircuit 9a un scurtcircui rcuitt trifazat compon oneenta nta ma$imă aperiodică poate lua na"tere numai !ntro sin'ură fază. 9ipsa trecerii prin zero a curentului de scurtcircuit se #a !nt*lni numai !n această fază @e#entual "i !ncă o fază. 6eci !n perioada lipsei trecerii prin p rin zero a curentului de scurtcircuit; cel puţin !ntro fază curentul trece prin zero; "i !ntreruptorul
poate !ntrerupe curentul !n această fază. 9a !ntreruperea curentului !ntro fază se produc modificări !n restul fazelor rămase nedeconectate @modificări bru"te ale componentelor periodice "i aperiodice ale curentului de scurtcircuit; care conduc de re'ulă "i !n restul fazelor la trecerea prin zero a curentului de scurtcircuit. În aces acestt mo mome ment nt;; !n faza faza ; suma suma co comp mpon onen ente telo lorr periodică "i aperiodică este e'ală cu zero. Kn !ntreruptor poate !ntrerupe !n acest inter#al curentul din faza . i s−h
+ i s−= =
9a momentul @ t 1− !naintea !ntreruperii curentului se scrie le'ea lui Sirc,off − − − i Rh + i Rh + iT = "i i R−=
+ i s−= + iT − =
9a momentul @ t 1+ componenta periodică are un salt de 3M "i se produce "i o #ariaţie a mărimii componentelor periodice pentru a se respecta respecta le'ea lui Sirc,off + i Rr h
+ i R+h =
alt altul ul !n #a #alo loar area ea co comp mpon onen ente teii ap aper erio iodi dice ce nu este este posibilă dacă !n acela"i timp nu apare un salt a componentei aperiodice !n sens opus. e poate scrie∆ir h = −∆ir = i R−h
"i
∆iT h = −∆iT =
+ i R−= = i R+h + i R+= = −@iT −h + iT −= A = −@iT +h + iT += A i R+= + iT += =
9a timpul t1 se !ntrer rerup upee faz faza . Compone nennta aperiodică scade brusc @+5 "i deasemeni scade "i componenta periodică @+. Astfel curentul din faza R trece prin zero 13 ms mai t*rziu. În cazuri e$cepţionale aceste salturi de curent nu sunt suficiente pentru a asi'ura o trecere si'ură a curentului prin zero. 9a scurtcircuitele monofazice "i bifazice; constantele de timp sunt mai mici "i problema lipsei trecerii prin zero este mai puţin importantă. 6easemeni; la astfel de scurtcircuite nu apar salturi de curent. În cele prezentate p*nă aici sa considerat !ntreruptorul ideal "i sa ne'li(at influenţa arcului electric asupra procesului de !ntrerupere a curenţilor de scurtcircuit. 7entru !ntreruptoarele cu aer comprimat trebuie luată !n considerare influenţa arcului deoarece căderea de tensiune pe arcul electric care se formează la desc,iderea contactelor !ntreruptorului are o #aloare importantă. 9a 'enerat ratoarele de pute utere foarte mare care au tensi tensiune uneaa de 2 D @ 2 = 1)%3 ; cădere cădereaa de tensiu tensiune ne 3 pe arcul electric este de 1;) D iar pentru un !ntreruptor cu două camere de stin'ere !n serie este cu !ncă 1 mai mare. 6atorită acestei rezistenţe @a arcului electric #alo #a loaarea rea cure urentul ntului ui de scurt urtcirc circui uitt nu este este infl influe uenţ nţat atăă substanţial @"i din această cauză !n calcule se ne'li(ează; !nsă constanta de timp o;care !naintea apariţiei arcului era
de 1 ms se reduce la mai puţin de d e 35 ms. În acest fel curba curentului de scurtcircuit atin'e #aloarea zero !n ma$im 5 ms. 7robl roblem emaa lips lipsei ei trec trecer erii ii prin prin zero zero a cu cure rent ntul ului ui de scurtcircui rcuitt la 'eneratoa oarrele de mare putere; care au constante de timp cu #alori foarte mari; este stăp*nită prin inter#enţia !ntreruptoarelor cu aer comprimat. Într Întrer erup upto toru rull sinc sincro ronn nu este este po potr tri# i#it it de deoa oare rece ce el trebuie să a"tepte trecerea naturală a curentului de scu curt rtci circ rcui uitt prin prin zero zero.. 9a !ntre ntreru rupt ptoa oare rele le sinc incroni roniza zate te practic nu se formează arc electric "i din această cauză nu se reduce. 9a #alori foarte mari ale curenţilor de scurtcircuit nu se poate a"tepta p*nă la prima trecere prima trecere prin zero a curentului pentru a se realiza deconectarea circuitului. e menţionează că la !ntreruptorul cu ) căderea de tensiune pe arcul electric este mică "i nu poate reduce suficient constanta de timp aperiodică. 7*nă 7*nă acum acum sa sa an anal aliz izat at re'i re'imu mull de scur scurtc tcir ircu cuit it la mers me rsul ul !n 'o 'oll al 'e 'ene nera rato toar arel eloor. 8 sarc arcină ină co cons nsta tant ntăă a 'eneratorului !nainte de apariţia scurtcircuitului influenţează timp timpuul p* p*nă nă la prim primaa trec trecer eree prin rin zero zero a curen urentu tulu luii de scurtcircuit. Kn scurtc urtcir irccuit uit la un re' re'im de luc ucru ru ne nee$ e$ci cittat al 'ene 'e nera rattorulu ruluii !ntr !ntree sarcin rcinaa ma ma$i $imă mă acti cti#ă @co coss^E1 ^E1 "i sarcina ma$imă capaciti#ă @co @cos^E este deasemeni defa#orabil. Cauza principală este că după funcţionarea !n
sarcină componenta periodică se amortizează mai repede dec*t !n cazul mersului !n 'ol. 1.4.5.2. 6econectarea circuitelor de curent continuu 7roc rocesul de de decconectare a circuitelor de cure urent continuu; mai precis; a curentului de tensiune continuă se deosebe"te substanţial de deconectarea curentului alternati#. 6upă cum se "tie; funcţia !ntreruptorului de curent alternati# se reduce la e$cluderea unei noi reaprinderi a arcului electric după stin'erea lui; !n apropierea momentului de trecere prin zero a curentului. Condiţia pentru deconectarea cu succes este este refa reface cere reaa ri'i ri'idi dită tăţi ţiii diel dielec ectr tric icee a inte inter# r#al alul ului ui dint dintre re contacte după stin'erea arcului. 7entru a !ntrerupe circuite de curent continuu; este necesar de a introduce !n circuit rezistenţe care se măresc !ncontinuu p*nă c*nd curentul a(un'e la zero. 8 astfel de rezistentă este arcul electric care se amorse rsează !ntre cont co ntaacte ctele !ntr !ntrer erup upttorul orului ui.. Came mera ra de stin' tin'eere trebu rebuie ie adap ad apta tată tă cara caract cter eris isti tici cilo lorr arcu arculu luii u a@i;t @i;t pe pent ntru ru stin stin'e 'ere reaa efecti#ă a arcului. Au primit utilizare camere de stin'ere cu canale !n'uste; asemănătoare cu canalele de la !ntreruptoarele electroma'netice de curent alternati#. ă analizăm procesul de deconectare; a unui !ntreruptor monopolar; a unui circuit scurtcircuitat de curent continuu; care conţine o rezistenţă acti#ă "i o inducti#itate 6acă !nainte de scurtcircuit; circuitul nu a fost !ncărcat; atunci curentul se măre"te e$ponenţial conform formulei-
=
(r − e ) ;
u
−T t
unde @1 u < tensiunea reţelei; care se consideră constantă pe durata !ntre'ului proces de deconectare ) T = constanta de timp a arcului. r ă pres presup upun uneem; că con onttact actele ele !ntre ntreru rupt ptor orul ului ui se desc,id după un anumit timp t 1; c*nd curentul nu a a(uns !ncă la #aloarea ma$imă. În circuit se introduce rezistenţa arcului. 7e măsură ce se !ndepărtează contactele; se lun'e"te arcul "i apare atra'erea lui !n canalele !n'uste ale camerei de stin'ere. i
1
ensiunea cre"te liniar p*nă la #aloarea ma$imă "i !n cont co ntin inua uare re răm* răm*ne ne co cons nsta tant ntăă p* p*nă nă !n mo mome ment ntul ul stin stin'e 'eri riii arcului electric. În fiecare moment este ade#ărată e'alitatea di u = ir + ) +u @2 dt a
"i anume tensiunea reţelei se e'alează cu căderea de tensiune !n rezistenţa acti#ă; tensiunea electromotoare de autoinducţie "i tensiunea arcului. 6upă !nc,iderea di > contactelor @punctul t 1 curentul continuă să crească dt ;
dar !nc dar ncet et @#e #ezzi linia inia con onti tinu nuăă. 7un unct ctul ul A core orespu pund ndee punctului critic; pentru care curentul are #aloarea ma$imă di < &ma$H după aceasta el !ncepe să se mic"oreze dt .
ensiunea electromotoare de autoinducţie capătă !n punctul A #aloarea zero "i !"i sc,imbă sensul. 9a mic"orarea cure cu rent ntul uluui ea este orie orient ntat atăă la fel fel cu ten enssiune iuneaa reţe reţele leii. di u = u − ir − ) ensiunea arcului dt acu cum m de depă pă""e"te e"te tens tensiu iune neaa reţe reţele leii. C*n *ndd cu cure rent ntul ul a(un'e la #aloarea zero atunci; arcul se stin'e; iar tensiunea !ntre polii !ntreruptorului K # se #a mic"ora p*nă la #aloarea tensiunii reţelei. Reamintim; că la deconectarea unui circuit monofazat de curent alternati#; tensiunea pe polii !ntr !ntrer erup upto toru rulu luii @dup @dupăă stin stin'e 'ere reaa arcu arculu lui i se mă măre re"t "tee @se @se restabile"te p*nă la tensiunea reţelei. Cu c*t este mai mare tensiunea arcului; cu at*t mai repede scade curentul "i cu at*t este mai mică ener'ia; care se de'a(ă !n inter#alul de arc al !ntreruptorului. 6acă tensiunea arcului nu este suficientă; curentul #a continua să crească. Acest lucru !nseamnă că !ntreruptorul nu este capabil să !ntrerupă circuitul. 6easemeni o mărire e$a'erată a tensiunii pe inter#alul de arc poate apare ca periculoasă pentru izolaţia aparatelor din reţea. Conform normati#elor; tensiunea pe inter#alul de arc al !ntreruptoarelor ultrarapide de curent continuu nu trebuie să depă de pă"e "eas ască că @22. @22.5K 5Knom @!n funcţie de inducti#itatea circuitului. 8 altă condiţie condiţie pentru instalaţiile instalaţiile de stin'ere stin'ere a arcului arcului electric a !ntreruptoarelor de curent continuu; este ca să dez#olte o lun'ime minimă !n inter#alul de arc !n procesul a
de deconectare. Această ener'ie se poate calcula !n modul următort t t t di W = ∫ uai ⋅ dt =∫ u − ir − ) i ⋅ dt = − ) ∫ idi + ∫ ( u − ir ) i ⋅ dt = dt t t t =
1 2
2
2
1
1
1
2
1
t 2
)I 2
+ ∫ ( u − ir )i ⋅ dt = W 1 + W 2
@3
t 1
În acest fel ener'ia [ este formată din două 1 = W )I corespunde componente. 7rim rima com ompponentă 2 ener'iei electroma'netice; care se află acumulată !n circuit !n momentul desc,iderii contactelor. %a depinde de timp "i de #iteza iniţială de cre"tere a curentului de scurtcircuit 2
1
di = $ dt t = )
@4
Cu c*t c*t se de desc sc,i ,idd co cont ntac acte tele le !ntr !ntrer erup upto toru rulu luii ma maii repede; cu at*t este mai mic curentul &1 "i ener'ia [1. A doua componentă [2 corespunde ener'iei; preluată de !ntreruptor de la sursa de ener'ie !n timpul c*t arde arcul electric. %a depinde de #iteza de scădere a curentului; !n consecinţă; !n funcţie de instalaţiile de stin'ere ale !ntreruptorului "i de inducti#itatea circuitului.
-. Io$#'i# !/ip#*!nt!$or !/ip#*!nt!$or !$!tri! ).1. Generalităţi %c,ipamentele electrice din centrale; staţii electrice; posturi de transformare; dar "i cele din di#ersele !ntr !ntrep epri rind nder erii ale ale indu indust stri riei ei au rol rol de a !nle !nlesn snii util utiliz izar area ea ma"inilor sau altor ec,ipamente de producţie ce funcţionează sub tensiune; prin eliminarea acţiunii fizice a oamenil nilor; "i mai ales protecţia ec,ipa ,ipam mentelor "i a personalului. Această caracteristică de protecţie se aplică si ec,ipamentului !n sine prin izolaţie; care !mpiedică
propa'area efectelor unor defecte !n e$teriorul ec,ipamentului; dar si prote(ează ec,ipamentul de efectele "i solicitările mediului !n care acesta este montat. ).2. olicitări electrice &zolaţia !n instalaţiile "i aparatele electrice are rolul de izolare electrică "i !mbinare mecanică a pieselor aflate la potenţiale electrice diferite. diferite. Ale'erea corectă a ni#elului de izolaţie la un aparat electric; care funcţionează la tensiunea nominală dată; are o mare ma re impo import rtan anţă ţă prac practi tică că din din pu punc nctt de #e #ede dere re te,n te,nic ic "i economic. 9a inst instal alaţ aţii iile le "i ap apar arat atel elee elec electr tric icee !n cali calita tate te de izolaţie izolaţie electrică se utilizează utilizează materiale materiale solide; solide; lic,ide lic,ide sau 'azoase. unt foarte rare cazurile !n care o izolaţie este uniform solicitată electric. C*nd !ntrun anumit loc al materialului izolant se depă"e"te rezistenţa de izolaţie electrică atunci !n spaţiul resp respec ecti ti## se po poat atee prod produc ucee o de desc scăr ărca care re disr disrup upti ti#ă #ă prin prin străpun'ere sau prin conturnare. În izolaţia solidă descărcarea disrupti#ă pro#oacă o pierdere permanentă p ermanentă a calităţilor dielectrice ale materialului. În izol izolaţ aţia ia lic, lic,id idăă sau sau 'a 'azo zoas asăă acea aceast stăă pie pierder rderee po poat atee fi temporară deoarece are capacitatea de re'enerare.
iecăr iecărei ei tensiu tensiuni ni nominal nominalee !i corespu corespunde nde o anumită anumită clasă de izolaţie @clasă de tensiune; care !n 'eneral este indicată de #aloarea tensiunii nominale. 9a r*ndul ei clasa de izolaţie determină #aloarea tensiunilor de !ncercare. tabi tabillitat itatea ea izol izolaaţie ţiei ec,i ec,ipa pame ment ntul ului ui ele electr ctric; ic; se e$primă prina#aloarea amplitudinii tensiunii de impuls; denumită ni#el de ţinere la impuls; b#aloarea efecti#ă a tensiunii alternati#e de frec#enţă industrială; aplicată timp de 1 minut; la care ec,ipamentul trebuie să reziste !n cursul !ncercărilor !n condiţii specificate. Construcţiile electroizolante utilizate !n aparatele "i instalaţiile electrice de !naltă tensiune Clasificarea izolatoarelor &zolatoarele au rolul izolaţie electrică izolaţie mecanică &zolatoarele se conf co nfec ecţi ţion onea ează ză !n princ princip ipal al din din porţelan si materiale compozite compozite i'. 3. &zolatoare din porţelan
6in punct de #edere al destinaţiei "i al construcţiei; izolatoarele ceramice pot fi clasificate !n următoarele tipuri principalea suport @pentru aparate "i linii aerieneH b de suspensie @pentru linii aerieneH c de trecereH d carcasăH e ti(ăH f conducte pentru aer comprimat; sau ulei. ).2. olicitările electrice ale izolatoarelor oli olici cită tări rile le elec electri trice ce ale ale izol izolat atoa oare relo lorr po pott produ produce ce conturnări sau strapun'eri. Cea mai 'rea a#arie de izolaţie este este stră străpu pun'e n'ere reaa izol izolat ator orul ului ui;; fiin fiindd ne nece cesa sară ră !nlo !nlocu cuir irea ea aces acestu tuia ia.. Cont Contur urna nare reaa izol izolat ator orul ului ui soli solici cită tă term termic ic num numai ai suprafaţa acestuia; nepro#oc*nd !n 'eneral scoaterea lui din ser#iciu. Aerul străpuns din #ecinătatea izolatorului se re'enerează u"or; restabilinduse foarte repede condiţiile de izolare precedente descărcării. &zolatoarele se dimensionează astfel ca pentru oricare #aloare a tensiunii de descărcare aceata să fie fie numai conturnat; străpun'erea lui fiind e$clusă. 7rof rofilul e$te $terior al izolatoarel relor ceramice sau compozite este determinat de condiţiile !n care acesta trebuie să funcţioneze.
6ista istanţ nţaa de co cont ntuurna rnare se po poat atee mă mări ri;; ma ma((or* or*nd !nălţimea acti#ă sau dez#olt*nd suprafaţa lui e$terioară. Astfel; sunt folosite următoarele metode izolatoarel rele pentru instalaţii interio rioare au pe suprafa rafaţţa lor e$terioară ne ner# r#uuri inelare; re; care formează module cu profil triun',iularH izol izolat atoa oare rele le pe pent ntru ru e$ e$te teri rior or au ne ner# r#ur urii inel inelar aree !n formă de umbrelă; pre#ăzute cu lăcrămar @fuste < #ile. 7entru prote(area izolatiei se utilizează armături de protecţie. 9a izolatoarele de foarte !naltă tensiune; care atin' lun'imi apreciabile; tensiunea este neuniform repartizată de a lun'ul acestora; fiind determinată de capacităţile elementelor de izolatoare faţă de păm*nt "i faţă de conductorul aflat sub tensiune. 6in această cauză pe izolatoarele lun'i se montează armături de protecţie @inele; cu scopul de a e'aliza repartiţia tensiunii pe elementele izolatoare componente "i pentru a prote(a izolatoarele !mpotri#a acţiunii termice a arcului electric !n cazul conturnării lor.
).3. 7roprietăţile izolaţiei electrice &zolaţia electrică trebuie să aibă următoarele proprietăţi-
a Ri'iditatea dielectrică adec#ată; pentru a pre#eni străpun'erea izolaţieiH b Rezistenţă de izolaţie corespunzătoare; pentru a asi'ura scur'eri mici de curent prin izolaţie; sub o #aloare admisibilăH c Rezistenţă mecanică adec#atăH d ă poată fi turnată sau fasonată; d*nduise forma dorităH e ă fie capabilă să suporte temperaturile la care este supusăH f Cost rezonabil. Ri'iditatea dielectrică @străpun'erea Kn ma matteria eriall ele electro ctroiz izol olaant este este cara caract cteeriza rizatt din din punctul de #edere al comportării sale la străpun'ere prin ri'idiatatea dielectrică; e$primată !n SD\mm. e nume"te ri'iditate dielectrică #aloarea intensităţii c*mpului electric pentru care o mostră dintrun material electrizant se străpun'e; !n condiţii de !ncercare specificate. 8 izolaţie electrică este caracterizată; din punctul de #edere al comportării sale la străpun'ere; prin tensiunea sa de străpun'ere e$primată !n SD. Kn ec,ipament electric; caracterizat prin tensiunea sa nominală; are tensiunea de străpun'ere substanţial mai mare dec*t aceasta. 6e e$emplu; un izolator de porţelan are o anumită tensiune nominală. 6acă izolatorul este folosit la o tensiune mai mare dec*t tensiunea sa nominală sau calitatea izolaţiei
scade; izolatorul nu #a fi capabil să reziste la solicitarea electrică; permiţ*nd scur'eri ale curentului pe suprafaţă sau prin izolaţie. Această circulaţie de curent #a duce la apariţia de descărcări !n izolaţie "i !n final; la distru'erea izolaţiei. Acest mod de deteriorare a izolaţiei se nume"te nu me"te străpun'ere. Atunci c*nd izolaţia este solicitată electric; un curent de scu cur' r'er eree @cod @coduc ucti ti#i #ita tate te po poaate circ circul ulaa la sup upra rafa faţa ţa izolaţiei. În mod normal; lun'imea suprafeţei liniei de fu'ă izolante este suficientă; pentru a pre#eni apariţia descărcării pe suprafaţa izolaţiei. 6acă suprafaţa izolaţiei este !nsă poluată cu praf; murdărie; umezeală sau orice combinaţie a acestor trei elemente; atunci un curent electric #a !ncepe să circ circul ule; e; form form*n *ndd căi căi co cond nduc ucăt ătoa oare re pe supr supraf afaţ aţaa izol izolaţ aţie iei.i. Curentul electric care se #a scur'e prin căile conducătoare "i căldura produsă #or !ncepe să !ncălzească "i să carbonizeze suprafaţa izolaţiei; ceea ce #a face ca izolaţia să cedeze.
7entru a pre#eni conturnarea izolaţia trebuiea să aibă o lun'ime corespunzătoare a suprafeţei dintre cele două conductoare aflate sub tensiuneH b să fie menţinută curată curată "i uscatăH
c să fie făcută dintrun material care să fie rezistent la conturnareH d să aibă suprafaţa bine lustruită sau 'lazuratăw. ' lazuratăw. Anumite materiale izolante < cauciucul; de e$emplu are rezistenţă la conturnare scăzută; pe c*nd sticla; compozitul sau porţelanul; datorită suprafeţei lor dure "i netede; nu colectează murdăria sau umezeala "i de aceea sunt sunt foar foarte te rezi rezist sten ente te la co cont ntur urna nare re.. Aces Acesta ta este este mo moti ti#u #ull pentru care izolatoarele de sticlă porţelan "i compozitul sunt utilizate pentru ec,ipamentul electric !n e$terior. iecare tip de izolaţie are o temperatură ma$imă de funcţionare "i !n funcţie de această temperatură; e$istă o !mpărţire a materialelor electroizolante !n clase de izolaţie. În tabelul 1 sunt date c*te#a e$emple tipice de izolaţii; temp temper erat atur uril ilee lor lor ma ma$i $ime me de func funcţi ţion onar aree "i clas clasaa lor lor de izolaţie @clasa de temperaturi. Clasa emperatura de izolaţie ma$imă admisibilă MCI 8@0
%$emple materiale
de
bumbac; mătase; ,*rtie
A
15
bumbac; mătase; ,*rtii impre'nat !n ulei
%
12
materiale or'a or'ani nice ce;; ,* ,*rt rtie ie;; lemn lemn impre'nat cu lacuri _ 13 mica; azbest; fibre de sticlă cu lianţi or'anici 155 mica; azbest; fibre de sticlă cu lianţi epo$idici C 1 porţelan; sticlă; teflon. abelul 1. %$emple de materiale izolante; temperatura lor ma$imă de funcţionare "i clasa lor de izolaţie. Atunci c*nd izolaţia funcţionează la o temperatură peste temperatura ma$imă admisibilă a clasei din care face parte; #iaţa ei #a fi scurtată. 6e e$emplu un cablu cu izolaţie de mase plastice; aparţin*nd clasei A @temperatura ma$imă de funcţionare 15MC. poate a#ea o durată de #iaţă de c*te#a luni la 115MC; dar această izolaţie #a ceda rapid la o temperatură de 125MC. Kn 'enerator; aparţin*nd clasei % @12MC; izolant cu un amestec bazat pe ră"ini poate funcţiona la temperatură de 12MC timp de 25 de ani; la temperatura de 13MC timp de 12 ani "i la temperatura de 14MC timp de 2 ani. 7este 14MC; izolaţia poate ceda !n foarte scurt timp.
