2

3

Cursul de ECHIPAMENTE ELECTRICE se adreseaz, în special

studenilor de la secia de Inginerie Electric, dar i celorlali studeni ai facultilor de profil tehnic care doresc s cunoasc fenomenele de comutaie i protecie electric. Noiunea de echipament electric este foarte larg i se preteaz la numeroase interpretri; de aceea trebuie s precizm c în domeniul Electrotehnicii prin echipament electric înelegem dispozitivele destinate comutaiei electrice, proteciei consumatorilor electrici i unele dispozitive folosite în acionrile electrice. Transferul de energie electric de la locul de producere la locul de utilizare se realizeaz prin intermediul reelelor electrice. Atât la productorii de energie electric cât i în reelele de transport, dar mai ales la consumatorii industriali sau casnici sunt utilizate aparate i echipamente electrice de comutaie i protecie. Definind un echipament de comutaie ca un ansamblu de dispozitive electromecanice sau electrice cu ajutorul crora se stabilesc sau se întrerup circuitele electrice, rezult c din punct de vedere structural echipamentele de comutaie se împart în dou mari categorii: – echipamente de comutaiei mecanic, ce au cel puin un element mobil pe durata efecturii comutaiei. La rândul lor aceste aparate pot fi: a) neautomate, cum ar fi: întreruptoarele i comutatoarele cu pârghie, între-ruptoarele i comutatoarele pachet, butoane de acionare, întreruptoare bascu-lante, separatoare i controlere; b) automate din care amintim: contactoarele, întreruptoarele de joas i înalt tensiune i separatoare de scurtcircuitare; –echipamente cu comutaie static, ce nu au componente în micare iar conectarea sau deconectarea este comandat i realizat electronic. Aceast categorie de aparate de comutaie se realizeaz cu dispozitive semiconductoare de putere ca: diode, tiristoare, triacuri sau tranzistoare de putere. În afara echipamentelor de comutaie exist o categorie larg de echipamente electrice de protecie, cu rolul de a proteja generatoarele electrice, liniile electrice, transformatoarele i consumatorii împotriva suprasarcinilor, supracurenilor, scurtcircuitelor, supratensiunilor sau a oricror regimuri anormale de funcionare. Din categoria echipamentelor electrice de protecie fac parte: siguranele fuzibile, releele de protecie, declanatoarele, bobinele de reactan, eclatoarele i descrctoarele.

4

În volumul doi alk cursului de Echipamente Electrice sunt prezentate principalele tipuri de aparate i echipamente electrice de comutaie i protecie de joas, medie i înalt tensiune, precum i echipamentele electrice pentru pornirea i reglarea turaiei mainilor electrice. Mulumesc pentru sprijinul primit la realizarea acestui curs din partea colegilor i a colaboratorilor. Autorul

5

CUPRINS 1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE

1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE

1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE

1.4. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE CU PÂRGHIE 1.5. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE TIP PACHET 1.6. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE BASCULANTE 1.7. LIMITATOARE DE CURS I MICROÎNTRERUPTOARE 1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND I LMPI 1.9. PRIZE, FIE, CUPLE I CONECTOARE 1.10. REOSTATE INDUSTRIALE 1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A

MOTOARELOR TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTAIE DE JOAS TENSIUNE

2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE 2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice 2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ 2.1.3. Contactoare de curent continuu 2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice

2.2. CONTACTOARE STATICE 2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ 2.2.2. Contactoare statice de curent continuu 2.2.3. Contactoare hibride

2.3. RELEE INTERMEDIARE 2.3.1. Relee miniaturizate 2.3.2. Relee Reed

2.4. ÎNTRERUPTOARE AUTOMATE DE JOAS TENSIUNE 2.4.1. Clasificarea întreruptoarelor automate de joas tensiune 2.4.2 Elementele construcxtive ale întreruptoarelor automate 2.4.3. Întreruptoare automate de c.a. 2.4.4. Întreruptoare automate de c.c.

2.5. DISJUNCTOARE TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR

6

3. APARATE ELECTRICE DE PROTECIE

3.1. SIGURANE FUZIBILE 3.1.1. Principiul de funcionare al siguranelor fuzibile 3.1.2. Mrimile caracteristice ale siguranelor fuzibile 3.1.3. Sigurane fuzibile de joas tensiune 3.1.4. Sigurane fuzibile de medie i înalt tensiune

3.2. RELEE DE PROTECIE 3.2.1. Clasificarea releelor de protecie 3.2.2. Caracteristicile releelor de protecie. 3.2.3. Relee termobimetalice

3.2.3.1. Principiul de functionare al releelor termobimetalice 3.2.3.2. Caracteristica de protecie a releului termobimetalic 3.2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice 3.2.3.4. Calculul lamelei termobimetalice

3.2.4. Relee electromagnetice 3.2.4.1. Relee electromagnetice maximale de curent 3.2.4.2. Relee electromagnetice de tensiune

3.2.5. Relee de inducie 3.2.5.1. Relee de inducie cu rotor disc 3.2.5.2. Relee de inducie cu rotor cilindric

3.2.6. Relee Buchholtz 3.3. DECLANATOARE. 3.4. DESCRCTOARE

3.4.1. Eclatoare electrice 3.4.2 Principiul de funcionare al descrctoarelor electrice 3.4.3. Variante constructive de descrctoare 3.4.4. Mrimile caracteristice ale unui descrctor

3.5. RELEE DE TIMP 3.5.1.Clasificarea releelor de temporizare 3.5.2.Variante constructive de relee electromagnetice de

temporizare 3.5.3. Relee de timp electrice 3.5.4. Relee electronice de temporizare

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR 4 APARATE DE COMUTAIE DE MEDIE I ÎNALT TENSIUNE

4.1. SEPARATOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.1.1. Clasificarea separatoarelor. 4.1.2. Principalele variante constructive ale separatoarelor de

medie tensiune

7

4.2. SEPARATOARE DE ÎNALT TENSIUNE 4.2.1.Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune 4.2.2. Separatoare rotative 4.2.3. Separatoare de translaie 4.2.4. Separatoare pantograf 4.2.5.Separatoare de secionare i punere la pmânt

4.3. CONTACTOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.3.1. Contactoare de medie tensiune în vid

4.4. ÎNTRERUPTOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.4.1. Întreruptoare cu vid 4.4.2. Mecanisme de acionare a întreruptoarelor de medie

tensiune 4.5. ÎNTRERUPTOARE DE ÎNALT TENSIUNE

4.5.1. Întreruptoare cu ulei 4.5.2. Întreruptoare cu hexafluorur de sulf

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR 5. PROTECIA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

5.1. PROTECIA MOTOARELOR ELECTRICE 5.1.1. Comanda i protecia motoarelor asincrone cu conectare

direct la reea 5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protecia unui motor

asincron 5.1.3. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire stea-

triunghi 5.1.4. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire cu

reostate statorice 5.1.5. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu

autotransformator 5.1.6. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu

rezistene rotorice 5.1.7.Protecia minimal de tensiune a motoarelor electrice 5.1.8. Protecia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite

polifazate 5.1.9. Protecia diferenial longitudinal a motoarelor sincrone de

putere 5.2. PROTECIA GENERATOARELOR SINCRONE

5.2.1. Protecia diferenial longitudinal a unui generator sincron 5.2.2. Protecia împotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor

sincrone 5.2.3. Protecia maximal cu tiere de curent a unui generator

sincron

8

5.2.4. Protecia prin bobine de reactan a generatoarelor sincrone 5.3. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

5.3.1. Protecia de gaze a transformatoarelor în ulei 5.3.2. Protecia diferenial longitudinal a unui transformator 5.3.3. Protecia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim a

unui transformator 5.4. PROTECIA REELELOR ELECTRICE

5.4.1. Protecia maximal de curent a liniilor electrice radiale 5.4.2. Protecia maximal de curent temporizat a liniilor electrice

radiale 5.4.3. Protecia maximal de curent direcional a liniilor electrice

cu alimentare bilateral 5.4.4. Protecia de distan a reelelor electrice complexe

5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ENERGETICE 5.5.1. Reanclanarea Automazt Rapid (RAR) 5.5.2. Anclanarea automat a Rezervei (AAR) 5.5.3. Descrcarea Automat a Sarcinii la Scderea Frecvenei 5.5.4. Descrcarea Automat a Sarcinii la Scderea Tensiunii

5.6. PROTECII NUMERICE A REELELOR ELECTRICE 5.6.1. Funciile proteciilor numerice a reelor

5.6.1.1. Funcia „protecie de distan“ 5.6.1.2. Funcia de supraveghere a circuitelor de tensiune 5.6.1.3. Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect 5.6.1.4. Funcia de protecie maximal de curent instantanee 5.6.1.5. Funcia de protecie homopolar de curent direcionat 5.6.1.6. Funcia de locator de defecte 5.6.1.7. Funcia de înregistrator secvenial de evenimente 5.6.1.8. Funcia RAR 5.6.1.9. Funcia de protecie maximal de tensiune 5.6.1.10. Funcii de supraveghere sistem 5.6.1.11. Funcia de interfaare cu operatorul

5.7. PROTECIA INTEGRAT A REELELOR ELECTRICE 5.7.1 Protecia integrat a unei linii electrice cu releul DIPA 100 5.7.2. Caracteristici tehnice generale ale DIPA 100

5.8. SISTEME SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION

5.8.1. Funciile de baz ale sistemului SCADA 5.8.1.1. Supravegherea i controlul de la distan 5.8.1.2. Alarmarea 5.8.1.3.Analiza post avarie 5.8.1.4.Urmrirea încrcrii reelelor

9

5.8.1.5.Planificarea i urmrirea reviziilor i reparaiilor în scopul evitrii cderilor

5.8.2. Funcii EMS Energy Management System 5.8.3. Funcii DMS

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR BIBLIOGRAFIE

10

1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE Aparatele electrice neautomate sunt destinate conectrii i deconec-trii circuitelor electrice de curent continuu sau alternativ de joas tensiune. Ele au urmtoarele caracteristici: – acionare manual atât la închidere cât i la deschidere; – nu au elemente de protecie, msurare i reglaj; – nu pot întrerupe cureni de serviciu mai mici sau egali cu curentul nominal; – nu au rolul i nu pot s întrerup curenii mari de suprasarcin sau de scurtcircuit; – au o manevrare rar, cu o frecven redus de conectare; – sunt acionate manual, atât la deschidere cât i la închidere. Din aceast categorie de aparate fac parte: – separatoarele, întreruptoa-rele i comutatoarele cu pârghie, întreruptoarele i comutatoarele pachet, prizele i fiele industriale, conectoarele, limitatoarele de curs; microîntreruptoarele; precum i echipamentul electric folosit la pornirea i reglarea manual a turaiei mainilor electrice (inversoare de sens, comutatoare Stea – Triunghi, controlere, manipulatoare, limitatoare de curs i reostatele).

1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE Aparatele electrice de joas tensiune sunt aparate ce se construiesc pentru tensiuni nominale ce nu depesc 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu. Se realizeaz într-o mare varietate de tipuri i se folosesc nu numai în centrale i staii electrice, ci i in sectorul casnic pe scara foarte larg. Clasificarea aparatelor neautomate de joas tensiune se poate face dup mai multe criterii:

A) Dup funcia de utilizare aparatele electrice se pot clasifica astfel:

a) Aparate electrice industriale, destinate instalaiilor electrice industriale de putere: – pentru comanda motoarelor electrice: comutator Stea - Triunghi, inversor de sens, comutator de poli, reostat de pornire i reglaj, reostat de excitaie, controlere.

11

– pentru acionri: butoane, chei, întreruptoare, comutatoare. – pentru semnalizare avem: lmpi, hupe, sonerii.

b) Aparate pentru instalaii, aparate destinate instalaiilor electrice de mic putere: – întreruptoare folosite în circuite de lumin, aparate de înclzit sau motoare mici; – comutatoare folosite in circuite de lumin, de capt, de hotel, cruce, scar); – prize fixe i mobile; – cuple; – butoane pentru sonerii i lumin.

B) Dup felul curentului: aparate de curent continuu i aparate de curent alternativ, iar cele de curent alternativ pot fi monofazate sau trifazate. C) Dup tensiunea nominal standardizat sub 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu sunt: – în curent alternativ: 24, 48, 127, 220, 400, 660, 1000 Vc.a.

– în curent continuu: 24, 48, 125, 400, 800, 1200 Vc.c.

D) Dup curenii nominali standardizai sunt: 3, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 160, 200, 315, 400, 630, 1600, 2000, 2500, 3150 A Din punct de vedere al proteciei muncii, aparatele cu tensiunea nominal mai mare de 48 V sunt considerate potenial periculoase i deci trebuie s corespund normelor de protecia muncii. Fiecare aparat din cele enumerate prezint o bogat varietate de tipuri constructive aprute ca urmare a funciilor pe care trebuie s le satisfac, precum i a condiiilor mediului în care va funciona.

1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE

Funcionarea aparatelor electrice neautomate este posibil numai în condiiile tehnice date de parametrii electrici i mecanici nominali, pentru care aceste aparate au fost construite. Dac este necesar modificarea unuia dintre aceti parametrii trebuie ales un aparat cu alte caracteristici electrice i constructive. Valorile pentru care au fost calculate aparatele se numesc valori nominale, iar valorile la care se folosesc aparatele i care sunt mai mici sau egale cu aceste valorile nominale se numesc valori de serviciu. Pentru a se evita îns construirea unei varieti prea mari de aparate, în funcie de valorile

12

necesare s-a standardizat o gam de valori care satisfac cerinele industriei. Cele mai importante caracteristici tehnice ale aparatelor electrice sunt:

A. Tensiunea nominal: este tensiunea la care este posibil funcionarea aparatului sau tensiunea maxim a reelei la care funcionarea are loc fr pericol de distrugere a aparatului. Aceast condiie determin materialele electroizolante folosite la construcia aparatului, distana dintre contacte etc. Din acest punct de vedere aparatele vor putea lucra i la tensiuni mai mici, adic la tensiuni de serviciu. Valorile nominale ale tensiunilor sunt: – în curent continuu: 24, 48, 110 (125), 230 (250), 440, 600, 800 (750), 1200 Vc.c. – în curent alternativ: 24, 36, 48, (42), 110, (127), 230 (250), 400, 660 (500), 1000 Vc.a..

B. Curentul nominal reprezint valoarea intensiti curentului care poate trece prin aparat un timp nedefinit de lung fr deteriorarea acestuia, sau pentru care funcionarea aparatului este optim (în cazul bobinelor de acionare etc.).

Intensitatea curentului determin seciunea conductoarelor i a contactelor aparatului. Din aceast cauz utilizarea aparatului la intensiti ale curentului de serviciu cu mult mai mici decât valoarea nominal este iraional. În standarde se stabilesc urmtoarele valori ale intensitilor curenilor electrici pentru care se construiesc aparatele electrice de joas tensiune: 6, 10, 16, 32, 40, 80, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 630, 1000, 1600, 2000, 2500, 3150A. În general aparatele admit o suprasarcin care este limitat valoric (i în timp) de condiiile de rcire. Aceast suprasarcin se numete curent limit termic i se refer la o durat de o secund (sau alt valoare precizat).

C. Rezistena la uzur mecanic este o caracteristic pur mecanic i determin numrul de manevrri pentru care funcionarea este garantat, deci i timpul dup care un aparat va trebui s fie înlocuit Rezistena mecanic este indicat sub forma numrului de cicluri sau manevrri (conectare-deconectare). Aceast caracteristic este indicat pentru principalele tipuri de aparate, dup cum urmeaz: – întreruptoare i comutatoare rotative 20.000 cicluri – întreruptoare pachet 10.000 cicluri – prize i fie industriale 1.000 cicluri – comutatoare stea-triunghi manuale 10.000 cicluri

D. Frecvena de conectare reprezint numrul maxim posibil de manevrri la tensiune i intensitatea nominal, în unitatea de timp (or,

13

minut). Aparatele electrice sunt împrite dup frecvena de conectare în 5 clase, dup cum urmeaz: – clasa I - pân la 30 acionri pe or; – clasa II- pân la 150 acionri pe or; – clasa III - pân la 600 acionri pe or; – clasa IV - pân la 1200 acionri pe or; – clasa V - pân la 3000 acionri pe or.

E. Durata de funcionare reprezint timpul, exprimat în procente, din durata total a unui ciclu de lucru în care aparatul se gsete sub tensiune. Aceast durat condiioneaz înclzirea aparatului. Sunt normalizate urmtoarele durate relative de funcionare: 15%, 25%, 40%, 60%, 100%. Din punct de vedere al duratei de conectare deosebim trei servicii de funcionare: – serviciul de scurt durat (temporar), corespunztor conectrii pentru scurt timp i deconectrii îndelungate (cazul reostatelor de pornire, butoanele de comand etc.); - serviciul intermitent (conectri i deconectri frecvente);

- serviciul de durat, când aparatul este conectat vreme îndelungat (cazul separatoarelor)

F. Capacitatea de rupere reprezint valoarea maxim (efectiv) a curentului pe care îl poate întrerupe aparatul fr a se deteriora. Ea poate fi nul (separatoare), egal cu curentul nominal (întreruptoare cu pârghie) sau mai mare decât curentul nominal.

G. Capacitatea de închidere este curentul maxim care se poate stabili prin aparat. Deoarece majoritatea consumatorilor de curent electric absorb la pornire un curent mare, aparatele vor trebui s suporte cureni de scurt durat mai mari decât curenii nominali. Din acest punct de vedere aparatele pot fi:cu capacitate de închidere mai mic, egal, sau mai mare decât curentul nominal. În general, capacitatea de închidere este mai mare decât cea de rupere.

H. Gradul de protecie în cazul aparatelor electrice, reprezint gradul de siguran împotriva ptrunderii corpurilor strine sau a apei în interiorul lor. Acest lucru se menioneaz printr-un indicativ format din literele I.P. urmate de trei cifre: prima se refer la protecia contra atingerilor pieselor sub tensiune, a doua la protecia contra ptrunderii apei, iar a treia la protecia împotriva deteriorrilor mecanice.

În cazul în care utilajul prezint protecie special (de exemplu protecie antiexploziv), se face o meniune special în acest sens. Dac unele pri ale aparatului electric, sau ale mainii electrice se execut la un alt grad de protecie, se indic mai întâi gradul de protecie pentru întregul ansamblu

14

urmat de gradul de protecie pentru partea diferit protejat, menionându-se i partea constructiv la care se refer aceast indicaie. Cea de-a treia cifr se indic doar în cazul aparatelor electrice (de exemplu I.P.332). Tabelul 1.1. Gradele de protecie împotriva atingerii pieselor sub tensiune i a ptrunderii corpurilor strine

Simbol Protecia contra atingerilor Protecia contra ptrunderii corpurilor strine

0 Fr protecie Fr protecie 1 Protecie împotriva atingerii

cu o suprafa mare a minii Fr protecie pentru corpuri strine mari (sub 50 mm)

2 Protecie la atingerea cu degete

Idem pentru mijlocii (sub 12 mm)

3 Protecie contra atingerii cu unelte peste 2,5 mm

Fr protecie la corpuri sub 2,5 mm

4 Protecie contra atingerii cu obiecte peste 1 mm

Fr protecie contra corpurilor sub 1 mm

5 Protecie contra atingerii cu orice fel de mijloace

Protecie parial contra prafului

6 Idem Protecie total contra prafului În tabelele 1.1. i 1.2. sunt prezentate cele mai utilizate grade de protecie împotriva atingerii i ptrunderii corpurilor strine i a apei, precum i tabelul cu gradele de protecie împotriva deteriorrilor mecanice (numai pentru aparate electrice). Indicaia referitoare la gradul de protecie se plaseaz într-un loc vizibil, de regul pe plcua indicatoare, alturi de alte caracteristici ale aparatului.

