Aparate Electrice Subiecte Facute

  • View
    195

  • Download
    8

Embed Size (px)

Text of Aparate Electrice Subiecte Facute

4.ProblemacontactelorelectricenconstruciaifuncionareaAEC.Contacte electrice i magnetice de calitate Problemacontactelorelectrice,(referindu-selaloculdeatingerentredoupiesemetalice princaretrececurentulelectric),cuprivirelaconstrucia,funcionareaiexploatareaAE,se manifestdefaptdatoritfaptuluiclegturaelectricntreacestedoupiesedecontactnuse realizeaz prin ntreaga suprafa aparent de contact, ci printr-o suprafa real de contact. Raportulntresuprafaaaparentdecontact(seciuneatransversalacii de curent adesea) i suprafaa real de contact este de ordinul a 103 105 Principalii factori de influen asupra calitii contactelor electrice sunt: .-natura materialului pieselor de contact; -forma pieselor de contact i gradul de prelucrare mecanic a suprafeelor pieselor de contact; -fora de apsare exercitat ntre cele dou piese de contact. Principalacerinpentruuncontactelectricdecalitateestecavaloarea rezisteneidecontactsfiectmaimicsau,macroscopicimsurabilnfapt, cderea de tensiune pe contact s fie ct mai mic. Principaleleciprincares-ancercatobinereaunorcontacteelectricede calitate sunt: 1)alegereariguroasamaterialelorpieselordecontact:avndnvedere expresiarezisteneidestriciune,Rs0,acontactuluielementar,v.rel.2.1,cao componentarezisteneitotaleacontactuluielementar,Rc0,ceconsideri rezistena pelicular, Rp0 : 0 p 0 s 0 c 0 s R R R ,a 2R + == 2)alegereaconvenabilaformeipieselordecontact,adaptatnprincipal valoriicurentuluinominaldarifunctionalitiiAE:pentrucureninominalimici seacceptcontactedetippunctiform,darpemsurceacestevaloricrescse ncearc realizarea unor contacte liniare sau de suprafa 3)osoluiemaiinteresantncoreprezintspecializareafuncionala diferitelorzonealecontactului,nconcordancuintervenialornprocesulde deconectare 4) realizarea unor contacte electrice pentru care suprafaa aparent de contact s fie egal cu suprafaa real de contact Soluiapentruarealizacontactemagneticedecalitateestedeobiceiprelucrareamecanic ngrijitasuprafeelordecontactmagnetic,pnlarectificare,astfelnctnumrulpunctelor elementaredecontactcreteireluctanamagneticechivalentcontactuluiscade,deoarecede obicei asemenea circuite magnetice presupun deja mbinri ntre care se exercit fore de apsare importante 5.ProblemacomutaieielectricepentruAECdec.c.Modelul balonului Schem de principiu cu privire la comutaia AE Intr-oprimaproximaie,deconectareaacestuicircuitdecurentcontinuu,sursade alimentareesteu(t)=U=const.,poateasimiladeschidereacontactuluiKalAECcu intervenia,nloculacestuia,auneirezisteneelectrice,rK( )p00 k kttr t r||.|

\| =(t),caracterizatdeoevoluie rapid cresctoare n timp, descris de o relaie de forma: unde rK0 reprezint rezistena contactului K pentru momentul t = t0, cu t0 momentul de desprindere a pieselor de contact, iar p un exponent supraunitar Gradul de comutaie, , ca raport ntre RK max i rK0, cu valori obinuitepentru comutaia cu contacte de ordinul 1010 - 10140 kmax krR = : Rezistena echivalent de comutaie Corespunztoracesteicomutaiiideale,valorilecurentuluidincircuitscadpractic instantaneu, n momentul desprinderii pieselor de contact, de la valoarea nominal: RUIn = ,(2.6) la zero, fr fenomene secundare de comutaie. Dupcretereatensiunepecontact,UK(t)pesteoanumitlimitseamorseazarcul electricdecomutaie,pentruoduratdat,taIntreruperearealacircuitelordecurentcontinuudecurgedecintr-untimpde deconectare,t,acruistingerevalideaznfaptntreruperea circuitului. d,msuratdelacomandadentreruperepnlavalidareaacesteia,ceincludei timpul de arc, ta, deci cu ntrziere, timp n care n zona contactelor se disip o energie, Wcom( ) ( ) dt t i t U Wdt0K com =: DesigurpentruAECperformante,attvaloriletdctivalorileWcomPractic,nconstruciaAECdecurentcontinuu,sefaceuncompromisntrevitezade scdere a curentului, de dorit ct mai mare, i nivelul supratensiunii U,suntdedoritct maimici.PerformaneledecomutaieelectricaleAEsuntinfluenatefirescdeprincipiul constructiv al camerei de stingere, dar i de natura i parametrii circuitului n care sunt incluse. KSe accept adesea evoluia n timp a curentului continuu la deconectare, i(t), descris de expresia: * pe care acestea trebuie s o suporte, tiut fiind faptul c materialele izolante sunt scumpe, iar calitatea lor se resimte att n gabaritul, ct mai ales n preul ansamblului. Se spune adesea c problema comutaiei pentru AE de curent continuu reflect deplin modelul balonului, deoarece dac se impun viteze prea mari de scdere a curentului la ntrerupere, balonul se umfl n alt loc, prin supratensiunile de comutaie, ce cresc i impun reconsiderarea izolaiei i chiar a preului de cost. ( )(((

||.|