Ca o re'ulă empirică; se poate aprecia că; fiecare cre"tere cu 1MC a tempe pera ratturii de fun funcţionare peste temperatura ma$imă a clasei respecti#e peste durata de timp admisa !n(umătăţe"te durata de #iaţă a izolaţiei corespunzătoare. 7roprietăţi mecanice 6upă cum sa e$plicat anterior; cu puţine e$cepţii; conductoarele sunt făcute de re'ulă numai din doua materiale; cuprul "i aluminiul. 6in contră; e$istă mii de matteria ma eriale le con ondu ducctoar toaree care care po pott fi util utiliz izaate !n #e #ede dere reaa realizării le'ăturilor prin intermediul cărora se poate realiza separarea mecanică @izolaţia mecanică. În ceea ce pri#e"te proprietăţile mecanice ale acestor materiale izolante; acestea #ariază de la materiale tari "i casante @sticla "i porţelanul sau dure "i rezistente rezistente @ră"inile @ră"inile epo$idice "i fibrele de sticlă sticlă la cele mai fle$ibile @mase plastice "i cauciucul. În tabelul 2 sunt date e$emple de proprietăţi ale materialelor elec electr troi oizo zola lant nte; e; !n pe penu nult ltim imaa co colo loan anăă fiin fiindd spec specif ific icat atee proprietăţile mecanice. unt scoase !n e#idenţă; de asemenea; a#anta(ele "i deza#anta(ele acestor materiale. ).4. Îmbătr*nirea izolaţiei ).4.1. Îmbătr*nirea naturală C*nd izolaţia !mbătr*ne"te; rezistenţa ei la străpun'ere "i conturnare scade !n punctele !n care au apărut modi mo difi fică cări. ri. oat oatee ma mate teri rial alel elee or'a or'ani nice ce elec electr troi oizo zola lant ntee se
de'radează !n timp; unele au #iteză mai mare; altele mai lent. nt. Kn e$emplu de !mbă băttr*nire rapidă !l constituie cauciucul; !n special; atunci c*nd este contaminat cu ulei. Kn e$eemp e$ mpllu de !mbă !mbătr tr*n *niire lent lentăă este ,* ,*rt rtia ia care care izol izolea ează ză !nfă"urăr rările transportul rtuluui "i stă !n ulei. Kmezeala "i temperatura sunt unele din cauzele principale !n !mbă !mbătr tr*n *nire ireaa rapi rapidă dă a ma mate teri rial alel elor or izol izolan ante te.. ubs ubsta tanţ nţel elee anor'anice- mica; sticla; azbestul !mbătr*nesc lent. În e$ploatare; izolaţia #a !mbătr*ni mai rapid dec*t ar !mbătr*ni !n mod natural. Această !mbătr*nire rapidă este determinată de trei factori principali. a%fectul electrostatic. C*nd izolaţia este supusă unei tens tensiiun uni; i; sub infl influe uenţ nţaa c*mp c*mpul ului ui ele electri ctricc form format at;; apa parr depuneri de praf "i murdărie pe suprafaţa izolaţiei. Aceste particule a(ută la formarea căilor de conturnare; dar pot; de asemenea; să atace c,imic izolaţia. b6escărcări corona. În cazul liniilor de !naltă tens tensiiun unee; la sup upra rafa faţa ţa co cond nduc ucto toar arel elor or "i a armă rmături turilo lorr metalice; apar c*mpu purri electrice intense care prod roduc e$citarea "i ionizarea atomilor din aer. 6escărcările corona sunt !nsoţite de un z'omot; ca un b*z*it; care poate fi auzit !n (urul staţiilor de !naltă tensiune; iar noaptea poate fi obser#ată ca o lumină ro"ie sau albastră; "i se poate simţi miros de ozon.
Atunci c*nd apare efectul corona; !n aerul din (urul cond co nduc ucto toru rulu luii sau sau !n minu minusc scul ulel elee incl incluz uziu iuni ni de aer aer din din izolaţie; o$i'enul se transformă !n ozon @8 3; iar ozonul formează acizii de azot >8 "i >8 2. În prezenţa umidităţii; ace"ti acizi formează acidul azotic care atacă izolaţia. 6escărcările parţale !n izolaţie nu pot fi eliminate !n totalitate. %le pot fi !nsă reduse; limit*nd numărul incluziunilor de aer "i de aceea; izolaţia trebuie să aibă o structură continuă lipsită de fisuri; 'ăuri; structuri spon spon'i 'ioa oase se.. În aces acestt sens sens !n e$ e$pl ploa oata tare re func funcţi ţiii de tipu tipull izolaţiei se e$ecută spălări sau un'ere cu unsoare siliconică sau sau mine minera rală lă a izol izolat atoa oare relo lorr lini liniil ilor or elec electr tric icee aeri aerien enee "i suport din zona &D de poluare. În cazu cazull staţ staţii iilo lorr de co cone ne$i $iun unii de !nal !naltă tă tens tensiu iune ne;; ampl am plas asat ate; e; de ob obic icei ei !n e$ e$te teri rior or;; cu cure renţ nţii ii de aer aer prod produc uc !ndepărtarea 'azelor formate. În izolaţia solidă !nsă; acidul #a atac atacaa stru struct ctur uraa izol izolaţ aţie iei; i; lăs* lăs*nd nd libe libere re co comp mpon onen ente tele le izolaţiei ca- fibra de sticlă; azbest; mică; ca urmare; #a sur#eni străpun'erea. c%fectul radiaţiilor. Atunci c*nd materialele plastice; cauciucul sau materialele electroizolante pe bază de ră"ini sunt e$puse la lumina solară; ele se deteriorează mai rapid dec*t atunci c*nd sunt lăsate la !ntuneric. %fectele c*mpurilor c*mpurilor intense de radiaţii radiaţii sunt similare similare celor ale luminii solare; ub acţiunea acestora; cauciucul "i masele plastice
de#inn fra' de#i fra'il ilee @sfă @sfăr* r*mi mici cioa oase se; ; iar iar ma mate teri rial alel elee pe ba bază ză de ră"ini !"i pierd rezistenţa mecanică "i !ntro anumită măsură proprietăţile electroizolante. Atunci c*nd este posibil; sunt utilizate materiale electroizolante c*t mai puţin sensibile la deteriorări; datorită radiaţiilor. Atunci c*nd nu este posibil acest lucru; materialele electroizolante #or fi sc,imbate la anumite inter#ale de timp. 1 %fecte mecanice În timpul pornirilor "i uneori c,iar "i la funcţionarea !n sarcină; datorită efectului c*mpului ma'netic; apar #ibraţii ale elementelor conductoarelor. În cazul !n care elementele conductoare sau !nfă"urările nu sunt fi$ate !n mod corect; izolaţia #a fi uzată prin frecare; datorită atin'erii cu alte comp co mpon onen ente te.. Aces Acestt efec efectt este este foar foarte te dă dăun unăt ător or !n spec specia iall pentru izolaţiile a#*nd ca lianţi ră"inile epo$idice; deoarece prin !mbătr*nire ră"inile epo$idice se scoro(esc "i permit erodarea prin frecare.
E$!*!nt! onstituti7! #$! r!'!$!$or !$!tri! 3. ntr!rupto#r! ntr!rupto#r! +.1. Generalităţi Într Întrer erupt uptor orul ul este este un ec,i ec,ipa pame ment nt elec electr tric ic co comp mple le$; $; at*t ca funcţie c*t "i construcţie. 7rincipalul sau scop este de a stabil bili; suporta rta "i !ntrer rerup upee curenţ renţiii de ser#iciu; să stabilească; să suporte pentru o durată determinată "i să !ntrerupă curenţii de intensitate mai mare dec*t cea nominală; cum sunt curenţii de scurtcircuit sau suprasarcină. +.1.17arametrii !ntreruptoarelor a ensiunea no nominală < te tensiunea pe pentru ca care s sa construit !ntreruptorul "i bornele; determinată de 'rosimea "i calitatea izolaţiei. b Curentul nominal de durată < curentul ma$im pe care !ntreruptorul !l poate p oate suporta !n mod continuu; fără a se supra!ncălzi. Acest pa parrametru este determinat de secţi ecţiun unea ea con ondu duct ctoa oare relo lorr "i de depi pind ndee "i de temp tempeeratu ratura ra mediului ambiant. c Curentul nominal de deconectare < curentul ma$i ma $im m de scurtc urtcir ircu cuit it pe care care !nt !ntreru rerupt ptor orul ul po poat atee să !l !ntrerupă. 7arametrul depinde de capacitatea de rupere a camerei de stin'ere. 6econectarea se face !n anumite limite ale tensiunii de restabilire.
d Curentul limită dinamic care trebuie sa !ndeplinească condiţia ild
> i soc
e tabilitatea termică < curentul limită pe care !ntreruptorul !l poate suporta pentru ma$im o secundă fără ca efectul termic al acestui curent să aibă efecte permanente. I t > I = ( m + n ) t d ; unde m "i n sunt constante determinate e$perimental pentru anumite tipuri de arc. f Capacitatea de de ru rupere < se de define"te !n !n ra raport cu cu puterea aparentă @produsul dintre curentul ma$im de scurtcircuit "i tensiunea nominală a !ntreruptorului. ' >umărul de poli t
&o
Consecinţă ale depă"irii parametrii 6acă se depă"e"te tensiunea nominală cu mai mult de 1 e$istă pericolul apariţiei arcului electric "i deteriorarea izolatiei. 6acă se depă"e"te curentul nominal de durată e$is e$ istă tă risc riscul ul supr supra! a!nc ncăl ălzi ziri riii căil căilor or de cu cure rent nt "i ap apar ariţ iţia ia arcului care conduce la distru'era contactelor 6epă"i 6epă"irea rea curent curentului ului nom nomina inall de decone deconecta ctare re implică apariţia unui arc electric ce nu poate fi stins !n camera de stin'ere a !ntreruptorului; fapt ce #a conduce la e$plozia acestuia. Cel mai !nt*lnit caz de astfel de incident este la apariţia unui scurtcircuit alimentat din doua surse simultan.
+.2. 7rincipalele te,nici de !ntrerupere 6upă ce #om e#oca rapid te,nicile de rupere !n aer la presiunea atmosferică; !n ulei "i !n aer comprimat; care au (ucat la !naltă tensiune @& un rol considerabil; dar care astăzi par un fel de te,nici ale trecutului; #om aborda cele două mari te,nici actuale; ) "i #idul; fără a uita o te,nică de #iitor; !ntreruperea statică care (oacă un rol din ce !n ce mai important. +.2.1. Întreruperea !n aer la presiunea atmosferică Aceste aparate sunt cele mai simple "i primele care au fost utilizate. Aerul la presiune atmosferică are o ri'iditate dielectrică modestă "i nici un proces fizic natural nu #ine să accelerez accelerezee recombinare recombinareaa ionilor ionilor "i a elementelo elementelorr astfel astfel !nc*t !nc*t constantele de timp ale arcului răm*n relati# relati# ridicate. a Întreruperea !n aer la (oasă tensiune 6acă pentru buna funcţionare a unui aparat clasic la & este necesară o constantă de timp foarte mică; !n sc,imb este posibil să se reu"ească o !ntrerupere la (oasă tensiune @(.t. "i c,iar la medie tensiune @/; cu un aparat cu constanta de timp ridicată; dacă se dispune de o putere de răcire suficientă pentru a nu se produce xambalarea termicăv după du pă trece recere reaa na natu tura rală lă prin prin zero zero a cu cure rent ntul ului ui.. Ap Apar arat atul ul
termină atunci !ntreruperea lin; ca un !ntreruptor de curent continuu @c.c.. În cazul !ntreruperii !ntreruperii la (oasa tensiune; de e$emplu; e$emplu; nu este necesară o alun'ire mare a arcului pentru ca tensiunea la bornele sale să atin'ă pe cea a reţelei; după aceea; puterea pe care iom poate furniza reţeaua de#ine inferioară celei cedate mediului ambiant "i xarcul este condamnat să moară de fri'v prin răcire. 8 constantă de timp import ortantă ntă se traduce prin rin impo imposi sibi bili lita tate teaa ma mate teri rial alăă de a pro# pro#oc ocaa supr suprat aten ensi siun unii de rupere; calitate absolut primordială pentru reţelele de (oasa tensiune >u este de mirare că !ntreruperea !n aer a cucerit o poziţie de monopol absolut !n acest domeniu; situaţie !ntărită "i de o mare simplitate "i securitate a utilizării precum "i costuri reduse. b Întreruperea !n aer la medie tensiune uccesul obţinut la (oasă tensiune de !ntreruperea !n aer aer a inci incita tatt pe co cons nstr truc ucto tori ri "i pe util utiliz izat ator orii să e$ e$ti tind ndăă utilizarea ei "i către tensiuni superioare. Alun'irea finală a arcului trebuie să fie mult mai importantă; dar este de notat de la !nceput faptul că nu este de dorit ca această alun'ire să se producă prematur atunci c*nd curentul este mare; căci ar rezulta furnizări de ener'ie inutile dar "i dăunătoare. În practică aceste aparate sunt deci concepute pentru ca arcul să răm*nă scurt at*t timp c*t curentul este important
"i ca alun'irea lui să nu de#ină posibilă dec*t !n apropierea trec trecer erii ii prin prin zero zero a cu cure rent ntul ului uiHH aces acesta ta po poat atee fi ob obţi ţinu nută tă acţion*nd asupra secţiunilor de trecere oferite arcului. 6eoarec rece cure urentul descre" re"te; se anulează "i !"i in#ersează sensul este posibil; utiliz*nd forţele elec electr trod odin inam amic icee ap apli lica cate te arcu arculu lui;i; ca aces acesta ta să fie fie alun alun'i 'itt sufi uficie cient pe pent ntru ru ca tens tensiu iune neaa la bo born rnel elee sale ale să de de#i #ine ne superioară celei a reţelei. 6in momentul respecti#; !ntreruperea se termină bl*nd; prin simpla răcire a arcului prin contactele realizate din materiale refractare. olos olosir ireea (udi (udici cioa oassă a mi(l mi(loa oace celo lorr de alun alun'i 'ire re a arcului permite să se obţină lun'imi considerabile !n #olume de camere de stin'ere e$trem de reduse. Cu dez#oltarea arcului !n formă de solenoid; !ntro cameră de stin'ere cu despărţituri; de e$emplu; sa a(uns la recorduri !n acest domeniu. Acesta a făcut ca utilizarea aparatelor să se facă p*nă la 2 D. Astăzi; principalul ,andicap al acestui tip de aparat cons co nstă tă !n dime dimens nsiu iuni nile le ma mari ri de 'a 'aba bari rit; t; co cond ndiţ iţio iona nate te de dimensiunile camerelor de stin'ere "i de distanţele de izolare !n aer. e,nicile moderne de !ntrerupere !n #id "i ) au permis să se readucă at*t de mult dimensiunile de 'abarit; ca "i co cossturi turile le apa para rate telo lorr de /; /; !nc nc*t *t !ntr !ntreerup ruptoar toarel elee "i contactoarele cu !ntrerupere !n aer sunt acum depă"ite. În sc,imb la (oasa tensiune; simplitatea; anduranţa; u"urinţa !ntreţinerii; securitatea foarte mare a utilizării lor
conferă aparatelor cu rupere !n aer o supremaţie absolută. >umai semiconductoarele #or putea să atace pro'resi# această poziţie de monopol. +.2.2. Ruperea !n ulei Ruperea !n ulei a apărut odată cu cre"terea tensiunii. Con onta tacctel tele !ntr !ntreerupt ruptoa oare relo lorr au fost ost cufun ufunda date te !n ule ulei. Rezultatul a fost remarcabil căci uleiul descompus prin arc; eliberează o mare cantitate de ,idro'en "i deci !n acest 'az se #a efec efectu tuaa !ntr !ntrer erup uper erea ea.. =idr =idro' o'en enul ul este este un e$ e$ce cele lent nt mediu de stin'ere a arcului; care are o constantă de deionizare slabă; datorită !n particular; proprietăţilor termice le'endare; cu at*t mai eficiente cu c*t presiunea este mai ridicată. ormarea ,idro'enului prin descompunerea uleiului a fos fost util utiliz izat atăă la stin' tin'eerea rea arcul rcului ui de deoa oare rece ce se com ombi bină nă folosirea =2 prin descompunerea uleiului; c,iar !n momentul !n care este ne#oie; ceea ce permite !n plus obţinerea lui automat sub presiune. 6e fapt; descompunerea unei cantităţi mici de ulei eliberează un #olum de 'az considerabil care formează brusc o bulă !n interiorul interiorul lic,idului. lic,idului. 6atorită inerţiei inerţiei masei de ulei pe care bula ar trebui să o deplaseze pentru a se destinde liber; aceasta #a fi supusă pe durata ruperii la o presiune dinamică care poate atin'e; !n aparatele moderne; #alori de 1 p*nă l5 bar.
7entru aparatele #ec,i cu baie de ulei @cu#ă; au fost necesare anumite măsuri de precauţie pentru ca bulele să nu se unească sau să nu atin'ă cu#a; caz !n care sar fi produs amorsări ale arcul rcului ui nedorite. eoria bulei 'azoase a permis o dimensionare a aparatelor !n consecinţă. i'. 4. Arc !n bula de 'aze !n ulei Cu cre"terea #alorilor de tensiune "i a curenţilor de !ntr !ntrer erup uptt aces aceste te ap apar arat atee au căpă căpăta tatt 'a 'aba bari rite te foar foarte te ma mari ri necesit*nd p*nă la 2 l de ulei la 22 D. 8dată ruperea terminată; ,idro'enul astfel format se ridică la suprafaţă pentru a se răsp*ndi !n atmosferă "i deci e$istă !ntotdeauna un moment !n care sub capac se formează un amestec detonant care poate e$ploda. Aparatele moderne !nc,id bula !n camere de stin'ere pentru ai reduce #olumul. Camerele de stin'ere rezistă la presiuni foarte mari. Aceste aparate utilizează cantităţi mici de ulei. otul este făcut pentru a reduce la minim riscurile de defectare. defectare. ecuritatea ecuritatea lor de utilizare este le'ată de lucrările lucrările de !ntreţinere. unt necesare re#izii frec#ente care necesită
demontări frec#ente cu !nlocuirea contactelor. 6escompunerea uleiului duce "i la apariţia carbonului. Ruperea !n uleia trebuit să cedeze teren altor te,nici; !n particular !n domeniul te,nicilor !nalte; a puterilor de rupere mari "i a curenţilor nominali no minali mari. 6acă 6acă !ntre !ntreru rupt ptoa oare rele le cu ulei ulei răm*n răm*n !ncă !ncă prin printr tree aparatele cu performanţe modeste "i medii; nu !ncape niciun dubiu că pro'resele remarcabile ale te,nicilor de rupere !n ) "i !n #id le condamnă la o dispariţie treptată dar si'ură. +.2.3. Ktilizarea aerului comprimat ia făcut apariţia !n anul 13; ca mediu de stin'ere a arcului la &; ca urmare a numărului mare de accidente 'ra#e pro#ocate de e$plozia "i incendiul !ntreruptoarelor cu ulei mult @&K/. ecuritate "i performanţe ridicate Ca toate 'azele sub presiune; aerul comprimat posedă o ri'iditate ridicată "i performanţe te,nice superioare celor ale aerului atmosferic. Îmbunătăţirea diferitelor sale calităţi este direct le'ată de cre"terea densităţii moleculare; acestea a#*nd ca efect multiplicarea ciocnirilor !ntre particule "i accelerarea astfel a sc,imburilor termice "i a ne!mbinărilor !ntre particulele !ncărcate; adică a deionizării; ca "i cu = 2 sub presiune se obţine o constantă de timp de #aloare redusă care permite să se realizeze ruperea; la o trecere a curentului prin zero; cu arcuri relati# scurte. 6in punct de #edere practic; toate !ntreruptoarele cu aer comprimat utilizează
scur'erea acestuia printrun a(uta( "i e"aparea sa !n aer liber. Arcul; situat central !n a(uta( "i suflat de curentul de aer; #a fi supus unei răciri ener'ice care pre'ăte"te "i u"urează deionizarea; care #a fi fa#oriz rizată "i de fenomenul de turbulenţă. Aerul comprimat ser#e"te simultan ca dielectric; a'ent de rupere "i fluid de acţionare. Aparatele cu aer comprimat necesită "i o anumită !ntreţinere; staţie de aer comprimat.H au performanţe ridicate. 7rezenţa unei staţii de comprimare care trebuie să asi'ure aer comprimat des,idratat a constituit !ntotdeauna un ,andicap serios faţă de te,nicile autonome. +.3. Aparate moderne 6upă ce au fost timp !ndelun'at lideri incontestabili !n domeniul transportului la &; aparatele cu aer comprimat au cedat locul aparatelor cu ). Aeru Aerulu luii co comp mpri rima matt !i răm* răm*nn !nsă !nsă c*te c*te#a #a ap apli lica caţi ţiii e$cepţionale cum sunt !ntreruptoarele de protecţie protecţie ale alternatoarelorH !ntreruptoare pentru e$terior pentru climat foarte aspru; sub 4C. Ruperea arcului !n ) Acest 'az necesită o atenţie deosebită; deoarece astăzi a de#enit 'azul constructorilor de aparate !n mod deosebit pentru !naltă tensiune.
Această ale'ere rezultă din !mbinarea puţin obi"nuită a unui ansamblu de calităţi care e$istă simultan at*t !n domeniul dielectric; c*t "i !n cel al stin'erii arculuiH aspecte calităţi se bazează pe proprietăţile fizice ale acestui 'azH #om !ncerca să punem !n e#idenţă doar aspectele fundamentale. ) este un 'az de sinteză obţinut prin reacţie directă a fluorului asupra sulfului la presiune "i temperatură; ca un 'az incolor "i inodor care are o densitate relati# ridicată !n raport cu aerul aerul;; da dato tori rită tă ma mase seii sale sale mo mole lecu cula lare re importante @14) faţă de 2 "i 32 pentru azot "i o$i'en. /olecula; perfect simetrică; are !n centru un atom de sulf ai cărui ) elec electr tron onii de #a #ale lenţ nţă; ă; care care co cons nsti titu tuie ie le'ă le'ătu turi rile le libe libere re;; sun untt uti utiliz lizaţi aţi de ) atom atomii de fluor luor pe pent ntru ru a"i "i co comp mple letta stratul lor electronic periferic.
i'. 41. /olecula de ,e$afluorura de sulf
Ace"ti ) atomi de sunt dispu"i !n (urul atomului de !n cele cele ) #*rf #*rfur urii ale ale unui unui octae octaedr druu re'ulat. Acest edificiu; ale cărui rui le'ă le'ătu turi ri c, c,im imic icee sunt sunt satu satura rate te;; este este deci; din această cauză; perfect stabil c,imic "i prezintă o mare stabilitate
e$plicată prin ener'ia de formare ridicată @1) ?\mol. i'. 42. 9e'aturile c,imice !n molecula de )
abelul 3. 7roprietăţile fizice ale ) 7roprietăţile dielectrice ale )
i'. 43. Curbele de stare ale )
7rima dintre calităţile ) pentru un constructor de apar ap arat ate; e; se ma mani nife fest stăă !n dom domen eniu iull ri'i ri'idi dită tăţi ţiii diel dielec ectri trice ce;; unde; la presiune e'ală ) se do#ede"te superior ma(orităţii mediilor cunoscute. ) datorează acest a#anta( dimensiunii mari a moleculei sale "i multiplelor mecanisme de ciocniri neelastice care !i permit să !ncetinească cei c*ţi#a electroni; !nto !ntotd tdea eaun unaa prez prezen enţi ţi;; pe care care c*mp c*mpul ul elec electr tric ic tind tindee săi săi accelereze "i care constituie 'ermenii descărcării. 9a aceste
remarcabile proprietăţi de ciocnire se adau'ă o proprietate ciudată a moleculei de ) aceea de a captura temporar un electron liber pentru a forma un ion ne'ati# 'reu "i; !n consecinţă; mai puţin mobil bil "i incapabil bil să realizeze ionizarea.
i'. 44. Caracteristicile izolante ale )
Această proprietate reiese din caracterul e$trem de electrone'ati# al fluorului. Acest mecanism de capturare cont co ntri ribu buie ie el !nsu" nsu"ii la !nt* !nt*rz rzie iere reaa ap apar ariţ iţie ieii stră străpu pun' n'er erii ii dielectrice.