Tabelul 1.2. Gradele de protecie contra ptrunderii lichidelor Simbol Gradul de protecie

0 Fr protecie 1 Protecie contra picturilor de ap condensat 2 Protecia contra picturilor de lichide ce cad sub un unghi de maxim

15° fa de vertical 3 Protecie contra ploii 4 Protecia contra stropirii cu lichide 5 Protecia contra apei sub form de jet 6 Protecia împotriva condiiilor de pe puntea navelor 7 Protecia împotriva scufundrii în lichid 8 Protecia împotriva scufundrii în ap sub presiune

15

1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE Separatoarele de joas tensiune servesc la separarea vizibil a unui circuit, pentru efectuarea unor operaiuni de revizie sau reparaii ce nu se pot executa sub tensiune. Ele pot întrerupe doar circuite aflate sub tensiune, dar neparcurse de curent.

Deoarece în poziia închis separatoarele sunt parcurse de curent nominal, presiunea de contact realizat de contactul fix pe cuitul de contact trebuie s asigure o rezisten de contact cât mai redus. Întrucât separatoarele se închid i se deschid când prin circuit nu trece curent, nu se formeaz arc electric între contactele separatorului i de aceea nu sunt prevzute cu camere de stingere. Separatoarele nu pot asigura protecia la supracurent a consumatorilor, drept care este necesar un aparat suplimentar (siguran fuzibil sau întreruptor automat).

Figura 1.1. Separator tip cuit

1 - cadru metalic; 2 - izolatoare suport; 3 - borne de legtur; 4 - contact fix; 5 - contact mobil; 6 - urechea de acionare; 7 – ax;

8 – born de legare la pmânt.

Separatoarele de joas tensiune sunt de regul de tip interior, se monteaz vertical i se acioneaz manual. Separatoarele lucreaz în poziie închis în regim de lung durat (adic durata relativ de conectare este 100%), fiind echipate cu contacte inoxidabile de mare presiune. Pentru a compensa forele de repulsie dintre contacte, la valori semnificative ale curentului (în caz de scurtcircuit) unele separatoare sunt prevzute cu mai multe cuite (ci de curent) în paralel. Separatoarele de joas tensiune mono-polare, bipolare i tripolare de construcie româneasc au urmtoarele caracteristici: UN = 500 i 1000V; IN = 200, 350, 600 sau 1000 A.

16

1.4. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE CU PÂRGHIE

Întreruptoarele i comutatoarele cu pârghie sunt aparate neautomate care se utilizeaz în circuite de iluminat sau for, de curent continuu i alternativ. Piesa mobil de contact este de forma unui bra de pârghie, de unde le provine i numele (se mai numesc i hebluri). Comutaia are loc sarcin i sunt necesare camere de stingere, construite din azbociment i prevzute cu grtare din materiale feromagnetice (care folosesc principiul divizrii arcului, în cazul aparatelor de curent alternativ) sau cu icane electroizolante (care folosesc principiul deion în cazul aparatelor de curent continuu). Cuitele de contact sunt acionate direct sau printr-un sistem de pârghii. La întreruperea curenilor inteni, viteza de deplasare a arcului electric are loc sub aciunea autosuflajului electrodinamic, fora fiind proporional cu ptratul curentului din circuit (i nu este influenat de alungirea mecanic). În cazul curenilor de intensitate redus, viteza de deplasare a pieselor mobile de contact are un rol determinant, pentru c forele electrodinamice au valori reduse. În acest caz, trebuie mrit viteza de îndeprtare a pieselor de contact i se folosesc contacte de rupere, în paralel cu contactele principale. Întreruptoarele cu cureni nominali mai mici de 500 A au piesele mobile ale contactelor de rupere în form de cuit acionate prin resoarte prinse de piesele mobile ale contactelor principale. În figura 1.2. este prezentat un întreruptor cu pârghie i respectiv un comutator cu pârghie.

Figura 1.2. Întreruptor i comutator cu pârghie 1, 6-bome; 2-piesa fix de contact; 3-cuit principal; 4-ax;

5-portpies de contact; 7-mâner; 8-platou; 9-cuit de rupere; 10-resort

17

Dup deschiderea fr arc electric a contactelor principale, resoartele se întind i determin accelerarea pieselor mobile ale contactelor de rupere. Comutatoarele au dou rânduri de piese fixe de contact, astfel încât deschiderea primului rând de contacte este urmat de închiderea celuilalt rând de contacte i invers. La întreruptoarele cu pârghie tripolare, de multe ori maneta de acionare este poziionat lateral aa cum este prezentat în figura 1.3.

Figura 1.3. Întreruptor cu pârghie tripolar: l-piese mobile de contact; 3-piese fixe de contact;

4-portpiese fixe de contact cu ax; 5-platou; 8-maneta de acionare; 9-dispozitiv de stingere a arcului electric.

Acionarea acestor aparate se face manual, putând fi direct (când între-ruptorul este aezat în faa tabloului), sau indirect, când întreruptorul este aezat în spatele tabloului. Întreruptoarele se fixeaz pe tablou astfel ca deschiderea circuitului s se fac prin acionarea în jos a manetei. Reeaua de alimentare se leag la bornele de sus, iar receptorul la bornele de jos. Întreruptoarele i comutatoarele cu pârghie monopolare, bipolare i tripolare de construcie româneasc au urmtoarele caracteristici:

– pentru aparatele de curent alternativ: UN= 400 V, 500 V sau 660 V; IN = 25 A, 63 A, I00A, 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A

– pentru aparatele de curent continuu: UN, =175 V, 230 V, 440V; IN = 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A. Dup modul de protejare a aparatului, exist urmtoarele tipuri de întreruptoare cu pârghie a. Întreruptoare în execuie neprotejat, utilizate pân la 230 V. b.Întreruptoare în execuie protejat contra atingerilor accidentale, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i cureni de peste 400 A. Aceste întreruptoare sunt protejate printr-un capac de protecie din material electroizolant (carton, prepan sau bachelit).

18

c. Întreruptoare în execuie închis în cutii metalice, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i cureni de pân la 400 A. Cutiile de distribuie pot conine pe lâng întreruptor i sigurane fuzibile, relee, diferite aparate de msur ca ampermetre, voltmetre, wattmetre. d. Întreruptoare în execuie capsulat, care se folosesc în aer liber, în încperi umede, în atmosfer încrcat cu diferii vapori combustibili (amoniac, acizi etc.), în încperi cu praf i murdrie sau cu pericol de ex-plozie. La aceste întreruptoare, capacele cutiilor i intrrile conductoarelor în cutie sunt etanate ermetic.

1.5. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE TIP PACHET Întreruptoarele i comutatoarele pachet (cu came) sunt aparate neautomate care se utilizeaz în circuitele de comand (în care intensitile curenilor sunt mai mici decât 100 A), de curent continuu sau alternativ i în circuitele de automatizare unde se cer funcii de comutare complexe.

Figura 1.4. Întreruptor pachet tripolar

1- maneta de acionare; 2-ax de acionare; 3-mecanism de sacadare; 4-borne; 5-disc electroizolant; 6-tirani; 7-plac metalic de fixare;

8-piese mobile de contact; 9-izolaie de pertinax; 10-distanor din pertinax.

19

Întreruptoarele i comutatoarele pachet se folosesc la joas

tensiune i sunt acionate manual. Ele se caracterizeaz prin faptul c ansamblul aparatului se obine prin îniruirea pe acelai ax a unui numr variabil de elemente (pachete) de construcie similar, fiecare element cuprinzând o cale de curent. Întreruptoare i comutatoarele cuprind o serie de discuri de bachelit suprapuse pe care sunt montate contactele fixe.

Contactele mobile din material conductor, sunt aezate pe un ax central i se deplaseaz solidar cu aceasta în timp ce un sistem de sacadare realizeaz întreruperea brusc, independent de viteza cu care este acionat maneta. Deoarece aceste întreruptoare au avantajul unei construcii compacte i fiabile sunt folosite pentru comanda circuitelor electrice ale mainilor, ca întreruptoare i comutatoare pe panouri i pupitre de comand i ca întreruptoare capsulate împotriva prafului i umiditii. Întreruptoarele i comutatoarele pachet au urmtoarele caracteristici tehnice: – tensiunea nominal i tensiunea de lucru în c.a. 400V i c.c.230V – curentul nominal în c.a. i c.c. 6A, 10A, 25A, 40A, 63A i 100A. – frecvena reelei în c.a. 50Hz, – durata de via mecanic în c.a. i c.c. 20 000 schimbri de poziie. – frecvena de conectare în c.a. i c.c. 30 conectri/h. – tensiunea de încercare în c.a. 418 V iar c.c. 242 V. – pauzele între dou cicluri în c.a. i c.c. 10s. – tipul proteciei I.P.000. – poziia de montare: oarecare.

Principalele avantaje tehnice ale acestor întreruptoare sunt: flexibilitatea funciilor de comutaie, puterea de rupere suficient de mare la un gabarit relativ redus, posibilitatea de capsulare, funcionarea în orice poziie, stabilitatea la vibraii i ocuri.

Figura 1.5. Întreruptoare pachet

20

Figura 1.6. Reprezentarea desfurat a unui întreruptor pachet.

1-maneta de acionare, 2-placa de marcaj, 3-placa raster, 4-placa de acoperire, 5-suport de solidarizare, 6-tift, 7, 8, 9,- dispozitivul de sacadare cu resort i

bil, 10-cilindru de comand, 11-camera de stingere, 12-sfer de sticl, 13-tachet, 14-plac de acoperire, 15- ina de contact, 16-puntea de contact

mobil, 17-resort pentru asigurarea presiunii pe contact.

Întreruptoarele i comutatoarele pachet de construcie româneasc (corespund STAS 5414-83) au urmtoarele caracteristici tehnice: – pentru aparatele de curent alternativ: UN = 400 V; la IN = 10A, Irup = 6IN; la IN = 25 A, 63 A, Irup = 1,5IN, la cosϕ > 0,4; – pentru aparate de curent continuu: UN = 250 V; IN = 10A, 25 A, 63 A, lrup = IN. Aceste întreruptoare se realizeaz în construcie normal, etan i antiexploziv.

21

1. 6. ÎNTRERUPTOARE I COMUTATOARE BASCULANTE

Întreruptoarele i comutatoarele basculante (cumpn) realizeaz

închiderea sau deschiderea circuitelor (în general de iluminat), prin apsarea pe extremitile unui buton (cumpn) sau pe o mic manet (basculant). Cu aceste aparate se pot realiza diferite scheme de conectare. Întreruptoarele i comutatoarele cumpn montate sub tencuial se utilizeaz în instalaiile electrice interioare de iluminat cu incandescen sau fluorescen. Se monteaz îngropat prin fixare în dozele de aparat. Un astfel de întreruptor basculant este prezentat în figura 1.7.

Figura 1.7. Întreruptor sau comutator cumpn montat sub tencuial.

Caracteristicile tehnice ale întreruptoarelor i comutatoarelor cumpn sau basculante de fabricaie româneasc sunt prezentate mai jos. – curentul nominal în c.a. 10A iar în c.c. 4A, – frecvena reelei în c.a. 50Hz, – tensiunea nominal în c.a. 250V iar în c.c. 36V, – durata de via mecanic i electric în c.a. i c.c. 50.000 manevre, – curentul de conectare i deconectare în c.a. 10A iar în c.c. 4A, – tensiunea de lucru în c.a. 230V iar în c.c. 36V – tensiunea de încercare în c.a. 242V iar în c.c. 36V, – tipul de protecie I.P.301, – conductoare de legtur în c.a. min 1mm2 iar în c.c. min 2,5mm2, – poziia de montare vertical.

1.7. LIMITATOARE DE CURS I MICROÎNTRERUPTOARE. Din categoria aparatelor pentru automatizri unele dintre cele mai des utilizate sunt limitatoarele de curs i microîntreruptoarele. Limitatoarele de cursa se folosesc pentru reglarea lungimii cursei organelor mobile ale

22

mainilor-unelte sau ale altor utilaje similare. Ele se monteaz fie în circuitul principal, fie în cel de comand.

Dup forma constructiv a elementului palpator limitatoarele de curs pot fi: cu tij, cu rol, cu bil, cu pârghie sau rotative.

Constructiv. ele pot fi de tipul cu contact mobil având un contact (NI sau ND) sau dou contacte (NI i ND), ori cu microîntreruptor încorporat, în construcie capsulat sau deschis. De obicei contactele sunt în aer, dar se construiesc i limitatoare de curs pentru puteri mari în ulei. Pentru varianta în aer curentul nominal este de circa 6 A (la 500 V), iar în al doilea caz poate ajunge pân 1a 60 A.

Figura 1.8. Variante constructive ale limitatoarelor de curs. Dac viteza de deplasare a contacte1or mobile depinde de viteza de deplasare a organului mobil care acioneaz asupra palpatorului atunci limitatorul este simplu. Dac viteza de deplasare a organu1ui care acioneaz asupra palpatorului nu inf1ueneaz viteza de comutare a contactelor, limitatorul este cu aciune instantanee, adic el intr în aciune instantaneu în momentul în care fora exercitat asupra lui atinge o anumit valoare. Toate limitatoarele care au încorporate microîntreruptoare sunt cu aciune instantanee.

Figura 1.9. Limitator de curs cu acionare instantanee.

Pentru limitatorul de curs din figura 1.9. acionarea elementului mobil al limitatorului de curs se face direct de ctre organul mobil sau de ctre o cam fixat pe organu1 mobil a crui poziie se poate regla. Unghiu1 α este

23

de circa 60 ... 65°. Limitatorul este prevzut eu dou perechi de contacte, 1 NI i 1 ND care pot conecta cureni de maximum 6A la o tensiune de 500V. Microîntreruptoarele sunt aparate neautomate foarte des utilizate în schemele de automatizare datorit gabaritului redus (adesea sub 20⋅15⋅6 mm), vitezei mari de rspuns la comanda primit, numrul mare de manevrri sub sarcin (5 ... 10 milioane), cursei mici a elementului mobil (0,2 ... 1,5 mm), forei mici de acionare (0,5 ... 3,7 N) etc. Microîntreruptoarele suport cureni nominali de 2 ... 8 A i tensiuni de 125, 220, 380 V c.a. sau 48, 110 Vc.c.. Din punct de vedere constructiv un microîntreruptor se prezint sub forma unei carcase prismatice din material electroizolant în interiorul creia se gsesc contactele fixe i contactul mobil dublu care se afl pe un cadru elastic. Trecerea brusc dintr-o poziie în alta a contactului mobil se face cu ajutorul unui resort.

Figura 1.10. Variante constructive de microîntreruptoare..

Acionarea asupra lamelei elastice se face fie direct, fie prin intermediul unei tije, brae, etc.

Microîntreruptoarele se realizeaz i în construcie capsulat, în carcase din silumin sau zamac.

1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND I LMPI

Butoanele de comand sunt aparate neautomate cu o singur poziie de repaus, care se utilizeaz în circuitele de comand ale acionrilor electrice. Ele sunt prevzute cu unul sau mai multe grupuri de contacte normal închise (de oprire) i normal deschise (de pornire). Butoanele de comand se folosesc în instalaiile de comand i atomati-zare fiind destinate comenzii de la distan în special a contactoarelor i releelor intermediare. Ele pot avea dou butoane care închid sau deschid

24

contactele normal deschise NI, respectiv normal închise ND sau un singur buton.

Butoanele care au atât contacte NI cât i ND, pot fii astfel folosite ca butoane de pornire sau/i ca butoane de oprire. Butoanele de comand pot fi cu revenire sau cu reinere. Butoanele cu reinere rmân în poziia comandat i dup încetarea comenzii. Exist o varietate foarte mare de butoane. Dintre acestea cele mai utilizate sunt: – buton de comand cu reinere – buton cu pip – buton ciuperc – buton ciuperc cu reinere – buton cu lamp etc. Butoanele de comand pot avea contactele neprotejate (vizibile) sau închise într-un corp de forma paralelipipedic. Ultima variant este cea mai des întâlnit. Se construiesc butoane pentru cureni de pân la 6 A i tensiuni pân la 500 V c.a. Butoanele pot avea una din urmtoarele culori: rou, galben, verde, negru i alb (sau albastru deschis). Acelai standard prevede i funciile corespunztoare fiecrei culori (de exemplu: rou-oprire sau oprire rapid, verde-pornire etc.).

Exist variante constructive speciale care au dou poziii de repaus. Starea normal a unui contact este starea în care se afl acel contact în absena forei de acionare. Butoanele de comand se execut în dou variante constructive: pentru montaj aparent i pentru montaj îngropat.

Figura 1.11. Variante constructive de butoane de comand.

25

Din punct de vedere al acionrii se disting urmtoarele construcii: butoane de comand la care acionarea se face prin apsarea unui buton îngropat; butoane tip ciuperc (cu sau fr reinere) la care acionarea se face cu ajutorul unui buton aparent; butoane cu reinere la care acionarea se face prin apsarea unei chei, iar reinerea prin rotirea cheii cu 90°; butoane cu pip la care acionarea se face prin apsarea unei manete (de forma unui pipe), iar reinerea prin rotirea pipei cu 90°. Exist numeroase alte tipuri de butoane de comand unele prevzute cu o lamp de 24 V care lumineaz prin corpul transparent al butonului. Exist situaii în care funcionarea unei maini-unelte sau a unui agregat într-un anumit regim este periculoas sau nu este permis s fie modificat. În aceste cazuri sunt folosite cheile de comand.

Figura 1.12. Chei de comand. Construcie i schema electric.

În figura 1.12. este prezentat o astfel de cheie cu trei poziii i diagrama de închidere a contactelor. Cheia pozate fi folosit pân la 2 A (la 400 V c.a.). Cheia de comand are opt perechi de contacte (exist variante constructive i cu patru perechi) montate în socluri de bachelit, i un mecanism de acionare a contactelor mobile. lntroducând cheia (tip yalle) în broasca mecanismului i rotind-o spre stânga sau spre dreapta cu 600 se închide o pereche sau alta de contacte.

Contactele rmân blocate în poziia acionat i dup scoaterea cheii. Revenirea la poziia iniial se poate face numai prin introducerea cheii în broasc i rotirea ei.

Lmpile de semnalizare se monteaz pe panouri i pupitre de comand i se utilizeaz pentru semnalizarea luminoas a poziiei de funcionare a aparatelor de comand, pentru a indica regimurile normale sau anormale (de avarie) din instalaia supravegheat. Lmpile pot fi alimentate la tensiunea reelei (110 - 230 V) sau la tensiune redus (24 V, fiind prevzute ce

26

rezistene sau transformatoare de adaptare a tensiunii).

Figura 1.13. Lmpi de semnalizare

Codul culorilor la lmpile de semnalizare este acelai ca la butoanele de comand i se pot monta pe panouri metalice sau electroizolante în funcie de inelul de gard.

Figura 1.14. Lmpi de semnalizare

a

27

1.9. PRIZE, FIE, CUPLE I CONECTOARE.

Prizele i fiele se utilizeaz pentru conectarea la reelele de joas tensiune a anumitor consumatori mobili. Prizele i fiele bipolare au contact de protecie, atunci când sunt destinate racordrii unor aparate care necesit legarea la instalaia de protecie în scopul evitrii pericolului de electrocutare.

Aparatele care sunt prevzute cu contact de protecie au o born în plus, care se leag la conductorul de nul de protecie al instalaiei sau direct la instalaia de legare la pmânt. Piciorul de contact destinat racordrii utilajului la conductorul de protecie este mai lung sau astfel dispus încât, la introducerea fiei în priz, contactul de protecie s se stabileasc înaintea contactelor de lucru. Construcia prizelor i fielor corespunztoare este asimetric, astfel încât introducerea fiei s se poat face într-o singur poziie.

Figura 1.15. Prize bipolare montate aparent pe tencuial.

Acest tip de priz se utilizeaz în instalaiile electrice interioare în

execuie aparent. Capacul aparatului este prevzut cu locauri ce se pot decupa pentru introducerea conductoarelor, a tuburilor I.P. sau a altor tuburi similare (IPY, PEL, etc.).

Figura 1.16. Priz bipolare sub tencuial.