\| =ndntt1 I t i ,(2.14) ncareI nestecurentulnominaliniial,nuncoeficientcecaracterizeazperformanelede comutaie ale AE, iar tdSemnalmfaptulcntrerupereacircuitelordecurentcontinuupresupunescderea valorilor curentului sub o limit critic, fie prin intervenia n circuitul exterior AEC, fie doar pe seama creterii distanei dintre piesele de contact, deci n fapt a lungimii arcului electric, cum este de obicei cazul pentru AEC de joas tensiune. In plus sunt considerate performante AEC de curent continuu pentru care valorile energiei de comutaie, W timpul de deconectare.com, nu depesc (2 4) Wmagn , 6.ProblemacomutaieielectricepentruAECdec.a.Posibilit ide realizare a comutaiei fr arc electric pentru AEC Problema comutaiei electrice pentru AEC de curent alternativ (monofazat), sepoateexaminaapelnddeasemenealaschemadeprincipiudinFig.2.7,dar considerndc,nloculcontactuluiKcesedeschide,intervineoimpedanZ(t), cepoatefidenaturrezistiv,inductivsauinductanreal(RL),rapid cresctoarentimp,asigurndfieechivalentulcomutaieiideale,canFig.2.10, undeamconsiderattotuiorezistenRKTrebuie semnalat doar faptul c n cazulAEC de curent alternativ, trecerile naturaleprinzeroalecurentului,ceevolueazarmonicnregimnormalde exemplu, faciliteaz deconectarea prin aceea c valorile acestuia scad sub o valoare critic(maimaredectncazulcurentuluicontinuu),isepunepracticdoar problema de a mpiedica reamorsarea arcului electric n semiperioada urmtoare a tensiuniisursei.Totuifenomeneledentreruperedecurgdiferitdupnatura circuitului, cu deconectare de obicei naintea trecerii naturale prin zero a curentului ncazulcircuitelorrezistivesauinductivereale(celemaifrecventutilizate),dar dup trecerea natural prin zero a curentului n cazul circuitelor capacitive. (t),fieechivalentuneicomutaiireale, cumsentmpldeobicei.Observaiileanterioarecuprivirelacomportarea circuitelorinductiverealencazulcurentuluicontinuu,cuposibilaapariieaunor supratensiuni de comutaie, rmn valabile. Fig. 2.10: Deconectare ideal pentru AEC de c.a., normal sau sincronizat ExistastfeldouaspectedistinctenlegaturcufuncionareaAECde curent alternativ la deconectare: -un prim aspect apeleaz n principal la alungirea coloanei de arc electric de comutaie,peseamadeplasriicontactelormobile,pncndtensiunea necesarreamorsriiarculuielectricnsemiperioadaurmtoareuneitreceri naturaleprinzeroacurentuluidepetetensiuneadisponibilasurseide alimentare; este de obicei cazul AEC de joas tensiune; -unaldoileaaspectvizeazinterveniaenergic,nsensuldeionizriizonei dintre piesele de contact, n timpul pauzei de curent, (ce se manifest dup stingerea arcului electric ntr-o semiperioad pn la reamorsarea acestuia n semiperioada urmtoare); cnd aceast intervenie este eficace se produce o deconectare reuit i se obine ntreruperea circuitului; este de obicei cazul AEC de nalt tensiune. Nu trebuie neglijat faptul c viteza mare de desprindere a contactelor AEC la deconectarefavorizeazntreruperea,attncurentcontinuuctincurent alternativ. S-auremarcatncercriderealizareacomutaieifrarcelectricpentru aparateleelectricedecurentcontinuu,lajoastensiune,prinuntareacontactelor acestoracucondensatoaresauansamblurirezistencondensator,convenabil calibrate. Deconectarea fara arc electric nceputs-auremarcatncercriderealizareacomutaieifrarcelectricpentru aparateleelectricedecurentcontinuu,lajoastensiune,prinuntareacontactelor acestoracucondensatoaresauansamblurirezistencondensator,convenabil calibrate, aa cum se poate observa n Fig. 2.11.Fig. 2.11: Realizarea comutaiei fr arc electric la mic putere (AE de c.c.) 10. Problema comutaiei magnetice Aceast problem intervine n legatur cu faptul c n construcia AEC intervin, n mod obinuit,circuitemagnetice,(bobinecumiezferomagnetic,electromagneietc.),pentrucare stareademagnetizareamiezuluiseschimb;noinumimaceastschimbarecomutaie magnetic, ce poate fi direct dac evolueaz n sensul creterii valorilor induciei magnetice i invers n caz contrar. Cu privire la comutaia magnetic Comutaiamagneticpresupunemodificrialeenergieimagneticenmagazinaten miezulferomagnetic,caredecurgntimp,decicuntrziere,ceeacepresupuneuntimpde comutaie magnetic. Dac se consider comutaia magnetic direct, la conectare n fapt, aceasta corespunde schimbrii punctului de funcionare pentru circuitul magnetic (ignornd histerezisul) =01 0 m d i W .(2.23) In cazul schimbrii punctului de funcionare =21d i W2 1 m.(2.24) Aceste modificri energetice decurg n timp, cu ntrziere. Fig. 2.25: Circuit inductiv real referitor la comutaia magnetic DacseconsidercircuitulinductivrealdecurentcontinuudinFig.2.25,undeL reprezintinductanauneibobinecumiezferomagnetic,ecuaiacare-idescriefuncionarea,la conectarea AEC, este n prima aproximaie de forma: ( ) 0 0 i , U i RdtdiL = = + ,(2.25) i are soluia, i(t), acceptat de obicei de forma: ( )RUI , e 1 I t inTtn= |.|

\| = ,(2.26) Practic evoluia n timp a mrimilor magnetice ce caracterizeaz miezul feromagnetic n timpul comutaiei magnetice directe este descris de ecuaia: ( ) ( ) | |0H t H B rdtdB = ,(2.27) unde r (B) este o funcional a crei expresie ine seama de efectul curenilor turbionari, respectiv de histerezis, iar H0Comutaia magnetic poate decurge i invers: valoarea iniial a intensitii cmpului magnetic din miezul considerat. 2 1 m 1 2 mW d i W12 = = ,(2.28)