7roprietăţile termice ale 'azului ) au contribuit la util utiliz izar area ea aces acestu tuia ia pe pent ntru ru rupe rupere reaa arcu arculu luii elec electr tric ic.. 6acă 6acă considerăm un arc !n interiorul unui tub cilindric umplut cu un 'az oarecare; parcurs de un curent de intensitate i . &ntuiti# se poate accepta că temperatura acestui arc este ma$imă !n apropierea a$ului tubului; "i că pe urmă descre"te; pe măsură ce ne depărtăm de a$.
i'. 45. Dariaţia conducti#ităţii termice cu temperatura pentru ) "i >2
orm ormar area ea pa pali lier erul ului ui de temp temper erat atur urăă "i a nu nucl cleu eulu luii central- c*nd intensitatea curentului cre"te; se obser#ă; la cele mai multe 'aze; apariţia unui fel de palier termic "i
formarea; !n centrul tubului; a unei zone cilindrice @nucleul arcului; !n care temperatura cre"te rapid; !ncon(urată de o zonă mai rece numită aureolă. Cu c*t intensitatea intensitatea curentului curentului cre"te; cu at*t temperatura ma$imă a nucleului este mai mare; cea a palierului răm*n*nd nesc,imbată. %$plicaţia e$istenţei palierului este că la temperatura res respe peccti#ă ti#ă se prod produc ucee o sc,imb ,imbar aree de stare are a 'a 'azu zulu lui. i. /oleculele sale se disociază !n atomi. Ca orice sc,imbare de star stare; e; diso disoci cier erea ea ne nece cesi sită tă un an anum umit it co cons nsum um de en ener er'i 'ie; e; numită ener'ie de disociere @e'ală cu ener'ia de formare. otul se produce ca pentru fierberea apei; unde ener'ia de #apo #a pori riza zare re asi' asi'ur urăă o răci răcire re foar foarte te impo import rtan antă tă "i me menţ nţin inee ener'ia constantă de 1 C at*ta timp c*t e$istă apă !n recipient. Aici; prezenţa 'azului !n aureolă situată !n aureola arcu arculu lui; i; me menţ nţin inee temp temper erat atur uraa de le'ă le'ătu tură ră @!nt @!ntre re nu nucl cleu eull central "i aureola care !l !ncon(oară; asi'ur*nd o răcire a nucleului cu at*t mai ener'ică; cu c*t această temperatură este este mai co cobo bor* r*tă tă.. Aceas ceasta ta se tradu raduce ce prin printtrun run fel fel de sup upra raco cond nduc ucti tibi bili lita tate te termi ermică că a 'a 'azu zulu luii !n aprop propie iere reaa temperaturii de disociere. 6ispariţia conductanţei ca urmare a răcirii- !n cazul ); numai sulful este conductor electric căci temperatura palierului este inferioară palierului temperaturii minime de ionizare. C*nd curentul scade; se obser#ă at*t pentru ) c*t "i pentru azot o descre"tere rapidă a temperaturii nucleuluiH
nucleul posedă de fapt o inerţie termică redusă; datorită faptului că raza sa este foarte mică "i că masa #olumică de 'az adus la temperatură !naltă este foarte mică. În apropierea trecerii prin zero a curentului dispariţia moleculei antrenează !n cazul ) dispariţia conductanţei cu o constantă foarte mică. >u este cazul pentru azot "i alte 'aze uzuale; pentru care aureola răm*ne !ncă mult timp cond co nduc ucto toar are; e; da dato tori rită tă temp temper erat atur urii ii ridi ridica cate te "i a iner inerţi ţiei ei termice mai mari. 7entru ) ; acest important a#anta( a#anta( de natură termică termică este completat de o altă proprietate remarcabilă; le'ată de caracterul foarte electrone'ati# al fluorului "i al compu"ilor săi. săi. Aces Acestt cara caract cter er rezu rezult ltăă din din co conf nfi' i'ur uraţ aţia ia elec electro troni nică că a aces acestu tuii elem elemen entt căru căruia ia !i lipse" lipse"te te un elec electr tron on pentr pentruu ca stratul său să fie complet. Rezultă astfel formarea unui c*mp de atrac tracţi ţiee ele electro ctroni nică că a căru căruii inten ntenssita itate de depă pă""e"te e"te de departe pe aceea a tuturor elementelor prezent*nd această proprietate. Această proprietate de captare record a electronilor se traduce clinic prin faptul că fluorul este cel mai reacti# dintre toate elementele; el fiind capabil să se combine c,iar "i cu 'azele rare; cele mai 'rele; $enon "i radon; considerate ca inerte c,imic pentru că posedă starturi electronice complete "i !n consecinţă; #alenţă c,imică nulă. ub ub efec efectu tull un unei ei temp temper erat atur urii cres crescă căto toar are; e; ) se disociază pro'resi# !n atomi simpli de "i fluor la peste 2 S.
7entru temperaturi superioare lui 3 S atomii de se ionizează !n U dar electronii liberi sunt captaţi de atomii de fluor "i compu"ii fluoruraţi pentru a forma ioni ne'ati#i. >umărul electronilor e; care care sunt sunt sin' sin'ur urii ii resp respon onsa sabi bili li #eritabili pentru fenomenul de conductanţă; nu cre"te cu ade#ărat dec*t peste 4 S. &n#ers !n apropierea trecerii curentului prin zero; c*nd temperatura arcului scade "i de#ine inferioară lui 4 S; capturarea electronilor de către atomii de fluor "i moleculele fluo fluoru rura rate te an antr tren enea ează ză o brus bruscă că disp dispar ariţ iţie ie a elec electr tron onil ilor or.. Curentul neput*nd fi #e,iculat dec*t de ionii poziti#i "i ne'ati#i; 'rei "i puţin mobili; rezistenţa arcului cre"te brusc; c,iar !nainte de dispariţia nucleului. Constanta de timp a arcului in ); contrar la ceea ce se obser#ă !n 'azele utilizate anterior @> 2; 82; =2 constanta de timp de disociere a ) descre"te continuu c*t timp curentul scade; astfel !nc*t acesta este de numai c*te#a fracţiuni de ys !n apropierea trecerii prin zero a curentului. Acest a#anta( asociat proprie rietăţilor dielectrice remarcabile ale ); !i conferă acestuia un ansamblu de calităţi care nu se 'ăsesc reun reuniite la nici un alt mediu cunoscut. >umeroase cercetări conduc la ideea că este foarte puţin probabil să se descopere alte medii care săi fie superioare sau măcar comparabile.
+.3. +.3.1. 1.1. 1. Au Auto toco comp mpre resi siaa util utiliz izat atăă la ruper ruperea ea arcu arculu luii electric !n ). Cu o presiune de trei bar "i pro#oc*nd sufla(ul cu a(ut a(utor orul ul un unui ui pis piston ton simp mpllu care care se de depl plas aseează ază !nt !ntrun run cilindru; cilindru; se obţin; de e$emplu; e$emplu; performanţe performanţe superioare superioare celor !nre'istrate la aer comprimat la 25 bar care e"apează !n atmosferă prin a(uta(e mari. Acest rezultat unitar este datorat nu numai caracteristicilor fizice ale ); dar dar "i utiliz utilizări ăriii (udic (udicioa ioase se a efectului de bu"on 'azos care se produce la buza a(uta(ului la !ntreruperea curenţilor de mare intensitate. Aces Acestt efec efect; t; pro# pro#oc ocat at de dila dilata taţi ţiaa 'a 'azu zulu luii ad adus us la temperatură !naltă are; parado$al; c*te#a consecinţe benefice care se e$plică cu u"urinţă bloca(ul cur'erii la #alori mari ale curentului permite să se consume 'azul de rezer#ă !n cilindru "i să se crească astf astfel el pres presiu iune neaa !n am amon onte te;; ceea ceea ce fa#o fa#ori rize zeaz azăă sufl sufla( a(ul ul arcului c*nd efectul de bu"on dispare la apropierea trecerii prin zero a curentului. !n cazul ruperii curenţilor mici; efectul de bu"on nu se produce; sufla(ul este mai puţin puternic iar supratensiunile de comutaţie sunt mai u"or de stăp*nit. la performanţe e'ale; utilizarea (udicioasă a efectului de bu"on permite să se reducă substanţial ener'ia mecanică necesa necesară ră compri comprimăr mării ii 'azulu 'azului.i. _ine!n _ine!nţel ţeles es e$ist e$istăă condiţ condiţii ii optime de utilizare utilizare a acestui acestui efect; condiţii condiţii care pot fi corect corect modelate. În aparatele cu aer comprimat; acest efect se do#ede"te; dimpotri#ă;nedorit căci el nu conduce e#ident la
cre" cre"te tere reaa pres presiu iuni niii !n am amon onte te ob obse ser# r#at atăă !n ap apar arat atel elee cu autocompresie. Aparatele cu ); !n prezent cele mai performante pentru reţelele de &; utilizează !ntreruptoare cu o cameră de stin stin'e 'ere re la 42 42 D D.. Klti Kltime mele le ap apar arat atee cu aer aer co comp mpri rima matt li#rate pentru această tensiune utilizează patru camere de stin'ere. În domeniul tensiunilor de la 245 D la 1 D; ) a !nlocuit acum toate celelalte te,nici. În ulti ultim mii ani au apă păru rutt staţ taţii de trans ransfo form rmar aree cu an#elopă metalică @G& montate !n e$terior. Aceste staţii cu an#elopă metalică la & @G& au următoarele a#anta(eH • ecuritate de utilizare crescută "i insensibilitate faţă de condiţiile din mediul ambiantH • reducere importantă a operaţiunilor de neutralizareH • absenţă a perturbaţiior faţă de #ecinătăţiH • reducere considerabilă a suprafeţei de terenH • reducere importantă a !nălţimiiH • reducere a duratei de construcţieH • rezistenţă mai bună la seismeH • reducere continuă a preţurilor; la performanţe identice. Ktilizarea ) la medie tensiune 6atorită bunei capacităţi de realizare a unor aparat rate fun funcţionale; pe perrfect optimizate fie fiecare tip de
aplicaţie; ) este omniprezen omniprezentt !n toate domeniile domeniile mediei mediei tensiuni- !ntreruptoare debro"abile sau nu; separatoare de sarcină; contactoare; posturi de distribuţie publică; tablouri de alimentare "i de comandă; puncte de alimentare; aparate blindate etc. 7rincipiul adoptat de producătorii de !ntreruptoare se bazează pe faptul că; !n loc de a comprima 'azul !ntrun cilindru pentru a sufla arcul !n a$a unui a(uta( se pro#oacă deplasarea arcului !n raport cu 'azul cu a(utorul unui c*mp ma'netic. Rezul ezulta tatu tull este este rema remarc rcab abil il.. Acea Aceast staa pe perm rmit itee să se realizeze aparate "i mai compacte; care necesită o ener'ie de mane#ră mai redusă. unt a#anta(e deci pe toate planurile. Contactoarele de & au beneficiat primele de această te,n te,nic ică. ă. 8 bo bobi bină nă pa parc rcuursă rsă de cu cure rent ntul ul de !ntre ntreru rupt pt dă na"tere c*mpului ma'netic care pro#oacă rotaţia arcului pe contactele !n formă de piste circulare prote(ate la e#aziune prin deplasarea rapidă a picioarelor picioarelor arcului. 7rincipiul arcului rotitor este foarte fa#orabil pentru comanda motoarelor de &; deoarece ele au un ni#el de supratensiuni foarte cobor*t; c*mpul ma'netic fiind cu at*t mai slab cu c*t curentul este mai cobor*t. 7ri#ind utilizarea arcului rotitor "i autoe$pansiunii Kltima e#oluţie a acestei te,nici constă !n a folosi un c*mp ma'netic produs de un ma'net sau de o bobină "i de a
utiliza dilatarea 'azului; pro#ocată de arc; pentru a produce simultan sufla(ul printrun a(uta( obţin*nduse arcul rotitor cu autoe$pansiune. În fi'. 4) sunt prezentate părţile componente ale unui !nt !ntreru rerupt ptoor cu ) de medie tensi nsiun unee fun unccţion*nd cu autosufla( "i sufla( ma'netic. În ceea ce pri#e"te securitatea funcţionării "i mentenanţa acestor !ntreruptoare; #a fi ne#oie să se completeze; din c*nd !n c*nd; !ncărcătura de 'az. &nter#alul !ntre aceste operaţii se preconizează !ntre 3 "i 5 ani. 7entru aparatele de / este mult mai u"or să fie făcute an#elope perfect etan"e; !nc,ise ermetic pe #iaţă. endinţa 'enerală este de a 'aranta; oricare ar fi tensiunea; dispoziti#e de rupere care să nu necesite nici o inter#enţie de mentenanţă !n timpul !ntre'ii durate de #iaţă. 9a ora actuală rupe pere reaa !n ) acoper acoperăă totali totalitat tatea ea domeniului de !naltă tensiune; de la 1 D la 1 D "i beneficiază de o supremaţie absolută absolută peste 145 D.
i'. 4). Întreruptor cu ) cu autosufla( "i sufla( ma'netic
b Ruperea !n #id Cu #idul; #om aborda o te,nică !ntru totul ori'inală ale cărei proprietăţi de !ntrerupere au fost clar puse !n e#idenţă !ncă din 12H a trebuit să se a"tepte p*nă !n 15 pentru ca primele !ntreruptoare să să fie comercializate. 6e fapt principiul de funcţionare al !ntreruptorului de sarcină sarcină cu #id este e$trem de diferit de cel al altor aparate aparate "i este bo'at !n contradicţii "i dificultăţi termice de tot felul. Didul dielectric se bazează pe ri'iditatea dielectrică remarcabilă a #idului nu este datorată; ca !n alte medii; cauzelor multiple de !ncetinire pe care o po pott suporta rta elec electr tron onii ii !n urma urma cioc ciocni niri rilo lorr ne neel elas asti tice ce cu mo mole lecu cule lele le 'azului ci; dimpotri#ă; faptului că nu se poate produce nici o ciocnire. Întrun #id perfect; nu e$istă deci posibilitatea de a declan"a; prin ionizare !n cascadă; mecanismul de a#alan"ă electronică care antrenează străpun'erea dielectricului. În practică imperfecţiunea #idului real "i mai ales prezenţa electronilor temperează această #iziune; dar performanţele răm*n totu"i spectaculoase !n inter#al de un cm; de e$emplu; !ntrun #id de 1 − mm=' este capabil să se reziste la o tensiune de #*rf aproape de 2 D. otodată; in#ers ca la alte medii; ri'iditatea dielectrică a #idului cre" re"te puţi uţin cu distanţa de izolaţie; ceea ce limitează tensiunea aplicată fiecărui inter#al de rupere. În fi'. 4+ este prezentată influenţa distanţei de izolaţie !n #id asupra ri'idităţii dielectrice a #idului. )
i'. 4+. &nfluenţa distanţei asupra tensiunii de rupere
Amorsarea unui arc de mare intensitate !n #id antr an tren enea ează ză o ad ade# e#ăr ărat atăă #a #apo pori riza zare re a elec electr troz ozil ilor or care care dez#oltă dez#oltă rapid !ntre contacte contacte o presiune presiune dinamică care poate să atin'ă #alori atmosferice. 9a !nceput; acest arc seamănă mult cu acela al altor aparate; !n particular; o coloană conductoare foarte concentrată "i cu o pată catodică mică "i incandescentă a cărei suprafaţă; adusă la fierbere; emite din abundenţă #apori metalici. C*nd curentul descre"te; presiunea #aporilor scade rapi rapidd da dato tori rită tă co cond nden ensă sări riii aces acesto torr #a #apo pori ri pe co cont ntac acte tele le respecti#e "i a difuziei lor către anumite ecrane metalice dispuse pentru aceasta. 7est 7estee un an anum umit it timp timp se co cons nsta tată tă că func funcţi ţion onar area ea arcului se modifică brusc pentru a trece de la re'imul de descărcare concentrată la un re'im de descărcare difuză. 7ata catodică se di#ide !n mai multe pete catodice distincte de dimensiuni foarte reduse care se deplasează cu #iteză mare respin'*nduse !ntre ele; astfel !nc*t ele se repartizează pe toată suprafaţa catodului. Curentul fiecărei pete catodice este limitat la 1 A @a se #edea !n fi'. 4. Această comportare este deci foarte diferită de cea care se obser#ă la un arc care arde !ntrun 'az sau !n #apori metalici sub presiune.
i'. 4. Re'imuri ale arcului electric
/i"carea retro'radată a petelor catodice conduce la tendinţa petelor de a se respin'e mutual; care poartă numele de mi"care retro'radă care pare; la prima #edere; contrară le'i le'ilo lorr fund fundam amen enta tale le ale ale elec electr trom oma' a'ne neti tism smul ului ui.. 6e fapt fapt;; coloane nelle de plasmă care pro# ro#in din aceste pe pette sunt parcurse de curenţi paraleli "i sunt supuse deci la forţe de atracţie electrodinamice. Kna din ipotezele a#ansate constă !n a presupune că mi"carea retro'radă a petelor rezultă din faptul că zona de emisie se deplasează !n permanenţă către re'iunea petei !n care emisia electronică ar fi cea mai ener'ică deci acolo unde c*mpul electroma'netic ar fi cel mai ridicat. Această re'iune se deplasează !nspre re'iunea !n care c*mpul produs
de cu cure rent ntul ul care care tra# tra#er erse seaz azăă pa pata ta resp respec ecti ti#ă #ă are are acee aceea" a"ii direcţie ca "i c*mpul ma'netic perturbator datorat curenţilor celorlalte pete. e #ede imediat că pata despre care este #orba se situează !n opoziţie cu centrul de 'reutate 'eometric a ansamblului celorlalte pete; de unde efectul de respin'ere. /ecanismul de !ntrerupere la trecerea prin zero a curentului; dacă re'i re'im mul difuz sa stabilit de un timp sufi uficie cient de lun' lun' pe pent ntru ru ca toţi oţi #a #apo pori riii me mettalic alicii emi" mi"i anterior să fi a#ut timp să se condenseze; totul se petrece ca !nt !ntro ro diod diodăă cu #id. #id. Atunc tuncii c*nd c*nd cu cure rent ntul ul se anu nule leaz ază; ă; electronii !ncetează să mai tra#erseze spaţiul dintre electrozi rezistenţa faţă de o tensiune in#ersă de#ine foarte repede infi infini nită tă;; an anodu odull rece rece do# do#ed edin indu duse se inca incapa pabi bill să em emit ităă la r*ndul lui electroni. Constanta de timp de disipare apare ca fiind foarte redusă @mult inferioară #alorii de 1ys. 6up upăă trec treceerea rea pri prin zero zero a curen urentu tullui; ui; ri'i ri'idi dita tate teaa dielectrică se re'enerează cu at*t mai repede cu c*t presiunea reziduală a #aporilor metalici este mai redusă; adică cu c*t re'imul difuz sa stabilit de mai mult timp. 7entru a obţine performanţe ridicate problema constă deci de a trece c*t mai repede posibil de la re'imul de arc concentrat la cel de arc difuz. Daloarea curentului; pentru care se produce această tranziţie; depinde esenţial de forma "i de natura contactelor "i au limite dificil de !ncălcat.
Cu contactele cele mai bune de care se dispune !n prezent; nu este posibil să să nu depă"ească 2 D. Arcul difuz este instabil; fiecare pată are ne#oie de un anumit curent minim pentru a emite (etul său de electroni. ub acest curent el !ncetează brusc să mai funcţioneze; ceea ce e$plică tendinţa cunoscută a acestor aparate de a pro#oca supratensiuni de comutaţie prin smul'erea curentului. pre deosebire de alte te,nici numărul parametrilor asupra cărora este posibil să se acţioneze este e$trem de redus "i constructorul este repede dezarmat el nu poate face să #a #ari riez ezee pres presiu iune nea; a; diam diamet etru rull a(ut a(uta( a(el elor or sau sau alun alun'i 'ire reaa arculuiH dimpotri#ă; fiecare detaliu ridică prob oblleme te,nolo'ice cu totul neobi"nuite. 6omeniul de utilizare a !ntreruptoarelor cu #id În practică domeniul de utilizare a cartu"ului cu #id este tipic celui de medie tensiune; cu o limită superioară situată !n apropierea lui 45 D. Încercările de realizare a cartu"ului au atins +2 D. Cele mai performante cartu"e cu #id pot atin'e 5 A. În funcţie de te,nolo'ia contactelor utilizate; utilizate; #a fi ne#oie să să se adau'e aparatului; dispoziti#e !mpotri#a supratensiunilor care sunt cel mai adesea construite din materiale ceramice cu o$id de Fn @Fn8. Referitor la securitatea utilizării "i mentenanţa !ntr !ntrer erup upto toar arel elor or se menţ menţio ione neaz azăă că aces aceste te cart cartu" u"ee cu #id #id
prezintă; !n 'eneral; o securitate mare de utilizare "i o anduranţă la rupere care depă"e"te cu mult necesităţile unei e$ploatări normale. Cartu"ele sunt !nc,ise ermetic pe #iaţă. iabilitatea aparatului depinde de dispoziti#ul de acţionare. %ner'ia cerută mecanismului este relati# mică; dar aceasta trebuie să asi'ure presiuni mari de contact. 7ractic mentenanţa se reduce numai la dispoziti#ul de acţionare. Întreruptoarele cu #id se situează !n domeniul mediei tensiuni; unde se #or dez#olta "i #or !nlocui !n perspecti#ă !ntreruptoarele cu ). c Ruperea statică Această prezentare a te,nicilor de rupere nu poate fi completă dacă nu se e#ocă "i utilizarea semiconductoarelor care constituie; de altfel; sin'ura alternati#ă #alabilă pentru a se opune monopolului actual deţinut de arcul electric. /ai mult mu lt de dec* c*tt "tie tie arcul rcul să o facă facă;; co comp mpoortam rtameentul ntul lui lui se apropie de acela al unui !ntreruptor ideal . Rezistenţa lor trece de la o #aloare foarte mică la o #aloare considerabilă cu ocazia trecerii prin zero a curentului;automat; ca "i !n arcul electric; dar; de această dată fenomenul se desfă"oară la temperatura ambiantă. 6in nefericire; semiconductoarele posedă prin natura lor o inerţie termică e$trem de redusă care este la ori'inea incapacităţii lor de a suporta suprasarcini mari; c,iar un timp foarte scurt. Căderea lor de tensiune directă; care determină efec efectu tull ?oul ?oule; e; este este loca locali liza zată tă !ntr !ntru unn #o #olu lum m de ma mate teri rial al
@siliciu infim situat de o parte "i de alta a (oncţiunii; !n 'rosime care se măsoară !n micrometri. Astfel; cu toate că ele se 'ăsesc foarte bine situate pe scara ener'iilor de rupere; aproape de aparatele ideale; semiconductoarele sunt totu"i incapabile să facă faţă; fără a c,eltui mult; acestei disipări de ener'ie modeste. %le nu sunt !ncă direct utilizabile !n locul arcului electric. otu"i pro'resele ne!ntrerupte de care semiconductoarele beneficiază; de mai mulţi ani; referitor la performanţe; 'abarit "i preţ; le face f ace din ce !n ce mai capabile de a pătrunde pro'resi# !n domeniul aparatelor electrice. rebuie spus că; faţă de problemele de !ntrerupere; semiconductoarele prezintă serioase a#anta(e care sunt realizarea unei !ntreruperi ideale; fără supratensiuni de comutaţieH absenţa uzurii "i a !ntreţineriiH po possibil ibiliitate tateaa de a pre prede dete term rmiina pe perf rfoorma rmanţel nţelee aparatuluiH 9a (oasă tensiune; ruperea statică este de(a o realitate "i c*mpul său de aplicaţie nu !ncetează să se dez#olte; interes*nd mai ales contactoarele !n !ntre'ime statice cu tiristoare sau triacH dispoziti#ele ultralimitatoare @autoprote(ateH !ntreruptoare ,ibride cu semiconductoare "untate de arc !n caz de scurtcircuit.