28

Cuplele sunt prize mobile care au o construcie asemntoare cu cea a

prizelor fixe, fr a avea îns elementele de fixare ci o carcas închis. Dintre numeroasele variante constructive de prize, fie i cuple în figurile urmtoarele sunt prezentate cele mai des utilizate.

Figura 1.17. Prize R/TV i R/TV Satelit

Figura 1.18. Fie bipolare

Se utilizeaz pentru racordarea receptoarelor mobile la prize cu contact de protecie; se poate conecta de asemenea i la prizele normale de 10 A (fr contact de protecie).

29

Figura 1.19. Variante constructive de prize i fie tripolare.

Prizele, fiele i cuplele industriale nu sunt prevzute cu dispozitive de stingere a arcului electric i de aceea la cureni nominali de intensitate mare trebuie evitat cu orice pre deschiderea sub sarcin. Din aceast cauz prizele fiele i cuplele sunt prevzute cu dispozitive de blocare mecanic menite s evite deschiderea accidental sub sarcin sau s avertizeze utilizatorul asupra pericolului la care se expune la deschiderea sub sarcin.

Figura 1.20. Prize i fie industriale

Pe lâng construciile normale, exist i construcii protejate în carcase de bachelit i carcase metalice. Prizele bipolare protejate în carcas din bachelit, destinate încperilor cu umiditate sporit sau instalaiilor electrice exterioare realizate aparent i protejate împotriva ptrunderii corpurilor strine. Intrarea conductelor electrice în manta de cauciuc sau de plumb sau în tuburi etane se face prin presetupe. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil acionat de un resort. Prizele bipolare protejate în carcas metalic se utilizeaz în instalaiile industriale interioare i exterioare realizate aparent. Carcasa metalic se leag la pmânt. Conductele se

30

protejeaz în tuburi IPE. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil acionat de un resort.

Conectoarele se folosesc la realizarea legturilor electrice între aparatele electrice din panourile de distribuie. Exist variante constructive în funcie de seciunea conductoarelor.

Figura 1.21 Conector de legtur pentru conductoare de 2,5 sau 4 mm.

Figura 1.22 Conector de legtur pentru conductoare de 1,5 mm.

31

1.10. REOSTATE INDUSTRIALE

Reostatele de pornire sunt utilizate pentru a micora curentul absorbit la pornire de motoarele electrice. Din punct de vedere al înclzirii, reostatele de pornire se pot dimensiona pentru o durat scurt de funcionare, caz în care nu pot fi folosite i pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele de pornire, construite pentru regim de scurt durat, pân la 30 s, i reostatele de pornire i reglare, construite pentru regim de lung durat, sunt comandate prin controlere. Exist variante constructive de reostate de pornire în c.c. (pentru 110 Vcc; 1,7 ... 12,5 kW) i de curent alternativ (pentru 500 Vca; 17 ... 200 kW). Exist i variante constructive de reostate de pornire i reglare de curent continuu (pentru 110 Vcc; 2 ... 4 kW) i de curent alternativ (pentru 500 V), construite special pentru anumite tipuri de motoare. Constructiv se deosebesc reostate plane i reostate cu controler. Un reostat plan sau cu ploturi se compune din elemente rezistoare (ca în figura 1.23. a) Borna L se leag la reea, borna M se leag la inductorul motorului direct sau prin intermediul reostatului pentru modificarea curentului de excitaie, iar borna R se leag la indusul motorului. Reostatul este astfel construit încât circuitul de excitaie s nu se poat întrerupe. În figura 1.23. b) este prezentat schema unui reostat plan pentru pornirea unui motor asincron trifazat cu rotor bobinat. Acesta este format dintr-un rezistor trifazat la care variaia simultan a rezistenelor pe faz se obine prin rotirea manetei. iar în poziia (a, b, c) rezistena are valoarea minim, iar în poziia (x. y, z) rezistena are valoare maxim.

a) b)

Figura 1.23. Reostatul plan cu 3 borne. a)pentru pornirea unui motor de c.c., b)pentru pornirea unui motor asincron cu rotor bobinat.

32

Figura 1.24. Reostate de excitaie pentru generatoare de c.c.

a) pentru excitaie derivaie; b) pentru excitaie separat. 1- rezistoare, 2-placa suport; 3, 4, 5-borne; 6-contact glisant; 7-manet; 8-ax;

i 9-perie. Reostatele de pornire pot fi comandate i prin controlere. Reostatele cu controler se folosesc la un numr mai mare de 20 porniri pe or. Reostatele de reglare sunt reostate pentru reglarea tensiunii genera-

toarelor i reostate pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele pentru reglarea tensiunii generatoarelor servesc la modificarea curentului de excitaie a generatoarelor. Se construiesc ca reostate plane i au dimensiuni relativ mici, fiind parcurse de curentul de excitaie care are intensitate mic. Periile sunt mai late decât distana dintre dou ploturi succesive astfel încât circuitul de excitaie s nu fie niciodat întrerupt. Reostatele pentru reglarea vitezei motoarelor se utilizeaz la motoarele de curent continuu i alternativ. La motoarele de curent continuu cu excitaie derivaie, reglarea vitezei se face prin modificarea excitaiei i deci reostatul este asemntor cu un reostat pentru reglarea tensiunii generatoarelor. De obicei, se construiesc aparate complexe, care conin atât reostatul de reglare a turaiei cât i reostatul de pornire. La motoarele de curent continuu cu excitaie serie i la motoarele asincrone, reostatele de reglare sunt calculate pentru a funciona în regim de lung durat, i se pot folosi i ca reostate de pornire. Pentru asigurarea comutaiilor se utilizeaz controlere. Introducerea unor rezistene de reglare în circuitul rotoric al motorului asincron este însoit de pierderi de energie i din aceast cauz se limiteaz la durate scurte de timp, în condiii speciale, ca de exemplu la acionarea electric a mecanismelor de ridicat i transportat (macarale i poduri rulante) unde este nevoie de o variaie lin a vitezei de ridicare a sarcinii.

33

1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A MOTOARELOR Aparatele pentru comanda manual a motoarelor electrice sunt aparate cu contactele în aer sau ulei care servesc la comanda manual a pornirii, schimbrii sensului de rotaie, modificarea vitezei de rotaie i pentru reglarea excitaiei generatoarelor. Cele mai utilizate aparate electrice neautomate folosite în acest scop sunt: comutatoarele stea-triunghi, inversoarele de sens, autotransformatoarele, reostatele de pornire i reglare, controlerele i electromagneii de frânare. Comutatoarele stea-triunghi se utilizeaz pentru reducerea curentului de pornire al motoarelor asincrone mari cu rotorul în scurtcircuit, care au tensiunea nominal a înfurrii statorice conectate în triunghi, egal cu tensiunea de linie a reelei.

Comutatoarele stea-triunghi manuale au trei poziii de funcionare: zero, stea i triunghi, manevra fiind imposibil din poziia zero în poziia triunghi.

În poziia stea, curentul absorbit de la reea este de trei ori mai mic decât cel din poziia triunghi. Din punct de vedere al variantei constructive exist mai multe variante de comutatoare stea-triunghi manuale: de 32 A în aer (utilizate pentru motoare cu puteri pân la 7,5 kW la 230V i pân la 10 kW la 380 V sau 500 V), de 63 A în aer (utilizate pentru motoare cu puteri pân la 10 kW la 230V i pân la 17 kW la 380 V sau 500 V), în ulei pentru cureni nominali de 100 A i 200 A, la tensiunea nominal de 500 V (utilizate pentru motoare de 50 kW i respectiv 100 kW, la 500 V).

Figura 1.25. Variaia curentului i momentului la pornirea stea-triunghi.

34

Comutatoarele stea-triunghi se realizeaz cu comutatoare tip tambur, sau cu came cu controlere sau comutatoare pachet.

Figura 1.26. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu came.

Figura 1.27. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu tambur.

35

Inversoarele de sens se utilizeaz pentru a comanda inversarea sensului de rotaie al motoarelor asincrone trifazate prin inversarea a dou faze sau prin inversarea curentului rotoric sau de excitaie la motoarele de c.c. Inversoarele de sens cu comanda manual direct pot fi realizate în urmtoarele variante constructive: cu came, pachet sau cu tambur. Ele au trei poziii: stânga, zero i dreapta i permit inversarea sensului de rotaie al unui motor aflat în micare, având o capacitate de conectare i deconectare de 6IN. Se construiesc pentru cureni nominali de 32 A i se utilizeaz pentru motoare cu o putere pân la 7 kW la 230 V, pân la 10 kW la 400 V i pân la 14 kW la 500 V.

Conform figurii 1.28 pe tambur patineaz periile fixe 1 ... 6 legate la reea i respectiv la înfurrile motorului. Când periile se afl în poziia 0 motorul nu este alimentat. Prin rotirea tamburului în poziia I, se realizeaz unul din sensurile de rotaie. Pentru inversarea sensului de rotaie al motorului se aduce maneta de acionare în poziia 0 i apoi în poziia II.

Figura 1.28. Schema electric a unui inversor de sens de tip tambur. Electromagneii de frânare servesc la decuplarea automat a frânei la pornirea unui motor electric i la cuplarea ei automat la oprirea motorului. Aceti electromagnei de frânare se folosesc la macarale i ascensoare, în special pentru frânarea automat a mecanismului de ridicare a sarcinii la deconectarea motorului sau la dispariia tensiunii de alimentare. Electromagneii de frânare se construiesc în variante monofazate sau trifazate. Cei trifazai se pot conecta în stea sau triunghi i se leag în paralel

36

cu înfurarea statorului motorului electric de antrenare.

37

Pentru a verifica modul de însuire a cunotinelor prezentate în acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele întrebri: 1. Definii un aparat electric neautomat. 2. Cum sunt acionate aparatele electrice neautomate? 3. Ce aparate electrice neautomate se folosesc la acionri cu frecven mare? 4. Ce cureni comut aparatele electrice neautomate? 5. Ce tipuri de întreruptoare neautomate cunoatei? 6. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent alternativ? 7. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent continuu? 8. Cum se clasific aparatele electrice neautomate dup domeniul de utilizare? 9. Cu ce dispozitive de protecie sunt dotate aparatele electrice neautomate? 10. Definii curentul de serviciu al unui aparat electric. 11. Ce este frecvena de conectare a unui aparat electric? 12. În câte clase se împart aparatele electrice neautomate dup frecvena de

conectare? 13. Definii capacitatea de rupere a unui aparat electric. 14. Definii capacitatea de închidere a unui aparat electric. 15. Explicai codul I.P.45. 16. Explicai codul I.P.334. 17. Definii un separator electric. 18. La ce se folosesc întreruptoarele i comutatoarele cu pârghii? 19. Cum se mai numesc întreruptoarele cu pârghii? 20. Unde se folosesc întreruptoarele i comutatoarele pachet? 21. Ce rol are mecanismul de sacadare al unui întreruptor pachet? 22. Ce avantaje prezint întreruptoarele pachet? 23. Ce funcii pot îndeplini comutatoarele pachet? 24. Ce tipuri de întreruptoare basculante cunoatei? 25. La ce se folosesc limitatoarele de curs? 26. Ce tipuri constructive de limitatoare de curs cunoatei? 27. Ce este un limitator de curs cu aciune instantanee? 28. La ce se folosesc microîntreruptoarele? 29. Ce tipuri de butoane de comand cunoatei? 30. Ce este un contact NI? 31. Ce este un contact ND? 32. Ce culoare are un buton de pornire? 33. Ce culoare are un buton de oprire? 34. Unde se folosesc butoanele tip ciuperc?

38

35. Când se folosesc cheile de comand? 36. Ce semnalizeaz o lamp aprins de culoare roie? 37. Ce tipuri de prize i fie cunoatei? 38. Ce tipuri de reostate cunoatei? 39. Ce aparate se folosesc la comanda manual a motoarelor? 40. Cu ce aparate electrice neautomate putei realiza un comutator Y–∆? 41. Cu ce aparate electrice neautomate putei realiza un inversor de sens? 42. Cum se realizeaz inversarea sensului de rotaie a unui motor asincron? 43. Cum se poate realiza inversarea sensului de rotaie a unui motor de c.c.? 44. De ce folosim pornirea Y–∆ a unui motor? 45. La ce motoare se poate folosi pornirea Y–∆? 46. De câte ori scade curentul de pornire la pornirea Y–∆? 47. De câte ori scade momentul de pornire la pornirea Y–∆? 48. Cum se clasific reostatele în funcie de durata relativ de funcionare? 49. Ce rol au electromagneii de frânare? 50. Ce rol au irurile de cleme?

39

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTAIE DE JOAS TENSIUNE

Aparatele electrice de comutaie servesc la închiderea i deschiderea circuitelor electrice, realizând sau suprimând legturile electrice dintre bornele aparatelor, mainilor sau echipamentelor electrice. Aparatele de conectare se consider automate când cel puin una dintre acionri poate avea loc automat. De obicei deschiderea este automat (eventual comandat de ctre protecii) iar închiderea este fie automat fie comandat manual. Din categoria echipamentelor automate de conectare la joas tensiune fac parte: contactoarele electromagnetice sau statice, întrerup-toarele automate i releele intermediare.

2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE Contactorul electromagnetic este definit ca un aparat de comutaie electromecanic, acionat altfel decât manual (de un electromagnet la joas tensiune), cu o singur poziie de repaus, capabil s stabileasc, s suporte i s întrerup cureni nominali i cureni mai mari decât cei nominali, dar care apar în mod normal (nu cureni de scurtcircuit). Este destinat efecturii unui mare numr de comutaii în sarcin (105 – 106) i unui numr i mai mare de comutaii fr sarcin (107).

Contactoarele sunt aparate de comutaie care pot realiza operaiile de închidere, deschidere i comutare a unor circuite ca urmare a unei comenzi date de un releu, de un traductor sau de operatorul uman, la anumii parametri electrici prestabilii. Ele pot fi acionate de un operator, prin utilizarea unui buton de comand montat în apropierea aparatului sau de la distan.

Contactoarele se caracterizeaz prin faptul c ele conecteaz un circuit sub aciunea comenzii i menin închis circuitul atâta vreme cât dureaz aceast comand (adic au contactele principale normal deschise – ND). Astfel de aparate au funcia de ruptor. Mai puin utilizate sunt contactoarele cu funcie de conjunctor (care au contactele de for normal închise –NI).

Contactoarele trebuie s poat suporta trecerea prin ele, un timp scurt, a curentului de scurtcircuit i s deconecteze supracurenii de ordinul 4-6 ori curentul nominal. Contactoarele i ruptoarele au capacitatea de rupere redus îns au rezistena mecanic foarte bun, asigurând un numr mare de manevre

40

cu frecven de comutare ridicat. Aceste aparate pot fi de curent continuu, curent alternativ sau mixte. La

aparatele în regim mixt, contactele principale funcioneaz în curent continuu, iar bobina de excitaie în curent alternativ sau invers.

2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice

Exist mai multe criterii de clasificare a contactoarelor electromagne-tice. Dintre acestea cele mai importante sunt:

A. Dup felul curentului comutat (din circuitul cilor principale de curent): -- contactoare de curent alternativ, monofazate sau trifazate. - contactoare de curent continuu.

B. Dup felul curentului din circuitul de comand (curent de excita-ie): - comandate în curent continuu; - comandate în curent alternativ monofazat sau trifazat.

C. Dup numrul polilor: - monopolare; - multipolare.

D. Dup sistemul de acionare: - electromagnetice; - electropneumatice.

E. Dup cinematica micrii contactelor: -cu micare de translaie pe orizontal (cazul contactoarelor de c.a. în aer); -cu micare de rotaie (cazul contactoarelor de c.c.); -cu micare combinat, de rotaie i translaie (cazul contactoarelor de c.a. de cureni mari); -cu micare de translaie pe vertical (cazul contactoarelor în ulei).

F. Dup tipul sarcinii (conform recomandrii CEI 158/1 i STAS 4479/74): Contactoarele de curent alternativ se clasific în 4 grupe: • AC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive • AC2 – pentru pornirea motoarelor cu inele de contact i la frânarea prin contracurent; • AC3 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit i la oprirea acestora în plin mers; • AC4 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit la mersul cu locuri i

41

la inversarea sensului de rotaie al motoarelor. Contactoarele de curent continuu se clasific în 5 grupe: • DC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive; • DC2 – pentru pornirea motoarelor cu derivaie sau pentru pornirea acestora în plin mers; • DC3 – pentru pornirea motoarelor derivaie la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rotaie al motoarelor; • DC4 – pentru pornirea motoarelor serie i oprirea acestora în plin mers; • DC5 – pentru pornirea motoarelor serie la mersul cu ocuri i la inver-sarea sensului de rotaie în plin mers al motoarelor. G. Din punctul de vedere al rezistenei mecanice la uzur a contacte-lor, contactoarele se clasific în funcie de durata de serviciu în gol (fr sarcin), exprimat prin numrul de acionri minime, astfel:

Tabel 2.1. Numrul minim de acionri.

Clasa Numrul de acionri minime I 250.000 II 1.000.000 II 5.000.000 IV 10.000.000

Din punct de vedere constructiv, contactorul electromagnetic este alctuit din urmtoarele elemente: organul motor (electromagnetul), resortul antagonist, polii principali, cile de curent, camerele de stingere, contacte auxiliare (contacte normal închise i deschise, necesare automeninerii, semnalizrii i interblocajului) i carcasa aparatului, ca suport material pentru elementele active.

2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ.

Aceste contactoare sunt destinate conectrii motoarelor care lucreaz în

regim intermitent (conectri repetate de scurt durat), pentru conectarea reostatelor de pornire i pentru diverse comutaii în reele de for i iluminat de curent alternativ. Au bobina de acionare alimentat în majoritatea cazurilor în curent alternativ i circuitul magnetic se execut din tole de 0,35 ... 1 mm grosime, pentru limitarea curenilor turbionari.

Pentru amortizarea vibraiilor armturii datorit pulsaiei forei de atracie polii miezului sunt parial ecranai cu spire în scurtcircuit.

42

La contactoarele acionate cu electromagnei în curent alternativ, inductivitatea bobinei variind invers proporional cu întrefierul, curentul absorbit de bobin în momentul anclanrii (când inductivitatea are valoarea cea mai redus) poate lua valorii de cca. 10- 15 ori mai mari decât în cazul când armtura este complet atras la capt de surs. Acest oc de curent se micoreaz treptat, pe msur ce armtura se deplaseaz i atinge valoarea sa minim când întrefierul δ=0. Raportul dintre ocul de curent i valoarea minim (de regim permanent) depinde de întrefierul iniial i de forma circuitului magnetic. Contactoarele cu ocuri mari de curent în momentul anclanrii nu pot fi utilizate la frecvene mari de conectare, de aceea bobinele de acionare se recomand a fi alimentate în curent continuu. Contactoarele de curent alternativ este construiesc în dou variante, i anume: cu simpl micare de translaie i cu dubl micare de translaie. Contactorul cu micare simpl de translaie este reprezentat schematic în figura 2.1.

Figura 2.1 Elementele constructive ale contactorului cu micare de translaie Conform figurii 2.1. organul motor este un electromagnet monofazat cu spir în scurtcircuit (reperele 1, 2, 3). Resorturile antagoniste 4 asigur starea de repaus. Pe calea de curent 5 sunt plasate elementul fix de contact i una din borne. Calea de curent are dou locuri de rupere, în zone plasate între plcile feromagnetice 6. Piesele mobile de contact sunt lipite de puntea 7. Resortul 8, asigur foa de apsare pe contacte i este plasat în caseta 9. Camera de stingere are ca principiu efectul de electrod i ni. Prin

43

efectul de ni, arcul dintre piesele de contact este introdus în camera de stingere i apoi este divizat într-un numr de segmente egal cu numrul de intervale dintre plcile feromagnetice sub forma literei V. În acest mod apare efectul de electrod, adic de divizare a tensiunii dintre anod i catod.

Figura 2.2. Diagrama forei rezistente în funcie de întrefier la

contactorul cu micare simpl de translaie.