respectiv la deconectarea AE, cnd energia disponibilizat este Wm 1-0 : 1 0 m0 1 0 1 mW d i W = =. (2.29) . Aceastenergietindesrevinnapoictresursadealimentare,i,lanivelulAEC,se manifestmacroscopicprinsupratensiunidecomutaie,cetindscreascduratadearderea arculuielectricncameradestingereaacestora,ncazulcircuitelorinductive(reale)fade circuitele pur rezistive. Intervenia histerezisului n procesul de comutaie magnetic se manifest n concordan cu pierderile de energie prin histerezis, ilustrate obinuit prin limea ciclului de histerezis. Reducereapierderilordeenergienmiezulferomagneticreprezintdecisoluiadea ameliora comutaia magnetic i deci de a reduce timpul de ntrziere magnetic. 11.Problemacomutaieimecanicenconstruciai funcionarea AEC AceastproblemsemanifestnlegturcuexistenanconstruciaAEC cucontacteaunordispozitivedeacionare,DA,care,laocomanddat,de conectaresaudedeconectare,asigurschimbareastriidemicareaunor ansamblurimobile,ceincludcontactelemobile,nsensulnchideriisaual deschiderii circuitului. Se realizeaz astfel, la comand i n timp de dorit ct mai scurt, transformarea energiei poteniale a surselor de energie din construcia DA, n energiecineticaansambluluimobililucrumecanicalforelordefrecare.In plus, n cazul funcionalitii de ntreruptor a AEC, DA trebuie s fie sensibile la aciuneaunorelementespecializatedeprotecie,astfelnctcuenergiictmai mici,corespunztoareunordimensiunidegabaritredusealeacestorelemente,s fieposibilefectuareacomenziidedeconectare,prioritarpentruasemenea AEC.Comutaiamecanicpresupunemodificrialeenergieicomponentelor AEC idecidecurgentr-untimpnumittimpuldedeconectarerespectivtimpulde acionare. Aceste cerine funcionale impun construcii specifice pentru DA ale AEC care favorizeaz comutaia mecanic. In acest sens DA ale AEC sunt realizate cu cuple cinematice, prghii i legturi cinematice, care adesea prezint poziii de punct mort, asociate cu una sau ambele pozitii extreme ale contactelor mobile, de obicei cu poziia conectat. Intervenia elementelor de protecie asigur doar eliberarea DA din poziia de punct mort. CelemairspnditeelementecinematiceutilizatenrealizareaDAaleAE dejoastensiunesunt:mecanismulbiel-manivel,mecanismulpatrulateri mecanismul cu culis. DispozitiveledeacionarealeAECdenalttensiunesuntmaicomplexe, adesea cu micare spaial a elementelor componente, dar respect aceleai cerine funcionale i particulariti constructive. SubliniemfaptulcrealizareaunorAEperformantedinpunctdevedereal comutaiei,trebuiesconsideretoateaspecteleacesteiproblemeidoarprin armoniasoluiilorpentrufiecareaspectnparterezultvarianteconstructive reuite, cu preuri minime. 12. Problema izolaiei n construcia i funcionarea AE AceastproblemintervinedatoritexisteneinconstruciaAECaunor elemente izolante din punct de vedere electric, magnetic i chiar mecanic. 2.3.1. Problema izolaiei electrice Aceastproblemsereferlaelementeledetipizolatorelectricceintervin n construcia i funcionarea AE. Izolatorii folosii n construcia AE pot fi: gazoi, lichizi sau solizi. Izolatorii gazoi sunt ilustrai prin aer de exemplu, dar i prin SF6, eventual namesteccuN2Izolatorii gazoi sunt caracterizai prin foarte bune caliti dielectrice dar mai ales prin stabilitatea n timp a acestor caliti. De aceea aerul a fost ales ca etalon al tensiuniidestrpungere.Impuritileimaialesumiditateaaltereaznsaceste caliti..Totmediugazospoateficonsideratividulavansat,alecrui caliti dielectrice sunt exploatate n construcia ntreruptoarelor de nalt tensiune cu comutaie n vid. Cretereapresiuniigazuluifolositcaizolatoresteunfactorfavorizantdin punctdevederealcalitilordielectrice,nsimpuneconstruciinchiseietane alecamereidestingere,caincazulviduluiavansat.Inplus,ncazulutilizrii SF6Pentruaerdeexemplu,semnalmcntreruptoarelecuaercomprimat, printrecelemaiperformantedinpunctdevederealcomutaieielectrice, funcioneaz la presiuni de (2030) atmosfere.caizolatorgazos,presiuneanupoatedepsianumitelimite.Inmodobinuit pentruacestmediuizolatorgazospresiuneadefuncionareestedecirca6 atmosfere.Izolatoriilichizi,(apa,uleiuldetransformatoretc.),aufoartebunecaliti dielectrice,nstarepur,daracesteanusuntstabilentimpisuntsensibilela prezenaimpuritilor.Seimpunedeci,dacizolatorullichidesterecirculat, filtrareaacestuiadeimpuritiinlocuireatotaldupunanumitnumrde manevre.In cazul apei utilizate drept izolator lichid, (eventual n amestec cu glicerin i alcool pentru funcionarea n condiii de exterior). Pelngpuritateanecesar,ncazulizolatorilorlichizi,adeseamediude stingere dar i de izolaie, trebuie asigurat un anumit nivel. Izolatorii solizi pot fi anorganici sau organici. Izolatoriianorganici,detipsticl,ceramicetc.,aufoartebunecaliti dielectrice,darsuntpreasensibililaaciuneafactorilorfizici(variaiide temperatur,ocurimecanice),carepotprovocafisuri,ncareseacumuleaz impuriti i care devin obinuit trasee posibile de conturnare. Izolatoriiorganici,deobiceidetipmacromoleculeobinuteprin polimerizare, au foarte bune caliti dielectrice dar aceste caliti nu sunt stabile n timp. Prezena cmpului electric i a nclzirilor, fireti n funcionare, pot stimula continuareaunorprocesedepolimerizare,ceconducfinallacompuicenuau aceleaicaliticumaterialuliniial.Odepirecunumai5Catemperaturii admisibile de funcionare njumtete durata de via a unor asemenea izolatori. AlegereacorectamaterialelorelectroizolantenproiectareaiconstruciaAECeste o problem foarte important, izolaia electric depseste de obicei 30% din costul ansamblului n cazul AEC de nalt tensiune. 