7robabil 7robabil la medie tensiune; tensiune; semiconduct semiconductoarele oarele !"i #or putea face apariţia numai asociate cu contacte cu desc,idere sincronizată. Cu c*t sincronizarea #a fi mai precisă; cu at*t solicitarea termică impusă (oncţiunii (oncţiunii #a fi mai redusă. Ale'erea soluţiei celei mai bune adoptate fiecărei utilizări constă !n a selecţiona; pentru fiecare folosire; te,nica care !i procură simultan cea mai bună securitate de utilizare pentru personal "i pentru instalaţieH cele cele mai redus redusee solic solicit ităr ării de ment menten enan anţă ţă pentr pentruu e$ploatareH stăp*nirea perfectă a supratensiunilor de mane#ră la ni#elele nepericuloase pentru instalaţieH capa capaci cittate atea tota totallă de a răs răspu pund ndee e$i'e $i'enţ nţel elor or de pro'res te,nic "i de reducere a 'abaritelor !n consecinţă optime economic. În prez prezen entt do dome meni niul ul ap apar arat atel elor or elec electr tric icee de !nal !naltă tă tensiune este dominat de două te,nici moderne- ruperea !n #id "i; mai ales; ruperea !n ) care acoperă fără nici o lacună !ntre' domeniul.
+.4. Clasificarea !ntreruptoarelor de !naltă tensiune +.4.1. Întreruptoare cu ulei mult. Construcţia sa este simplă. >u posedă o cameră de stin'ere propriuzisă; stin'erea realiz*nduse !n interiorul folosit "i ca mediu izolat pe baza efectului termic al arcului electric. Cu c*t arcul arde mai intens; adică este efectul unui curent mai mare; !nsă !n anumite limite; se e$tra'e mai multă căldură din coloana arcului "i se creează condiţii pentru stin'erea lui la prima trecere prin zero. Acest tip de intreruptor poate fi instalat !n e$terior la temperaturile cele mai scăzute; au putere mare de rupere. 6eza#anta(ele acestuia au fost !nsă mult mai importante "i au dus la !nlocuirea lor din staţiile electrice. 7rintre aceste se numără pericolul de e$plozie "i incendiu crescut; consum mare de material; masă mare; imposibilitatea de a fi montat !n spaţii interioare; re#izie 'reoaie !n e$ploatare datorită necesităţii e#acuării uleiului; posibilităţi limitate pentru RAR din cauza maselor mari !n mi"care "i necesităţii stin'erii arcului la inter#ale mici de timp; imposibilitatea creării unitare pe principiul modelului; uzură mare datorită pieselor 'rele !n mi"care. +.4.2. Întreruptorul cu ulei puţin Construcţia !ntreruptorului este mult mai simplă dec*t a !nt !ntreru rerupt ptoa oare relo lorr cu ule ulei mu mult lt;; sau cu aer aer co comp mpri rima mat; t; consumul de materia riale este mai mic; re#izie u"o u"oară; ră; elementele fiind accesibile; posibilitatea dez#oltării de serii
unitare pe principiul modelului. 7oate fi instalat !n instalaţii e$terioare c*t "i interioare. 6e"i "iau !ndeplinit; pentru mai multe zeci de ani; cu succ succes es scop scopul ul !n sist sistem emul ul elec electr troe oene ner' r'et etic ic;; aces acestt tip tip de !ntr !ntrer erup upto torr este este !n prez prezen entt !nlo !nlocu cuit it cu ec,i ec,ipa pame ment ntee ma maii performante. 7rin 7rintr tree prin princi cipa pale lele le de deza za#a #ant nta( a(ee care care au co condu nduss la deci de cizi ziaa de !nlo !nlocu cuir iree a aces acesto tora ra se nu numă mără ră-- pe peri rico colu lull de ince incend ndiiu "i e$p $plo lozzie pu pute tere re de rup upeere limit imitaată; tă; re#i re#izi ziii frec#ente a camerelor de stin'ere; dificultatea introducerii RAR. +.4.3. Întreruptorul cu aer comprimat 7rincipalele a#anta(e ale acestui tip de !ntreruptor sunt si'uranţa !n e$ploatare "i !mpotri#a incendiilor sau e$ploziilor; 'reutate redusă; uzură redusă a camerelor de stin stin'e 'ere re;; "i de deci ci re#i re#izi ziii ma maii rare rare "i u"oa u"oare re;; po posi sibi bili lita tate teaa dez#oltării de serii unitare; deconectează curenţi capaciti#i. 6eza#anta(ele sale sunt necesitatea unei staţii de aer comp co mpri rima matt cu co compl mple$ e$it itat atea ea afer aferen entă tă;; co cons nstr truc ucţi ţiaa rela relati ti## comple$ă a unor piese care necesită un 'rad !nalt de precizie !n prelucrare; cost relati# ridicat. +.4.4. Întreruptoare cu ,e$aflorură de sulf 7erformanţele sunt mai ridicate faţă de !ntreruptoarele cu aer comprimat !n ceea ce pri#e"te capacitatea de rupere; consum redus de materiale. Cu toate că construcţia !ntr !ntrer erup upto toru rulu luii cu ) este este de desstul tul de simpl implă; ă; ne nece cessită
materiale scumpe "i te,nolo'ii complicate. În prezent se introduc !n măsură cresc*ndă !ncep*nd de la 1 D p*nă la cele mai mari tensiuni de 15 D; deoarece au capacitate de deconectare mare. 7rin capacitatea de deconectare se !nţele'e cel mai mare ma re cu cure rent nt care care po poaate fi !nt !ntreru rerupt pt;; cu cure rent nt mă măssura urat !n mome mo ment ntul ul sepa separă rări riii co cont ntac acte telo lor; r; fără fără ca !ntr !ntrer erup upto toru rull să sufere deteriorări e$cesi#e. otodată la precizarea acestui cure cu rent nt treb trebui uiee să se me menţ nţio ione neze ze tens tensiu iune neaa osci oscila lant ntăă de restabilire; ca factor de oscilaţie "i frec#enţă. Capacitatea de rupere a !ntreruptoarelor poate fi ime imetr tric icăă repr reprez ezin intă tă cel cel mai mare mare curen curentt simetric care poate fi !ntrerupt de fiecare pol al aparatuluiH Asimetrică < cel mai mare curent asimetric care poate fi !ntrerupt de fiecare pol al aparatului. 7entru comoditate; aprecierea capacităţii de rupere se face !n funcţie de puterea de d e rupere; care esteS =
3$ n I 2
%$p $pre ressiei iei p put uteerii rii de rupe rupere revv nu !i co core resspu pund ndee o mărime fizică. Cu puţin timp !nainte de !ntrer rerup upeere; re; tensiunea arcului este practic zero; curentul de scurtcircuit este foarte mare; iar imediat după !ntrerupere curentul este zero zero;; iar iar tens tensiiun uneea este este cea no nomi mina nală lă a reţ reţele elei; făc* făc*nd nd abstracţie de tensiunea oscilatorie de restabilire.
7uterea de rupere e$primată !n /DA sau capacitatea de rup rupere are semnificaţie num umaai dacă se precizează frec#enţa proprie a tensiunii de restabilire "i factorul de oscilaţie. Cu c*t frec#enţa proprie de oscilaţie a tensiunii de restabilire este mai mare cu at*t puterea de rupere a unui !ntreruptor scade. +.5. Întreruptoare pentru bornele 'eneratorului olosirea !ntreruptoarelor "i a separatoarelor; de sarcină !n marile centrale electrice; conduce la a#anta(e economice "i de mane#rare. Întrun mare număr de cazuri se preferă instalarea la bornele 'eneratorului a !ntreruptoarelor !n locul separatoarelor de sarcină. În acea aceasstă luc lucrare rare #o #om m an anaaliza liza con ondi diţi ţiil ilee !ntre ntreru rupe peri riii curentului de sarcină "i cei mai importanţi parametrii; care nu sunt standardizaţi "i se #or e$plica "i mi(loacele prin care !ntreruptorul de la 'enerator face faţă condiţiilor cond iţiilor impuse. Întreruptorul "i separatorul de sarcină de la bornele 'eneratoarelor "i !n particular cele pentru marile 'eneratoare; diferă e#ident ca aspect e$terior faţă de cele din staţiile de comutaţie obi"nuite. Cre" Cre"te tere reaa pu pute teri riii alte alterna rnato toar arel elor or !n ulti ultimu mull timp timp;; a condus la capsularea pe fază a le'ăturii 'enerator transformator. Această serie de !ntreruptoare @ tip 6R cuprinde at*t separatoare de sarcină c*t "i !ntreruptoare "i
este destinată pentru curenţi nominali de p*nă la 5 A "i capacitate de deconectare de p*nă la 25 A. 6atorită a#anta(elor te,nice "i de e$ploatare; folosirea !ntreruptoa !ntreruptoarelor relor de 'enerator 'enerator pentru marile marile unităţi; unităţi; a de#enit de#enit o re'ulă. Întreruperea curentului nominal; adică amorsarea sarcinii; are loc numai !n condiţii de a#arie. În condiţii normale curentul de sarcină este redus la zero !nainte de desc,iderea aparatului. Cu toate acestea; pentru că trebuie 'arantată funcţionarea la cuplarea !n sarcină a aparatelor de comutaţie; condiţia necesară este corecta dimensionare "i testare a aparatelor pentru acest re'im. +.5.1.Întreruperea unei sarcini de la sursa de alimentare În acest caz !ntreruptorul #a fi solicitat de curentul de sarcină care trebuie decon oneectat "i de către tensi nsiun uneea tranzitorie de restabilire @ R care apare !ntre contacte după du pă !ntr !ntrer erup uper erea ea co cont ntac actu tulu lui; i; fi'u fi'ura ra 4 4;a ;a arat aratăă sc,e sc,ema ma monofilară pentru un asemenea caz. 8 sarcină a#*nd impedanţa F9 este conectată conectată la sursa de alime liment ntar aree a# a#*n *ndd tens tensiu iune neaa ele electro ctroma ma'n 'net etiică % p "i reactanţa internă s . În condiţiile re'imului normal de func funcţi ţion onar are; e; cu !ntre !ntrerup rupto toru rull !nc, !nc,is is;; tens tensiu iune neaa la bo borne rnele le sarcinii "i la bornele !ntreruptorului pe partea sarcinii "i sursei este K p . &mpedanţa de sarcină F 9 determină diferenţe de fază ^ !ntre tensiunea K p "i &9 adică factorul de putere cos^.
Căderea de tensiune pe reactanţa sursei este $ & = " & − $ s . Căde Cădere reaa de tens tensiu iune ne $ s este este de deca cala lată tă la faţă de curent. Rezultă o reducere a tensiunii la bornele
sarcini "i anume
$ &
B
" &
.
i'. 4. ac,ema ac,ema electrica electrica a scurtcircui scurtcircuitului tuluiHH bDariaţia bDariaţia mărimilor mărimilor de stare
C*nd dia'rama fazorială este rotită !n direcţia să'eţii cu t; atunci proiecţia fazorilor pe a$a #erticală la care mome mo ment ntul ul repr reprez ezin intă tă #a #alo lori rile le inst instan anta tane neee a cu cure rent ntul ului ui "i tensiuni. În fi'ura 4;b se prezintă condiţiile din re'imul normal la timpul t ; c*nd curentul &9 este este !ntr !ntrer erup uptt la trecerea trecerea lui prin zero. ensiunea la acest acest moment determină determină condiţiile pentru startul tensiuni tranzitorii de restabilire la bornele !ntreruptorului &.
ensiunea sistemului Kp; are la momentul t c*nd se !ntr !ntrer erup upee cu cure rent ntul ul;; #a #alo loar area ea inst instan anta tane neee de 2$ & sin ϕ la ambe am bele le co cont ntac acte te ale ale !ntr !ntrer erup upto toru rulu lui. i. 7e pa part rtea ea sarc sarcin inii ii;; tensiunea după momentul t descre"te la zero. 7e partea de alimentare; tensiunea cre"te cu #alsarea scăderii de tensiune 2 I ) - S . Darierea instantanee a tensiunii de restabilire pe poli !ntr !ntrer erup upto torul rului ui la frec# frec#en enţa ţa sist sistem emul ului ui este este ab abso sorbi rbită tă din din suma #ariaţiilor de tensiune la bornele !ntreruptorului. $ 4 &
=
2 ($ & sin ϕ + I ) ) - S
@1 recerea de la condiţiile de tensiune de dinainte si după !ntrerup ruperea curentului; au loc pri prin oscilaţii de frec#enţe naturale f "i f 9 ale celor celor două două părţi separate separate ale sistemului. R care apare !ntre bornele !ntreruptorului se compune din diferenţa !ntre #alorile instantanee ale celor două oscilaţii. Caracteristica acestei tensiuni este un factor determinist !n solicitarea !ntreruptorului. $ &
=
$
3; Într Întru unn sist sistem em trif trifaz azat at cu tens tensiu iuni ni pe fază fază apare o tensiune de restabilire la frec#enţa sistemului pe primul pol care !ntrerupe primul; e'ală cu 1;5 K p. Aceasta este #alabilă pentru sisteme cu neutrul izolat. 7rocesul de restabilire la !ntreruperea curentului de sarcină a fost e$plicat pentru un receptor obi"nuit. În cazul !ntreruptoarelor de 'enerator; condiţiile sunt diferite; după cum se #a e$plica !n para'raful următor.
+.5.2. Întreruperea curentului de la 'enerator Gene Genera rato toar arel elee cent centra rale lelo lorr elec electr tric icee sunt sunt le'a le'ate te !n paralel prin intermediul reţelelor electrice de !naltă tensiune. Kn 'enerat rator G care alimente ntează o sarcină care are o impedanţă F9 printrun transformator "i o linie de !naltă tens tensiiun unee cu react eactaanţa nţa 9. oat oatee cele celela lalt ltee 'e 'ene nera rato toaare funcţionează !n sincronism alimentează o sarcină totală cu o impe impeda danţ nţăă F. imp mped edan anţa ţa siste istemu mulu luii se po poat atee ne ne'l 'li( i(aa !n comparaţie cu impedanţa 'eneratorului; deci se consideră siste istemu mull de pu pute tere re infi infini nită tă.. Astfel tfel nu numa maii #a #ari riaaţiil ţiilee de tens tensiu iune ne din din 'e 'ene nera rato torr "i tran transf sfor orma mato torr sunt sunt impo import rtan ante te pentru !ntreruperea curentului de sarcină a 'eneratorului &9 prin !ntreruptorul &_. ensiunea de restabilire; după arun arunca care reaa sarc sarcin inii ii;; este este form format atăă de asem asemen enea ea din din suma suma #ari #a riaţ aţii iilo lorr de tens tensiu iune ne pe fiec fiecar aree po poll a !ntr !ntreerupt ruptor orul ului ui.. ensiunea pe partea sarcinii nu scade la zero ci răm*ne la ni#elul tensiunii sistemului.
i'. 5. c,ema electrică a reţelei
+.5.3. Restabilirea tensiunii la sistem 7ent 7entru ru rest restab abil ilir irea ea tens tensiu iuni niii la sist sistem em se co cons nsid ider erăă momentul !ntreruperii curentului la trecerea lui prin zero la timpul to. ensiunea pe partea 'eneratorului; după !ntreruperea curentului; cre"te de la #aloarea sa de ser#iciu $ & ; la ni#elul tensiunii electromotoare a 'eneratorului " & . !I ) xd NN $ s altul de tensiune este e'al cu ; care este e'al cu . xd P e folose"te notaţia deoarece #ariaţia sarcinii alternatorului se face rapid. În acela"i timp; tensiunea pe partea transformatorului; descre"te rapid de la #aloarea; $ & la #aloarea $ n& . căderea de tensiune este e'ală cu $ t = !I ) - T . ensiunea de restabilire la frec#enţa sistemului; care apare pe !ntreruptor este compusă din #ariaţiile de tensiune care sunt la bornele lui; adică$ x& = I ) ( x d P + xT ) @1 Într Întru unn siste istem m tri trifaz fazat cu ne neut utru rull izol izolaat; tens tensiu iune neaa de restabilire pe polul care desc,ide primul este 1;5 $ + ; de unde rezultă$ x = 1;5 I ) ( x d P + xT ) @2 Această relaţie este #alabilă pentru toţi curenţii de sarcină. Kn curent de #aloare #aloare dată &9 c*nd circulă circulă printro rezistenţă rezistenţă a circuitului; totdeauna produce o cădere de tensiune a#*nd
un defaza( de { faţă de curent;indiferent de un',iul de sarcină pe fază @care este determinat de sarcină. Kn !nt !ntreru rerupt ptor or de la bo born rnel elee 'e 'ene nera rattoa oare relo lorr treb trebui uiee să !ntrerupă toţi curenţii p*nă la #aloarea ma$imă minimală. Darierea ..R. se determină prin aplicarea formulei x d P @2 folosind reactanţa a 'eneratorului "i xt a transformatorului. $ x
= 1;5
$
3
( x P
d
+
xt )
@3 În relaţia @3 sa presupus că curentul !ntrerupt este e'al cu curentul nominal al 'eneratorului "i reactanţele sunt date !n mărimi relati#e raportate la puterea 'eneratorului. rebuie obser#a #att că; c,iar pentru cele mai mari un uniităţi suma x d P + xt = ;5 reactanţelor . 8scilaţiile tensiunii de restabilire pe polii !nt !ntreru rerupt ptoorulu ruluii au fre frec# c#en enţe ţe care care sun untt de dete term rmiina nate te de parametrii nominali ai sc,emelor respecti#e. 6upă cum sa e$pl e$ plic icat at ma maii !nai !naint nte; e; .. ..R. R. co cons nstă tă din din suma suma #a #ari riaţ aţii iilo lorr tranzitorii de tensiune pe părţile 'eneratorului "i transformatorului. rec rec#enţa natural rală a oscilaţiilor de tensiune la 'enerator + 51 este este !n mo modd co cons nsid ider erab abil il de dete term rmin inat atăă de x d P reactanţa a 'eneratorului "i capacitatea !nfă"urărilor sale C 51 . În cazul aruncării de sarcină; frec rec#enţa natural rală
aparţi rţine pla pla(ei de 2 225 =z; sau mai pu puţţin @!n cazul particular al ,idro'eneratoarelor lente conduc*nd la oscilaţii de tensiune la 'enerator. Capa Capaci cita tate teaa !nfă !nfă"u "ură rări riii tran transf sform ormat atoa oare relo lorr de ma mare re putere este cu un ordin de mărime mai mică dec*t cea a 'eneratoarelor. 6in această cauză; este necesar să se ia in cons co nsid ider erar aree capa capaci cită tăţi ţile le tutu tuturor ror elem elemen ente telo lorr co cone nect ctat atee la bornele transformatorului inclusi# a transformatoarelor de tensiune. Cu toate acestea frec#enţa naturală a ..R. pe partea transformatoarelor este de două; trei ori mai mare ca cea de pe partea 'eneratoarelor. Dite Diteza za de cre" cre"te tere re iniţi iniţial alăă a .. ..R. R. care care urmea urmează ză unei unei aruncări de sarcină face ca panta tan'entei să fie apro$imată t# α =
de raportul; S =
t# α
;5
=
uc
;5T
=
uc T +
; astfel-
2γ 2u x + ;5
@4
Această formulă este bună pentru capacităţi "i inductanţe concentrate. >u este strict aplicabilă !n acest caz; dar poate fi folosită !n cazul !n care se fac unele apro$imări. ..R. pe polul care rupe primul; conform formulei 2 este e'ală cu suma celor două #ariaţii de tensiune. 1 ; 5 I ) - d P Comp Compon onen enta ta de pe pa part rtea ea de 'e 'ene nera rato torr este este ; care
osci oscile leaz azăă cu frec frec#e #enţ nţaa na natu tura rală lă + 51 "i componenta de pe partea de transformator este e'ală cu 1;5 I ) - T care oscilează cu frec#enţa + 5T . Însumarea celor do douuă componente dă #iteza de cre"tere iniţială rezultantă; deS =
1;5 ⋅ 2 ⋅ 2 I ) ( x d P + 51 γ 1 + xT + 5T γ T ) = 5 I ) ( x d P + 51 γ 1 + xT + 5T γ T ) ;5
Cara Caract cter eris isti tica ca tens tensiu iuni niii de rest restab abil ilir iree pe pent ntru ru aces acestt 'rup; dar cu capacităţi de protecţie conectate pe !nfă"urările transformatorului prezintă. rec#enţa naturală pe partea de transformator este a"a de apropiată de cea de pe partea de 'enerator; !nc nc**t cu oc,iul se po poaate detecta o sin'ură frec#enţă. În acest caz #iteza iniţială de cre"tere a tensiunii de restabilire; !n comparaţie cu cea obţinută fără capacităţile de protecţie este cu 2) 2) mai cobor*tă. Dalorile #itezei de cre"tere a R la aruncarea sarcinii pentru blocuri 'eneratortransformator; a#*nd puteri de 5 15 /DA sunt !n 'ama;+ < 1;5 D\s < fără capacităţi ;5 < 1; D\s < cu capacităţi. Kltimii doi poli !ntrerup curentul simultan la un sfert de perioadă după primul pol. astfel tensiunea este !mpărţită !ntre cei doi poli ai !ntreruptorului "i din această cauză componenta R pe fiecare pol este mai mică dec*t tensiunea care apare pe primul pol.
+.5.4. copul "i funcţiunea capacităţilor de protecţie copul capacităţilor de protecţie este de a prote(a !nfă"urările de (oasă tensiune ale transformatorului; asupra supratensiunilor transferate de pe partea de !naltă tensiune "i rezult*nd fie din unde tranzitorii călătoare; fie din deplasarea neutrului ca rezultat al unui scurtcircuit !n reţeaua de !naltă tensiune. ransferul supratensiunilor prin transformator; au loc nu numai ca rezultat al inductanţei "i !n mod esenţial ca un efect al raportului de transformare capaciti#. 6acă le'ătura dintre transformator "i 'enerator este făcută; atunci din cauza capacităţi mari a 'eneratorului se reduc #alorile supratensiunilor transferate. În cazul !n care transformator este !n 'ol; din cauza capacităţii reduse a transformatorului; supratensiunile transferate au #alori mari. 7ent 7entru ru capa capaci cită tăţi ţile le de prot protec ecţi ţiee se folo folose sesc sc capa capaci cită tăţi ţi cu #alori de ;1 < ;2 y pe fază. Aceste capacităţi pe l*n'ă faptul că reduc #alorile de #*rf ale supratensiunil nilor transferate; reduc si #iteza ..R. pe partea transformatorului. Astfel de capacităţi de protecţie efec efectu tuea ează ză de asem emen eneea o redu reduccere ere a .. ..R. !n timp timpul ul !ntreruperii scurtcircuitelor "i din această cauză sau 'ăsit apli ap lica caţţii din din ce !n ce ma maii nu nume mero roaase !n ins instala talaţi ţiiile de comutaţie din centralele electrice.