Pentru determinarea numrului de segmeni ai camerei de stingere pornim de la expresia cderii de tensiune pe arcul electric. Pentru un arc electric scurt, tensiunea de ardere este:

Ua = n·αi (2.1)

unde n este numrul de intervale, αi ≈25V – tensiunea pe interval, iar Ua este tensiunea arcului electric. Ca urmare trebuie îndeplinit condiia:

Us < n·αi (2.2)

unde Us este tensiunea sursei.

Procesul de stingere este în realitate uurat de faptul c în curent alternativ curentul trece prin valoarea 0 i, pe de alt parte, îngreunat de apariia tensiunii de restabilire care are o amplitudine mai mare decât tensiunea sursei. Pentru a se aprecia valoarea tensiunii de restabilire este necesar s se cunoasc momentul trecerii prin 0 a curentului deoarece în acest moment apare tensiunea de restabilire.

Pentru ca întreruperea s fie reuit este necesar ca tensiunea de refacere a rigiditii electrice Ud sa fie mai mare decât tensiunea de restabilire Ur, adic: Ud > Ur (2.3)

44

Numrul de intervale dintre plcile feromagnetice se calculeaz cu relaia:

ni = 0,866·kn·ks·Un/Udi (2.4) în care s-a notat: kn – factorul de neuniformitate a repartizrii tensiunii de restabilire, ` kn≈1,1; ks – coeficient de siguran, ks≈1,1; Udi – tensiunea pe interval în funcie de curentul limit întrerupt; Un – tensiunea nominal a reelei (între faze). Contactorul cu micare dubl de translaie. Pentru intensiti mari ale curentului nominal (100... 400A), masele în deplasare fiind mai mari, energia cinetic corespunztoare este important. În aceste cazuri este necesar micorarea vitezei de închidere a contactelor, iar cinematica aparatului comport o micare de translaie dubl: a contactelor i a electromagnetului.

Schema cinematic este prezentat în figura 2.2. Conform figurii 2.3. un pol al aparatului este reprezentat prin conductoarele 1, 2 pe care sunt plasate contactele fixe i bornele aparatului A, B. Pe puntea conductoare 3 sunt plasate contactele mobile. în caseta 4 se afl resortul precomprimat 5. Electromagnetul de acionare este figurat prin armtura mobil 7, bobina 8 i armtura fix 9. Transmiterea micrii de la armtura mobil 7 la puntea 3 cu contactele mobile se realizeaz cu sistemul de pârghii 10, 11, 12. Resortul precomprimat 6 asigur fora necesar meninerii contactorului deschis.

Figura 2.3. Cinematica contactorului cu micare dubl de translaie

45

Figura 2.4. Diagrama forei rezistente în funcie de întrefier la contactorul cu micare dubl de translaie.

Dup cum se observ în figura 2.5. calea de curent este contorsionat în zona contactelor, în vederea formrii unei bucle la dispariia arcului electric i deci în vederea împingerii acestuia din urm în camera de stingere.

Figura 2.5. Calea de curent i camera de stingere cu efect de electrod i ni

Aceast camer de stingere este format din plci feromagnetice cu nie simple sau cu nie multiple. În execuie normal, contactorul nu este aparat de protecie. Dac îns în serie cu polii principali se conecteaz un bloc de relee termice, contactorul îndeplinete i funcia de protecie împotriva suprasarcinii.

46

Contactoarele de curent alternativ au vitez de acionare mult mai mare decât la cele de curent continuu, deoarece la începutul micrii curentul i fluxul cresc foarte rapid. În ipoteza unei variaii sinusoidale a fluxului acesta produce fora maxim dup T/4 adic dup un timp de 0,005 s (la 50 de Hz) de la conectarea bobinei. Durata conectrii depinde mai ales de masa echipajului mobil, rezultând o temporizare proprie la închidere între 0,05 – 0,1 s i la deschidere între 0,02-0,1 s. În conformitate cu recomandarea CEI 158/1 fiecrei categorii de utilizare a contactoarelor de c.a. îi corespund condiii tehnice prin care se stabilete sarcina comutat (tabelul 2.2.). Standardele mai prevd i clasa de uzur prin care se precizeaz durata relativ de conectare i numrul de conectri pe or. Semnificaia, mrimilor din tabel: • I – curent stabilit msurat ca valoare efectiv; • Ic – curent stabilit i întrerupt msurat ca valoare efectiv; • Ie – curent de folosire; • U – tensiune aplicat; • Ur – tensiune de restabilire la frecvena industrial; • Ue – tensiunea de folosire la frecven industrial.

Tabelul 2.2. Condiiile tehnice ale contactoarelor de c.a.

Condiii de închidere i deschidere Cate-goria Ur/Ue Cos ϕ Durata trecerii

curentului [s] Durata de pauz [s]

Numrul de ciclu-ri de manevr

AC1 1,5 1,05 0,8 0,05 * 50 AC2 4,0* 1,05 0,65* 0,05 * 50

AC3* 8,0 1,05 * 0,05 * 50 AC4* 10,0 1,05 * 0,05 * 50 AC5a 3,0 1,05 0,45 0,05 * 50 AC5b 1,5* 1,05 * 0,05 60 50 AC6a * * * * * * AC6b * * * * * * AC7a 1,5 1,05 0,8 0,05 * 50 AC7b 8,0 1,05 * 0,05 * 50 AC8a 6,0 1,05 * 0,05 * 50 AC8b 6,0 1,05 * 0,05 * 50

47

2.1.3. Contactoare de curent continuu

Contactoarele de curent continuu au circuitul magnetic de tip clapet, cu armtura mobil de tip clapet i cu armtura mobil sprijinit pe o prism pentru asigurarea unei rezistene la uzur mai mare. Uneori aceste contactoare sunt prevzute cu rezistene economizoare, legate în serie cu bobina de acionare. În poziia deschis aceste rezistene sunt scurtcircuitate de un contact auxiliar (normal închis – NI) i curentul care parcurge bobina de acionare are o valoare mare, fiind limitat numai de rezistena bobinei. În poziia închis a contactorului, se deschide contactul auxiliar i curentul se micoreaz, deoarece în acest caz el este limitat de rezistena bobinei i de rezistena economizatoare, legate în serie pe surs. Circuitele magnetice ale contactoarelor de curent continuu au întrefier de lucru la poziia închis foarte mic, pentru micorarea solenaiei necesare obinerii forei portante dorite. Întrefierul este de cca 4-10 mm. Contactorul de curent continuu este folosit în traciunea electric i în instalaiile de acionri electrice.

Din punct de vedere constructiv, exist dou variante, în funcie de principiul de stingere a arcului electric i anume:

A. Contactorul cu micare de translaie cu întrerupere dubl, la care se folosete efectul de electrod pentru stingerea arcului electric. Acesta este introdus în camera de stingere prin efectul de bucl al cii de curent i efectul de ni B. Contactorul cu micare de rotaie, întrerupere simpl, la care se folosete principiul contactului arcului electric cu perei reci în vederea rcirii i stingerii lui (efectul deion). Arcul electric este introdus în camera de stingere cu ajutorul suflajului magnetic. Contactorul cu micare de translaie folosete ruperea arcului electric în dou locuri iar camera de stingere este identic cu aceea a contactorului de curent alternativ. Principiul de stingere a arcului electric este cel al efectului de ni asociat cu efectul de electrod. Contactorul cu micare de rotaie este prezentat în figura 2.6. Acest tip de contactor se realizeaz în trei variante de camere de stingere i anume: -cu perei reci de azbociment; -cu perei reci din azbociment sau material ceramic, cu fant îngust; -cu perei reci din ceramic cu fant îngust icanat. Dup separarea pieselor de contact 1, 2, se formeaz arcul electric ce se dezvolt într-o zon în care este dirijat fluxul magnetic al bobinei de suflaj 4 cu ajutorul tlpilor polare 5. Fluxul magnetic dezvoltat de bobina de suflaj

48

este dirijat transversal pe direcia arcului electric.

Figura 2.6. Contactorul cu un loc de rupere i micare de rotaie, de c.c. 1-element fix de contact; 2-element mobil de contact;

3-miezul magnetic al bobinei de suflaj; 4-înfurarea bobinei de suflaj; 5-pol magnetic; 6- resort pentru asigurarea

Sub aciunea forei Lorentz: F=JxB arcul electric este dirijat în camera de stingere alungit apreciabil între rampele 8 i 10, pus în contact cu pereii reci i apoi stins. În figurile urmtoare sunt prezentate câteva variante constructive de contactoare de curent alternativ i curent continuu.

Figura 2.7. Contactor CRF1 – AC3.

Contactor cu acionare magnetic tri i tetrapolar pentru comanda motoarelor (circuitul de comand este alimentat in c.a. i c.c.).

Imax=150A, tensiunea 48V, frecvena 40.. 400Hz.

49

Figura 2.8. Contactor LP4 D (DC, AC3)

Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 9-25A (comanda în curent continuu). Contactorul, alimentat în curent continuu nu necesit nici o interfa, consumul redus îl recomand la comanda direct a prilor statice. Este ideal pentru coexistena circuitelor de putere i cele electronice.

Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 115-800A (comanda în curent alternativ).

Figura 2.9. Contactor LP4 K (DC, AC3) 6-12A

Minicontactor tripolar pentru comanda motoarelor (circuit de comand în curent continuu)

50

Figura 2.10. Contactor pe bar tripolar LC1 B (AC, AC3) 750-1800A pentru comanda motoarelor.

2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice

Pentru comanda contactoarelor electromagnetice se folosete de obicei un buton dublu de acionare, cu revenire (format din înserierea a dou contacte unul NI i unul ND). Alimentarea bobinei contactorului se face de la o surs de curent alternativ, de la o surs de curent continuu sau de la un redresor. Dac butonul de comand este cu revenire trebuie s se foloseasc un contact auxiliar ND a contactorului pentru memorarea comenzii (contact de automeninere). Acest contact este în paralel cu contactul ND al butonului de pornire. Rezult c pentru comanda cu butoane cu revenire a contactoarelor electromagnetice, Acestea vor fi prevzute cu cel puin un contact auxiliar (ND). Reprezentarea grafic a schemelor electrice se poate face conform stan-dardelor naionale prin: - scheme de lucru (complet), în care aparatele electrice i prile lor componente sunt reprezentate aa cum sunt plasate în realitate (conform legturilor lor fizice), -scheme electrice desfurate (funcionale) în care elementele componente ale aparatelor sunt reprezentate în mod logic, separând circuitele de for i cele de comand i control. Deoarece sunt mai sugestive i mai uor de utilizat se recomand utilizarea în documentaiile tehnice a schemelor

51

electrice desfurate.

Figura 2.11. Schema de lucru (complet) de alimentare i comand u unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a.

În figura 2.11. este prezentat schema de comand a unui contactor tri-fazat acionat de un electromagnet de c.a..

Comanda contactorului se face printr-un buton dublu sau prin dou butoane simple (S1, S2). Prin apsarea butonului de pornire S2 se alimenteaz bobina contactorului K (0-1) de la faza R i nulul reelei O, ceea ce duce la închiderea contactelor principale K (2-4, 6-8, 10-12), ceea ce duce la alimentarea consumatorului conectat la bornele A, B, C, cu tensiunile fazelor R, S, T. Concomitent se închide contactul auxiliar K (14-16), de automeninere care asigur meninerea sub tensiune a bobinei contactorului dup ce butonul de comand (cu revenire) revine la starea iniial. Întreruperea alimentrii consumatorului se face de la butonul de oprire S1, care întrerupe alimentarea bobinei contactorului ceea ce conduce la deschiderea contactelor principale. Aceeai schem de comand a contactorului este reprezentat sub forma unei scheme electrice desfurate (funcional) în figura 2.12. Din aceast reprezentare a schemei electrice, mai clar i mai simpl reiese justeea afirmaiei c reprezentarea desfurat a schemelor electrice este recomandabil.

52

Figura 2.12. Schema electric desfurat de alimentare i comand a unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a.

Pentru cazul contactoarelor de c.c. acionate de electromagnei de c.c.,

alimentarea se face de la o surs de c.c.. În figura 2.13. este prezentat atât schema electric desfurat cât i cea de lucru pentru alimentarea i comanda unui contactor de c.c.. Funcionarea schemei este similar celei precedente. La acionarea butonului S2 este alimentat bobina contactorului K (0-1) i se închid contactele principale K (2-4, 6-8) alimentându-se cu de la sursa de tensiune continu consumatorul racordat la bornele A, B.

Comanda de pornire este memorat de contactul de automeninere K (10-12). Oprirea se face de la butonul S1 care întrerupe alimentarea bobinei contactorului. La electromagnei de acionare de c.c. se poate dimensiona economic bobina electromagnetului deoarece în poziia închis a contactorului fora dezvoltat de electromagnet este maxim i mult superioar celei necesare asigurrii presiunii pe contacte. Se poate deci folosi o rezisten economizatoare R, înseriat cu bobina contactorului i scurtcircuitat de contactul auxiliar NI al acestuia K (3-5).

La acionarea butonului de pornire S2 bobina va fi parcurs de un curent mare, limitat doar de rezistena bobinei iar dup acionarea contactoru-lui contactul K (3-5) deschizându-se rezistena R este înseriat cu bobina contactorului reducând mult valoarea curentului ce parcurge bobina. Scade astfel solicitarea termic a bobinei i consumul.

53

Figura 2.13. Schema complet (de lucru) i Schema electric desfurat (funcional) pentru alimentarea i comanda unui contactor bipolar de c.c.

acionat de un electromagnet de c.c.

Pentru contactoare de c.a. care alimenteaz consumatori cu ocuri mari de curent în momentul anclanrii nu se pot face conectri la frecvene mari i de aceea se recomand acionarea cu electromagnei de c.c. alimentai prin puni redresoare.

Figura 2.14. Schema complet i Schema electric desfurat pentru

alimentarea i comanda unui contactor trifazat acionat de un electromagnet de c.c.

54

În figura 2.14. este prezentat schema de lucru i schema electric des-furat pentru alimentarea i comanda unui contactor trifazat acionat de un electromagnet de c.c.. Funcionarea schemei este similar schemei precedente doar c alimentarea bobinei de c.c. a electromagnetului de acionare se face prin puntea redresoare V de la tensiunea de faz a reelei trifazate. Rolul rezistenei economizatoare R este acelai ca la schema precedent.

Toate schemele prezentate pot fi completate cu circuite de semnalizare formate din becuri înseriate cu contacte auxiliare NI sau ND ale contactorului i care semnalizeaz poziia acionat sau neacionat a contactorului.

2.2. CONTACTOARE STATICE

Odat cu dezvoltarea unor componente semiconductoare pentru cureni inteni i la preuri accesibile, a aprut posibilitatea introducerii lor în tehnica comutaiei ca înlocuitoare pentru contactoarele electromagnetice.

Contactoarele statice folosesc dispozitive semiconductoare de putere cum sunt dioda, tiristorul diacul sau triacul. Structura circuitului energetic al contactoarelor statice de c.c. i c.a. este asemntoare cu a variatoarelor, diferind doar dispozitivul de comand ce are de regul o structur mai simpl în concordan cu regimul de comutaie. Contactoarele statice pot întrerupe i conecta sarcini la comenzi individuale sau periodice. Deoarece contactoarele statice pot fi privite ca variatoare ce funcioneaz în regim închis-deschis, funcionarea lor poate fi dedus prin analogie cu funcionarea variatoarelor statice.

2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ

Pentru analiza fenomenelor ce au loc în cazul comutaiei statice de c.a. considerm un contactor static de c.a. monofazat cu tiristoare ideale, legate în antiparalel alimentat cu o tensiune sinusoidal. Considerm parametrii sarcinii R, L constani. Pentru ca circuitul consumatorului (R, L) s fie parcurs de curent se comand cele dou tiristoare T1 i T2 fiecare semiperioad, în mod alternativ. La întreruperea comenzilor se va întrerupe i curentul din circuit.

55

Figura 2.15. Schema de principiu a unui contactor static de c.a. monofazat

Dac se ia ca origine momentul trecerii prin „0“ spre valori pozitive a tensiunii de alimentare, ecuaia diferenial a circuitului din figura 2.15. este:

tsinU2Ridtdi

L ω⋅⋅=+⋅ (2.5.)

Soluia acestei ecuaii este suma dintre termenul corespunztor regimului permanent i cel corespunztor regimului tranzitoriu.

tp iii += (2.6.) unde:

( )( )ϕ−ω

ω+

⋅= tsinLR

U2i

22p (2.7.)

în care: RL

tgω=ϕ (2.8.)

Soluia pentru it se deduce din ip luând în considerare condiiile iniiale. Astfel, dac comanda tiristorului T1 se face la momentul ωt = α, datorit inductivitii circuitului în primul moment, curentul total este 0.

Rezult:

( ) ( )( )ϕ−α⋅⋅

⋅ω+

⋅−== ωα−ω−

ωα−ω−

α sineLR

U2eii T

t

22

Tt

pt (2.9.)

Am notat cu T constanta electric a circuitului:

RL

T⋅ω= (2.10.)

Soluia general are deci forma urmtoare:

56

( )

( ) ( ) ( )

ϕ−α−ϕ−ω

⋅ω+

⋅=α−ω

⋅ω−

sinetsinLR

U2i

tL

R

22 (2.11.)

Se observ c în cazul particular α =ϕ, termenul tranzitoriu din soluia general (2.11.) dispare i deci în circuit se stabilete de la început regimul permanent. În cazul în care α<ϕ, termenul tranzitoriu este pozitiv i deci dup comanda contactorului static primele amplitudini pozitive sunt mai mari decât cele negative, iar în cazul α>ϕ situaia este invers. Se mai constat c la un circuit puternic inductiv ϕ ≈ π /2 i la α = 0, primul maxim al curentului are valoarea dubl fa de valoarea maxim din regimul permanent ce are loc pentru ωt = π / 2. Schema prezentat în figura 2.15. dei simpl prezint urmtoarele dezavantaje: necesit dou dispozitive de comand izolate galvanic între ele iar în cazul apariiei unei supratensiuni dinspre reea sau datorate sarcinii tiristoarele se pot distruge. Dac la apariia unei supratensiuni tiristorul care este polarizat direct nu amorseaz cellalt tiristor se poate strpunge.

Figura 2.16. Contactor static de c.a. cu punte redresoare semicomandat

Pentru eliminarea acestui defect se poate folosi schema din figura 2.16. în care catozii tiristoarelor sunt legai direct la o punte redresoare semicomandat i în antiparalel cu fiecare tiristor s-a montat câte o diod care nu permite apariia unor tensiuni inverse (se asigur astfel protecia la supratensiuni.

Schema din figura 2.16. utilizeaz un singur dispozitiv de comand deoarece tiristoarele au catodul comun. Dac dorim s reducem numrul de tiristoare putem utiliza schema unui contactor static cu un singur tiristor montat în braul unei puni cu diode prezentat în figura 2.17.

57

Figura 2.17. Contactor static de c.a. cu un singur tiristor.

În aceast schem folosim patru diode i facem economie de un tiristor. Tiristorul trebuie îns s conduc în ambele alternane ale curentului alternativ, de aceea comanda lui trebuie s fie permanent sau sincron la începutul fiecrei semiperioade, ceea ce face ca solicitarea termic a tiristorului T s fie chiar mai mare decât dubl (lipsete pauza de curent pe o semiperioad) fa de schemele anterioare. Un dezavantaj al schemei este acela c, la funcionarea contactorului cu sarcin rezistiv-inductiv, în momentul ieirii din conducie a tiristorului, pe tiristor apare brusc tensiunea sursei ceea ce poate duce la pierderea controlului asupra comenzii tiristorului, acesta rmânând în conducie tot timpul. Contactoarele statice de curent alternativ se pot realiza i cu ajutorul unui triac care înlocuiete cele dou tiristoare montate în antiparalel. O astfel de schem este prezentat în figura 2.18.. Triacul îndeplinete funcia a dou celor dou tiristoare în antiparalel iar grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de cretere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilor puternic inductive.

Figura 2.18. Contactor static de c.a. cu triac.