2.3.2. Problema izolaiei magnetice Aceast problem se pune n legtur cu existena circuitelor magnetice n construcia AEC i presupune att evitarea perturbrii bunei funcionri a altor subansambluri, ct i evitarea influenelor reciproce dintre circuite magnetice vecine. Necesitatea asigurrii izolaiei magnetice se evideniaz att n regim staionar ct mai ales n regim tranzitoriu de funcionare a AE, i presupune de obicei creterea distanelor de izolaie magnetic. Aceasta conduce ns la dimensiuni de gabarit prea mari pentru ansamblul AE, stiinduse ca cel mai bun izolator este aerul. Din aceast cauz rezolvarea problemei izolaiei magnetice apeleaz n plus la poziii favorabile ale circuitelor magnetice vecine, de obicei ortogonale. 2.3.3. Problema izolaiei mecanice Aceasta problem este abordat i se refer la construciile nchise de AEC, prevzute s funcioneze n condiii speciale (mediu exploziv, coroziv, cu intervenia unor picturi de ap sau a prafului de exemplu, etc.). Pentru asemenea condiii se realizeaz AEC amplasate n carcase etane sau antiex de exemplu, caracterizate printr-un anumit grad de protecie. 13. Problema siguranei n funcionare a AE Aceast problem se refer la faptul c AE sunt defapt sisteme, constituite din elemente, astfel nct buna funcionare a fiecruia condiioneaz exploatarea n siguranaansamblului.ElementelepotfiderangulIsauderangulII.Astfel, drept elemente de rangul I semnalm cile de curent cu contactele aferente, camera de stingere, dispozitivul de acionare etc. Componentele dispozitivului de acionare de exemplu, prghii, resorturi elastice etc., reprezint n fapt elemente de rangul II. EvenimentulprincareunelementdinconstruciaAE,casistemn ansamblu,trecedinstaredebunfuncionare,(valid),nstaredenefuncionare, (de defect), se numete cdere, sau defectare. De menionat c nu orice cdere a unui element conduce la nefuncionarea aparatului, dar adesea performanele sale sunt compromise, mcar parial. Cderile elementelor din construcia AE pot fi independente sau dependente (ca urmare a altor cderi), aleatoare sau previzibile.Cderileprevizibilepotfianticipatedacseanalizeaz,cumijloacele statisticii matematice. Se poate astfel defini rata(sau intensitatea) de manifestare a cderilor pentru un element sau pentru un ansamblu P(t) = e -t Fig. 2.31: Rata de manifestare a cderilor Inprimaperioad,detineree,cderilesuntfrecventeiprobabilitateade bun funcionare este sczut, ceea ce justific necesitatea rodajului elementelor. Urmeazoadouazon,dematuritate,undevalorilesuntsczutei aproximativ constante, ce corespunde exploatrii normale a AE pe durata timpului de bun funcionare, TfOatreiazon,debtrneesaudeuzur,evideniazcreteriimportante ale parametrului , i deci cderi probabile i frecvente.. Uzura AE poate fi fizic sau moral. In cazul uzurii fizice pentru meinerea nfunciuneasistemuluicucareseasimileazAEseapeleazlanlocuirea elementuluiafectatdefuncionareaanterioarsauchiaraansambluluiAE.Uzura moral impune o alt atitudine, concretizat n reproiectarea elementului respectiv sauaAEnansamblu,rezultndconstruciimaiactualeieventualmai performante. 2.4.1. Structura AE din punct de vedere al siguranei n funcionare Concepia i construcia AE poate apela la o structur a elementelor componente de tip serie, derivaie (cu rezervare sau redondant) sau mixt. In cazul structurii serie, Ps

(t), va fi: Ps(t) = P1(t) P2(t) Pn(t) = e - (1 + 2++ n) t ,(2.32) Realizarea deAE cu structur serie a elementelor presupune utilizareaunor componente de calitate ct mai bun i n numr ct mai mic. Construciile sigure cer deci n acest caz elemente sigure i n numr ct mai redus. Structura paralel a elementelor din construcia AE, numit i cu rezervare sauredondant,sereferlacomponenteleconsiderateslabedinpunctde vederealsiguraneinfuncionare,(cumsuntcontacteleelectrice,bobinele electromagneilor etc.), pentru care se prevd m elemente de rezerv, astfel nct se pot realiza ansambluri sigure folosind elemente nesigure, probabilitatea de bun funcionare rezultant fiind: P*(t) =1 -[ 1 Pk(t) ] m+1 > Pk (t) .(2.33) Soluiaestedesigurscump,prinutilizareaunorelementesuplimentare,i conduce la dimensiuni de gabarit mai mari, dar evit cheltuielile de cercetare. StructurarealaelementelornconstruciaAEestedefaptmixt,cu utilizarea unui numr ct mai mic de elemente serie i de calitate ct mai bun dar i cu rezervarea raional a elementelor slabe, astfel nct probabilitatea de bun funcionare a ansamblului este: PAE = Ps(t) P*(t) = e -AE t. (2.34) AEcaansambluesteastfelcaracterizat,caparametrunominalchiar,deo rat global de manifestare a cderilor, AE . 18. Ecuaia de bilan termic n funcionarea AE Dac se asimileaz fluxul termic total, t, cu puterea atribuit surselor termice ce intervin nfuncionareaAE,egalcu(Ks P)pentruciledecurentaleacestora,ecuaiadebilan termic,este: KsPdt = KtSr dt + m c d, P = R I2, (3.36) unde (KsPdt) reprezint contribuia surselor termice pentru intervalul infinitezimal de timp, dt, (Kt Sr dt) reprezint energia termic transferat mediului ambiant prin suprafaa de rcire Sr, la supratemperatura , cu coeficientul de transmitere a cldurii de valoare KtCPCAdtd*= + i n timpul dt, iar (m c d)esteenergiatermicutilizatpentrucretereacudatemperaturiipropriiaciide curent de mas m, realizat dintr-un material avnd cldura specific c. Relaia de mai sus se poate scrie i sub forma: (3.37) Dac n plus se definete constanta de timp T a fenomenelor legate de evoluia temperaturii acestei ci de curent, i supratemperatura