+.5. +.5.4. 4.1. 1. Deri Derifi fica care reaa capa capaci cită tăţi ţiii de de deco cone nect ctar aree la curentul de sarcină a !ntreruptorului montat la 'enerator. ensiunea de restabilire cuprinde căderile de tensiune inducti#e determinate de curentul de sarcină &9. după cum se #ede !n dia'rama din fi'ura 2; cosinusul de ^ al sarcinii nu are nici o influenţă influenţă asupra formei "i amplitudini amplitudiniii tensiuni tensiuni de restabil bilire. 7rin urm urmare capacitatea de de decconectare a !ntreruptorului de 'enerator poate fi !ncercat folosind un scurtcircuit inducti#. Curentul &n al 'eneratorului; este luat ca bază pentru !ncercare; care este de preferat să fie analizat !ntrun circuit monofazat. ensiunea de restabilire trebuie luată pentru cel mai solicitat pol; adică pentru polul care !ntrerupe primul. 6acă se aplică formula 3 se determină tensiunea$ x
= 1;5
u
3
( x P
d
)
+ xT = 1;5
u
3
;5 = ;44u
@) Diteza iniţială de cre"tere a R pentru !ncercare se poate determina cu formula 5. Într Întrer erup upto toaarele rele pe pent ntru ru 'e 'ene nera rato torr sau sau co cons nstr trui uitt de obicei cu aer comprimat. În cazul unor condiţii mai se#ere pentru ..R. "i la curenţi mari; se poate conecta un rezistor !n paralel cu !ntreruptorul primului pol. 7entru un !ntreruptor fără rezistor de amortizare; R este determinată numai de parametrii circuitului. 6acă se conectează un rezistor !n paralel; a cărei #aloare este astfel
aleasă !nc*t cre"terea ..R. este aperiodică; atunci #iteza de cre"tere este dată !n mod esenţial deS =
du dt t =
≈ R
di dt t =
=
2ω RI )
Adică; este determinată de primul pol de #arierea curentului !ntrerupt "i de #alsarea rezistenţei !n paralel. C*nd se folose"te un rezistor de amortizare !ntreruperea curentului are loc !n două etape. 6in analiza fenomenelor descrise reiese că solicitările la care !ntreruptoarele de 'enerator sunt supuse la !ntr !ntrer erup uper erea ea cu cure rent ntul ului ui de sarc sarcin ină; ă; dife diferă ră de co cond ndiţ iţii iile le spe peccifi ifice pe pent ntru ru !nt !ntreru rerupe pere reaa cure urentul ntuluui de sarci arcină nă !n di#ersele standarde. 7arametrii de !ncercare ai !ntreruptoarelor de 'enera 'enerato torr pentru pentru determ determina inarea rea capaci capacităţ tăţilo ilorr de declan declan"ar "aree pot fi calculaţi. e poate afirma că; capacitatea de declan"are poate fi testată folosind un circuit simplu fără să fie necesară simu simula lare reaa sarc sarcin inii ii.. Acea Aceast staa pe perm rmit itee o test testar aree co core rect ctăă a capacităţii totale de deconectare; !n laborat ratoarele de !ncercare la mare putere de rupere @9/7.
+.). Întreruptoare utilizate la tensiunea de producere a 'eneratorului. Ktiliz Ktilizare areaa !n instal instalaţi aţiii de distri distribuţ buţie ie la tensiune tensiuneaa de )3) 3) D a !ntr !ntrer erup upttoa oare relo lorr de 'e 'ene nera rato torr pe perm rmiite să se simpl implif ific icee sc,e ,eme melle de po porn rniire a turb turbo' o'en eneerato ratoar arel eloor; e$ploatarea "i protecţia lor. Întreruptoarele de 'enerator & G au o utilizare deosebit de eficientă la blocurile de mare putere ale centralelor nuclearoelectrice @C>% ; unde inst instal alar area ea lor lor pe perm rmit itee alim alimen enta tare reaa au auto tono nomă mă "i si'u si'ură ră a ser#iciilor proprii cu ener'ie electrică. 7entru 'eneratoare de mare putere folosirea !ntreruptoarelor de 'enerator obi"nuite este limitată din cauza costului ridicat "i a comple$ităţii care este necesară la realizarea construcţiei pentru & G. Construirea !ntreruptoarelor la 'enerator @& ' u"oare este po possibil bilă numai pe baza unui studiu amănunţi nţit a re'imurilor "i a condiţ diţiilor de fun funcţionare !n scopul determinării caracteristicelor optime. 9a !ntocmirea standardelor pentru & G !n primul r*nd au fost stabiliţi curenţii ma$imi de deconectare pentru diferitele tipuri de defecte ale circuitelor electrice "i sa studiat mai atent dec*t p*nă acum condiţiile de stin'ere a arcului "i infl influe uenţ nţaa mă mări rimi miii tens tensiu iuni niii de rest restab abil ilir iree K r la bo borne rnele le !ntreruptorului pe partea 'eneratorului "i transformatorului bloc; precum "i #iteza de cre"tere a tensiunii tranzitorii de rest restab abil ilir iree
d$ 3 dt
la deconectarea curentului de sarcină; a
curentului de scurtcircuit "i !n cazul proceselor tranzitorii de pendulare. Kltimele; in anumite cazuri; sunt !nsoţite de decon oneectarea rea curen renţilor de defec fect; care apar datorită scurtcircuitelor nesimetrice. Daloarea K D "i
d$ 3 dt
au o mare
influenţă asupra condiţiilor de stin'ere a arcului electric !n !ntreruptoare "i asupra tipului constructi#. Daloa aloare reaa ma ma$i $imă mă a cure urenţil nţilor or de scu curt rtci circ rcui uitt !n circuitele blocului 'eneratortransformator se determină prin #alorile reactanţei subtranzitorii a 'eneratorului dv "i prin reactanţa transformatorului ridicător t. ipul 'eneratorului
Reactanţa ranzitorie ubtranzitorie d d v
Generatoare 2521 /DA 24 15 cu doi poli 21+ 2 1 /DA Generatoare 1524 3 1 cu patru /DA poli 2412 34 22 /DA Generatoare cu poli 4 233 aparenţi abel 1. Dalorile reactanţelor pentru diferite tipuri de 'eneratoare @!n faţă de puterea p uterea nominală
ransformatoarele de forţă au E121)@raportată la puterea nominală !n /DA 9a studiul #alorii "i caracterului curenţilor de deco de cone nect ctar aree sa sa stud studia iatt mo modu dull de circ circul ulaţ aţie ie a cu cure renţ nţil ilor or comp co mpon onen ente telo lorr de cu cure rent nt co cont ntin inuu uu "i cu cure rent nt alte altern rnat ati# i#;; precum "i influenţa re'imurilor tranzitorii !n re'imurile de scur scurtc tcir ircu cuit it e$ e$te teri rioa oare re asupr asupraa pe pend ndul ulaţ aţil ilor or dina dinami mice ce ale ale rotorului. 6urata de amortizare a componentelor de curent alte altern rnat ati# i# "i curen urentt con onttinuu inuu de depi pind nd de rapo raport rtul ul - R . 6urata 6urata de amortiza amortizare re a component componentei ei de curent curent continuu continuu !n funcţie de caracterul defaza(ului este de 11 perioade. În cazu cazull cure urenţil nţiloor de scurtc urtciircui rcuitt ne nessime metr tric ici; i; prez rezen enţa ţa armonicii de ordin doi influenţează asupra #itezei de #ariaţie a cu cure rent ntul ului ui di dt !n apropierea momentului de trecere a curentului prin zero. 6eoarece #iteza de cre"tere a tensiunii tran tranzi zito tori riii de rest restab abil ilir iree este este prop propor orţi ţion onal alăă cu #ite #iteza za de #ariaţie a curentului !n apropierea momentului de deconectare; prezenţa armonicii de ordinul doi conduce la fap faptul tul că #a #alo loaarea rea efec efectti#ă i#ă a di dt !n momentul trecerii undei de curent prin #aloarea zero este cu 35 diferită faţă de cea teoretică @mai mare sau mai mică #aloarea care depinde de caracterul trecerii undei de curent prin #aloarea zero "i care se determină ca sumă a componentelor de curent continuu "i a armonicii fundamentale.
tudiul asupra determinării parametrilor & G "i asupra condiţiilor de fabricaţie sau efectuat !n laboratoare de mare putere rezult*nd următorii parametrii de bază ai &G• • •
ensiunea de 3 D Curentul de durată 4 A Curentul simetric de deconectare 35 A
Daloarea "i #iteza de cre"tere a tensiunii tranzitorii de restabilire au fost analizate !n di#erse sc,eme ale blocurilor de mare putere. c,emele caracteristice de instalare a & G !n circuite electr electrice ice ale ale blocuril blocurilor or de mare putere putere sunt sunt prezen prezentat tatee !n fi'ura 51. Aceste sc,eme sunt analizate din punct de #edere al #alorii "i al #itezei tensiunii tranzitorii de restabilire !n circuitele blocurilor de mare putere. În fi'ura 51;a este prezentată sc,ema tip a unui bloc de mare putere. Reactanţa circuitelor !n caz de scurtcircuit este e'ală cu suma dintre dv "i .
i'. 51. c,eme caracteristice pentru monta(ul !ntreruptoarelor de 'enerator !n circuitele 'rupurilor de mare putere
În sc,e sc,ema ma din din fi'ur i'uraa 51 51..b do două uă 'e 'ene nera rattoa oare re sun untt conectate la un transformator cu doua !nfă"urări la tensiunea 'eneratoarelor. În această sc,emă reactanţa transformatorului $ trebuie sa fie raportată la puterea de trecere a fiecărei !nfă"urări; prin aceasta $ nu depă"e"te #aloarea reactanţei din sc,ema 51;a. c,ema este identică cu sc,ema 51.a. ensiunea de restabilire K D !n sc,emă din fi'. 51.d !n cazul deconectării curentului normal sau a curentului de defe de fect ct cu !ntr !ntrer erup upto toru rull de 'e 'ene nera rato torr inst instal alat at !n circ circui uitu tull 'eneratorului; este la fel ca la sc,ema 51.a; deoarece doua transformatoare @fiecare cu reactanţa $ ; raportată la puterea de totală de trecere conectate !n paralel au aceea"i reactanţă ca a unui transformator ec,i#alent de putere dublă. 7rin deco de cone nect ctar area ea cu cure rent ntul ului ui prin prin !ntr !ntrer erup upto toar arel elee co cone nect ctat atee la (oasă tensiune in circuitele transformatorului; curentul de deconectare "i căderea de tensiune este pe (umătate faţă de curentul care circulă ulă prin rin !ntreruptorul rul din circuit uitul 'eneratorului. ensiunea de restabilire după deconectare la bornele !ntreruptorului are doua componente- tensiunea de frec frec#e #enţ nţăă ind ndus ustr tria iallă "i tens tensiu iune neaa de !nal !naltă tă frec frec#e #enţ nţă. ă. ensiunea de restabilire de frec#enţă industrială pe partea 'eneratorul 'eneratorului ui este $
1
$ T = I xT
P
=
I 3 xd ; iar pe partea transformatorului
@aic @aicii cu cure rent ntul ul & este este cu cure rent ntul ul de de decl clan an"a "are re a
sarc sarcin inii ii sau sau cu cure rent ntul ul de de defe fect ct;; care care de depă pă"e "e"t "tee cu cure rent ntul ul nomi no mina nall & >. Daloarea & poa oatte depă"i & > ca !n cazul suprasarcinilor; precum "i !n cazul unor defecte interne ale circuitelor electrice; de e$emplu !n !nfă"urările de e$citaţie ale 'eneratoarelor. Daloarea tensiunii de restabilire este cu at*t mai mare; cu c*t este mai mare raportul dintre curent "i curentul nominal de sarcină
I I N
. 9a deconectarea cu
!ntreruptoare cu trei poli a defectelor trifazate tensiunea de rest restab abil ilir iree atin atin'e 'e #a #alo loar area ea ma ma$i $imă mă K Dma$ la polul care !nt !ntreru rerupe pe primu rimul. l. Acea Aceasstă #a #alo loar aree KDma$ de obicei se folose"te la calcule pentru ale'erea !ntreruptoarelor "i este = %$ ; aici fiind un coeficient de sc,emă; e'al cu $ care depinde de caracterul de deconectare "i de sc,ema circuitului electric. 3 ma$
+
În aces acestt fel; fel; co coef efic icie ient ntul ul de sc,e sc,emă mă este este rapo raport rtul ul dintre tensiunea de restabilire de frec#enţă industrială la tensiunea corespunzătoare a fazei Kf la bornele !ntreruptorului după !ntreruperea curentului. Coeficientul de sc,emă se determină u"or din #aloarea reactanţei directe $ U; in#erse $ "i ,omopolare $ !nseriate !n circuitul care se !ntrerupe. 6acă se consideră $ UE $; ob obţi ţine nem m #a #alo loar areea %6 e'ală cu raportul dintre reactanţa ,omopolară la reactanţa de sec# sec#en enţă ţă dire direct ctăă a circ circui uitu tulu luii care care se !ntr !ntrer erup upe; e; prac practi ticc rapo raport rtul ul
x x+
care depinde de modul de le'are la păm*nt.
7ent 7entru ru mo modu duri rile le actu actual alee de le'a le'are re la pă păm* m*nt nt rapo raport rtul ul
x x+
#ariaz #ari azăă !n do dome meni niul ul ;) ;)3. 3. În inst instal alaţ aţii iile le elec electr tric icee aces acestt raport are #aloarea; de obicei; 1;52 "i foarte rar se a(un'e la 3. Coeficientul de sc,emă are #aloarea ma$imă 1;5 !n cazul deconectării deconectării circuitelor circuitelor la bornele bornele 'eneratoarel 'eneratoarelor or fără le'are le'are la păm*nt "i fără să fie racordate alte circuite. 6acă !n circuitele circuitele electrice electrice !n spatele spatele punctului de defect defect se află alte elemente cu reactanţele lor; de e$emplu transformatoare sau o linie de plecare; atunci coeficientul de sc,emă poate a#ea #alori mai mici @de e$emplu 1;3. Astfel; pentru defecte trifazate cu le'ătură la păm*nt; ceea ce se !nt*mplă destul de 2
des; coeficientul de sc,emă prin modificarea raportului
x
x+ = 1.5 x 1+ 2 x+ x x+
are #alori .1.3
de la .) p*nă la 2. Conform
normelor internaţionale C%& pentru aprecierea funcţionării !ntreruptoarelor !n funcţie de #iteza de cre"tere a tensiunii de restabilire; ca bază se adoptă defectul trifazat fără le'ături cu păm*ntul la bornele 'eneratorului "i fără să fie alimentate "i alte circuite; "i anume se adoptă E1;5. 7entru circuite cu neutru le'at la păm*nt se ia E1;3. În acest fel; !n ma(oritatea cazurilor coeficientul de sc,emă nu depă"e"te 1;3. 6in această cauză ale'erea "i #erificarea
!ntr !ntrer erup upto toar arel elor or se face face pe pent ntru ru E1; E1;55 asi' asi'ur ur*n *ndu dus see si o rezer#ă de si'uranţă. Daloarea tensiunii de restabilire de frec#enţă industrială !n cazul !ntreruperii curentului la ambele borne ale !ntreruptorului @'enerator "i transformator se stabile"te după oscilaţii cu frec#enţe proprii corespunzătoare. Cara Caract cter erul ul proc proces esul ului ui osci oscila lato torr se po poat atee de dete termi rmina na u"or cu a(utorul sc,emei ec,i#alente a 'eneratorului "i ale transformatorului. rec#enţa proprie de oscilaţie a tensiunii de restabilire pe partea 'eneratorului + 71 dettermi ermină nă cu rea reacta ctanţa nţa 71 se de subtranzitorie a 'eneratorului xd 8 "i cu capacitatea !nfă"urării C 71 71. unt mai multe metode de determinare a frec#enţei proprii de oscilaţie pentru diferite situaţii @aceste metode sunt tratate "i !n lucrările C&GR%. 9a de decconectarea curentului de sarcină a 'eneratorului + 71 71; de obicei este e'al cu 2 22 255 = =zH zH #a #alo lori ri ma maii mici mici pe pent ntru ru + 71 71 au loc pentru ma"ini cu poli aparenţi @,idro'eneratoare "i compensatoare sincrone. Capacitatea transformatoarelor de forţă este mult mai mică mică de dec* c*tt capa capaci cita tate teaa 'e 'ene nera rato toar arel elor or;; din din acea aceast stăă cauz cauzăă tensiunea de restabilire pe partea transformatorului are un caracter deosebit. Cu cre"terea puterii transformatoarelor "i folosirea transformatoarelor trifazate condiţiile de funcţionare a !ntreruptoarelor pe partea de (oasă tensiune a tran transf sform ormat atoru orulu luii au de de#e #eni nitt mult mult ma maii 'rel 'rele. e. Acea Aceast staa se e$plică prin aceea că; cu cre"terea puterii transformatoarelor
cre"te puterea de scurtcircuit "i proporţional scade reactanţa; iar capacitatea transformatoarelor răm*ne practic constantă. Ca rezultat cre"te frec#enţa proprie de oscilaţie la deconectarea scurtcircuitelor pe partea de (oasă tensiune a tran transf sfor orma mato toru rulu lui. i. Acea Aceast stăă frec frec#e #enţ nţăă de de dete term rmin inăă din din relaţia1 + = unde2π )C 9 < inducti#itatea de scăpări a transformatoruluiH C < capacitatea transformatorului "i a porţiunii de bare. 6acă 9 se mic"orează cu cre"terea puterii transformatoarelor "i a puterii de scurtcircuit; iar C răm*ne rela relati ti## co cons nsta tant nt;; atun atunci ci sin' sin'ur uraa po posi sibi bili lita tate te de a redu reduce ce frec#enţa de oscilaţie pe partea de (oasă tensiune a transformatorului este de a introduce capacităţi suplimentare. 7ractica a arătat că porţiunea de bare colectoare de 1m; cu o capacitate de .1y nu are infl influe uenţ nţăă asup asupra ra frec frec#e #enţ nţei ei propr proprii ii de osci oscila laţi ţie. e. 6acă 6acă se montează condensatoare speciale cu o capacitate de .1y frec frec#e #enţ nţaa osci oscila laţi ţiil ilor or libe libere re a tens tensiu iuni niii de rest restab abil ilir iree se reduce de 2 ori. 6eoarece capacitatea transformatorului nu este mare @mai mică de 2p pe fază; atunci !n cazul lipsei capacităţii suplimentare pe partea de (oasă tensiune a transformatorului frec#enţa proprie de oscilaţie a transformatorului; frec#enţa proprie de oscilaţie este de 23 ori mai mare ca pe panta
'eneratorului. În acest fel; dacă la bornele 'eneratorului pe partea transformatorului se montează o capacitate suplim supliment entară ară de @;1 @;1;2 ;2 y pe fază; fază; care care este este mult mult mai mare dec*t capacitatea transformatorului; se poate mic"ora subs substa tanţ nţia iall frec frec#e #enţ nţaa prop propri riee de osci oscila laţi ţiee a tens tensiu iuni niii de restabilire pe bornele !ntreruptorului de 'enerator pe partea transformatorului; apropiindo de #aloarea frec#enţei proprii de oscilaţie de pe partea 'eneratorului. Con onfo form rm no norm rmel elor or C%& pa pant ntaa fron frontu tullui tens tensiu iuni niii tranzitorie de restabilire este caracterizată de tan'entă; care trece prin zero la curba undei de tensiune. 6acă se notează cu KC #aloarea ma$imă a tensiunii tranzitorii de restabilire; iar prin 9 : coeficientul de amplitudine; atunci; cum rezultă din curbă
t# α =
$ C 9
. 7anta frontului de undă a curbei
tensiunii de restabilire rezultăS =
$ t# α = C ;5 ;5 9
=
2 2$ 3 + ;5
unde-
KD < tensiunea de restabilire r estabilire de frec#enţă industrialăH + 7 < frec#enţa proprie a tensiunii de restabilire cu panta Relaţia prezentată este #alabilă !n cazul inducti#ităţilor 9 "i C concentrate. 6e asemenea această relaţie poate fi folosită "i !n cazul parametrilor uniform distribuiţi !n primă apro$imaţie. en enssiun uneea tranz ranziitori toriee de res restabi tabili lire re de frec frec#e #enţ nţăă industrială KD pe prima fază care se deconectează K f1 la deconectarea curenţilor de sarcină conform celor prezentate mai sus se determină cu relaţia-
P 3 d + T 3 = + 1 = Knde componenta tensiunii KD pe partea 'eneratorului; este e'ală cu 1;5& $dv; #a oscila cu frec#enţa proprie + 71 71 iar componenta 1;5& $;#a oscila cu frec#enţa proprie de oscilaţie + 7T 7T . Ambele #alori de amplitudine se adun ad unăă "i de dete term rmiină pa pant ntaa rezul ezulta tant ntăă a fron fronttului ului cu curb rbei ei tensiunii care se calculează cu formula-
$ $ 1;5 I @ x x A
S
1;5
2
=⋅
3;5
2
I 3
x (
P
d
+ 9 # 3 1
Această relaţie poate fi folosită !n cazul calculelor formei curbei tensiunii tranzitorii de restabilire la bornele !ntreruptorului "i !n special pentru sc,eme de instalare a !ntreruptorului. 7rin rin cu cupl plaarea rea capa capaci cittăţil ăţilor or sup upli lime ment ntar aree cu curb rbel elee proceselor tranzitoriu at*t pe partea 'eneratoului c*t "i pe partea transformatorului sunt practic identice; iar panta iniţ iniţia ială lă a fron frontu tulu luii un unde deii de tens tensiu iune ne de rest restab abil ilir iree prin prin aceasta se reduce cu 2). Diteza de cre"tere a tensiunii de restabilire pentru blocuri de putere 515 /DA la deconectarea curenţilor de sarcină este ;+1;5 @fără capacităţi suplimentare "i ;51 @cu capacităţi suplimentare. Cobor*rea #itezei de restabilire conduce la simp simpli lifi fica care reaa co cons nstr truc ucţi ţiei ei !ntr !ntrer erup upto toar arel elor or de la bo borne rnele le 'eneratoarelor. În afară de aceasta; instalarea capacităţilor supl suplim imen enta tare re co cond nduc ucee "i la redu reduce cere reaa am ampl plit itud udin inii ii "i a
#itezei tensiunii nii oscilatori orii de restabilire la bo borrnele !ntreruptoarelor "i !n cazul deconectării scurtcircuitelor. A#* #*nd nd !n #e #ede dere re con ondi diţţiile ile me menţ nţio iona nate te ma maii sus; us; trebuie conectate condensatoare suplimentare pe partea de (oasă tensiune a transformatorului pentru a se obţine condiţiile de funcţionare a !ntreruptoarelor de 'enerator !n re'im tranzitoriu. 7roc 7roces esul ul de rest restab abil ilir iree a tens tensiu iuni niii la de deco cone nect ctar area ea scurtcircuitelor are particularităţile lui. Condiţii deosebit de 'rele de lucru pentru !ntreruptoarele de 'enerator apar la deconectarea curenţilor de scurtcircuit pe partea tran transf sform ormat atoru orulu lui.i. Aici Aici;; frec frec#e #enţ nţaa proc proces esul ului ui osci oscila lato torr "i ampl am plit itud udin inea ea tens tensiu iuni niii de rest restab abil ilir iree de depă pă"e "esc sc #a #alo lori rile le norma rmale. Apare un proc roces asemănător cu proc rocesul de restabilire a tensiunii la defectul ilometric. În tabe tabelu lull 2; sun untt trec recute ute da date tele le ob obţi ţinu nutte !n urma urma e$pe e$ peri rime ment ntăării rii proc proceesului ului de rest estab abil ilir iree a tens tensiu iuni niii pe bornele unui !ntreruptor la deconectarea curenţilor de scurtcircuit. 6upă cum se #ede din tabelul 2; frec#enţa; ampl am plit itud udin inea ea "i alţi alţi pa para rame metr trii ai tens tensiu iuni niii de rest restab abil ilir iree depind de caracterul defecţiunii "i !n consecinţă rezultă că tens tensiiun uneea de res restabi tabillire po poat atee să osci oscilleze eze cu frec frec#e #enţ nţee diferite. Cea mai mare frec#enţă este de + =z; care se obţine !n circuitele transformatorului; frec#enţa medie are #aloare de )15 =z < !n circuitele 'eneratoruluiH #aloarea medi me diee obţin obţinut utăă prin prin folo folosi sire reaa !ntr !ntre' e'ul ului ui circ circui uit;t; incl inclus usi# i# liniile de plecare este de 35 =z.