Dintre schemele de contactoare statice de c.a. prezentate cea mai mare cdere de tensiune pe tiristor este în cazul schemei din figura 2.17. Structura dispozitivelor de comand ale contactoarelor de c.a. depinde de natura ventilelor semiconductoare folosite (tiristoarele sau triacuri) i de

58

regimul de funcionare. Dac trebuie s comutm o sarcin trifazat vom folosi contactoare statice trifazate. În cazul consumatorilor trifazai se pot folosi contactoare statice monofazate pentru fiecare faz, sau contactoare statice cu o structur proprie specific contactoarelor statice trifazate. În figura 2.19. am prezentat schema electric a unui contactor trifazat. Schema prezentat în figura 2.19. utilizat în cazul conectrii motoarelor asincrone cu puteri mici (200-1000 W), cu o frecven de conectare mare (2000-10.000 conectri/h) i durata relativ de acionare DA = 25 - 60%.

Figura 2.19. Schema unui contactor trifazat ce utilizeaz triacuri.

În aceast schem ventilul semiconductor este triacul. Protecia împotriva scurtcircuitelor este asigurat de siguranele fuzibile F1, F2, F3, iar inductivitile L1, L2, L3 au rolul de reducere a pantei di/dt a curentului de scurtcircuit. Filtrele RC asigur protecia împotriva supratensiunilor. Acionarea contactorului este comandat de un releu reed K trifazat excitat la 24 V c.c., iar semnalizarea închiderii se face prin dioda luminiscent D2.

2.2.2. Contactoare statice de curent continuu

Spre deosebire de contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc în mod natural la trecerea prin zero a curentului comutat, contactoarele de c.c. funcioneaz cu comutaie forat fiind necesare circuite speciale pentru

59

stingerea tiristorului care a condus curentul. În schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor.

Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe grila, în structura contactoarelor de c.c. este existena prezena unei ramuri de comutaie. La majoritatea contactoarelor de c.c. folosite în industrie, blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse pe tiristorul principal obinute de la un condensator.

În momentul în care se dorete blocarea tiristorului principal, ramura de comutaie este conectat în paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel încât tensiunea condensatorului s foreze prin tiristorul principal un curent invers care anuleaz curentul iniial blocând tiristorul. În funcie de modul în care se realizeaz încrcarea condensatorului din ramura de comutaie, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de c.c. prezentate schematic în figurile urmtoare. În figura 2.20. este prezentat schema unui contactor static de curent continuu, cu circuit de încrcare R, C. Aplicând un impuls de comand polarizat pozitiv pe poarta tiristorului principal T1, aceasta intr în conducie i curentul alimenteaz consumatorul Zs. Tiristorul auxiliar T2 fiind blocat, condensatorul C se încarc prin rezistena R cu tensiunea sursei i polaritatea pozitiv. Pentru a întrerupe alimentarea sarcinii se comand intrarea în conducie a tiristorului auxiliar T2, care descarc condensatorul C peste tiristorul principal T1. Prin anularea curentului prin tiristorul principal T1 (polarizat invers de condensatorul C) acesta se blocheaz, iar condensatorul C se încarc prin impedana sarcinii Zs i tiristorul T2 la polaritatea invers fa de situaia anterioar (polaritatea prezentat în parantez). Tiristorul T2 continu s conduc un curent mic, limitat de rezistena R de valoare mare. La o nou comand a tiristorului principal T1, acesta intr din nou în conducie, condensatorul C este legat în paralel pe tiristorul T2 polarizându-l în sens invers i determinând ieirea lui din conducie.

Figura 2.20. Contactor static de c.c. cu circuit de încrcare R, C.

60

Prin tiristorul T1 se alimenteaz consumatorul Zs i prin rezistena R

condensatorul C se încarc cu polaritatea iniial, schema revenind la situaia iniial. Acest contactor de c.c. se folosete la frecvene de comutaie reduse datorit timpului necesar încrcrii condensatorului.

Pentru a asigura blocarea tiristoarelor este necesar ca valoarea condensatorului C s fie suficient de mare, astfel ca procesul de încrcare al condensatorului s aibe o durat suficient de mare, asigurând polarizarea invers a tiristorului care se blocheaz pe un interval de timp mai mare decât timpul de revenire a tiristorului. Din teoria variatoarelor de c.c., (contactorul de c.c. fiind un caz particular al unui variator de c.c.) rezult c pe rezistena i inductivitatea de sarcin, dup comanda de blocare a tiristorului principal, apare o tensiune tranzitorie ce poate atinge valoarea 2U, motiv pentru care se folosete dioda de mers în gol D pentru amortizarea supratensiunilor ce apar.

Figura 2.21. Contactor static de c.c. cu circuit de încrcare L, C.

Pentru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de încrcare L, C,. Un exemplu de contactor static de c.c. folosit la frecvene mari de comutaie este prezentat în figura 2.21.. Funcionarea acestui contactor este condiionat de aplicarea primului impuls de comand, tiristorului auxiliar T2. În caz contrar funcionarea contactorului nu este posibil, deoarece la comutarea direct a tiristorului principal, con-densatorul este descrcat. Astfel prin comanda lui T2 condensatorul C se încarc la tensiunea sursei i polaritatea din figura 2.21.. Conducia este asigurat prin sarcina Zs. La sfâritul procesului de încrcare a condensatorului curentul ia valoarea 0, iar conducia prin tiristorul T2 înceteaz. Condensatorul C fiind încrcat la tensiunea de la borne U, la comutarea tiristorului T1, circuitul de sarcin Zs este legat la sursa de alimentare, iar în

61

circuitul oscilant T1, D2, L, C, curentul variaz sinusoidal conform relaiei:

tsinL

Ui c ω

ω= (2.12.)

unde: LC2T;LC1

c π==ω (2.13.)

Deoarece dioda D2 nu permite trecerea curentului în sens invers, curentul se anuleaz dup o semiperioad (T/2), iar tensiunea pe condensator îi schimb polaritatea (conform polaritii din parantez). Pentru deconectarea consumatorului se aplic un impuls de comand tiristorului auxiliar T2, care conecteaz în paralel peste tiristorul T1 condensatorul C cu polaritatea invers fa de sensul de conducie al tiristorului T1. Curentul principal este anulat prin tiristorul principal T1, iar condensatorul se descarc i se încarc apoi cu polaritatea iniial. Dup terminarea procesului de încrcare tiristorul T2 se blocheaz, iar schema este pregtit pentru o nou conectare. Dioda D1 are rolul de a elimina supratensiunile de comutaie, în cazul sarcinilor inductive. La frecvene de comutaie mici exist pericolul descrcrii condensatorului prin rezistena invers a ventilelor semiconductoare i prin rezistena dielectricului. Descrcarea condensatorului are ca urmare imposibilitatea blocrii tiristorului principal. Pentru evitarea acestui fenomen s-a introdus în circuit rezistena R. Urmtoarea schem de contactor static de c.c. prezentat în figura 2.22. folosete un condensator montat în braul unei puni de tiristoare.

Figura 2.22. Contactor static de c.c. cu condensatorul montat în braul unei puni cu tiristoare.

La început se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2 i condensatorul C se încarc la polaritatea din figur, dup care cele dou tiristoare se blocheaz.

Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Zs este strbtut de curentul de sarcin. Oprirea funcionrii consumatorului se face prin comanda

62

tiristoarelor auxiliare T3 si T4, când condensatorul C se polarizeaz invers tiristorul principal T provocând blocarea lui.

Un timp circuitul se închide prin T3, C i T4, încrcând condensatorul cu polaritatea invers (din paranteze). Dup încrcarea condensatorului, tiristoarele T3 i T4 se blocheaz.

Pentru o nou acionare se comand tiristorul T, iar pentru o nou oprire se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2. Procesul se reia la fiecare comutaie. Din analiza modului de funcionare a contactoarelor statice de c.a. i a celor de c.c. rezult avantajele i dezavantajele folosirii lor în aplicaiile industriale i domeniile în care este recomandat utilizarea lor. Subliniem câteva caracteristici ale regimului de funcionare a contactoarelor statice. Recapitulând cele mai importante aspecte legate de funcionarea contactoarelor statice de c.a. i c.c. rezult c spre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c. funcioneaz cu comutaie forat fiind necesare circuite speciale pentru stingerea tiristorului principal, în schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. La majoritatea contactoarelor de c.c. în structura lor este necesar pre-zena unei ramuri de comutaie. La contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse obinute de la un condensator. În momentul în care se dorete blocarea tiristorului principal, ramura de comutaie este conectat în paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel încât tensiunea condensatorului s foreze un curent invers prin tiristorul principal pentru al stinge. Pentru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de încrcare L, C.

La frecvene de comutaie mici existând pericolul descrcrii condensatorului prin rezistena invers a ventilelor i prin rezistena dielectricului se introduce o rezisten suplimentar pentru evitarea acestui fenomen. Contactoarele statice de c.c. se pot realiza i cu punte redresoare comandat pentru evitarea fenomenului de blocare a tiristorului principal. În acest sens, se utilizeaz un condensator montat în braul unei puni de tiristoare. Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare semico-mandat, la care catozii tiristoarelor sunt legai direct, iar fiecare tiristor are montat în antiparalel cu câte o diod care nu permite apariia unor tensiuni in-verse pe tiristoare i deci asigur protecia la supratensiuni. La contactoarele statice de c.a. cu doua tiristoare în antiparalel structura este simpl i fiabil permiând utilizarea unui singur dispozitiv de comand,

63

deoarece tiristoarele au catodul comun.

Figura 2.23 Contactoare statice

Contactoarele statice de c.a. se pot realiza i cu un triac care înlocuiete cele dou tiristoare montate în antiparalel. Grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de cretere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilor puternic inductive.

2.2.3. Contactoare hibride

Din dorina de a elimina dezavantajele i a pstra avantajele folosirii contactoarelor statice sau electromagnetice au fost fabricate contactoare hibri-de, realizate prin conectarea unui contactor static cu un contactor electromag-netic. Contactoarele hibride sunt utilizate pentru cureni inteni, ele fiind com-puse din elemente semiconductoare pentru preluarea regimului tranzitoriu la închidere i un contactor electromagnetic pentru poziia închis (în regim per-manent). Pe fiecare faz a contactorului se folosete un tiristor i o diod în antiparalel, ca la contactoarele statice de c.a. monofazate i contactul normal deschis al unui contactor electromagnetic K.

Cum alimentarea i întreruperea funcionrii contactorului hibrid se rea-lizeaz prin intermediul tiristoarelor, contactorul funcioneaz fr arc electric nefind prevzut cu camere de stingere ca la contactoarele electromagnetice de

c.c. si c.a., ceea ce elimin uzura termic a contactelor.

64

Figura 2.24. Contactor trifazat hibrid.

Impulsul de comand necesar intrrii în conducie a tiristoarelor T1, T2, T3 se obine de la punile redresoare montate în trei înfurri secundare ale transformatorului T. Pentru a realiza poziia închis (alimentarea motorului M), se apas pe butonul de pornire S2, se alimenteaz, astfel primarul transformatorului T, iar tiristoarele primesc comenzile de conducie de la cele trei înfurri secundare ale transformatorului, prin intermediul punilor redresoare. În acest fel motorul electric este alimentat, iar la bornele K (0-1) se obine tensiunea necesar excitrii contactorului electromagnetic K. Acesta îi închide contactele principale K (2-4, 6-8, 10-12) prin care se scurtcircuiteaz tiristoarele i prin închiderea lui K (14-16) se realizeaz automeninerea alimentrii contactorului, dup revenirea butonului de pornire S2. Pentru realizarea poziiei deschis (oprirea motorului) se apas pe butonul de oprire S1, oprindu-se alimentarea bobinei contactorului K, care îi deschide contactele principale K (2-4, 6-8, 10-12). Cum contactul de automeninere K (14-16) este prevzut cu o temporizare la deschidere, pentru un scurt timp alimentarea motorului se face prin tiristoare i diode, pân când tensiunea de comand a tiristoarelor este anulat, moment în care motorul M rmâne nealimentat. Cum alimentarea i întreruperea funcionrii acestui contactor hibrid se realizeaz prin intermediul tiristoarelor, el funcioneaz fr arc electric, nefind prevzut cu camere de stingere.

65

2.3. RELEE INTERMEDIARE

Când în circuitele de comand sunt necesare mai multe contacte auxiliare sau amplificarea unui curent de ieire a unor circuite electronice se folosesc relee auxiliare care dei nu sunt nite aparate electrice de comutaie propriu-zise, pot fi folosite în acest scop. Aceste relee se utilizeaz în special în instalaiile de automatizare, comand i semnalizare, ca elemente amplificatoare cu o funcionare discontinu i acionate de electromagnei.

Figura 2.25. Schema de principiu a unui releu intermediar

În figura 2.25. este reprezentat schematic un releu intermediar cu micare de translaie, având un contact normal deschis (12-14) i unul normal închis (11-13). La primirea unui semnal la bornele bobinei de excitaie 1-2, releul acioneaz cvasi-instantaneu (în aproximativ 0,04 s) provocând închiderea contactului ND i deschiderea celui NI. Releele intermediare sunt în general relee secundare acionate de alte relee primare, de curent sau de tensiune.

Figura 2.26. Reprezentarea în schemele electrice a unui releu intermediar i a unui releu intermediar conectat la ieirea unui releu maximal de curent.

66

De obicei releele intermediare au în circuitul de ieire au mai multe contacte normal deschise i normal închise (pân la 32 contacte). Din punct de vedere constructive se pot realiza cu armtura basculant, sau cu micare de translaie pe vertical i pot fi realizate cu aciune instantanee sau temporizat.

2.3.1. Relee miniaturizate

Nevoia miniaturizrii aparatelor electrice a aprut atât din nevoia economisirii energiei electrice cât i a reducerii gabaritului echipamentelor electrice, mai ales a celor ce intr în componena circuitelor electronice.

Figura 2.27. Variante constructive de relee electromagnetice miniaturizate.

Acest lucru este evident atât la noile variante constructive ale releelor electromagnetice clasice, cât mai ales la releele electronice, ca urmare a dez-voltrii circuitelor integrate. Releele au devenit parteneri importani în realizarea montajelor electronice. Ele îndeplinesc pe lâng funcia clasic de interfaare i protecie i un rol de separare galvanic între circuitele de intrare i de ieire, adic între bobine i contacte.

Conectarea acestor relee în circuitele imprimate se face prin intermediul unor piciorue care se introduc în socluri special construite. Forma constructiv a unui releu miniaturizat de tip clapet, pentru cureni nominali de pân la 6 A, este prezentat în figura 2.26. unde sunt prezentate principalele sale elemente componente. Pentru a evita murdrirea contactelor, releul este introdus într-o carcas izolant. Pentru a se evita oxidarea contactelor se realizeaz variante constructive de relee electromagnetice miniaturizate capsulate, având în interior un gaz protector. Releele sunt capsulate într-o carcas din rin epoxidic. Forma constructiv a circuitului magnetic permite o reducere major a fluxurilor de dispersie i prin aceasta reducerea consumului de

67

energie absorbit de bobina releului.

2.3.2. Relee Reed

Gradul maxim de miniaturizare a releelor electromagnetice îl reprezint releele Reed. Derivate din releele electromagnetice, releele reed constau dintr-un tub de sticl închis în care se gsesc dou lamele elastice. În zona contactului, pe suprafaa lamelelor este dispus un strat de iridiu, platin sau aliaje ale acestora. Tubul de sticl este vidat sau este umplut de un gaz inert (azot, argon). Acionarea contactului se face cu ajutorul unui câmp magnetic creat de un magnet permanent sau de o bobin parcurs de curentul i.

Figura 2.28. Releu Reed. 1-Born, 2-Tub de sticl, 3-Bobinaj, 4-Contact.

Condiia de acionare a releului Reed este:

Fa = 2/2µ0 A > Fr =/2 (2.14.)

În care: Fa = fora activ; Fr = fora rezistent; = fluxul care strbate spaiul dintre lamele; A = aria suprafeei pe care lamelele se suprapun; = distana dintre lamele; = coeficientul de elasticitate al materialului lamelelor. În prezent, releele Reed se realizeaz sub form de elemente capsulate paralelipipedice din mase rinoase, în care se introduc tubul i bobina releului, la exterior aflându-se doar picioruele metalice pentru conexiuni. Pelicula de metal nobil i atmosfera inert protejeaz contactele de oxi-dare, fapt care le confer o rezisten de contact foarte sczut. Releele reed au un consum de energie neglijabil, timp de acionare mic, de ordinul unei milisecunde, frecvena de comutare mare (500 comutri pe secund), durata de via ridicat (108-1012comutaii). Ele pot avea unul sau mai multe contacte, normal deschise sau normal închise i au o funcionare mono sau bistabil. Cu toate c au dimensiuni foarte mici aceste relee au performane deosebite i sunt compatibile cu circuitele logice TTL. Acionarea releelor reed poate fii comandat i prin intermediul unui magnet permanent, caz în care armtura feromagnetic, sub aciunea

68

câmpului magnetic dat de polii unui magnet permanent, basculeaz ducând la modificarea poziiei contactelor sale. Pentru a mri i mai mult performanele acestor relee s-au realizat relee reed polarizate. La aceste relee pe lâng înfurarea de excitaie se utilizeaz i un magnet permanent al crui câmp magnetic întrete câmpul magnetic al bobinei de acionare, astfel încât permite atingerea forei de acionare, cu un curent de excitaie mai mic i fr saturaia circuitului magnetic. Eficiena releelor Reed polarizate este de aproximativ 10 ori mai mare decât a celor nepolarizate. Releele Reed de construcie modern au în interiorul lor i un getter, cu

rol de absorie a gazelor pentru a pstra atmosfera de gaz inert un timp cât mai îndelungat.

Miniaturizarea releelor continu prin implicarea componentelor electro-nice discrete (diode, tranzistoare), circuite integrate (amplificatoare

operaionale), circuite digitale i circuite specializate.

2.4. ÎNTRERUPTOARE AUTOMATE DE JOAS TENSIUNE

Întreruptoarele automate sunt aparate electrice de comutaie, care în regim normal de funcionare permit conectarea i deconectarea cu frecven redus a circuitelor electrice, iar în caz de suprasarcin, scurtcircuit, scderea sau dispariia tensiunii, asigur protecia prin intermediul declanatoarelor, întrerupând automat circuitele aflate în regim de avarie. Întreruptoarele automate se folosesc la protecia instalaiilor de iluminat, a motoarelor electrice, a reelelor de distribuie, tablourile de distribuie din centrale electrice i din posturile de transformare sau a altor consumatori. Ele sunt folosite împreun cu sigurane fuzibile cu mare putere de rupere ce asigur un efect de limitare a curenilor de scurtcircuit. Întreruptoarele automate se folosesc în instalaii de curent continuu i curent alternativ i comparativ cu siguranele fuzibile au funciuni multiple i permit reglarea mai exact a curentului la care întrerup circuitul în regim de avarie. Fiind destinate proteciei transformatoarelor, motoarelor i liniilor electrice de distribuie, întreruptoarele sunt solicitate intens termic i mecanic sub aciunea curenilor de scurtcircuit.

Ruperea curenilor de scurtcircuit este asigurat atât prin dispozitive adecvate de stingere a arcului electric (camere de stingere performante) cât i prin deschiderea rapid a contactelor mobile cu ajutorul unor arcuri puternice. Întreruptoarele automate de joas tensiune sunt aparate electrice cu cel puin un element mobil pe durata efecturii comutaiei. Variantele constructive actuale sunt de tipul disjunctor, numai cu

69

declanare automat, închiderea fcându-se manual, fie prin aciune direct, fie prin comand de la distan.

În cazuri speciale se construiesc întreruptoare automate de joas tensiune de tipul disjunctor-conjunctor, adic cu reanclanare automat, funciune specific întreruptoarelor automate de înalt tensiune.

Spre deosebire de contactoare, întreruptoarele automate sunt meninute în poziia anclanat de un mecanism de zvorâre (broasc), mecanic sau electromecanic, asupra cruia acioneaz declanatoarele: termobimetalice (cu aciune temporizat), electromagnetice (cu aciune instantanee) sau declanatoarele minimale de tensiune.