maxim a acesteia, max AP,ACT*max= = : ,(3.39) dispunemdefaptdemrimilececaracterizeazfenomeneletermicetranzitoriiceintervinn functionarea AE. 3.4.2. Soluii ale ecuaiei de bilan termic i regimuri termice tipice Considernd condiia iniial corespunztoare nclzirii acestei ci de curent, la conectare, (0) = 0, soluia ecuaiei difereniale (3.37) este de forma : (t) =max ( 1 e t / T ),(3.40) i descrie o evoluie n timp a supratemperaturii cii de curent de forma indicat n Fig. 3.4a. a) b) Fig. 3.4: Evoluia n regim tranzitoriu a supratemperaturii AE Corespunztorprocesuluitermicdercirea ciidecurent, ladeconectareaAE,condiia iniial pentru ecuaia diferenial (3.37) este desigur (0) = max , astfel nct soluia acesteia se scrie : (t) =max e- t / T ,(3.41) ce este ilustrat n Fig.3.4b, i sugereaz normal scderea valorilor supratemperaturii n timp. De menionat faptul c, dei expresia constantei de timp a celor dou procese termice, de nclzireirespectivdercireaciidecurent,esteaceeai,experimentals-auobinutvalori diferite. Examinndcurbele(t),datenFig.3.4,seconstatcsepoatevorbidespreunregim termic tranzitoriu ,(denclzirerespectivdercire),peduratacruiavalorile supratemperaturiisemodificnraportcutimpul,acruiduratesteobinuitapreciatla4T, unde T este constanta de timp termic, v. rel.(3.39). InfuncionareaobinuitaAEadeseaintervinconectriideconectrisuccesive,cu durate inferioare valorii constantei termice de timp, T, deci regimuri termice ciclice. 26. Caracteristica de protecie b) Fig. 3.14: Cu privire la caracteristica de protecia termic -dependena tk(IkCaracteristica de protecie indic valorile limit ale timpului dup care se impune deconectarea curentului I),nfaptt(I),corespunztoaresupratemperaturii admisibile considerate pentru calea de curent kDacseconsiderdependenarezistivitiielectriceamaterialuluiconductor, scrisa sub forma : , pentru a evita supranclzirea cailor de curent. ) 1 ( ) ( + =a ,(3.114) undeareprezintrezistivitateaelectricamaterialuluiconductorlatemperatura ambiant,a ,coeficientuldevariaiealacesteiacutemperaturaiar- supratemperatura cii de curent, ecuaia de bilan termic pentru o cale de curent de perimetruq,seciunetransversalS,delungimel,realizatdintr-unmaterialde densitate i cldura specific c, rezulta : d c l S dt l q K dtSI l ) 1 (t20 + = + ,(3.115) j fiind densitatea de curent. SeconstatcuuurincvalorileasuntmaimicidectvalorileT-1ce intervin n ecuaia de bilan termic pentru cile de curent atunci cnd se consider ( )=ct.Rezultandinfinalsupratemperaturimaimaridectceleestimate anterior, *max > max, v. Fig. 3.15. Fig. 3.15: Inclzirea cilor de current ale AE considernd dependena rezistivitii materialului conductor cu temperatura Inplusseconstatcvalorileapotfipozitive,nulesauchiarnegative. Rezultdecic,dacseconsiderdependena) ( ,caracteristicadeproteciea cii de curent, se modific mai ales n domeniul curenilor mari, deci al densitilor de curent mari, depind o valoare critic: cr0tjSq Kj = > ,(3.118) undejcr reprezintovaloareconvenional critic adensittiidecurent, putndu-se defini i o valoare critic a curentului: S j I cr cr = .(3.119) ValorilecurentuluinominalpentruciledecurentaleAE,ichiarvalorile maxime ale acestuia n funcionare sunt mai mici dect curentul critic. 30. Solicitri electrodinamice ale AE n regim de defect Acestesolicitrimecanicesemanifestdatoritinteraciunilordintrediferitele componentealeAE,parcursedecurentiuncmpmagnetic,adeseaprodusdeuncurent, eventual chiar acelai. 4.2.1. Forte electrodinamice ntre ci de curent paralele Vomconsideraunconductorparcursdecurentuli,situatntr-uncmpmagneticde induciemagneticB, orientat astfel nct acesta face unghiul cu elementul de lungimedl . Interaciunea de tip for electrodinamic elementard F ce se manifest asupra poriunii dla cii de curent se poate evalua folosind relaia : d F= I ( dlxB ), dF = B I dlsin(4.20) Seremarcfaptulcaceastinteraciuneestemaximpentruvalorialeunghiului multiplu impar de 2. Fig.4.5: Cu privire la evaluarea forelor electrodinamice Pentruacalculaforatotalceacioneazasupraconductoruluidelungimelsepoate folosi relaia de forma : =l0dl sin i B F .(4.21) Determinarea solicitrilor electrodinamice ce intervin ntre componentele AE parcurse de curentisituatentr-uncmpmagnetic,apeleazadesealateoriaforelorgeneralizate(detip Lagrange), considernd energia cmpului magnetic, Wm , de form general : 2 1 12222211 m I I M I L21I L21W + + = ,(4.22) unde interaciunea Fx este : FxxWm =,(4.23) i se poate datora inductanei L1, inductanei L2, inductivitii mutuale M12 , sau tuturor acestora. Fig.4.6: Fore electrodinamice ntreci de curent paralele, filiforme, infinit lungi In cazul a dou ci de curent paralele, parcurse decureniiI1irespectivI2,seconsiderelementele dxpeconductorulparcursdecurentulI2irespectiv dypeconductorulparcursdecurentulI1r.Vectorulce definete poziia elementului dy n raport cu dx este, astfelnctseprecizeazunghiulicorespunztor lungimii l a celor dou ci de curent, unghiurile limit n raport cu dx, 1 i 2 . Considernd distana a dintre conductoareicoordonatelexrespectivy,v.Fig.4.6, ce precizeaz poziia elementelor dx i dy, se pot scrie relaiile : cos1) (22x lax l += cos 2x ax2 2+=.(4.24) Elementul de lungime d y , parcurs de curentul I1r, genereraz la nivelul elementuluidx, corespunztor vectorului de poziie, un cmp magnetic de inducie d B : 21 031 0rsin dy4IdB ,rr y d4IB d == .(4.25) Valoarea total a induciei magnetice, B, generatede conductorulparcurs de curentulI1 n zona elementului dx, va fi : =l021 0rdy sin4IB ,(4.26) i deci fora electrodinamic elementar, dFx : ( )dx cos cos I Ia 4dx I B dF 2 1 2 102 x + = = .(4.29) Fora electrodinamic de interaciune dintre cele dou conductoare de lungime l rezult : ( )((