curtcircuitele trifazate la păm*nt !ntre !ntreruptor "i transformator dau cele mai 'rele condiţii de defect; amplitudinea tensiunii de restabilire are #alorile cele mai mari. 9a acest tip de defect sa obţinut o #aloare triplă a tensiunii tranzitorii de restabilire faţă de cazul precedent. 9a scurtcircuite trifazate cu păm*ntul pe partea de !naltă tensiune a transformatorului tensiunea de restabilire nu depinde de prezenţa capacităţilor suplimentare. 8 mare atenţie !n timpul e$perimentărilor sa dat procesului de restabilire a tensiunii pe bornele !ntr !ntrer erup upto toru rulu lui; i; de deoa oare rece ce stin stin'e 'ere reaa si'u si'ură ră a arcu arculu luii este este posibilă !n condiţiile cre"terii #itezei de restabilire a d" ri'idităţii dielectrice dt a inter#alului de arc care trebuie să fie mai mare dec*t #iteza de cre"tere a tensiunii de restabilire
d$ 3 dt
. În acest fel condiţia de bază se !ndepline"te
prin ale'erea tipului constructi# de !ntreruptor care !ndepline"te condiţia d" dt
>
d$ 3 dt
Rezultatele obţinute au stat la baza pentru stabilirea parametrilor necesari pentru !ntreruptoarele care se montează la bornele 'eneratoarelor de mare putere. Condiţiile de funcţionare a !ntreruptoarelor; montate pe partea de (oasă tensiune a autotransformatoarelor de mare putere @A a staţiilor electrice; sunt apropiate de condiţiile
de func funcţi ţion onar aree a !ntr !ntrer erupt uptoa oare relo lorr de 'e 'ene nera rato tor; r; de deoa oare rece ce caracteristicile tensiunii tranzitorii de restabilire !n ambele cazuri sunt asemănătoare. Caracterul defectului
rec#enţa tensiunii de restabilire
Curentul deconecta t
=z
A
D
ys
D\ys
+15
13
+3;1
34;)
5;3
+H 153
1;)
);
14;2
4;1
15
12;5
));2
4;5
1;
+5
35;1
+;
;4
11;2
curtcircuit trifazat cu păm*nt pe partea de !naltă tensiune curtcircuit monofazat pe partea de !naltă tensiune curtcircuit trifazat cu păm*nt !ntre Generator "i Întreruptor curtcircuit trifazat cu păm*nt !ntre ransformator "i Întreruptor
Amplitudine a tensiunii de restabilire
6urata procesului tranzitoriu p*nă la atin'erea amplitudinii
Diteza de cre"tere a tensiunii de restabilire
abelul 2. Dalori masurate pentru di#erse scurtcircuite
În caz de scurtcircuit pe partea de (oasă tensiune a autotransforma rmatorului ului #iteza de cre"tere a tensi nsiun uniii tranzitorii de restabilire are un caracter oscilator cu frec#enţă !naltă care este determinată de inducti#itatea !nfă"urărilor auto au totr tran ansf sform ormat ator orul ului ui "i de capa capaci cita tate teaa !nfă !nfă"u "ură rări rilo lorr "i a bornelor. 6eoarece capacitatea !nfă"urărilor
transformatorului este de obicei mică @sub 2 p pe fază; frec#enţa rezultantă de oscilaţie; a tensiunii de restabilire este mare. 6acă !n sc,ema electrică a staţiei lipsesc liniile elec electr tric icee de tran transp spor ortt de ma mare re lun' lun'im ime; e; atun atunci ci #a #alo loar area ea #itezei de cre"tere a tensiunii de restabilire poate depă"i #alorile normale. În sc,ema tip a unei staţii prezentată !n fi'ura 52; sunt montate autotransformatoare de mare putere pentru intercone$iunea reţelelor de 42 "i 245 D "i cu !nfă"urări terţiare la (oasă tensiune la care sunt conectate compensatoare sincrone cu !ntreruptor de bloc.
i'. 52. c,ema staţiei analizate
7anta frontului de undă a tensiunii de restabilire !n 'eneral depinde de curentul de scurtcircuit & "i "i !n funcţie de impedanţa de undă a circuitului z . S = 2π + 2 I ; un unde + este este frec frec#e #enţ nţaa !n circ circui uitu tull electric !n re'im normal. &mpedanţa de undă z depinde depinde de reactanţele reţelei x< "i x7 "i de numărul de linii care pleacă din staţie; deoarece ea se mic"orează cu cre"terea numărului de linii. %
%
În cazul scurtc rtcircuitelor trifazate fără păm*nt ; %
= 1;5
x + n
În cazul scurtcircuitelor trifazate cu păm*nt ; %
= 1;3
2 x x n 1+ 2 x +
x +
.
. Aparate pentru atmosfeice sau de comutaţie
protecţia
la
supratensiuni
.1. Generalităţi 9imitarea supratensiunilor care pot apărea !ntro instalaţie electrică se face din faza de proiect a instalaţiei respecti#e respecti#e /ăsurile care se precizează !n cadrul coordonării izolaţiei a < &ntroducerea descărcătoarelor electrice care au ni#el de amorsare inferior ec,ipamentelor electrice b < tabilirea unor ni#ele de tensiuni la care se !ncearcă ec,ipamentul !nainte de a fi montat !n instalaţie ensiunile de !ncercare sunt de frec#enţă industria rială de im impuls su sub fo formă rmă 1; 1;2 \ 5 ys ys.
.2. 6escărcătoare 7rotecţia izolaţiei electric rice a aparat ratelor ; tran transf sfor orma mato toar arel elor or "i 'e 'ene nera rato toar arel elor or de !nal !naltă tă tens tensiu iune ne !mpotri#a !mpotri#a supratensiu supratensiunilor nilor de ori'ine ori'ine atmosferică atmosferică @sau de comutaţie se realizează cu a(utorul descărcătoarelor. Aceste aparate aparate de protecţie protecţie se montează montează !ntre !ntre conductele conductele de fază fază si păm*nt ;principiul lor de funcţionare baz*nduse pe descărcarea la păm*nt a liniei cu scopul de a limita amplit amplitudi udinea nea "i panta panta undelo undelorr de supraten supratensi siune une la #alori #alori nepericuloase pentru izolaţia staţiilor electrice. 6escărcăt 6escărcătoarel oarelee trebuie trebuie deci să !ndeplineas !ndeplinească că două funcţii a să limit limitez ezee #a #alo loar area ea supra suprate tens nsiu iuni nilo lorr ; care pot să apară !ntre conductoarele prote(ate "i păm*nt ; prin punerea temporară a conductoarelor la păm*nt printro impedanţă mică H b să !ntrerupă automat le'ătura conductoarlor cu păm*ntul ; !ndată ce #aloarea supratensiunii nu mai poate periclita izolaţia. en enssiun uneea de am amor orssare are a ap apar arat atul ului ui de prot protec ecţi ţiee trebuie să fie inferioară tensiunii de conturnare sau străpun'erii a izolaţiei e$terioare prote(ate "i tensiunii de amorsare a eclatoarelor de protecţie a aparatelor "i transformatoarelor @ prin amorsarea eclatoarelor inter#ine protecţia prin relee si deconectează deconectează instalaţia.
i'. 53. Dariaţia tensiunii printrun descărcătorH c,ema electrică
6escărcătoarele trebuie să aibă o !nt*rziere la funcţionare c*t mai mică "i o mare capacitate de scur'ere ; construcţia să fie simplă ;montare "i !ntreţinere u"oară "i cost redus. Aparatele de protecţie aduc astfel un important aport
economic prin reducerea considerabilă a a#ariilor la medie tens tensiu iune ne "i !nal !naltă tă tens tensiu iune ne si de dera ran( n(am amen ente telo lorr !n reţe reţele lele le electrice. .2.1. Cele mai răsp*ndite aparate de protecţie sunt a eclatoarele ; b descărcătoarele tubulare c descărcătoarele descărcătoarele cu rezistenţa rezistenţa #ariabilă "i cu o$id de zinc. a %clatoare %clatoarele sunt cele mai simple aparate de protecţie !mpotri#a supratensiunilor de ori'ine atmosferică. %le se comp co mpun un din din do doii ele electro ctrozi zi me meta tali lici ci ;izo ;izola laţi ţi un unul ul faţă faţă de altu altull ;un uneeori ori cu po possibil ibilit itaatea tea de re' e'la lare re a inte inter# r#aalulu luluii disrupti#. e construiesc trei tipuri de eclatoare utilizate !n sistemele de distribuţie cu coarne cu ti(e cu inele ecran si coarne de protecţie %cla %clato toar arel elee cu co coar arne ne au un do dome meni niuu de ap apli lica care re limitat ; utiliz*nduse !n reţele aeriene de 3 | 35 D pentru protecţia posturilor de transformare "i !n reţelele de tracţiune electrica !n curent continuu.
i'. 54. c,ema 'enerală a unui descărcător1.corn de protecţie H2.clema sau borna de racordare la linia de !nalta tensiune H3.izolatoare H3.izolatoare de protecţie H 4. traseul descărcării descărcării electriceH electriceH 5. inel de protecţie.
%clatoarele cu ti(e au o răsp*ndire mai mare ; fiind montate mai ales pe izolatoarele de trecere ale transformatoarelor "i !ntreruptoarelor . &nelele sau coarnele de protecţie se utilizează mai ales la liniile aeriene de !nalta tensiune pentru protecţia lanţurilor de izolatoare . %clatoarele a#*nd numeroase deza#anta(e @de pildă ;!nt*rzierea la amorsare "i deci pătrunderea undei de impuls !n instalaţie !nainte ca eclatorul să inter#ină ; au răsp*ndire limitată . b 6escărcătoarele tubulare 6escărcătoarele tubulare sunt aparatele de protecţie care; pe l*n'ă funcţiunea principală de limitare a supr suprat aten ensi siun unil ilor or ; !nde !ndepl plin ines escc "i func funcţi ţiaa de !nt !ntreru rerupe pere re automa automată tă a curent curentulu uluii de !nsoţi !nsoţire re @la frec#e frec#enţă nţă indust industria rială lă care pune linia la păm*nt prin arcul electric ; e$cluz*nd necesitatea scoaterii instalaţiei de sub tensiune. 9a apariţia unei unde de supratensiune !ntre conductor "i păm*nt ;care depă"e"te tensiunea de amorsa rsare a descărcătorului ;inter#alele 4 si 5 sunt străpunse amors*ndu se două arce !n serie ; care pun conducta la păm*nt .ensiunea ridicată a undei pro#oacă scur'erea unui curent de impuls prin descărcător. Arcul electric !n inter#alul 4 ; este supus unui ener'ic sufl sufla( a( lon' lon'it itud udin inal al de 'a 'aze ze ; care care !ntr !ntrer erup upee cu cure rent ntul ul de !nsoţire la circa a treia trecere a curentului prin zero. Arcul din inter#alul 5 după !ntreruperea curentului se stin'e de la sine.
c,ema principala a unui descărcător tubular cu fibra de 311D 1. tub 'azo'en din fibră ;prote(at de un tub de bac,elită H 2.electrod ti(ă 3.electrod inelar H 4.inter#al disrupti# interior @eclator de re'la( H 5.inter#al disrupti# e$terior @inter#al de izolare 7le'are cu păm*ntul H 9linia de !naltă tensiuneH G'aze e"apate. i'. 55. c,ema principala a unui descărcător tubular cu fibra de 311D
6escărcătoarele tubulare se li#rează pentru o anumită anumită tensiune tensiune nominală nominală @3 |11D |11D "i pentru pentru curent curent de !nsoţire @scurtcircuit de punere la păm*nt
c 6escărcătoare cu rezistenţă #ariabilă 6escărcătoarele cu rezistenţă #ariabilă sunt aparate perfecţionate de protecţie !mpotri#a supratensiunilor a căror caracteristică u@i tensiune < curent este neliniară. neliniară.
i'; 5). c,ema de principiu a unui descărcător cu rezistenţă #ariabilă 1.linia de !naltă tensiune H 2. eclator de izolare H3. cascadă de eclatoare H4.coloană de discuri semiconductoare cu caracteristică neliniară H 5.carcasă protectoare de porţelanH i! < curent de !nsoţire H i < curent de scur'ere H ust < tensiunea de stin'ere H unz tensiunea reziduală produsă de curentul de scur'ere 7 le'ătura cu păm*ntul.
uncţionarea descărcătorului cu rezistenţă #ariabilă se desfă"oară după cum urmează Coloan Coloanaa de discuri discuri semico semiconduc nductoa toare re 4 ; presat presatee din carbură de siliciu a cărui rezistenţă #ariază cu tensiunea @sau cu curentul. %clatorul de izolare 2 se folose"te numai pentru a se e#ita !nt*rzierea la amorsare la tensiuni de peste ) D. %clatorul de stin'ere 3 asi'ură izolaţia necesară a conductei conductei ;aflată ;aflată sub sub tensiunea tensiunea de ser#iciu ser#iciu ;faţă ;faţă de păm*nt păm*nt "i !ntrerupe curentul de !nsoţire. 6isc 6iscuri urile le semi semico cond nduc ucto toar aree ; la trec trecer erea ea cu cure rent ntul ului ui mare de scur'ere scur'ere @ impuls impuls după amorsa amorsarea rea descărcă descărcătorulu toruluii @ is ;opu ;opunn o rezi rezist sten enţă ţă redu redusă să ;det ;deter ermi min* n*nd nd o tens tensiu iune ne reziduală @urez relati# mică ; iar după mic"orarea tensiunii @de circa circa 3 ori p*nă la la #aloarea #aloarea de stin'er stin'eree @ u st discurile opun o rezistenţă mare ; limit*nd curentul de !nsoţire @i ! fa#o fa#ori riz* z*nd ndus usee astf astfel el !ntre !ntrerup ruper erea ea rapid rapidăă a aces acestu tuia ia cu a(utorul eclatoarelor de stin'ere . 7resupunem că la borna de le'ătură a descărcătorului cu conductorul de prote(at apare o undă de sup upra rate tens nsiu iune ne . 9a tens tensiu iune neaa de am amor orssare are se străp trăpun un'' inter#alele eclatoarelor de izolare si de stin'ere ;tensiunea undei undei aplic* aplic*ndu nduse se coloan coloanei ei semico semiconduc nductoa toare. re. Rezis Rezisten tenţa ţa foarte mică a coloanei !n perioada iniţială canalizează spre păm*nt o bună parte din ener'ia undei; mic"or*nduse apreciabil prin aceasta #aloarea suprat ratensiunii "i a curentului scur'ere; care determină o cre"tere considerabilă
a rezistenţei coloanei. 6escărcătorul !n această fază răm*ne sub tensiunea de ser#iciu a reţelei de frec#enţă industrială; care !ntreţine un curent de !nsoţire de ordinul zecilor de ampere. 9a prima trecere naturală a curentului prin zero a curenţilor de !nsoţire; arcele electrice din inter#alele !n serie ale eclatoarelor de stin'ere se stin' definiti#e; reaprinderea lor lor fiin fiindd !mp mpiied edic icat atăă de căde căderi rile le cato catodi dice ce !ns !nseria eriate te "i curentul se !ntrerupe. %clatorul de izolare scoate descărcătorul de sub tensiune. a < curba 6RD b < curba 6
i'. 5+. Dariaţia tensiunii
d 6escărcătoare cu sufla( ma'netic Într Întru unn de desc scăr ărcă căto torr rezi rezist sten enţa ţa ne neli lini niar arăă limi limite teaz azăă curentul de !nsoţire la 52 A; pe care !l poate !ntrerupe eclatorul. În cazul !n care curentul de !nsoţire are #alori mai mari este necesar ca diminuarea curentului sa se facă nu numai cu rezistente neliniare dar "i prin lun'imea arcului cu sufla( ma'netic.
i'. 5. 6escărcătoare cu sufla( ma'netic 1 eclatoare eclatoare ; cu a(utorul cărora se lun'e"te arcul arcul electric al curentului de !nsoţire. 2 bobine ale c*mpului ma'netic de sufla( 3 rezistenţe conectate !n paralel cu bobinele de sufla( 4 discuri cu rezistenţa #ariabilă
3.Tr#ns4or*#to#r! 3.Tr#ns4or*#to#r! d! ur!nt .1. Generalităţi rans ransfo form rmăă cu cure rent ntul ul p* p*nă nă la o #a #alloa oare re care are este este como co modă dă de mă măssurat urat "i izol izoleează ază insta nstala laţi ţiaa faţ faţă de !na !naltă ltă tensiune. Înfă"urarea primară a C se lea'ă !n serie pe circuitul curentului de măsurat. Această !nfă"urare are număr mic de spire p*nă la o spiră. Cea secundară are un număr mare de spire. _obinele releelor "i ale aparatelor de măsură se lea'ă !n serie pe !nfă"urarea secundară. Cure urentul prim rimar poa oatte #aria de la @ 1;3& n iar curentul de scurtcircuit poate cre"te de la 1 p*nă la 1 de ori. cala standard a curenţilor nominali primari #ariază de la 1A p*nă la 4A. Curentul secundar nominal este de 1A "i 5A @mai rar 1A. % nom
= I 1n ; I 2n
scala aparatelor de măsură se scrie scrie pentru n =
=2 =1
;
% nom I 2 .
este ce#a mai mic dec*t nom nom acesta pentru a se compensa curentul de ma'netizare "i a se mări precizia de măsurare. .2. %rorile transformatorului de curent %roarea de raport I 2 % nom − I 1 ∆ I = I 1
arcina transformatorului de curent * = R 2
+ - 2 I.
Aceasta este dată de impedanţa circuitelor e$terioare transformatoarelor de curent. -
ϕ 2
= arct#
S 2
= I 22nom *
R
%$empluE2DA; cos^2E; * = -
2 52
= ;ΩH
= ; ⋅ ;) = ;4Ω
R
= ; ⋅ ; = ;)4ΩH
Clasele de precizie ale transformatoarelor de măsura de curentransformatoarele de curent se !mpart !n cinci clase de precizie I Clasa de arcina %roarea %roarea ⋅ 1e I n precizie secundară de de la curent un',i 1
1
cos ϕ 2
;2 ;5 1 3 1
I 1 2 112 1 2 112 1 2 112 512 512
= ;
I
I ±;5 ±;35
251
±;2 ±1 ±;+5
251
±;5
±2
251
±1;5 ±1
±3 ±1
51 51 + =
I 2 % nom − I 1 I 1
δ este eroarea de un',i.
7entru C a#em relaţia•
I 1
= I 2 n + I ; •
•
I ±2 ±15 ±1 ±) ±45 ±3 ±12 ± ±)
unde & este curentul de ma'netizare. 6in 6in acea aceast stăă rela relaţi ţiee rezu rezult ltăă că erori rorile le se da dato tore reaz azăă curentului de ma'netizare. Acesta depinde de construcţia transformatoarelor de curent; de calitatea fierului. 9a C eroarea mai depinde de curenţi de d e sarcina secundară. 7ent 7entru ru de dete term rmin inar area ea eror eroril ilor or tran transf sform ormat atoa oare relo lorr de curent; sunt necesare următoarele date- coeficienţii nom nom "i n; impeda impedanţa nţa !nfă" !nfă"urăr urării ii secund secundare are $2 "i r 2; sarcina r "i $; caracteristica de ma'netizare a miezului ma'netic; impedanţa; impedanţa; curentul curentul "i tensiunea tensiunea secundară secundară trebuie trebuie raportată raportată la primar. x2N
=
x2 n
N
H r 2 2
=
I N2 = I 2 nH$ 2N
r 2
N x H 2
n $ 2
=
=
x
r
n
n2
H r N = 2
n
Cu datele de mai sus se poate construi sc,ema ec,i#alentă "i dia'rama #ectorială; la baza căreia se află #ectorul &2; am ampl plas asat at #e #ert rtic ical al.. Dect Dectori oriii I N r N "i !I N xN reprezintă căderea de tensiune !n circuitul e$terior; $ N fiind tens tensiiun uneea la bo born rnel elee secu cund ndaare. re. Ad Adăău' u'**nd la #e #ecctoru torull tensiunii $ N căderea de tensiune !n !nfă"urarea secundară a C; C; se obţin obţinee tem tem " N . Această tensiune este produsă de flu$ul ; decalat decalat cu . lu$ul rezultă din compunerea t.m. t.m.m. m. prim primar aree F • = I • = ; t.m.m. a !nfă"urării secundare 2
2
2
2
2
o
1
1
1
2
•
F N2 = I 2 =2 .