2.4.1. Clasificarea întreruptoarelor automate de joas tensiune

Întreruptoarele automate de joas tensiune se pot clasifica dup mai multe criterii.

A. Dup funciile de protecie, care determin declanrile automate, întreruptoarele se împart în: – întreruptoare automate de curent maxim, – întreruptoare automate de curent minim, – întreruptoare automate de curent invers, – întreruptoare automate de tensiune minim, – întreruptoare automate de tensiune maxim. Exist întreruptoare automate care cumuleaz mai multe funcii de protecie: de exemplu, pentru curent maxim, curent invers i tensiune minim.

B. Dup numrul polilor, întreruptoarele automate pot fi: – monopolare, – bipolare, – tripolare sau – tetrapolare.

C. Dup felul curentului comutat: – întreruptoare de c.c.

– întreruptoare de c.a. monofazate,

– întreruptoare trifazate.

D. Dup mediul de stingere a arcului pot fi: – în ulei, – în aer.

E. Din punctul de vedere al timpului propriu de declanare întrerup-toarele se clasific în:

70

– întreruptoare limitatoare (ultrarapide), cu timpi de declanare td < 4 ms, – întreruptoare automate rapide, cu td < 40 ms – întreruptoare automate selective, cu td < 0,5 s – întreruptoare automate temporizate td> 1 s.

F. Din punct de vedere funcional i constructiv întreruptoarele automate se clasific: - întreruptoare universale (în execuie deschis), - întreruptoare capsulate (în carcas din material plastic).

2.4.2 Elementele constructive ale întreruptoarelor automate Principalele pri constructive ale întreruptoarelor automate sunt: – organul motor (format dintr-un electromagnet sau un motor de acio-nare); – contactele principale (fixe i mobile); – camera de stingere; – contactele auxiliare (cuplate mecanic cu contactele principale); – declanatoare cu funcie de protecie (termobimetalice, electromagne-tice); – carcasa aparatului cu sisteme de fixare; – mecanismul de zvorâre sau broasca întreruptorului; Elementul caracteristic, în plus fa de contactoare îl reprezint tocmai acest din urm element i anume zvorul sau broasca întreruptorului, care este un mecanism cu liber deschidere. Acest mecanism asigur meninerea în poziia anclanat a contactelor întreruptorului i deschiderea automat a acestora sub aciunea declanatoarelor. De asemenea mecanismul trebuie s permit deschiderea contactelor la acionarea acestora, la comanda operatorului sau a declanatoarelor i s menin întreruptorul ferm în poziia deschis pentru evitarea închiderii accidentale a contactelor. Denumirea de liber deschidere a mecanismului de zvorâre provine de la faptul c deschiderea contactelor, sub aciunea declanatoarelor, nu poate fi blocat printr-o aciune din afara sistemului de acionare. Cele mai utilizate variante constructive de zvoare sunt: – mecanisme cu clichei rotativi; – mecanisme cu pârghii articulate i genunchi; – mecanisme combinate cu pârghii, genunchi i clichet. În figura 2.28. este prezentat un mecanism cu clichet rotativ, des utilizat la întreruptoarele automate de joas tensiune. Funcionarea lui prezentat în figur const în trei etape:

71

a) poziia armat a mecanismului; b) poziia închis a întreruptorului; c) poziia deschis a întreruptorului.

Figura 2.29. Funcionarea unui mecanism de zvorâre cu clichet rotativ. Zvorul este format dintr-o caset 2, care cuprinde în interior clicheii 4, 5 i 6. În poziia armat a) clichetul 4 solidarizeaz axul contactelor 10 cu caseta 2. Pentru a ajunge la poziia închis a întreruptorului b), se rotete caseta în jurul axului 1, în sensul sgeii, pân când agtorul 7 blocheaz caseta.

Poziia axului 10 corespunzând în acest caz poziiei închis a contactelor. Pentru închiderea întreruptorului c), declanatorul 8 acioneaz asupra clichetului 6, care prin rotirea în jurul axului su, permite clichetului 5 s se roteasc. Prin rotirea clichetului 4, scpat de interaciunea cu clichetul 5, se elibereaz axul contactelor 10, care sub aciunea resoartelor revine în poziia iniial a). Agtorul 7 se elibereaz i prin rotirea manual se revine la poziia armat a). O variant des utilizat de mecanism de zvorâre o reprezint mecanismul cu

72

clichet care are o construcie simpl i fiabil i este prezentat în figura 2.30.

Figura 2.30. Mecanism de zvorâre cu clichet.

Fora de declanare a resortului 4 este zvorât de sistemul de clichet format din piesele 5 i 6. Presiunea pe contactul electric (format din piesele 1 i 2) este realizat prin intermediul resortului 3. Pentru deschiderea întrerup-torului i deci eliberarea forei resortului 4 (iniial comprimat), se acioneaz pârghia 5 cu fora F. Raportul braelor pârghiei 5 este 1: 1 0, pentru ca fora F dezvoltat de declanator s nu trebuiasc s aib o valoare prea mare. Pentru a obine performane mai bune ale mecanismelor de zvorâre se folosesc mecanisme combinate, cu clichei i pârghii genunchi ca cel prezentat în figura 2.30. Schema cinematic a unui astfel de mecanism folosit la întreruptoarele automate prezint cele trei poziii ale mecanismului: a) poziia armat a mecanismului; b) poziia închis a întreruptorului; c) poziia deschis a întreruptorului. Poziia a), adic întreruptorul armat se obine prin imobilizarea articulaiei C cu ajutorul clichetului de decuplare Z (de forma unui semicilin-dru).

Pentru a ajunge în poziia închis a întreruptorului b), fora de acionare aplicat în punctul B se transmite printr-un sistem patrulater articulat CBA01, pârghiei 01A care are pe prelungirea ei contactul mobil ce se închide peste contactul fix. Pârghiile AB i BC realizeaz poziia de punct mort. Pentru a ajunge în poziia deschis c) se rotete clichetul rotativ de decu-plare Z în sensul artat în figur. Sub aciunea resortului R, pârghia 02C se rotete în jurul punctului de articulaie 02, determinând deplasarea pârghiilor BC i AB iar prin rotirea pârghiei 01A în jurul punctului 01 se ajunge la deschiderea contactelor. Pentru a reveni în poziia armat, mecanismul de acionare deplaseaz punctul B în poziia iniial, dup care prin rotirea cli-

73

chetului Z se blocheaz tija 02C împotriva tensiunii resortului antagonist R.

Figura 2.31. Mecanism de zvorâre combinat.

Mecanismele de zvorâre cu pârghii articulate i genunchi constau din dou pârghii 1 i 2 articulate prin genunchiul G conform figurii 2.32. În poziia a) mecanismul este armat. Pentru a trece din poziia a) în poziia b) adic cu întreruptorul închis se acioneaz manual asupra pârghiei 3, genunchiul G ocupând în cele din urm poziia care face ca contactul mobil 4 s se închid peste contactul fix 5, comprimând resortul de declanare 6.

Pentru a ajunge în poziia deschis a întreruptorului c) declanatorul va aciona asupra pârghiei 8 în sensul sgeii din figur, împotriva resortului 7. Astfel se dezvorte pârghia 9 i sub aciunea resortului 6 contactele mobile 4 se deschid.

74

Figura 2.32. Mecanism de zvorâre cu pârghii articulate i genunchi.

Pentru o nou anclanare trebuie s se treac prin poziia armat a) în

urma rotirii manuale spre stânga a manetei 3. Astfel genunchiul G revine în poziia iniial a), iar pârghiile 8 i 9 se zvorsc. Dac declanarea întreruptoarelor se realizeaz prin acionarea asupra zvorului prin intermediul unor declanatoare, anclanarea întreruptoarelor automate poate fi manual, prin intermediul unei manete de acionare de pe aparat, sau comandat de la distan printr-un electromagnet de anclanare, servomotor sau dispozitiv pneumatic. Electromagneii de acionare a întreruptoarelor automate se deosebesc de cei care acioneaz contactoarele prin faptul c trebuie s dezvolte o for mare într-un timp scurt, fiind dimensionai corespunztor acestei cerine. Dup închiderea contactelor întreruptorului acestea rmân blocate prin intermediul zvorului mecanic i electromagnetul trebuie decuplat de la reea în mod automat.

2.4.3. Întreruptoare automate de c.a. Întreruptoarele automate de c.a. se realizeaz în dou forme constructive: – întreruptoare automate universale (în construcie deschis). – întreruptoare automate de tip compact (în construcie capsulat).

Întreruptoarele automate universale se clasific în: – întreruptoare automate pentru instalaii interioare, având curenii nominali In=6÷16 A i capacitatea de rupere Ir=1÷2 kA. – întreruptoare automate de putere, cu In=1000÷4000 A i Ir=50÷55 kA.

75

Întreruptoare automate limitatoare, având timpi de acionare ta < 10 ms, In=16÷2500 A i Ir=25÷100 kA.

Dintre întreruptoarele automate de putere fabricate la noi în ar amintim pe cele de tip OROMAX, AMRO, AMT i DITA. În toate aceste aparate întreruperea arcului electric se realizeaz în camere de stingere care folosesc principiul efectului de electrod combinat cu efectul de ni. Pentru alimentarea consumatorilor de mic putere cele mai utilizate întreruptoare automate de tip compact produse în ar sunt cele din gama întreruptoarelor automate AMRO. Acestea se realizeaz în patru variante constructive: AMRO 25; AMRO 40; AMRO 100 i AMRO 250. Ele funcioneaz în curent alternativ la o tensiune de 500V i o frecven de 50Hz. Variantele AMRO 100 i AMRO 250 pot funciona i în curent continuu la o tensiune de 220V.

Figura 2.33. Întreruptor automat capsulat AMRO 25.

Dintre numeroasele variante de întreruptoare automate de tip capsulat care se gsesc pe piaa româneasc unele dintre cele mai performante sunt cele produse de firma Moeller prezentate în figura 2.34. Întreruptoarele de tip compact (în construcie capsulat) se utilizeaz pentru comanda i protecia la suprasarcin i scurtcircuit a instalaiilor electrice industriale fiind caracterizate prin: capacitate ridicat de închidere i rupere la gabarit redus; variante multiple de execuie; dispozitive de blocaj i semnalizare ce asigur securitatea personalului i sigurana în funcionare.

76

Figura 2.34. Variante constructive de întreruptoare automate de tip compact.

Întreruptoarele din clasa USOL se realizeaz pentru cureni nominali de 100, 250, 500 i 800 A. Închiderea i deschiderea contactelor principale ale acestor întreruptoare se face brusc cu ajutorul unui mecanism cu genunchi i clichet, cu anclanare i declanare rapid, independent de viteza de manevrare a operatorului. Camera de stingere este construit pe principiul efectului de electrod i ni. Aceste întreruptoare sunt prevzute cu declanatoare maximale de curent, termice i electromagnetice i declanator minimal de tensiune. Puterea de rupere ridicat se obine prin marea rapiditate de rspuns a declanatoarelor, viteza mare de deplasare a echipajului mobil, distana mare între contactul mobil i cel fix în poziia deschis i utilizarea unor camere de stingere performante.

77

Figura 2.35. Seciune prin întreruptorul automat capsulat de tip USOL.

1-maneta de acionare, 2-clichetul principal, 3-clapeta de armare, 4,5-biele,

6-echipajul mobil, 7-contactul mobil, 8-contactul fix, 9-resort principal, 10-clapet ax declanator, 11-declanator termic, 12-buton de reglaj, 13-armtura fix a declanatorului electromagnetic, 14-axul suport al

echipajului mobil, 15-carcasa aparatului, 16-plac de prindere, 17-borne de racordare, 18-camer de stingere cu plci feromagnetice,

19-armtura mobil a declanatorului electromagnetic, 2o-axul declanatorului, 21-clichet auxiliar.

Pentru închiderea întreruptorului se deplaseaz în sus maneta 1,

resortul 9 fiind puternic tensionat. Deschiderea întreruptorului se face manual prin deplasarea în jos a manetei ceea ce conduce la desfacerea clichetului principal sau prin acionarea declanatoarelor asupra clapetei 3.

Dup cum se constat din figur, în cazul acionrii manuale maneta de acionare poate avea trei poziii: poziia intermediar (de mijloc), corespunztoare figurii a) care indic declanarea întreruptorului prin declanatoare termice, electromagnetice sau de tensiune minim; poziia din figura b) care corespunde poziiei armat a întreruptorului i poziia din figura c) corespunztoare poziiei închis a întreruptorului.

78

În afara acionrii manuale întreruptoarele capsulate USOL pot fi acionate prin electromagnei de acionare sau prin motoare de acionare. În figura 2.36. am reprezentat schema electric de acionare i comand a întreruptoarelor de tip USOL în varianta cu electromagnet de acionare.

Figura 2.36. Schema electric de acionare cu electromagnet de acionare a unui întreruptor compact de tip USOL.

La acionarea butonului de pornire (cu revenire) S2 se alimenteaz bobina contactorului auxiliar K1 în serie cu contactul normal închis K2 (3-5) al releului de blocaj K2. În acest fel contactorul îi închide contactul principal K1 (2-4) i se automenine prin contactul auxiliar K1 (6-8), permiând punerea sub tensiune a înfurrii electromagnetului de acionare Q1 (0-1) care comand închiderea întreruptorului, care rmâne zvorât prin zvorul mecanic Z. Contactele principale ale întreruptorului permiând alimentarea consumatorului racordat la bornele A, B, C în serie cu declanatorul electromagnetic F1 i cel termobimetalic F2.

Prin închiderea contactului auxiliar al întreruptorului Q1 (14-16) se alimenteaz bobina releului de blocaj K2 (0-1), care prin deschiderea contactului su normal închis K2 (3-5) oprete alimentarea bobinei contactorului K1. Ca urmare a revenirii acestuia se deschide contactul K1 (2-4) care scoate de sub tensiune bobina electromagnetului de acionare.

79

Se observ c în cazul acionrii din nou a butonului S2 electromagnetul Q1 (0-1) nu poate fi pus sub tensiune din cauz c releul de blocaj K2 este acionat i contactul su K2 (3-5) este deschis.

Declanarea voit se face prin butonul S1 care întrerupe alimentarea declanatorului minimal de tensiune F3 (U<) i care acioneaz mecanic asupra zvorului Z. În cazul unor cureni de suprasarcin declanarea este comandat de declanatoarele F1, iar n cazul unor supracureni mai mari de declanatoarele F2 ce acioneaz asupra zvorului Z. În cazul în care întreruptorul este acionat printr-un motor electric, schema electric cuprinde un i un limitator de curs i o frân electromagnetic. Întreruptorul automat de tip OROMAX se realizeaz pentru cureni nominali de la 1000 la 4000 A, fiind destinat comutaiei i proteciei liniilor electrice, a motoarelor de putere, generatoarelor i transformatoarelor mari. Acionarea se face prin maneta proprie sau prin motor de acionare, printr-un mecanism de acionare cu acumulare de energie în resoarte (cu resoarte pretensionate). O vedere de ansamblu a unui întreruptor de tip OROMAX este prezentat în figura 2.37.

Acest întreruptor este prevzut pentru protecie cu declanatoare de tip H (declanatoare combinate termice i electromagnetice), cu curentul de declanare instantanee reglat la 8Ir. Pentru a face fa curenilor de scurtcircuit mari, acest întreruptor este echipat cu contacte de lucru, contacte de rupere (de arc) i rampe (coarne) de introducere a arcului electric în interiorul camerei de stingere. Elementele constructive ale cilor de curent ale unui întreruptor tip OROMAX sunt prezentate în figura 2.38.

80

. Figura 2.37. Întreruptor automat tip OROMAX

Un întreruptor de tip OROMAX poate efectua cca. 20000 de manevre de închidere - deschidere în sarcin i nu necesit prea multe operaiuni de întreinere.

Figura 2.38. Cile de curent ale unui întreruptor de tip OROMAX. l-contactul principal (de lucru); 2-contactul de rupere (de arc); 3a i 3b-

rampele (coarnele); 4- separator de flam; 5- piesa suport pentru elementele mobile de contact; 6- resort antagonist; 7- pies intermediar; 8- legtur

flexibil; 9- calea de curent.

81

Schema electric a unui întreruptor automat universal de tip OROMAX este reprezentat în figura 2.39.. Acionarea întreruptorului se poate face fie cu un electromagnet, cu un motor electric sau cu un dispozitiv pneumatic. În momentul în care dispozitivul de acionare i-a terminat cursa, contactele întreruptorului Ql rmân închise prin intermediul zvorului Z, iar dispozitivul de acionare este deconectat automat. Prin închiderea contactelor principale ale lui Ql se alimenteaz consumatorul între bornele A, B, C, în serie cu declanatoarele termice F5 i electromagnetice F4 si siguranele fuzibile F1, F2, F3. La depirea curentului reglat acioneaz dup caz declanatorul termic sau cel electromagnetic care prin lovirea zvorului provoac declanarea întreruptorului.

În caz de scurtcircuit întreruperea alimentrii consumatorului se realizeaz prin aciunea siguranelor fuzibile. Declanatorul minimal de tensiune F6 este alimentat prin contactul Ql (14-16) i butonul S1 (l-3). În cazul scderii sau dispariiei tensiunii declanatorul F6 acioneaz mecanic asupra zvorului Z, provocând declanarea întreruptorului. Pentru declan-area voit a întreruptorului se folosete butonul S1.

Figura 2.39. Schema electric desfurat a unui întreruptor de tip OROMAX.

82

Protecia la suprasarcini este realizat de releele termobimetalice F5, la supracureni de releele electromagnetice F4 iar la scderea tensiunii de ctre releul electromagnetic F6. Protecia la scurtcircuit se face i în acest caz prin siguranele fuzibile F1, F2 i F3.

Figura 2.40. Schema electric a unui întreruptor cu protecia prin relee.

Figura 2.41. Caracteristica de protecie a unui întreruptor.

83

Caracteristica de protecie a întreruptorului este prezentat în figura 2.41. Caracteristica din figur este reprezentat în coordonate logaritmice. Poriunea 1 din caracteristic reprezint caracteristica dependent corespun-ztoare declanatoarelor termobimetalice, poriunea 2 reprezint caracteristica independent corespunztoare declanatoarelor electromagne-tice iar poriunea 3 corespunde zonei de protecie a siguranelor fuzibile în cazul curenilor de scurtcircuit. Caracteristica 4 reprezint curba de stabilitate termic a instalaiei protejate.

2.4.4. Întreruptoare automate de c.c. Întreruptoarele automate de c.c. pot fi normale sau ultrarapide. Întreruptoarele automate normale nu necesit caracteristici de protecie rapide i sunt utilizate mai ales în traciunea electric. Ele au un mecanism de zvorâre cu pârghii genunchi cu clichei i sunt prevzute cu declanatoare electromagnetice. La întreruptoarele folosite în traciunea urban (AV-2) bobina declanatorului electromagnetic se poate regla la valori apropiate de curentul absorbit de motor (adic protecia este selectiv). Întreruptoarele automate ultrarapide au aprut ca urmare a necesitii de a proteja instalaiile de curent continuu echipate cu redresoare cu vapori de mercur iar în prezent sunt folosite la protecia dispozitivelor semiconductoare de putere, caracterizate printr-o capacitate redus de a suporta curenii de suprasarcin i mai ales curenii de scurtcircuit. Întreruptoarele ultrarapide se realizeaz în dou variante: a) Electromagnetice, la care sistemul de zvorâre mecanic a fost înlocuit de zvoare electromagnetice (prin utilizarea unui electromagnet de reinere), declanarea fiind comandat electromagnetic (printr-un electromagnet de declanare). b) Electrodinamice, la care asupra zvorului mecanic (clichet) acioneaz declanatoare ultrarapide electrodinamice (ce utilizeaz efectul forelor electrodinamice). Întreruptoarele ultrarapide electromagnetice se realizeaz sub mai multe variante constructive. Astfel în figura 2.42. este reprezentat un întreru-ptor ultrarapid electromagnetic produs de firma AEG, care permite obinerea unor timpi de declanare sub 10 ms. Pentru acionarea întreruptorului se trece comutatorul C în poziia din figur, alimentându-se bobina electromagnetului de reinere ER. în acest fel armtura mobil 5 este atras de armtura fix 4, împotriva aciunii resortului antagonist i odat cu acesta se închide contactul mobil 2 peste cel fix 1.