+ = =lala1al 2I I4dF F22 10 l0x,(4.30) ce pune n eviden un coeficient de form, KflalaKf + = )2( 1 : ,(4.31) alecruivalorisuntpracticegalecuunitateadaca> ). Fig. II-28 : Diagrama fazorial cu privire la funcionarea spirei ecran Fluxurilemagneticerezultantenzonaecranat ,respectivnzonaneecranatapieselor polare, 1 ei 2 e , genereaz componente medii i oscilante ale forei de atracie inegalitatea final fiind tocmai condiia de eliminare a vibraiilor armturii mobile.Incazulelectromagneilortrifazaidecurentalternativ,careserealizeazdeobiceicu circuitemagneticeE-IsauE-E,v.Fig.II-30,pentrufiecaredintrefazelesurseidealimentare extst cte o bobin, amplasat pe una dintre coloanele miezului feromagnetic, cele trei bobine, identice, genernd firesc trei fluxuri magnetice defazate ntre ele cu (32): (II-110) astfel nct, fr a se utiliza spire ecran, fora rezultant de atracie, F(t), va fi: . constS 43) t ( F ) t ( F ) t ( F ) t ( Fo2T S R= = + + =, (II-112) Fig. II-30 : Vibraia armturii mobile la electromagneii trifazai Vibraia armturii mobile pentru electromagneii trifazai se poate obine doar ca o rotaie n jurul centrului de greutate al armturii lor mobile (O), n plan vertical, dac coloanamedian reprezintunpunctdesprijin.Evitareamanifestriiacestorvibraii,presupunerealizarea coloaneimedianecucirca0,5[mm]maiscurt fadecoloanele laterale,pecaresevasprijini deci armtura mobil, fr ca aceasta s vibreze. Eliminareavibraiilorarmturiimobilelaelectromagneiseobineiprinalimentarea acestoracutensiuneredresat,cndcomponenteleoscilante,maimicidectcelemedii,permit obinerea unor valori nenule ale forei rezultante de atracie. Trebuiesemnalatfaptulc vibraiilearmturiimobileaelectromagneilordecurent alternativpotfiuneoriutile,cumsentmpl ncazulrealizriivibratoarelorelectromagnetice, carefuncioneazunitactsaubitact.Pentruaobinefuncionareacuofrecven dife rita vibraiilor, va trebui folosit o surs de alimentare convenabil. 78. Contactoare,Definitie ,parametric nominali,regimuri de functionare Contactorul electromagnetic este definit ca un aparat de comutatie mecanica, actionat altfel decat manual, electromagnetic,cu o singura pozitie de repaus, capabil sa stabileasca, sa suporte si sa intrerupa curenti nominali si curenti mai mari decat cei nominali, dar care apar in mod normal, dar care apar in mod normal cum sunt curentii de pornire ai motoarelor electrice. Contactorul este destinat a efectua un numar mare de comutatii in sarcina si un numar si mai mare de comutatii fara sarcina. Dupa felul retelei in care functioneaza, contactorul poarta denumirea de contactor de curent alternativ sau contactor de curent continuu. Contactorul poate fi construit cu contactele principale normal deschise sau normal inchise. In ultimul caz a[aratul se mai numeste si ruptor.Contactul normal deschis este contactul care se afla deschis cand aparatul este in pozitia de repaus, in absenta excitatiei, adica in lipsa curentului, in bobina de excitatie a contactorului.Contactul normal inchis este contactul care se afla inchis cand aparatul este in pozitie de repaus, in absenta excitatiei. Constructia electromecanica Din punct de vedere constructive, contactorul este alcatuit din urmatoarele elemente componente: -organul motor constituit dintr-un electromagnet -polii principali reprezentati prin caile de curent, in bobine, contacte si camera de stingere -polii auxiliari -caracasa aparatului Constructia contactorului Contactoarele sunt definite ca aparate electrice de comutatie cu o singura pozitie de repaos, actionate altfet decat manual, capabile sa conecteze, sa suporte si sa deconecteze curentii normali din circuitul in care sunt montate, inclusiv suprasarcinile de serviciu. Principalele elemente ale contactorului sunt: -Organul motor. Acesta asigura deplasarea elementelor mobile de contact determinand stabilirea contactului prin atingerea elementelor fixe de contact. Organul motor poate fi constituit dintr-un electromagnet(la contactoarele electromagnetice) dintr-un piston actionat cu aer comprimat (la contactoarele pneumatice) sau dintr-un ax motor prevazut cu came (la contactoarele mecanice-Polii principali. In componenta acestora intra bornele de intrare si iesire, contactele, puntea conductoare care asigura continuitatea circuijtului principal, contactele si camera de stingere. Numarul de poli principali este de 3 in cazul cand conductorul este utilizat in instalatii de c.a. si de 2 in cazul utilizarii in instalatiile de c.c. -Polii auxiliari. Sub aceasta denumire se inteleg contactele auxiliare care servesc la mentinerea sub tensiune a bobinei electromagnetului, semnalizare sau blocare de instalatii de actionari electirce automatizate. -Releele de protectie. Daca un conductor este