.m.m rezultantă care este e'ală cu fi obţinută ca diferenţa •
•
I =1
poate
•
F = F 1 − F N2
sau •
•
•
= I 1 =1 − I 2 =2 = I 1=1 − I 2 N =1 I = I 1 − I 2 N I =1
•
Curentul de ma'netizare I este decalat faţă de flu$ cu un',iul ψ ; datorat pierderilor !n fier @pierderi datorate pierderilor prin curenţi turbionari "i de prema'netizare. Curentul de ma'n 'neetizare pentru ntru o t.e.m. " se po poaate determina din curbele de ma'netizare " @ I A . umarea 'eometrică a #ectorilor & 2 "i & redă #ectorul curentului primar I •1 . 6eterminăm 6eterminăm cu a(utorul a(utorul dia'ramei dia'ramei eroarea C la care raportul nominal de spire este e'al cu raportul de transformare. În aceste condiţii eroarea de curent !n procente este conform relaţiei2
2
+ =
I 2% nom I 1
⇒ + = + =
− I 1
I I 1
1 ⇒
I 2 n − I 1 I 1
1 =
5C − 5A 5A
1 ≈
C' 5A
1
sin( α + + ψ )1
7entru eroarea de un',i se poate considera e'ală cu sinusul un',iului dintre cei doi #ectori-
A' δ = 5A
I = cos@α + ψ A I 1
%rorile depind de raportul
I I 1
. 7entru C de această
construcţie raportul depinde de #aloarea curentului primar; sarcina secundară "i de un',iul α . 6ependenţa 6ependenţa erorii C !n funcţie funcţie de curentul primar se poate e$plica cu a(utorul curbei de ma'netizare a miezului _@=; deoarece pentru o anumită sarcină inducţia _ !n miez este apro$imati# proporţională cu curentul primar; iar t.m.m. = este proporţională cu curentul de ma'netizare. 7entru un anum an umit it cu cure rent nt &1 eroa eroare reaa este este prop propor orţi ţion onal alăă cu tan'e tan'ent ntaa un',iului de !nclinare a secantei dusă din centrul de coordonate "i punctul corespunzător curentului &1. %rorile f "i δ au au formă de K. erorile minime se obţin ma$ $ "i pentru inducţii de @;)Q;. pentru µ = ma 6eoarece inducţia corespunzătoare curentului nominal primar este mai mică; rezultă că erorile apar pentru #alori ale curentului primar de 23 ori mai mari ca cele nominale. 9a scurtcircuit miezul se saturează "i erorile cresc. .2.1. 6ependenţa erorilor de curent !n funcţie de sarcina secundară
Cele mai mici eror rori se obţin pe penntru secunda daru rull scurtcircuitat. 8dată cu conectarea conectarea aparatelor; aparatelor; sarcina sarcina cre"te cre"te "i !n acela"i acela"i timp cre"te cre"te "i t.e.m.; t.e.m.; inducţia inducţia !n miez "i curentul curentul de ma'netizare. În acest fel; cre"terea sarcinii conduce la cre"terea erorilor . În cazu cazull !nfă !nfă"u "ură rării rii secu secund ndar aree de desc sc,i ,ise se @imp @imped edan anţa ţa secundară infinită; t.m.m rezultantă de#ine e'ală cu t.m.m. a !nfă"urării primare "i cre"te inducţia ceea ce conduce la pierderi de putere mari !n miezul miezul ma'netic. Curba inducţiei !n fier datorită ma'netizaţiei de#ine trapezoidală; iar curba tensiunii capătă caracter de #*rfuri; care pot atin'e #alori de sute de #olţi; ceea ce reprezintă pericole pentru personalul de e$ploatare "i pentru izolaţia C. 6in această acuză funcţionarea C cu secundarul liber nu este permisă. /ărimea lui ϕ dintre curent "i tensiune !n !nfă"urarea secundară conduce la cre"terea erorii de curent "i scăderea celei de un',i. 2
+ =
I
δ =
I
I 1 I 1
sin@α +ψ A1 cos( α +ψ )
Corecţia de !nfă"urare arcina C; de re'ulă; este una acti#ăinducti#ă. 6in dia' dia'ra rama ma #e #ect ctor oria ială lă se #e #ede de că pe pent ntru ru n = % eroarea de curent este !ntotdeauna ne'ati#ă; curentul secundar fiind mai nom
mic. 7entru a mări precizia măsurării; prin construcţie "i fabricaţie se ale'e numărul de spire secundare mai mic dec*t numărul de spire nominal. I 1n = =2 I 2 n
=1
∆ + = I 2 @% nom − nA I 1
Rezultă Rezultă că erorile erorile !n funcţie funcţie de de sarcina sarcina secundară secundară pot fi poziti#e "i ne'ati#e. %rorile C pentru o anumită doză de precizie nu trebuie să depă"ească depă"ească liniile ,a"urate. Asupra erorii de un',i corecţia de !nfă"urare nu are influenţă. .2.2. 6ependenţa erorilor !n funcţie de parametrii constructi#i 8 influenţă ,otăr*toare dimensiunea miezului ma'netic. infl influe uenţ nţee #o #om m mo modi difi fica ca rela relaţţia circui rcuittului ma'netic se poate ma'netizare I
= > = =1
asupra erorilor o are 7entru lămurirea acestor pent pe ntru ru ero erori. ri. 6in le' e'ea ea determina curentul de ' µµ µµ =1
Knde = repr Knde reprez ezin intă tă inte intens nsit itat atea ea c*mp c*mpul ului ui ma ma'n 'net etic ic A\m A\mIH IH lun'imea medie a circuitului ma'netic mIH _ indu inducţ cţia ia ma ma'n 'net etic icăă IH IH µ pe perm rmea eabi bili lita tate teaa fier fierul ului uiHH µ permeabilitatea aerului =\mIH
&nducţia este le'ată de t.e.m. prin relaţia " = 2π += S ' ; unde S este secţiunea miezului m I. 6acă se ne'li(ează impedanţa sarcinii atunci t.e.m. se poate e$prima cu relaţia= " ≈ I * = I * 2
2
c
2
c
1
2
2
1
=2
7rin folosirea acestor relaţii se obţine pentru eroarea de un',i "i de curent * + = sin@α +ψ A1 2 µµ µµ S c =2 + 2π
δ =
* cos( α +ψ ) 2 + 2π µµ µµ S c =2
Rezultă că eroarea scade cu cre"terea secţiunii "i cu mic"orarea circuitului ma'netic. 7rin măsurarea secţiunii miezului inducţia se mic"orează "i #aloarea minimă a erorii se obţine !n zona curenţilor mari. ecţiunea circuitului ma'netic din oţel de calitate medie se ale'e !n a"a fel !nc*t inducţia; !n amplitudine; să corespundă pentru curenţi primari ma$imi "i sarcini nominale ale C să nu depă"ească ;;1. Cel mai bun material pentru miezuri este alia(ul din fier "i >i @+5 permallo0. Are permeabilitate mare pentru intensităţi de c*mp mici "i rezultă erori mici !n re'im normal de funcţionare. În afară de aceasta; saturaţia apare la inducţii mici @;1 "i din această cauză la s.c. c*nd curentul primar este mare; miezul se saturează "i curentul secundar
cre"te relati# puţin. Aceasta produce protecţia aparatelor de măsură !mpotri#a scurtcircuitelor. Acest alia( este scump "i are rezistenţă mecanică slabă. e #ede că erorile C sunt in#ers proporţionale cu pătratul numărului de spire secundare; "i numărul de spire primare. /ărirea numărului de spire secundare conduce la mic"orarea inducţiei "i a curentului de ma'netizare; sau dacă se pă păsstrea treazză ace aceea" ea"i indu inducţ cţie ie se mic" mic"or orea ează ză secţ ecţiune iuneaa miezului ma'netic. /ări /ărire reaa nu numă măru rulu luii de spir spiree a !nfă !nfă"u "ură rări riii prim primar aree conduce la reducerea stabilităţii electrodinamice "i termice. 6in această cauză se folosesc C cu mai multe spire !n primar numai !n cazul !n care nu se poate asi'ura clasa de precizie cu C cu o sin'ură sin'ură spiră. .3. ransformatoare de curent compensate e numesc C compensate acele transformatoare la care caracteristica de erori este !mbunătăţită prin măsuri speciale. 8 astfel de măsură este prema'netizarea miezului de la o sursă separată sau c,iar de la C. 7rema'netizarea conduce la mic"orarea dimensiunilor "i masa C. C cu compensare prin mărirea inducţiei !n miezul ma'netic cu o sursă separată. C constă din două miezuri ma'netice identice. 7e fiecare miez ma'netic este c*te o !nfă"urare secundară cu Z 2 spire "i o !nfă"urare a(utătoare cu Z p spire. spire. Înfă"urăril Înfă"urărilee
secu secund ndar aree sunt sunt le'a le'ate te !n seri seriee "i !n op opoz oziţ iţie ie !nfă !nfă"u "ură rări riii secundare. Înfă"urările a(utătoare produc !n !nfă"urarea secundară t.e. t.e.m. m. de sens sensuri uri dife diferi rite te.. 6in 6in acea aceast stăă cauz cauzăă !nfă !nfă"u "ura rare reaa a(utătoare nu are influenţă asupra curentului secundar. .m.m. ale !nfă"urărilor & "i && sunt e'ale cu F 1 = I 1=1 − I 2 =2 + I & = & = I =1 + I & = &
F 2 = I 1=1 − I 2 =2 − I & = & = I =1 − I & = &
Knde & p este curentul de prema'netizare. ă presupunem că curentul de prema'netizare are aceea"i fază cu curentul de ma'netizare- I = I − I N ; iar ca modu mo dull este este ap apro ropi piat at #a #alo lori riii pe pent ntru ru care care indu inducţ cţia ia !n fier fier corespunde permeabilităţii ma$ime. 6eoarece inducţia corespunzătoare t.m.m. F = I = ; !n re'im normal este mică; trebuie ca t.m.m. a !nfă"urării a(utătoare să fie mai mare. 6upă cum se #ede din dia'rama #ectorială; t.m.m. & "i && sunt apropiate ca modul "i !n opoziţie de fază. Kn',iu ,iuril rile de pierde rderi "i ψ pe pent ntru ru am ambe bele le miezuri se pot lua e'ale. Astfel inducţiile _ & "i _ &&; precum "i t.e.m. corespunzătoare lor %& "i %2 !n !nfă"urările secundare ale ale mie miezu zuri rilo lorr sun untt !n op opoz oziţ iţie ie.. .e. .e.m. rezu rezult ltaantă ntă este este-• • • " = " + " . 7entru a se obţine %2 !n tran transf sfor orma mato toru rull fără fără prema'netizare inducţia trebuie să #arieze !n inter#alul ± ' "i t.m.m. corespunzătoare este- F N = I N = . 7entru a se obţine aceea"i t.e.m. la C cu două miezuri cu
1
2
I
1
2
1
2
2
1
prema'netizare; inducţia !n miezurile & "i && trebuie să se modi mo difi fice ce !ntr !ntree limi limite tele le ± ' "i ± ' . În acest fel _ & _&&E2_. .m.m. corespunzătoare sunt e'ale cu & "i && ; iar t.m.m !n acest caz este mult mai mică dec*t . %ficacitatea prema'netizării depinde de faza curentului a(utător. Cele mai bune rezultate sau obţinut !n cazul !n care & p "i & p au coincis ca fază. Ca incon#enient al C compensate este faptul că au o construcţie complicată "i necesitatea unei surse separate. I
II
.3.1. Autoprema'netizare prin utilizarea unui "unt ma'netic Acest tip de ma'netizare se folose"te pentru C cu spire multe pentru tensiuni p*nă la 1D. 7e un miez ma'netic dreptun',iular 1 este introdus un "unt; care este o punte !ntre coloanele miezului. Înfă"urarea secundară este !mpărţită !n două părţi ine'ale cu Z 2 "i Z2v care sunt amplasate pe miezurile & "i && "i sunt e'ale cu F I = I 1=1 − I 2 =2 N F II = − I 2 =2 N N
.m.m & "i && sunt !n antifază. lu$urile de scăpări Φ "i Φ produse de aceste t.m.m deasemeni se 'ăsesc apro$imati# !n antifază. Ac rezultat se produce o ma'netizare !n opoziţie a miezurilor & "i && p*nă la inducţia core co resp spun unză zăto toar aree pe perm rmea eabi bili lită tăţi ţiii ma ma$i $ime me.. În acel acela" a"ii timp timp t.m.m rezultantă nu este mare. N S
NN S
ecţiunea "untului ma'netic "i raportul dintre numerele de spire se ale'e !n a"a fel ca să se obţină o eroare minimă pentru curentul primar nominal. 7entru curenţi care depă"esc curentul nominal; "untul se saturează "i influenţează puţin funcţionarea C. .3.2. ransformatoare de curent !n cascadă 33 %3 construcţia C reiese cu 7ent 7entru ru tens tensiu iuni ni $ > 33 dimensiuni mari "i 'reoaie. &zolaţia din ,*ttie impre'nată cu ulei are 'rosimi mari "i c*mpul admisibil se mic"orează. 7entru a se mic"ora 'abaritul "i masa se folosesc C !n cascadă. iecare trea reaptă este izolată pentru ntru tensiunea de 25D. 7rima treaptă A are un sin'ur miez ma'netic "i tran transf sform ormăă cu cure rent ntul ul &1 la 2 2D D.. Înfă" Înfă"ur urar area ea secu secunda ndară ră a treptei A este cuplată la !nfă"urarea primară a patru C a treptei _ cu raportul 2\1. %rorile rezultate de un',i "i de raport sunt e'ale cu suma erorilor celor două C. reptele transformatoarelor de curent !n cascadă sunt independente. iecare treaptă se poate transporta separat. n
6eza#anta(e a sc,ema !n cascadă conduce la mărirea erorilor; "i la mic"orarea multiplului curentului de scurtcircuit.
b modificarea sarcinii oricărui C influenţează re'imul de funcţionare al treptei superioare. În acest fel produce o influenţă asupra tuturor C. c !n re'imuri tranzitorii se obser#ă o saturare rapidă "i o deformare puternică a curentului secundar. .3.3. ransformatoare de curent ma'netice de tip inducti# 9a C cu cu $ ≥ 35%3 cea mai mare parte a costului o reprez rezintă izolaţia dintre !nfă" fă"urare rareaa prim rimară "i cea secundară. 9a C ma'netice se utilizează izolaţie de aer dintre conductorul prin care circulă curent "i !nfă"urarea de măsu mă sură ră.. lu$ lu$ul ul ma ma'n 'net etic ic prod produs us de cu cure rent ntul ul de mă măsu sură ră induce induce !n !nfă"u !nfă"urar rarea ea de măsură măsură t.e.m. t.e.m. Relee Releele le protecţ protecţiei iei sunt cuplate la această t.e.m. a#em aici C de măsură !n tensiune. .e.m este funcţie de inducti#itatea de cupla( dintre conductor "i !nfă"urarea transformatorului. ( = ( % % ; Knde % ţine cont dr distanţa de la conductor p*nă la !nfă"urare. @ % E1 pe pent ntru ru dis distanţ tanţaa lE1m lE1mH H % depinde de un', un ',iu iull de orie orient ntar aree al C/ C/ @C @C ma ma'n 'net etic ic; ; % E1 c*nd t.e.m este ma$imăH / e < inducti#itatea mutuală @ % E1 "i % E1. Daloarea /e depinde de construcţie "i de dimensiuni. n
d
e
l α
l
l
α
α
l
ensiunea de mers !n 'ol$ 2 xx
= I 1% l % e % α
ω 314
α
unde I curentul AIH % coeficientul de transformare < acesta induce t.e.m !n !nfă"urare pentru I E1A; % E % E1 "i ω = 314 rad \ s. 7uterea secundară !n re'im stabilizate
1
1
α
l
S 2
= 4 I 22 S 9d ( % i % α ) 2
unde I curentul; AH DA\A2 ; debitată de C/ pentru
* d * n * Σ
;
pu pute tere reaa spec specif ific ică; ă; E1; % E1; curentul I
S 9d
1
% l
1
α
% 2 e
E1A "i impedanţa sarcinii * = * ; rezultă S 9d = ;25 * n
d
"i
d
depind depi ndee nu numa maii de da date tele le con onsstruct ructi# i#ee ale /H /H * este impedanţa impedanţa !nfă"urări !nfă"urărilorH lorH * este impedanţa sarciniiH * Σ este este imp mped edan anţa ţa rezu rezult ltaantă ntă a !nfă !nfă""urăr urăril ilor or "i a sarcin rcinii ii.. 6eoarece !n apropierea C se pot afla "i alţi conductori prin care circulă curent @de e$. curenţi din celelalte faze; atunci !n / se #a induce t.e.m datorate acestor curenţi care produc perturbaţii ce pot fi importante. ensiunea de mers !n 'ol a acestor perturbaţiid
n
$ 2 xx
= ( d
di1 dt
+ ( &
di & dt
di = ( & 1 + % & dt
dt
di &
Knde i p este curentul de perturbaţie. 7entru reducerea perturbaţiei se folosesc / diferenţiale sau / compensate special. 7entru a se reduce perturbaţia / trebuie amplasat c*t mai aproape de curentul care se măsoară. ă #edem #edem mo modu dull de funcţ funcţio iona nare re al /. /. lu$u lu$ull Φ dato da tora ratt cu cure rent ntul ului ui I trece prin miezul !n formă de K a A
A
sistemului ma'netic "i tensiunea electromotoare produsă de acest flu$ !n (umătăţile de !nfă"urare se adună. lu$urile ΦN ' "i ΦN N ; produse de conductorul !n care circulă & _; produce !n cele două (umătăţi de !nfă"urare t.e.m decalate la 1 "i t.e.m de perturbaţie se compensează reciproc. '
.3.4. ransformatoare de curent optoelectronice 7entru tensiuni de +5D "i mai mari; 'abaritele "i dime dimens nsiu iuni nile le C indu induct cti# i#ee cres crescc foar foarte te mu mult lt.. reb rebui uies escc folosite sc,eme !n cascadă; dar "i !n aceste condiţii C de#in foarte mari "i 'reoaie. Astfel C pentru 115D au o masă de 2' "i !nălţimea de 1+m. %rorile acestor C sunt mari "i trebuie să se recur'ă la compensări. 6in acest moti# la tensiuni de astfel de ordin trebuie să se recur'ă la alte principii de realizare de C < C cu canale optoelectrice !n loc de cupla(e ma'netice. e pot folosi două metode de modulaţie; interne sau e$terne. .4. Reductoare de intensitate Înfă"urarea primară a C se lea'ă !n serie !n circuitul cure cu rent ntul ului ui care care se mă măso soar ară; ă; iar iar !nfă !nfă"u "ura rare reaa secu secunda ndară ră se lea'ă !n serie cu !nfă"urările de intensitate ale instrumentelor de măsurat sau ale releelor. &mpedanţa circuitului secundar al C este ne!nsemnată "i; !n mod normal; el funcţionează !n s.c.; ceea ce reprezintă particularitatea esenţială care !l deosebe"te de RA8 @transformatoarele de forţă.
Curentul primar este determinat e$clusi# de sarcina circ circui uitu tulu luii la care care este este le'a le'att C. C. 6acă 6acă cu cure rent ntul ul prim primar ar #ari #a riaz azăă !nt !ntre an anum umit itee limi limite te;; cu cure rent ntul ul secu secund ndar ar #a #ari riaz azăă apro$imati apro$imati## proporţional proporţional cu cel primar. primar. Dariaţia Dariaţia impedanţei impedanţei circui rcuittului secundar !n anum umiite limite aproa roape că nu influenţează intensitatea curentului secundar. Raportul de transformare; eroarea de curent "i eroarea de un',i se definesc la fel ca cele de la !nceputul capitolului. %rorile transformatorului de intensitate @& sunt determinate de construcţia sa "i de calitatea tolei de oţel a circuitului ma'netic; depinz*nd de #aloarea curentului primar "i de impedanţa circuitului secundar. & care care ser#e er#essc pe pent ntru ru alim alimen enta tare reaa ap apar arat ateelor lor de măsură trebuie să aibă o precizie suficientă pentru curenţi a căror intensitate este cuprinsă !ntre ;11;2& 1n. pentru aceste & sau definit cinci clase de intensitate- ;2H ;5H 1H 3H 1. Clasa ;2 se utilizează ca etalon "i pentru măsurători de laboratorH cele de clasă ;51 se folosesc pentru instrumente de măsurat de tablou; din centrale "i "i staţii electriceH pentru contoare se folosesc !n special cele de clasă ;5H cele de clasă 31 se folosesc pentru măsurători de foarte mică precizie "i pentru unele protecţii prin pr in relee. " 2
= Ri9 + !- inf + Re + !- e
.4.1. Caracteristicile erorilor
I 2
Dariaţia erorilor &; !n func ncţţie de con onddiţiile de funcţionare; se poate 'ăsi cu a(utorul dia'ramei #ectoriale. 6in relaţia dintre curentul primar "i cel secundar; se a(un'e la I % − I I = − I = I ∆ I = 2 n 1 = 2 2 1 1 = − sin@α +ψ A I 1
% n
=
I 1=1
I 1
=2 =1
%$presia erorii de un',i se poate determina tot din dia'ramă I =1 cos@α +ψ A = I=1δ
δ =
I I 1
cos@α +ψ A
.4.2. actorii de care depind erorile de curent "i de un',i %rorile de raport sunt cu at*t mai mari cu c*t #aloarea forţei ma'netizante este mai mareH impedanţa secundară este mai mare. * = R + - "i la #a #alo lori ri ne nesc sc,i ,imb mbat atee ale ale lui lui I "i cos ϕ ; forţa electromotoare % 2 cre"te "i cu ea cre"te "i #aloarea rea rel relati#ă a lui . 6e aic aici mă mări rire reaa imp mpeeda danţ nţei ei e$terioare a circuitului secundar duce la cre"terea erorilor. 2
2
2 2
2 2
1
Redu Reduce cere reaa lui lui cos ϕ duce la mic"orarea decala(ului dintre curentul I 2 "i forţa electromotoare " 2 @a un',iului ψ . uncţionarea & !n clasa de precizie respecti#ă poate fi asi'urată de condiţia ca impedanţa circuitului secundar să nu depă"ească #aloarea nominală a impedanţei corespunzătoare clasei de precizie respecti#e; la o #aloarea a factorului de putere de ;. la cre"terea impedanţei secundarul trece !ntro altă clasă de precizie. &mpedanţa e$terioară a circuitului secundar a & se nume"te adeseori; sarcina &; numire (ustificată prin faptul că puterea totală cedată de & pe partea secundară este proporţională cu impedanţa e$terioară. P 2 = $ 2 I 2 = I 22 * 2 Dariaţia erorilor & !n funcţie de curentul primar; c*nd F2 "i cos ϕ răm*n constante este determinată de #ariaţia curentului primar. 7ent 7entru ru de demo mons nstr trar area ea aces acestu tuii lucr lucru; u; se po poat atee folo folosi si curba de ma'netizare care este tipică pentru oţel. e poate considera considera că inducţia inducţia !n fier este direct proporţională proporţională cu " "i e'ală cu2
2
2
" 2
= I 2 * ≈
1
% n
I 1 * ;
!n care z este impedanţa circuitului secundar.