84

Figura 2.42. Întreruptor automat de c.c. ultrarapid electromagnetic. 1-contactul fix, 2-contactul mobil principal, 3-contactul de arc, B-bobina de suflaj, R-rezistena pentru limitarea supratensiunilor pe contacte, ER-electromagnetul de reinere (zvorul), ED- electromagnetul de declanare. Curentul din circuitul de lucru strbate contactele de lucru, bobina de suflaj B i bobina electromagnetului de declanare ED. Fluxul magnetic dat de bobina ED se închide, conform liniei de câmp a, pe poriunea de reluctan magnetic minim, strbtând polul ecranat cu spira în scurtcircuit K. La apariia unui curent de scurtcircuit fluxul determinat de electromagnetul de declanare ED se închide pe calea reprezentat punctat (curba b), din cauza reaciei produse de spira în scurtcircuit (flux variabil în timp). În acest fel fora ce se exercit asupra armturii mobile 6 adunat cu fora F a resortului, înving fora dezvoltat de electromagnetul ER determinând deschiderea contactului mobil 2. Arcul electric ce apare între contacte este atras în interiorul unei camere de stingere cu fante înguste, sub aciunea bobinei de suflaj B, unde este deionizat, alungit i stins rapid. O alt soluie constructiv de întreruptor ultrarapid cu unt magnetic, este prezentat în figura 2.43.. Acest întreruptor utilizeaz pentru declanare un impuls de curent proporional cu panta de variaie a curentului în timp (di/dt). Pentru acionare se alimenteaz bobina electromagnetului de reinere 4 astfel încât fluxul magnetic dat de aceasta (linia continu din figur) determin atragerea armturii mobile feromagnetice 3. În acest fel se închid contactele întreruptorului, calea de curent realizându-se de la A la B. Electromagnetul de reinere 5, legat în paralel cu o inductivitate L nu este parcurs de curent în regim normal de funcionare.

85

Figura 2.43. Întreruptor automat de c.c. ultrarapid cu unt magnetic.

1 - contactul mobil; 2- contactul fix; 3-armtura mobil solidar cu contactul mobil; 4- electromagnetul de declanare; 6- bobina de suflaj.

La apariia unui curent de scurtcircuit, pe inductivitatea L apare o tensiune electromagnetic indus Ue care determin apariia prin înfurarea de comand a electromagnetului de declanare 5 a unui curent de impuls:

dtdi

Lki ⋅= (2.15.)

Prin armtura mobil se închide un flux magnetic a crui linii de câmp (linia punctat) se opun celor determinate de electromagnetul de reinere 4 i sub aciunea resortului antagonist armtura mobil se îndeprteaz i odat cu ea i contactul mobil 2 care întrerupe circuitul.

Figura 2.44. Întreruptor automat de c.c. ultrarapid electrodinamic.

1, 2 - contactele principale; 3- tija mobil; 4- bobina declanatorului; 5-disc nemagnetic; 6- resort; 7 –declanator electromagnetic; 8-declanator electrodinamic; 9- clichet; 10- resort antagonist.

86

Stingerea arcului este asigurat de bobina de suflaj 6. Lipsa unor pârghii i zvoare intermediare determin o aciune ultrarapid a întrerupto-rului în caz de avarie (de ordinul 5 ms).

În poziia închis întreruptorul este zvorât prin clichetul 9, calea de cu-rent închizându-se de la A la B. Esenial în construcia aparatului este declan-atorul electrodinamic format din bobina fix 4 i un disc nemagnetic (Cu sau Al) 5, care este solidar cu elementul de contact 1 prin tija 3. Resortul 6 asigur presiunea de contact. La apariia unui curent de scurtcircuit se transmite un impuls de curent (l-2 ms) în bobina 4 i sub aciunea forelor electrodinamice discul 5 este respins comprimând resortul 6 i ducând la deschiderea contactelor 1 i 2. În acest fel apare un arc electric, dirijat spre camera de stingere (cu efect deion i suflaj magnetic), limitându-se în acelai timp valoarea curentului de scurtcircuit. Resortul 6 se comprim pân la o valoare prestabilit dup care revine spre poziia iniial cu tendina de a restabili contactul principal. Pentru a evita acest lucru clichetul mecanic 9 trebuie deschis într-un timp foarte scurt, permiând resortului antagonist 10 s îndeprteze contactul 2. Aceast declichetare rapid este realizat fie prin intermediul unui declanator electromagnetic 7 care îi atrage armtura mobil 11, fie printr-un declanator electrodinamic 8 (identic cu 4 i 5). Pentru a obine o declanare extrem de rapid (aproximativ 3 ms) impulsul de comand transmis înfurrilor 4 respectiv 8, se obine de la un sistem de sesizare a supracurenilor prezentat în figura 2.44. b. La variaia brusc a curentului de supravegheat i, prin intermediul transformatorului de curent Tr se transmite un semnal unui comparator Co. Dac curentul a depit valoarea reglat, la ieirea din comparator se d o comand pe poarta tiristorului T prin care se descarc condensatorul C peste bobinele declanatoarelor 4, respectiv 8. Din schem se observ c în prealabil condensatorul a fost încrcat de la o surs de tensiune alternativ prin dioda D i rezistena R. Datorit timpilor de comutaie foarte redui întreruptoarele de c.c. ultrarapide au cunoscut o lrgire a domeniului de utilizare i o diversificare a variantelor constructive.

2.5. DISJUNCTOARE

Acest tip de echipamente de comutaie au gabarit mai redus decât întreruptoarele automate de tip compact datorit micorrii distanelor de strpungere i de conturare, izolarea complet a fazelor între ele, precum i limitarea spaiului de stingere a arcului electric.

87

Rolul disjunctoarelor este de a proteja consumatorii i circuitele electrice împotriva urmtoarelor defeciuni: suprasarcini, scurtcircuite i dispariia tensiunii din circuit prin intermediul declanlatoarelor termobimetalice i electromagnetice.

Se asigur totodat, posibilitatea întreruperii sau stabilirii continuitii în alimentare a consumatorilor. La disjunctoare funcia de comutaie este asigurat de contactele principale i de dispozitivele de stingere cu care sunt echipate, iar funcia de protecie este asigurat de declanatoare.

Defeciunile din instalaiile electrice i defectele lor, care trebuie diminuate prin funcionarea disjunctoarelor se refer la:

a.) Scurtcircuite; b.) Suprasarcinile, I0=(1,05÷1,5)In, adic depirea cu 5÷50 % a curentu-lui

nominal, cu consecine nefaste prin efectul termic ce-l produc în timp asupra utilajelor alimentate electric;

c.) Dispariia tensiunii (întreruperea alimentrii) produce neajunsuri prin înclcarea nesimetric a consumatorilor, respectiv prin nefuncionarea utilajelor ;

d.) Apariia unor cureni de defect, de punere la pmânt, produi de stingerea accidental a prilor aflate sub tensiune de ctre operatorii umani, fapt ce ar putea produce electrocutarea acestora.

Figura 2.45. Elementele constructive ale unui disjunctor

88

Figura 2.46. Blocuri disjunctoare Mrimile caracteristice ale disjunctoarelor sunt: curentul nominal, curentul de reglaj al declanatoarelor, tensiunea nominal de funcionare, tipul dispozitivului de acionare (manual), electromagnetic i tensiunea de comand a acestuia, capacitatea de rupere.

Dup funciile de protecie, care determin declanrile automate, disjunctoarele se împart în: – disjunctoare de curent maxim, – disjunctoare de curent minim, – disjunctoare de curent invers, – disjunctoare de tensiune minim, – disjunctoare de tensiune maxim. Exist disjunctoare care cumuleaz mai multe funcii de protecie: de exemplu, pentru curent maxim, curent invers i tensiune minim. Prile componente ale disjunctoarelor sunt prezentate în figura 2.45.

Ruperea curenilor de scurtcircut este asigurat atât prin dispozitive adecvate de stingere a arcului electric (camere de stingere performante) cât i prin deschiderea rapid a contactelor mobile cu ajutorul unor arcuri putemice.

Evident c folosirea carcasei de material plastic reduce simitor spaiul de montaj i de stingere a arcului electric, dar în acelai timp limiteaz i capacitatea de rupere a aparatului la valori mai mici decât în cazul întrerup-toarelor automate universale.

89

Pentru a verifica modul de însuire a cunotinelor prezentate în acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele întrebri: 1. Ce este un aparat de comutaie? 2. Când un aparat de comutaie este automat? 3. Ce aparate electrice de comutaie de joas tensiune cunoatei? 4. Definii un contactor electromagnetic? 5. Ce este un conjunctor? 6. Ce este un disjunctor? 7. Cum se clasific contactoarele electromagnetice dup cinematica lor? 8. În câte grupe se clasific contactoarele electromagnetice de curent alterna-

tiv dup tipul sarcinii? 9. În câte grupe se clasific contactoarele electromagnetice de curent continuu

dup tipul sarcinii? 10. În câte clase se împart contactoarele electromagnetice în funcie de

rezistena mecanic? 11. Care sunt elementele constructive ale unui contactor electromagnetic? 12. Ce tip de camer de stingere se folosete la contactoarele electromagne-

tice de curent alternativ? 13. Ce tip de camer de stingere se folosete la contactoarele electromagne-

tice de curent continuu? 14. Care este dispozitivul de acionare a unui contactor electromagnetic? 15. Care este condiia de comutaie sigur a unui contactor electromagnetic de

curent alternativ? 16. De cine depinde numrul de plci feromagnetice ale camerei de stingere a

unui contactor electromagnetic? 17. La ce tip de contactoare se utilizeaz rezistena economizatoare? 18. Ce rol are rezistena economizatoare înseriat cu bobina contactorului

electromagnetic de curent continuu? 19. Ce tip de contact al contactorului comand rezistena economizatoare? 20. Cum se clasific contactoarele electromagnetice de curent continuu dup

cinematica lor? 21. Cum se clasific contactoarele de curent continuu dup tipul camerei de

stingere. 22. La ce tip de acionri se folosesc contactoarele electromagnetice? 23. Ce este un contactor mixt? 24. Ce rol are contactul de automeninere? 25. Ce tipuri de scheme electrice cunoatei? 26. La ce tipuri de acionri se recomand contactoarele electromagnetice

acionate cu electromagnet de curent continuu? 27. Ce este un contactor static?

90

28. Ce dispozitive semiconductoare se utilizeaz pentru contactoare statice? 29. Care este momentul cel mai defavorabil pentru comutaia unui circuit de

curent alternativ? 30. Ce variante de contactoare statice de curent alternativ cunoatei? 31. Ce dispozitiv semiconductor este echivalent cu dou tiristoare montate în

antiparalel? 32. Ce asigur protecia împotriva supratensiunilor la contactoarele statice? 33. Cum se blocheaz un tiristor? 34. Cum este comandat intrarea în conducie a unui tiristor? 35. Ce asigur stingerea tiristorului principal într-un contactor static de curent

continuu ? 36. Cum putem reduce supratensiunile ce apar la comutaia unui contactor

static de curent continuu? 37. Ce variante constructive de contactoare statice de curent continuu

cunoatei? 38. Ce tip de contactor static de curent continuu poate fi folosit la frecvene

mari de conectare? 39. Ce este un contactor hibrid? 40. Ce avantaje au contactoarele statice fa de contactoarele

electromagnetice? 41. Ce dezavantaje au contactoarele statice fa de contactoarele

electromagnetice? 42. Ce avantaje prezint contactoarele hibride? 43. Ce dezavantaje prezint contactoarele hibride? 44. Cum se reprezint un releu intermediar într-o schem electric? 45. Ce variante constructive de relee miniaturizate cunoatei? 46. Care este cel mai performant releu miniaturizat? 47. Care este elementul motor al unui releu Reed? 48. Cum este protejat anticoroziv un releu Reed? 49. Definii un întreruptor automat? 50. Care este elementul constructiv caracteristic al unui întreruptor? 51. Unde se folosesc întreruptoare automate de curent alternativ de joas

tensiune? 52. Cum se clasific întreruptoarele automate de joas tensiune dup funcia

de protecie? 53. Cum se clasific întreruptoarele automate de joas tensiune dup tipul de

declanatoare? 54. Care sunt elementele constructive ale unui întreruptor automat de joas

tensiune? 55. Ce este un declanator? 56. Cu ce tipuri de declanatoare sunt dotate întreruptoarele automate?

91

57. Ce declanator asigur protecia la suprasarcin? 58. Ce declanator asigur protecia la supracureni i scurtcircuit? 59. Ce declanator asigur protecia la scderea tensiunii sau tensiune nul? 60. Ce tipuri de zvoare cunoatei? 61. Ce rol are mecanismul de zvorâre al unui întreruptor automat? 62. Cum se clasific dup varianta constructiv întreruptoarele automate de

curent alternativ de joas tensiune? 63. Ce întreruptoare automate de curent alternativ i joas tensiune produse

în ar cunoatei? 64. Ce tip de camer de stingere se folosesc la întreruptoarele automate de

curent alternativ de joas tensiune? 65. Cum este asigurat efectul de limitare a întreruptoarelor? 66. Ce variante de întreruptoare USOL cunoatei? 67. Ce variante de întreruptoare OROMAX cunoatei? 68. Care este mrimea de ieire a unui declanator? 69. Unde se folosesc întreruptoarele automate de curent continuu de joas

tensiune? 70. Cum se clasific întreruptoarele automate de curent continuu de joas

tensiune dup tipul de declanator? 71. Cum se clasific întreruptoarele automate de curent continuu ultrarapide

dup sistemul de zvorâre? 72. Ce tip de camer de stingere se folosete la întreruptoarele automate de

curent continuu de joas tensiune? 73. Ce este un întreruptor în construcie universal? 74. Ce este un întreruptor în construcie capsulat? 75. Cum se face acionarea de la distan a unui întreruptor automat de joas

tensiune? 76. Care este frecvena de comutaie a unui întreruptor automat comparativ

cu cea a unui contactor electromagnetic? 77. Care este timpul de declanare a unui întreruptor automat comparativ cu

cel al unui contactor electromagnetic? 78. Ce tipuri de electromagnei se folosesc la acionarea întreruptoarelor

automate de joas tensiune? 79. Ce rol are bobina de suflaj a unui întreruptor automat de c.c.? 80. Care sunt avantajele i dezavantajele folosirii disjunctoarelor?

92

3. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE PROTECIE

Defectele ce apar în instalaiile electrice sunt foarte complexe, atât ca desfurare cât i din punct de vedere al efectelor pe care le pot produce în instalaiile electrice. Dei este posibil o împrire a defectelor dup cauza i natura lor, în practic este greu de distins crei categorii îi aparine defectul care a avut loc, dat fiind c cel mai adesea apar defecte combinate i nu se poate ti care a fost cauza i care efectul. Marea majoritate a defectelor constau în deteriorarea izolaiei ceea ce conduce la apariia unor scurtcircuite. Curentul de scurtcircuit având o valoare mare supune echipamentul electric i consumatorii la efecte termice i electrodinamice importante i în acelai timp provoac o cretere a cderilor de tensiune pe toate impedanele pe care le parcurge, provocând astfel o scdere general a tensiunii în reea.

Echipamentele electrice de protecie au rolul de a limita efectele regimurilor de avarie pentru a proteja atât echipamentul electric cât i consumatorii i generatoarele electrice.

Cele mai importante echipamente de protecie sunt: siguranele fuzibile, releele de protecie, declanatoarele i descrctoarele. Aparatele de protecie trebuie s sesizeze apariia unui regim anormal de funcionare i s izoleze zona defect prin intermediul aparatelor de comutaie.

Pentru a fi eficient o protecie trebuie s fie sensibil, rapid, selectiv i cât mai sigur în funcionare.

3.1. SIGURANE FUZIBILE Sigurana fuzibil este un aparat de conexiune i protecie a crui funcie este de a întrerupe circuitul în care este conectat i de a întrerupe curentul, atunci când acesta depete un anumit timp o valoare dat, prin topirea unuia sau mai multor elemente fuzibile (destinate i proiectate în acest scop). Sigurana fuzibil este unul dintre cele mai vechi aparate de protecie, care au aprut înc din primele momente ale dezvoltrii electrotehnicii. Aciunea unei sigurane se bazeaz pe topirea fuzibilului ei în caz de suprasarcini i de scurtcircuite. Fuzibilul siguranei constituie punctul slab al circuitului. El trebuie s se topeasc înaintea conductoarelor, a înfurrilor mainilor sau a transformatoarelor, adic înainte ca curentul prin circuit s

93

poat atinge o valoare periculoas pentru izolaii. Siguranele fuzibile se caracterizeaz printr-o construcie foarte simpl i robust, care au încorporat ca element de protecie un fir rotund sau o band conductoare, montate în serie cu obiectul de protejat. În cazul curenilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confecionat fuzibilul, având cea mai redus stabilitate termic din întreg circuitul, se topete i întrerupe circuitul, realizând protecia acestuia. Siguranele fuzibile se folosesc atât în instalaiile electrice de joas tensiune, cât i în cele de medie i înalt tensiune i dei din punct de vedere constructiv ele difer mult în funcie de domeniul de utilizare, funcia de protecie este aceeai.

3.1.1. Principiul de funcionare al siguranelor fuzibile Sigurana fuzibil are dou regimuri de funcionare: când curentul care o strbate este mai mic decât curentul minim de topire (I<Imin top) i regimul tranzitoriu condiionat de curenii de scurtcircuit sau de suprasarcin, cureni ce depesc curentul minim de topire (I > Imin topire).

Figura 3.1. Principiul de funcionare al siguranei fuzibile

Elementul fuzibil este înglobat într-o mas de nisip de cuar i se

94

topete la depirea Imin top, aprând arcul electric, a crui stingere este determinat de preluarea cldurii de ctre granulele de nisip.