utilizat si ca aparat de protectie el se echipeaza cu relee de protectie. In mod normal releul de protectie este de tip bimetal si serveste la protectia impotriva suprasarcinii in circuitele electrice care alimenteaza motoare asincrone. Sub actiunea suprasarcinii releul intrerupe un contact asezat in serie cu bobina contactului. -Carcasa aparatului. Aceasta este formata din piese izolante si metalice care asigura izolarea, ghidjul pieselor in miscare, fixarea aparatului in pozitie de functionare. Tinand seama de sursa de energie care asigura deplasarea contactelor mobile, se evidentiaza doua tipuri clasice de contactoare si anume: - contactoarele electromagnetice -contactoarele electropneumatice Contactoarele electromagnetice de c.a. se realizeaza de obicei cu miscare de translatie a armaturii mobile, in variante tripolare electric sau, cu rezervare, in variante tetrapolare, pentru stingerea arcului electric de comutatie folosindu-se principiul ruperii duble in camere de stingere cu grille metalice 79. Contactorul electromagnetic de curent continuu Acest aparat de comutatie electrica este folosit in tractiunea electrica si in instalatiile de actionari electrice. Din punct de vedere constructiv exista 2 variante in functie de principiul de stingere a arcului electric si anume: Contactorul cu miscare de rotatie, intrerupere simpla, la care se foloseste principiul contactului arcului electric cu peretii reci in vederea racirii si stingerii lui. Arcul electric este introdus in camera de stingere cu ajutorul suflajului magnetic. Contactorul cu miscare de translatie, intrerupere dubla, la care se foloseste efectul de electrod pentru stingerea arcului electric. Acesta este introdus in camera de stingere prin efectul de bucla al caii de curent si efectul de nise.In figura urmatoare este prezentatContactorul cu bloc de rupere si miscare de rotatie de curent continuu cu urmatoarele elemente componente: 1 element fix de contact, 2 element mobil de contact, 3 miezul magnetic al bobinei de suflaj, 4 infasurarea bobinei de suflaj, 5 pol magnetic, 6 resort pentru asigurarea fortei de apasare in contact, 7 camera de stingere, 8 rampa, 9 perete rece din azbociment sau cearamica, 10 -rampa, 11 - , 12 - , 13 - ,. Schita de constructie a acestui tip de contactor cu 3 variante de stingere si anume:a)pereti reci din pene de azbociment b)pereti reci din azbociment sau material cearamic, cu fanta ingusta c)pereti reci din cearamica cu fanta ingusta sicanata 80. Contactorul de curent alternativ Tehnicile clasice de comutatie se bazeaza pe deplasarea unor piese mobile de contact intre care se manifesta, ca un rau necesar, arcul electric de intrerupere, ce trebuie stins pentru a valida deconectarea circuitului respectiv. In aceste conditii evolutia a insemnat pe de o parte, perfectionarea continua a constructiei camerelor de stingere si a contactelor, atat ca forma geometrica cat si ca material si pe de alta parte, alegerea convenabila a mediului de stingere a arcului electric intr-o buna concordanta cu parametrii cinematici ce caracterizeaza miscarea contactelor mobile. Cerintele impuse in functionarea incintelor specializate din componenta aparatelor electrice de comutatie, in care are loc arderea si stingerea arcului electric si deci intreruperea propriu zisa a circuitului, numite camere de stingere, ce anunta preocuparile majore in cercetarea din acest domeinu, sunt: -durata minima de ardere a arcului electic;-energie minima disipata de coloana de arc in camera de stingere; -consum minim de materiale active la o intrerupere reusita; -efecte secundare de intrerupere (acustice si luminoase) cat mai reduse; -pret de cost cheltuieli de exploatare cat mai mici. Tinand seama de sursa de energie care asigura deplasarea contactelor mobile, se evidentiaza doua tipuri clasice de contactoare si anume: -contactoarele electromagnetice, cele mai raspandite, la care sursa de energie este, asa cum sugereaza chiar numele, un electromagnet de c.c. sau c.a. -contactoarele electropneumatice, la care sursa de energie este un fluid sub presiune ce actioneza asupra unui piston intr-un cilindru convenabil calibrat. Contactoarele electromagnetice de c.a. se realizeaza de obicei cu miscare de translatie a armaturii mobile, in variante tripolare electric sau, cu rezervare, in variante tetrapolare, pentru stingerea arcului electric de comutatie folosindu-se principiul ruperii duble in camere de stingere cu grille metalice. Tab.1 fig.1Contactor electromagnetic de curent alternativ Contactoare special -Contactoare cu comutatie in vid Principiul vidului avansat in incinta camerelor de stingere ale aparatelor electrice de comutatie de curent alternativ, prezinta doua particularitati importante si anume:-rigiditatea dielectrica foarte mare, conform legii lui Paschen-dezvoltarea arcului electric de comutatie in incinta vidata cu vapori metalici proveniti din piesele de contact, constructia acestora (ca forma geometrica si material) fiind foarte importanta pentru realizarea unor aparate de comutatie performante; cum tehnica vidului permite in prezent realizarea unor incite vidate care-si conserva calitatile pentru o durata de 20.30 de