∆ I =
I =1
I =
= > med =
∆ I =
1 'med
I 1=1
sin@α +ψ A
µ I 1=1
Φ = 'S H ' = R (
" 2
µ
= φ R (
sin (α +ψ )
Φ S
= med µ S
∆ I = R ( " 2
'med
Φ I 1=1
sin (α +ψ )
= 4;44 +=2 'S ⋅1−3 = Φ
7entru reducerea erorilor & se construiesc de obicei astfel !nc*t inducţia la #alori ale curenţilor primari e'ali cu curentul normal să nu depă"ească )1 'auss. /ic"orare rareaa impedanţei circuitului secun unddar; a secţiunii fierului "i a lun'imii circuitului ma'netic; fac ca #aloarea lui = I să scadă "i prin urmare să scadă "i #alorile absolute ale erorilor. 7entru miezuri se folose"te de obicei oţel silicios @tole sau benzi sau permallo0. /ări /ărire reaa forţ forţei ei ma ma'n 'net etiz izan ante te a !nfă !nfă"u "ură rări riii prim primar aree pentru o #aloare dată a raportului nominal de transformare !n cazu cazull trans ransfo form rmaatoar toarel eloor cu o spiră piră;; !n 'e 'ene nera rall nu este este 1
posibil. În alte cazuri această mărire nu este de dorit; deoarece duce la mic"orarea stabilităţii electrodinamice. & destinate să fie folosite la alimentarea aparatelor de măsu mă sura rat;t; treb trebui uiee să prote prote(e (eze ze circ circui uite tele le secu secund ndar aree co cont ntra ra curenţilor de mare intensitate; care se formează la s.c. 6e aceea este necesar ca; pentru o cre"tere mare a curentului primar; curentul secundar să #arieze mai lent ca cel primar "i atin'*nd o #aloare oarecare; să răm*nă practic constant la cre"terile următoare ale curentului primar. Coeficientul de saturaţie @n < cifra de supracurent al C este este rapo raport rtul ul dint dintre re cu cure rent ntul ul prim primar ar "i cel cel no nomi mina nal; l; pentru care; la sarcină secundară normală; eroarea de curent este de 1. I n= 1 I 1n
7e etic,etă cifra de supracurent se indică sub forma nV$ sau nB$; !n care $ poate a#ea #alorile 5; 1; 15; sau 2. C/ trebuie să aibă secţiunea relati# mică a miezului; fapt care #a condiţiona saturaţia lui la intensităţi mari de curent. 7ent 7entru ru un unel elee prot protec ecţi ţiii prin prin rele relee; e; dimp dimpot otri ri#ă #ă este este ne#o ne #oie ie să se pă păst stre reze ze prop propor orţi ţion onal alit itat atea ea dint dintre re cu cure rent ntul ul primar "i cel secundar; c*nd ace"tia #ariază !ntre limite destul de lar'i. Respectarea acestei condiţii duce la mărirea secţiunii fierului. 6iferitele cerinţe pe care trebuie să le !ndeplinească protecţia prin relee "i instrumentele de măsurare duc la
necesi nece sita tate teaa de a sepa separa ra circ circui uite tele le secu secund ndar aree ale ale aces acesto torr aparate. 7entru a e#ita instalarea unui număr mare de & "i; prin aceasta scumpirea instalaţiei de distribuţie; se folosesc & cu două sau trei miezuri; a#*nd o !nfă"urare primară comună "i două sau trei !nfă"urări secundare independente. Condiţiile de funcţionare a & folosite pentru protecţie se de deos oseb ebes escc de co cond ndiţ iţii iile le de func funcţi ţion onar aree ale ale folo folosi site te pentru măsură. uncţionarea / se face !n diapazonul de cure cu renţ nţii 1 112 12 ;; iar iar tran transf sform ormat atoa oare rele le pe pent ntru ru prot protec ecţi ţiee !ncep să funcţioneze numai !n momentul apariţiei pe linie a unui s.c. 6in această cauză; te,nica protecţiei prin relee admite o eroa roare !n cazul curenţilor mari care asi'ură funcţionarea si'ură a protecţiei. 6upă e$perienţa din e$ploatare; pentru o funcţionare si'ură a prot rotecţiilor prin relee; eroa oare reaa & trebuie să depă de pă""easc ască 1 1. . 7ent 7entru ru ace aceasta asta la tran transsfor forma mattorii orii de protecţie se indică o caracteristică specială numită curbele de eroare de 1. .4.3. uncţionarea transformatoarelor de intensitate !n 'ol În cazu cazull circ circui uitu tulu luii secu secund ndar ar !nc, !nc,is is "i la #a #alo loar area ea nominală a curentului primar; inducţia !n miezul & reprezintă ;);1 @)1G.
9a !ntrerup ruperea circuitului secunda dar; r; da daccă prin circuitul primar circulă curent; inducţia !n miez cre"te brusc; atin'*nd #alori de ordinul 141Gauss. =2 I 2 =1 I 1
= = =1 I
lu$ul ma'netic capătă formă trapezoidală. mare !n momentul !n care flu$ul flu$u l are #ariaţii rapide.
φ d φ dt
este
.4.4. tabilitatea de scurtcircuit a transformatoarelor de intensitate 7rin stabilitatea transformatoarelor la scurtcircuit se !nţele'e capacitatea lor de a suporta; fără defectări; acţiunile elec electr trod odin inam amic icee "i term termic icee ale ale cu cure renţ nţil ilor or de scur scurtc tcir ircu cuit it.. Corespunz nzăător cu aceasta; se deosebe"te stabilitatea electrodinamică "i stabilitatea termică. 9a & inter#in două feluri de forţe electrodinamice1 forţe interioare; condiţionate de acţiunea reciprocă !ntre diferitele părţi ale unei !nfă"urăriH 2 forţe e$terioare care sun untt rezultatul acţiunii reciproce !ntre curenţii din diferite faze; care depind de condiţiile de montare a &. tabilitatea dinamică se dă prin-
% d % 1m
ima$
=
2 I 1n
=
F adm
I 1 sec I 1n
H % d
H % ≥
≥ ;
i 2 soc a
i soc
≥
2 I 1n
I 1m I 1n
t
⋅1−2
.4.5.ransformatoare de intensitate compensate /ic"orarea erorilor unui &; pentru anumite condiţii ale !ncărcării sale se poate realiza prin1 mărirea secţiunii miezuluiH 2 folosirea unor materiale cu proprietăţi mai bune !n e$ecutarea miezului H 3 mărirea numărului de spire !n !nfă"urarea primară "i secundară. 7rim 7rimel elee dou douăă #a #ari rian ante te pres presup upun un mă mări rire reaa co cost sturi urilo lorr reductorului. 7e l*n'ă aceasta; prima #ariantă "i mărirea numărului de spire al !nfă"urării primare; duce adeseori la !nră !nrăut utăţ ăţir irea ea cali calită tăţi ţilo lorr de e$ e$pl ploa oata tare re @cre @cre"t "ter erea ea 'rad 'radul ului ui ma$im de multiplicare al curentului secundar; mic"orarea stabilităţii dinamice "i termice. 6e aceea !ntro serie de cazuri sa do#edit că este mai raţional să se folosească & compensate; la care reducerea erorilor se face fără o mărire simţitore a consumului de tole de 89 "i de Cu; folosind pentru miezuri; tole din 89 electrote,nic electrote,nic obi"nuite.
e #or studia metode de compensare a erorilor bazare pe ma'netizarea suplimentară a miezului. Aceasta se reduce la o mărire artificială a inducţiei p*nă la o #aloare care core co resp spun unde de #a #alo lorii rii ma ma$i $ime me a pe perm rmea eabi bili lită tăţi ţiii ma ma'n 'net etic ice; e; cre*nduse condiţii optime pentru funcţionarea miezului. =N1 = =N N1 −1
uma = +=N este mai mică dec*t = % ; iar suma = + =N N este mai mare dec*t =N N % "i de aceea !n miezul 1 forţa ma'netizantă a !nfă"urării primare predomină faţă de forţa ma'netizantă a !nfă"urării secundare. 2
2
1
2
n
1
2
n
7entru miezul 1 F N = I = N+ I ( = + = N) = F N +F N
1
1
2
2
2
1
2
7entru miezul 2 F N N = I 2 @ =2
Dectorii
+ =2 N A + I 1=1 N N = F 1 N N+F 2 N N
F N
"i F N N formează !ntre ei un un',i
de
1. Compensarea prin !ndreptarea de ma'netizare Caracterul neliniar al curbei de ma'netizare a miezului & face ca curba erorilor să aibă caracter #ariabil.
%ste u"or de arătat dependenţa erorii & funcţie de permeabilitatea ma'netică. ∆ I =
1 'med
µ I 1=1
∆ I = R (
Φ I 1=1
sin ( α + ψ )1GI
sin ( α +ψ )1GI
R ( se
modifică funcţie de inducţia din miezH la inducţii mici cre"te deoarece y este micH la #alorile mi(locii ale ale indu induccţie ţiei R se mic" mic"or orea ează ză;; iar iar la satu satura raţi ţiee R se măre"te din nou. Îndreptarea caracteristicii de ma'netizare a miezului se poate obţine prin re'larea lui R pe di#erse porţiuni ale curbei. (
(
(
Îndreptarea curbei se poate face prin două metode prin re'larea lui R H prin mic"orarea numărului de spire a !nfă"urării secundare. (
Com omppensa nsare cu a(utorul "untului ma'netic din permallo0. 6upă această metodă !nfă"urarea secundară se !mparte !n două părţi ine'ale. 9a curenţi mici !n !nfă"urarea primară; "i ca urmare inducţii mici !n miezul ma'netic "i !n "unt permeabilitatea
permallo0ului este mare "i tot flu$ul se #a !nc,ide prin el; prin miezul !nfă"urării 3 nu #a trece trece nici un flu$. 7rin aceasta a flu$ul ma'netic se !nc,ide pe o cale mai scurtă prin "unt cu o permeabilitate mare deci R ( este mic. b !n afară de asta la curenţi primari mici numărul de spire pire secun ecunda dare re act acti#e i#e se red educ ucee nu numa maii la !nfă !nfă""ura urarea rea secundară "i prin aceasta se măre"te raportul de transformare prin aceasta mărind curentul secundar. secundar. 9a cre"terea curentului primar inducţia !n miez se măre"te; "untul din permallo0 se saturează "i !ntre'ul flu$ se !nc,ide prin miez ca rezultat se măre"te numărul de spire acti# al secundarului. Real Realiz izar area ea co cons nstr truc ucti ti#ă #ă a co comp mpen ensă sări riii cu "unt "unt din din permallo0 este 'reoaie din această cauză utilizarea a primit altă sc,emă de compensare. 8rificiul a !mparte circuitul ma'netic !n două părţi paralele b "i c. 7rin orificiul a se !nfă"oară !n (urul (umătăţii b c*te#a spire pentru compensarea Z3H ele se lea'ă !n serie cu !nfă"urarea secundară. 6in această cauză !n (umătatea b cuprinsă de spirele Z3 c*mpul ma'netic datorat acestor spire @flu$ de compensare are acela"i sens ca "i flu$ul principal al !nfă !nfă""ură urării rii secu cund ndar are; e; el #a fi !nd !ndrept reptat at !n sens sens in#e in#ers rs flu$ului de ma'netizare φ . lu$ul de compensare se #a !nc,ide prin (umătatea c; unde el este !ndreptat la fel ca flu$ul φ . 3
3
În acest fel !n (umătatea b #om obţine- φ =φ −φ ; iar !n (umătatea c; in mod similar φ = φ + φ . Astfel (umătatea b se dema'netizează iar (umătatea (umătatea c se ma'netizează. ma'netizează. În cazu cazull cu cure renţ nţil ilor or secu secund ndar arii mici mici !n (umă (umăta tate teaa c; indu inducţ cţia ia este mare "i acea aceasstă zon onăă lucr lucreează ază !n zon onaa &&. &&. ?umătatea b lucrează !n zona &. pir pirel elee Z3 nu sunt străbă răbăttute de flu$ul φ "i nu participă la crearea lui % 2 @ele apar ca o reactanţă inducti#ă. În cazul curenţilor mari @aproape de nominal inducţia !n c duce la saturaţie < zona &&&H (umătatea b #a lucra !n zona && prin aceasta o mare parte din flu$ul φ #a trece prin b "i induce !n spirele de compensare tensiune electromotoare care duce la mărirea raportului de transformare. 0
c
3
3
.4.). Construcţia de transformatoare de intensitate %$istă o mare #arietate de construcţii de & care se pot !mpărţi !n următoarele tipuri principale1. transformatoare cu o sin'ură spiră- cu ti(e; bară; inte'ratăH 2. cu mai multe spire- cu bobine; !n buclă; !n formă de optH 6in punct de #edere al monta(ului; se deosebesc pe l*n'ă acestea; & de tip suport "i de trecere. ipul C se deduce din 'rupul de litere indicat pe etic,etă.
i'. 5. ransformator de curent cu o sin'ura spiră
i'. 5. ransformator ransformator de curent curent cu mai multe spire
imbolizarea are următoarea semnificaţieC transformator de curentH
& < pentru monta( interiorH % pentru monta( e$teriorH K cu izolaţie de uleiH 7 cu izolaţie de porţelanH R cu izolaţie de ră"inăH tip suportH tip trecere. Grupa de cifre se referă la tensiunea nominală; dată !n D. %$. C&R35. Caracteristici te,nice Curent primar nominal & 1n se indi indică că pe etic etic,e ,eta ta aparatului. Raport de transformare nominal @ % . ensiunea nominală Curent de stabilitate termică Curent de stabilitate dinamică arcina nominală @F 2n 7uterea nominală %roarea de curent %roarea de un',i Clasa de precizie Coeficient de saturaţie < raportul dintre curentul primar "i curentul nominal pentru care eroarea este de 1 la sarcina secundară e'ală cu sarcina nominală; iar eroarea de un',i de ) 'rade. n
15. Tr#ns4or*#to#r! d! t!nsiun! 1.1. Generalităţi
6in punct de #edere constructi# "i din punct de #edere al sc,emei de conectare; transformatorul de tensiune @ este analo' transformatorului de forţă "i se deosebe"te de acesta; !n special; prin #aloarea puterii. În scopul asi'urării unei precizii de măsurare c*t mai mare posibila se limitează !ncărcarea ; astfel !nc*t; !n mod normal; el funcţionează !n condiţii foarte apropiate de cele de mers !n 'ol; curentul ma'netizant fiind astfel comparabil cu curentul de sarcină. c,emele de cone$iune În sistemele trifazate trebuie măsurate tensiunea dintre faze "i tensiunea fazelor faţă de păm*nt. ensiunea !ntre faze se aplică la !nfă"urările de tensiune ale instrumentelor de măsu mă sură ră @#ol @#olttme metr tre; e; Zatt Zattme metr tre; e; co cont ntoa oare re "i ale ale rele releel elor or.. ensiunea fazelor faţă de păm*nt se folose"te pentru ntru protecţia prin relee; cum "i pentru detectarea punerilor la păm*nt !n reţelele la care neutrele 'eneratoarelor sau ale transformatoarelor nu sunt le'ate la păm*nt. Acest tip de permite măsurarea tensiunii !ntre două faze @se folose"te rar. c,ema cuprinde două monofazate conectate !n DH se folose"te pentru le'area contoarelor "i a Zattmetrelor trifazate cu două elementeH dă posibilitatea să se măsoare toate cele trei tensiuni de linie. Cuplarea Cuplarea a trei transformatoar transformatoaree monofazate !n stea cu neutrul accesibil "i le'area la păm*nt a neutrului !nfă"urării primare; permite măsurarea tuturor tensiunilor de linie "i de
fază; d*nd posibilitatea de a controla izolaţia !n sistemele cu neutrul izolat. Cuplarea unui transformator trifazat cu trei coloane; permite măsurarea numai a tensiunilor de linie. Acest transformator nu se poate utiliza pentru controlul izolaţiei. >u este permisă le'area la păm*nt a neutrului !nfă"urării primare; deoarece !n acest caz nu are pe unde să se !nc,idă flu$ul ,omopolar "i se arde transformatorul. Cuplarea unui transformator cu cinci coloane; cu două !nfă !nfă""ură urări secu cund ndaare; re; un unaa cu cupl plat atăă !n stea tea "i ceal ealalt altă !n triun',i desc,is; ser#e"te pentru măsurarea tuturor tensiunilor de linie "i de fază; precum "i pentru controlul izolaţiei @!n sistemele cu neutrul izolat; cu a(utorul a trei #oltmetre. În acest caz nu se mai arde transformatorul deoarece flu$ul ,omopolar se poate !nc,ide prin coloanele e$terne. e presupune un transformator transformator de tensiune trifazat cu trei miezuri; le'at la o reţea !n care neutrul 'eneratorului sau a transformatorului nu este pus la păm*nt. are cone$iunea steastea. În cazul unei puneri la păm*nt; dia'rama fazorială ia forma- tensiunea fazei R este nulă; cea a fazelor "i cre"te cu 3 . Kn',iul de decala( dintre ele #a scădea p*nă la ) de 'rade. olosind metoda componentelor simetrice; asimetria tens tensiu iuni nilo lorr se po poat atee e$ e$pl plic icaa prin prin ap apar ariţ iţia ia a trei trei tens tensiu iuni ni ,omo ,o mopo pola lare re care care se sup upra rapu punn pe pesste siste istemu mull dire direcct de tensiuni.
$ = $ + $ + $ $ = a $ + a$ + $ $ = a$ + a $ + $ R
d
i
/
2
S
d
i
/
i
/
2
T
a2 a
d
= e − !12 = − 1 − !
3
2
2
1
3
= e − ! 24 = − + !
2
2
$ /
= 1 ($ R +$ S +$ T )
$ d
= ($ R + a$ S + a 2$ T )
$ i
= ($ R + a 2$ S +$ T )
3 1
$ /
=
3 1 3
1
= ($ +$ ) = S
3
3 3
$ d
=
$ i
=
T
$ + [cos15
( 3 3 $ (a e 3 3
+
− !15
+
+e
− ! 21
)=
+ cos 21 − ! (sin15 + sin 21 )] = $ +
$ + ae − !15 2
$ (e 3 3
− !15
) 33 $ (e ) 33 $ (a e
+ a 2e − ! 21 =
+ ae − ! 21
− ! 3
+
2 !
+
+ e ! 3 ) = $ +
+ ae − ! ) =
1
$ d
= ($ R + a$ S + a 2$ T )
$ i
= ($ R + a 2$ S + a$ T )
$ /
= ($ R + $ S +$ T )
3 1 3 1
3
iste istemu mullui dire direcct de tens tensiiun unii ca "i siste istemu mulu luii de tensiuni ,omopolare; le corespund sisteme de curenţi "i de flu$uri ma'netice; flu$urile de tensiuni directe decalate cu 12 'rade unul faţă de altul "i !nc,id prin circuitul circuitul ma'netic de oţel a cărui rezistenţă este mică. lu$urile ,omopolare din cele trei miezuri sunt !n fază; "i prin urmare; se !nc,id parţial prin aer "i parţial prin cu#a de 89. 6atorită rezistenţei ma'netice pe care o !nt*mpină flu$ul ,omopolar; curenţii ,omopolari au #alori mari; de c*te#a ori mai mari dec*t cei direcţi. 6in acest moti#; curenţii totali !n !nfă !nfă"u "ură rări rile le tran transf sfor orma mato toru rulu luii au #a #alo lori ri ap apro ropi piat atee at*t at*t ca fază; c*t "i ca mărime; depă"ind simţitor curenţii ma'netizanţi normali. 9a o funcţionare de durată a !n condiţii anormale care sunt indicate; el se poate deteriora datorită !ncălzirii !nfă"urărilor. i'uranţele pe partea primară se ale' pentru curenţi nominali relati# mari; "i nu pot prote(a . 7entru a e#ita conectarea 're"ită a unui trifazat cu trei miezuri; cestea nu au neutrul !nfă"urării de !naltă tensiune scos.
6acă sar fi folosit un trifazat cu 5 miezuri; fenomenele fenomenele periculoase periculoase menţionate menţionate mai sus nu ar fi a#ut loc deoarece flu$ul ma'netic rezultant sar fi !nc,is prin miezul au$iliar. Raportul de transformare $ 1n % = $ 2 n
Daloa aloare reaa $ % reprezintă #aloarea apro$imati#ă a tensiunii măsurate. monofazate destinate releelor cu neutrul le'at la păm*nt pentru conectarea după sc,ema stea; se construiesc pentru tensiuni nominale de fază ale reţelelor electrice; de e$emplu 11 \ 3 sau 22 \ 3 . ensiunea $ este 1D sau 1 \ 3 !n cazul !n care !nfă"urarea primară este calculată pentru tensiunea pe fază. 2
n
2n
1.2. %rorile transformatoarelor de tensiune %$istă erori ale raportului de transformare sau de tensiune "i erori de un',i. %roarea de tensiune se nume"te diferenţa dintre #aloarea apro$imati#ă a tensiunii primare @ $ % care se stab stabil ile" e"te te prin prin mă măsu sura rare reaa tens tensiu iuni niii secu secunda ndare re "i #a #alo loar area ea 2
n
real realăă a tens tensiu iuni niii prim primar aree #aloarea reală.
$ 1 ;
∆$ =
e$primată !n procente din
%$ 2
− $ 1
$ 1
1
%roar roaree de un un', ',ii se nu nume me""te un un', ',iu iull dint dintre re fazorul tensiunii secundare rotit cu 1 'rade "i fazorul tensiunii primare. %rorile unui sunt determinate de construcţia lui "i depind de sarcină; de tensiunea aplicată "i de frec#enţă. 7entru sau stabilit patru clase de precizie ;2H ;5H 1H 3. 7uterea unui 6eoarece erorile unui depind de sarcină; puterea lui trebuie raportată la o anumită clasă de precizie. precizie. 7rin puterea nominală a unui se !nţele'e puterea care corespunde clasei clasei de precizie celei mai mari. mari. %$. &K) &K) trifazat trifazat @al 2ilea 2ilea pentru pentru monta( interior @& cu izolaţie de ulei @KH puterea nominală ;5 1 3 15 32 7uterea ma$imă- )4DA. 1.3. Construcţii ale transformatoarelor de tensiune se construiesc uscate sau cu uleiH izolaţia uscată a#ea !n trecut utilizare restr*nsă p*nă la tensiunea de
)D. Azi se utilizează izolaţia uscată p*nă la 35D. /ai des !nt*lnite sunt transformatoarele cu ulei. În cu ulei cu tensiune de p*nă la 35D; miezul se introduce !n cu#ă metalică sudată din tablă de 89 rotundă sau o#ală. 7entru tensiuni nominale de 11D "i mai mari; de construcţie normală; !n cu#ă metalică din ulei are dimensiuni mari; care sunt determinate !n primul r*nd de distanţele de izolaţie "i de rezistenţă mecanică. Costul unui astfel de este mare. 6atorită acestui deza#anta(; pentru tensiuni de 11224D se construiesc transformatoare !n cascadă; !n cu#e de porţelan. Circuitele ma'netice ale unui !n cascadă sunt izolate faţă de păm*nt "i unul faţă de altul. 6e fiecare circ circui uitt ma ma'ne 'neti ticc se lea' lea'ăă pu punc nctu tull mi(l mi(loc ociu iu co core resp spun unză zăto torr !nfă"urării primare. Astfel; izolaţia !nfă"urării primare se poate calcula pentru (umătate din tensiunea unui element. iecare element are !nfă"urări au$iliare de le'ătură; le'ate !n opoziţie cu !nfă"urarea corespunzătoare a elementului #ecin. Rolul !nfă"urărilor de le'ătură este de a e'aliza tensiunile !ntre elementele cascadei.
_iblio'rafie G. =orto rtopan; Aparat rate electrice; %ditura didactică "i peda'o'ică; _ucure"ti < 1)+H _. =er"co#ici; Aparate electrice de !naltă tensiune; %ditura te,nică; _ucure"ti < 1+H _. /at, /at,ee ". a.; a.; Înce Încerc rcar area ea ap apar arat atel elor or elec electr tric ice; e; %dit %ditur uraa te,nică 1+)H
&. uciu ; _azele ec,ipamentelor electrice; %ditura acla < 1H Al. elisc,i ". a.; %c,ipamente electrice < Îndrumar pentru lucrări de laborator "i aplicaţii practice; Kni#ersitatea 7olite 7olite,ni ,nica ca _ucure _ucure"ti "ti;; Cated Catedra ra Centra Centrale le electr electrice ice < 14H /. Adam ".a.; %c,ipamente de comutaţie "i izolaţia reţelelor electrice; %ditura AG&R; _ucure"ti < 21H [. /osc /osc,; ,; [. =aus =ausc, c,il ild; d; &zol &zolaţ aţii ii de !nal !naltă tă tens tensiu iune ne !n ,e$a ,e $afl fluo uoru rură ră de sulf sulf;; %dit %ditur uraa e,n e,nic ică; ă; _uc ucur ure" e"ti ti;; 14H &. 6else'a; Încercarea aparatelor "i ec,ipamentelor electrice; imi"oara; %ditura =elicon A. &one &onesscu; Derif erific icaarea rea apa para rata ta((ului ului prima rimarr din din staţii aţii electrice "i posturi de transformare; %ditura e,nică; _ucure"ti < 13