ani, se considera ca reusite realizarile ce permit exploatarea deplina a posibilitatilor acestora, rezultand aparate de comutatie practice fara intretinere. Arcul electric format la separarea contactelor unor asemenea aparate electrice de comutatie este o plasma ce se dezvolta in prezenta vaporilor metalici, in conditii de vid avansat in interiorul camerei de stigere. Difuzia vaporilor metalici si condensarea acestora, in contact cu peretii reci ai unor ecrane metalice convenabil amplasate, asigura refacerea rapida a vidului ce are ca efect tendinta de taiere a curentului de arc. Constructia ingrijita a contactelor electrice pentru aparatele cu comutatie in vid trebuie sa asigure, in prezenta arcului electric, o cantitate suficienta de vapori metalici, care sa permita diminuarea valorilor curentului de taiere, ca un indicator de calitate pentru asemenea ansambluri.Calitatile contactoarelor cu comutatie in vid avansat, subliniate de toate firmele producatoare, le impun pentru utilizari specializate cum ar fi: -alimentarea motoarelor electrice; -sisteme de comanda a actionarilor electrice, pe seama valorilor ridicate ale curentului de rupere;-alimentarea instalatiilor electrice in medii explozive sau agresive din punct de vedere chimic, indiferent de atitudinea la care se gasesc acestea, deoarece arcul electric ce se manifesta in incinta vidata nu este influientat de mediul ambiant;-alimentarea sistemelor automate, unde durata mare de viata si frecventa de conectare ridicata pot fi puse in valoare.In principiu un contactor cu comutatie in vid avansat cuprinde urmatoarele componente principale: -capsulele vidate in care sunt amplasate contactele electrice (in numar de 1,2 sau 3 module), cu burdufurile metalice de etansare in zona contactelor mobile si bornele de record A respectiv B;-electromagnetul de actionare care excitat asigura deplasarea dorita (de ordinul milimetrilor) a contactelor mobile; de mentionat ca exista firme care folosesc un singur electromagnet pentru toti cei trei poli ai aparatului, dar se remarca si variante ce apeleaza la electromagneti de actionare pentru fiecare dintre modulele monofazate ale ansamblului; -ansamblul de transmitere al miscarii de la electromaganetul de actionare la contactele mobile, realizat cu parghii mecanice sau cu cablu flexibil; -accesorii de sustinere, ghidarre si izolatie electrica, contacte auxiliare etc. Principalele date tehnice pentru contactoare de joasa tensiune cu comutatie in vid produse de firmele ELEKTRIM-Polonia si respectiv EAW-Germania sunt prezentate in tab.4 evidentiind curenti nominali de ordinul 1001000 A, cursa contactelor mobile de 1.22 mm, durata de viata de ordinul (510) 10 la a 6-a manevre, frecventa de conectare de (13)10la put 3 cicluri /ora curentul taiat sub 1,5A, regimul de functionare de tip AC-1, AC-3, sau AC-4 etc. justificand astfel extinderea continua a utilizarii unor asemenea aparate electrice de comutatie. 84.Intrerupatoareautomatedejoasatensiune.Definiie,rol funcional, construcie, parametri nominali i posibilitai de utilizare ntreruptoareleautomatedejoastensiunesuntechipamentedecomutaiecusaufr contacte,avndtensiuninominalepnia1000Vnca.ipnia1200Vnc.c,capabiles stabileasc, s menin i s ntrerup curenii corespunztori regimurilor normale de funcionare a instalaiilor ct i curenii de scurtcircuit, proprii regimurilor de defect. Spredeosebiredecontactoare,ntreruptoareleautomatesuntmeninutenpoziia nchisdectreunmecanismdezvorreasupracruiaacioneazdeclanatoareledeprotecie, avndposibilitateadeantrerupeicureniidescurtcircuit,darelesepotacionadoarcufrecven sczut de comutaie. Pelngfunciadecomutaie,ntreruptoareleautomatedejoastensiuneasigur proteciainstalaiilorncaresuntamplasate,nacestscopfiindprevzutecudeclanatoare sensibilela supracureni, la scderea tensiunii de alimentare etc. Dupconstrucieitimpuldecomutaie,ntreruptoareleautomatedejoastensiunese clasific n: -universale,carepotaveaelementelecomponenteplasatepeuncadrumetalic(tip OROMAX, ASRO etc.) sau ntr-o carcas izolant (tip USOL, AMRO etc); -ultrarapide, folosite ncurentcontinuu,avnd timpide acionare cuprini ntre 3...15 ms; -limitatoare, cu timpi de acionare mai mici cel mult egali cu 4 ms; -speciale,cumsuntcelecuproteciempotrivacurenilordedefectsauatensiunilorde defect. Elementele componente ale unui ntreruptor automat de joas tensiune de tipdisjunctor suntprezentatenFig.1,undes-aunotat:1-bornedeconexiuni,2-bobinedesuflajmagnetic,3-blocdecontacteauxiliare,4-contacteprincipale,5-declanatoaremaximaledecurent,6-declanatordeminim tensiune, 7-electromagnet pentru comanda de la distan, 8-dispozitiv de acionare, 9-manet pentru acionare manual,10-mecanism de zvorre. ntreruptoareleautomatedejoastensiunesuntprevzutecudeclanatoaremaximale decurentprincareserealizeazproteciainstalaiilorlasupracureni(curenidesuprasarcini scurtcircuit). Intensitatea RI , a curentului reglat al declanatoarelor maximale decurent, sestabilete egal cu intensitatea curentului nominal al instalaiei. Dac se noteaz: RSCIII =*(1) SCI fiindintensitateasupracurentuluicaretrebuientrerupt,potrivitcaracteristiciitimp-curent, Fig.2,declanatoarelemaximaledecurrentrealizeazproteciatemporizatlasuprasarcin (l