Din momentul în care firul ajunge în stare lichid, masa de lichid nu mai pstreaz forma geometric a firului, fiind supus deformrii cauzate de forele electrodinamice în bucla parcurs de curent 1i de forele Lorentz în masa de lichid. Fuzibilul se topete apoi se evapor, din stare solid trece în stare lichid apoi în stare de vapori. Procesul de schimbare a acestor stri difer esenial dup cum se efectueaz încet sau repede, adic dac fuzibilul siguranei se topete la intensitate mic a curentului de suprasarcin sau la intensitate mare a unui curent de scurtcircuit. Se constat c pe durata 0…t1 are loc înclzirea elementului fuzibil, conform curbei din figur, pân la temperatura θ1 corespunztoare temperaturii de topire (θ1=θtop). Durata t1este de 1…5 ns i ca urmare se poate considera c într-un interval atât de scurt nu exist schimb de cldur cu mediul ambiant, procesul fiind adiabatic. În intervalul t1-t2 materialul fuzibilului se topete în întregime, iar tem-peratura se pstreaz constant în timpul procesului de topire la valoarea θ1=θtop. În acest interval exist atât metal solid, cât i lichid, care ocup ipotetic forma geometric a elementului în stare solid. În intervalul de timp t2 - t3 metalul lichid se înclzete la temperatura θ1la temperatura θ2 când se ajunge la temperatura de vaporizare (θ2=θvap), dup care ar urma formarea arcului electric. Intervalul de timp scurs între momentul apariiei curentului de scurtcircuit i momentul apariiei arcului electric se numete durata de prearc. Caracteristic pentru funcionarea la scurtcircuit a siguranelor fuzibile este procesul de limitare a curentului electric ca durat i amplitudine. Dup topirea complet a elementului fuzibil i deci dup apariia arcului electric, curentul mai crete puin, deoarece rezistena arcului este înc mic. Efectul limitativ al siguranelor fuzibile este cu atât mai pronunat cu cât valoarea nominal a siguranei este mai mic i curentul de scurtcircuit mai mare (supratensiunile ce apar în circuit sunt mai mari). În cazul unui curent mic, distrugerea fuzibilului începe în anumite por-iuni, nu prea mari. Astfel în aceste poriuni, datorit topirii i evaporrii me-talului, ia natere un arc sau mai multe arcuri mici. Aceste arcuri distrug fuzibilul pe lungimea total, necesar stingeri arcului. Dar metalul fuzibilului rmâne în zona unde se gsea iniial fuzibilul. Dac acesta este înconjurat de nisip, metalul topit umple spaiul dintre firele de nisip i formeaz un canal semiconductor. Stingerea arcului dup topirea fuzibilului, în cazul curenilor redui, este îngreunat datorit acestui fapt. În cazul unui curent mare

95

fuzibilul se topete, practic, simultan pe toat lungimea. Efectul topirii i evaporrii metalului are un caracter de explozie, în care metalul fuzibilului este aruncat cu putere în lturi i se condenseaz pe firele de nisip. La trecere din stare lichid în stare de vapori, conductana devine practic nul i curentul se întrerupe brusc, aceasta ducând la supratensiuni apreciabile, care de obicei cresc pân la o valoare la care apare strpungerea mediului siguranei plin cu metal sub form de vapori. Dup strpungerea mediului, se stabilete un arc, a crui durat de ardere i caracter al stingerii depind de construcia dispozitivului de stingere al arcului cu care este prevzut sigurana. Valoarea supratensiunii care ia natere în siguran dup evaporarea fuzibilului, depinde de lungimea acestuia. Cu cât lungimea este mai mare cu atât supratensiunea care ia natere este mai înalt. Pentru reducerea supratensiunii care ia natere în siguran la scurtcircuit, se încearc reducerea lungimi fuzibilului. De exemplu, în siguranele tubulare dup topirea fuzibilului i formarea arcului, unul dintre electrozi este tras din canalul de stingere, astfel supratensiunile sunt practic imposibile. La siguranele umplute cu nisip unde nu se poate mrii distana dintre electrozi, se folosesc fuzibile în trepte. Fuzibilul este construit din sârme de diferite seciuni. În cazul unui astfel de fuzibil topirea i evaporarea se produc întâi în poriunea de seciunea minim. Dup ce este strpuns aceast seciune urmeaz cea cu seciune mai mare, arcul se stabilete pe toat lungimea. Este clar c în cazul strpungerilor în trepte, supratensiunile trebuie s aib valori mai mici decât sigurana care nu are fuzibilul în trepte, deoarece lungimile diferitelor seciuni se micoreaz.

96

Figura 3.2. Efectul de limitare a curentului prin sigurana fuzibil.

a) Regim sinusoidal, b) Regim aperiodic.

Arcul care ia natere într-o siguran dup topirea i evaporarea fuzibi-lului, trebuie stins într-un timp cât mai scurt. În funcie de condiiile de funcionare a siguranei, de puterea scurtcircuitului i de valoarea tensiunii de serviciu, se folosesc diferite metode de stingere a arcului, începând de la întreruperea simpl în aer i terminând cu dispozitive complicate.

Siguranele fuzibile limitatoare de curent sunt siguranele care dup topirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, înainte s ating valoarea maxim. Toate construciile de sigurane se pot împri în:

1) cu limitare de curent; 2) fr limitare de curent.

În figura 3.2. s-au reprezentat mrimile standardizate i notate conform recomandrilor CEI: – ip curentul prezumat, definit ca acel curent care ar trece prin circuit dac sigurana fuzibil ar fi înlocuit cu un conductor de impedan nul; – ipt curentul prezumat tiat, definit ca valoarea instantanee a ip în mo-mentul apariiei arcului electric; – il curentul limitat este curentul care trece prin sigurana fuzibil dup amorsarea arcului electric; – ilt curentul limitat tiat este valoarea instantanee maxim a curentului limitat; – tpa este durata de prearc; – ta este durata de ardere a arcului electric. Rezult c durata de ardere a arcului electric este tpa + ta.

97

Din figura 3.2. se constat c în regim aperiodic efectul de limitare este mai pronunat dar durata de ardere a arcului electric este mai mare. Siguranele fuzibile limitatoare de curent sunt siguranele care dup topirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, înainte s ating valoarea maxim. La curentul i, fuzibilul se evapor i au loc strpungerea intervalului i amorsarea arcului. În siguranele limitatoare de curent, curentul din circuit nu atinge valoarea maxim Im ci, dimpotriv, începând de la valoarea I, scade tinzând ctre zero. Astfel de proprieti remarcabile au de exemplu siguranele umplute cu o substan cu granulaie mic. În cazul acesta, arcul se gsete în astfel de condiii, încât rezistena sa capt, dintr-o dat o valoare mare care apoi crete repede. Proprietate siguranelor, umplute cu substane granuloase de a reduce forat curentul la zero înainte de trecerea sa normal prin zero, indic posibilitatea utilizrii acestui fel de sigurane i în curent continuu, lucru confirmat în practic. Siguranele fuzibile fr limitare de curent aproape c nu reduc curentul dup evaporarea fuzibilului.

În acest caz, curentul din arc dup evaporarea fuzibilului trece prin

maxim i, în cazul cel mai bun se întrerupe la prima trecere prin zero, îns poate s se întrerup i dup trecerea câtorva semiperioade. Majoritatea siguranelor fuzibile nu sunt sigurane limitatoare de curent. În siguranele fuzibile se folosete pe scar larg stingerea arcului cu ajutorul descompunerii unei substane solide de stingere. Astfel de sigurane sunt de exemplu, sunt siguranele tubulare la care stingerea are loc într-un curent de gaz longitudinal, ce ia natere în tubul executat din material generator de gaz. Astfel de sigurane de înalt tensiune de curent alternativ sunt utilizate în special în instalaii exterioare. O rspândire i mai mare a cptat metoda de stingere a arcului electric în siguranele fuzibile cu ajutorul unei substane de umplutur cu granulaie mic.

Acest principiu de stingere a arcului este folosit pe scar larg, atât la siguranele de înalt tensiune pentru instalaii interioare (pân la 35 kV) cât i la siguranele de joas tensiune. Siguranele cu umplutur granuloas au efect limitator de curent i pot fi utilizate pentru întreruperea curenilor mari de scurtcircuit.

3.1.2. Mrimile caracteristice ale siguranelor fuzibile

Proprietile i performanele siguranelor fuzibile sunt definite prin mai multe mrimi caracteristice general acceptate, cum ar fi: curentul nominal al

98

soclului; curentul nominal al elementului fuzibil; tensiunea nominal; felul curentului; frecvena tensiunii; puterea nominal de rupere; caracteristica temporal de curent; curentul limit de topire; factorul de topire; caracteristica de limitare; tipul constructiv; consumul propriu, etc. Aptitudinea unei sigurane fuzibile de a întrerupe un anumit curent de scurtcircuit se poate exprima prin: – curentul de rupere (capacitatea de rupere) Ir al siguranei, indicat prin valoarea maxim a curentului de scurtcircuit, pe care îl poate întrerupe sigurana, în condiii de încercare precizate de norme, aceasta rmânând fr deteriorri; – puterea de rupere Pr a siguranei la scurtcircuit ce se poate determina pentru circuite de curent alternativ din relaia:

Pr = 3 Un⋅Ir (3.1.)

Prin curent de rupere se înelege curentul de scurtcircuit de oc simetric ce s-ar stabili în circuitul dat (deci fr componenta continu), în cazul în care sigurana ar fi scoas din circuit prin untare.

Caracteristica timp-curent (de protecie) t = F(i), reprezentat prin

variaia timpului de ardere a siguranelor fuzibile în funcie de supracurent, se poate exprima în dou variante de caracteristici temporale: –caracteristica de topire a elementului fuzibil, care exprim dependena dintre tipul de la începutul scurtcircuitului pân în momentul topirii fuzibilului (apariia arcului), i valoarea prezumat a curentului de scurtcircuit, presupus constant; –caracteristica de întrerupere a elementului fuzibil care exprim dependena dintre durata total pân la întrerupere (timpul de la începutul scurtcircuitului pân la începutul topirii fuzibilului, plus durata de ardere a arcului) i acelai curent de scurtcircuit prezumat. Durata de ardere a arcului (510-3s) se neglijeaz, iar pentru durate de topire mai mari de 210-2, cele dou caracteristici se pot considera identice în zona de scurtcircuit. Din aceast cauz în prospecte se indic numai caracteristica de topire. Prin exprimarea curentului de scurtcircuit prezumat, ca multiplu al curentului nominal (figura 3.3.) s-a reuit reprezentarea printr-o singur curb a tuturor caracteristicilor de protecie a siguranelor de aceeai construcie dar de cureni nominali diferii. Protecia instalaiilor electrice prin sigurane fuzibile se face confruntând caracteristica termic a obiectului protejat cu caracteristica de protecie a siguranei fuzibile.

99

Figura 3.3. Caracteristica temporal de protecie a siguranelor fuzibile

Caracteristica termic a unui obiect din instalaia electric este o curb care reprezint dependena dintre timpul în cursul cruia temperatura prii celei mai înclzite a obiectului atinge valoarea limit admisibil i valoarea supracurentului.

Fa de întreruptoarele obinuite siguranele fuzibile cu mare putere de rupere, având un timp de comutaie foarte mic, au marele avantaj, c pot limita considerabil valoarea unui curent de scurtcircuit, realizând ruperea acestuia înainte ca el s fi ajuns la valoarea maxim. Aceast aptitudine se ilustreaz prin caracteristica de limitare, care re-prezint valoarea de vârf atins de curentul de scurtcircuit, limitat prin prezena siguranei, în funcie de valoarea efectiv a curentului de scurtcircuit prezumat. În regim stabil de înclzire întreaga energie consumat de fuzibil este complet cedat mediului înconjurtor. Curentul maxim, care corespunde acestui regim de înclzire a fuzibilului, se numete curent minim de topire. Teoretic, timpul de topire sub aciunea curentului minim de topire este infinit. Cu creterea intensitii curentului care trece prin siguran, timpul de topire a fuzibilului se reduce i devine foarte mic la scurtcircuite. Curba t = f(I) tinde asimptotic spre valoarea minim a curentului de topire Imin, pentru t . Intensitatea acestui curent depete de obicei, 20-25% intensitatea curentului nominal al fuzibilului. Din punct de vedere al înclzirii întregii sigurane, adic a patronului i a contactelor sale, cel mai greu este regimul curentului minim de topire.

100

3.1.3. Sigurane fuzibile de joas tensiune

Siguranele fuzibile sunt aparate cu întrerupere automat, care protejeaz circuitele de iluminat i de for împotriva efectelor termice i dinamice produse de curenii de suprasarcin i scurtcircuit. Siguranele fuzibile se caracterizeaz printr-o construcie foarte simpl i robust, care au încorporat ca element de protecie un fir rotund sau o band conductoare, montate în serie cu obiectul de protejat. În cazul curenilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confecionat fuzibilul, având cea mai redus stabilitate termic din întreg circuitul, se topete i întrerupe circuitul, realizând protecia. Din punct de vedere constructiv, siguranele de joas tensiune se clasific în: – sigurane fuzibile de mare putere de rupere, utilizate în instalaii industriale, cu tensiuni nominale de pân la 1000 V i cureni nominali între 100 i 1000 A; – sigurane fuzibile cu filet utilizate în instalaii industriale i casnice la tensiuni pân la 1000 V i cureni nominali între 6 i 100 A i – sigurane fuzibile miniatur utilizate la redresoare, aparate de radio i televiziune, instalaii electronice, la tensiuni pân la 500 V i cureni nominali

între 0,1 i 6 A. Reprezentarea tabelar a principalelor tipuri de sigurane fuzibile de joas tensiune i a parametrilor lor este dat în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Clasificarea siguranelor fuzibile de joas tensiune

Nr. crt.

Denumire Tensiune nominal

V

Curent nominal

A

Curentul prezumat întrerupt

A

Folosire

1 Siguran fuzibil de mare putere <1000 V 100…1000 50 Instalaii indus-

triale

2 Siguran fuzibil cu filet <1000 V 16…100 <33 Instalaii indus-

triale i casnice

3 Siguran fuzibil miniatur <550 V 0.1…10 <2

Aparate electrice (redresoare, apa-rate de radio i

TV)

Se numesc sigurane fuzibile de uz industrial siguranele la care elementul înlocuitor nu este accesibil i nu poate fi înlocuit decât de persoane

101

calificate; siguranele fuzibile de uz casnic cele ce se utilizeaz în instalaiile casnice, la cer elementul înlocuitor este accesibil.

Figura 3.4. Evoluia variantelor constructive ale siguranelor de joas

tensiune. a) – fir fuzibil în aer liber; b) fuzibil inclus într-un tub deschis; c) fuzibil inclus într-un tub închis; d) fuzibil inclus într-un tub de nisip; e) band

fuzibil prevzut cu istmuri (striciuni);

Din punct de vedere constructiv siguranele fuzibile de joas tensiune se prezint sub numeroase variante. În figura 3.4. este prezentat evoluia variantelor constructive de sigurane fuzibile de la variantele primitive deschise când arcul electric era stins în aer liber, la variantele închise când arcul este stins într-un tub de sticl sau porelan închis la capete cu sau fr umplutur de nisip. Pentru a obine puteri de rupere mari, în timpul arderii fuzibilului trebuie s de reduc la minim cantitatea de vapori metalici. Utilizarea cupru-lui si argintului care comparativ cu plumbul au o foarte bun conductibilitate electric i punct de topire ridicat, a permis mrirea densitii de curent în fuzibil i obinerea unor seciuni mai reduse, reducându-se astfel volumul de metal care se vaporizeaz. Siguranele fuzibile umplute cu nisip pur i uscat (λ=6,512 Wm-1grd-

1), comparativ cu firele fuzibile în aer au o putere de rupere foarte mare având în anumite condiii un accentuat efect de limitare a curenilor de scurtcircuit. Elementele fuzibile executate din material cu punct de topire ridicat (cupru i argint), la suprasarcini mici i de lung durat solicit intens termic sigurana. Micorarea acestei solicitri s-a reuit pe baza fenomenului denumit efect metalurgic. Este cunoscut faptul c anumite aliaje eutectice de

102

staniu i plumb, uor fuzibile, dac vin în contact în stare topit cu unele metale greu fuzibile (cupru, alam, argint), sunt capabile s le dizolve. Pentru declanarea acestui fenomen într-o siguran este nevoie ca pe elementul fuzibil, executat dintr-un metal cu punct de fuziune ridicat s se prind prin lipire o mic pictur (bobi) dintr-un metal cu punct de fuziune sczut (staniu, eutecticul plumb-cadmiu, etc). În momentul în care elementul fuzibil, sub aciunea supracurentului, atinge temperatura de topire a picturilor, acestea se topesc i dizolv metalul elementului fuzibil în punctul de lipire la temperaturi inferioare temperaturii de topire a elementului. Procesul de difuzare a metalului picturii se intensific o dat cu creterea înclzirii, producându-se o evoluie în avalan. Arcul de întrerupere ia natere chiar în zona picturii, unde mas topit conine un aliaj cu mare rezistivitate i deci unde înclzirea este mai puternic. Acest arc topete i restul lungimii elementului fuzibil. Siguranele cu efect metalurgic au caracteristica de topire inert (cu întârziere). În instalaiile electroenergetice se utilizeaz o larg gam de sigurane fuzibile cu capaciti de rupere medie si mare. Astfel, industria româneasc produce pentru medie putere sigurane cu filet tip LS, la care legturile se fac în spatele panoului (la curenii nominali: 25, 63, 100 A), LF i LFi la care legturile se execut în faa panoului pe care se monteaz soclul (25, 63, 100 A), cu i fr capac de protecie.

Elementele principale ale siguranelor fuzibile tip cu filet sunt soclul, patronul (care are încorporat elementul fuzibil i firul de semnalizare) i capacul (filetat pentru soclu). Pentru curenii de scurtcircuit de valoare mai redus se execut sigurane tubulare de 30 si 69 A. În figura 3.5. sunt prezentate câteva variante constructive de sigurane fuzibile cu filet în construcie normal sau mignon (miniaturizat)

Figura 3.5. Elementele constructive ale siguranelor fuzibile cu filet.

103

Pentru protecia circuitelor la cureni de scurtcircuit mari se execut sigurane fuzibile cu mare putere de rupere MPR, alctuite din patron (dou cuite de contact), fuzibil (cu aciune rapid i ultrarapid) i suport cu furci de contact.

Figura 3.6. Sigurane fuzibile cu mare putere de rupere MPR. Introducerea i scoaterea patronului din furci se realizeaz prin interme-

diul unui mâner izolant detaabil. Aceast operaie manual se face când prin barele circuitului nu exist curent. Astfel se realizeaz sigurane fuzibile cu mare putere de rupere tip MPR, pentru curent alternativ de 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 A i pentru curent continuu de 250, 400 A.

3.1.4. Sigurane fuzibile de medie i înalt tensiune

Pentru instalaii interioare, la tensiunea de 3-35 kV, cele mai rspândite sunt siguranele cu umplutur de mic granulaie (nisip cuaros cu coninut de siliciu de pân la 99,5%). Puterea de rupere maxim a acestor sigurane repre-zint 300 MVA pentru toate tensiunile menionate.

Siguranele fuzibile de medie i înalt tensiune se clasific dup mai multe criterii astfel: 1) Dup felul montajului

a) de interior; b) de exterior;

2) Dup tensiunea nominal: 7,2; 12; 24; 42 kV;

3) Dup destinaie (felul circuitului):

104

- pentru circuite principale; - pentru circuite de msur (transformatoare de msur); 4) Dup numrul de perechi de poli:

a) monopolare; b) bipolare; c) tripolare;

Firele fuzibile se execut în trepte, pentru a reduce supratensiunile în momentul întreruperii curenilor de scurt circuit. În figura 3.7 este reprezen-tat o band fuzibil caracterizat de prezena istmurilor i de prezena unor poriuni cu aliaj eutectic (96,5% Sn + 3,5% Ag), ceea ce va îmbunti comportarea elementului fuzibil la cureni de suprasarcin.

Figura 3.7. Fuzibilul siguranelor de medie tensiune Datorit efectului apreciabil de limitare a curentului pe care-l au sigu-

ranele umplute cu nisip cuaros, ele se pot folosi pentru protecia transforma-toarelor de tensiune. Astfel de sigurane se fabric pentru 3, 6 i 10 KV în patroane de dimensiuni identice, pentru 15 i 20 KV în patroane de dimensiunea a doua, i pentru 35KV în patroane de a treia dimensiune. În cazul tensiunilor de 35-110 kV, se folosete siguran tubular împuctoare, adic sigurana la care stingerea arcului se realizeaz cu ajutorul suflajului longitudinal în tubul generator de gaze. Figura 3.8. Seciune longitudinal printr-o siguran fuzibil de 35 kV În figura 3.8. este reprezentat o seciune prin patronul unei sigurane de 35 kV, curent de serviciu 100 A i puterea nominal de rupere pân la 500

A B

φ 1 ,2D e t a l i u A 0 ,2 D e t a l i u B

5

105

kVA (intensitatea curentului nominal de rupere 8500 A). Patronul se compune din tubul 1, executat din material generator de gaze (viniplast), în canalul cruia se gsete fuzibilul 2, legat la un capt de capsula 4, iar la cellalt capt de fuzibilul 3.

Figura 3.9. Siguran fuzibil tubular.

Aspectul general al construciei siguranei tubulare pentru 35 kV a uneia dintre faze este reprezentat în figura 3.9.. Patronul 1 este fixat pe izolatorul 2. Pe un alt izolator 3, se gsete cuitul 5 de material izolant, prevzut cu un cuit care tinde s-l arunce în jos.

Acest cuit este cuplat cu capsula 4 a legturii flexibile 2 a patronului. La arderea fuzibilului 3 al siguranei, cuitul trage legtura flexibil din interiorul tubului i arcul este întins de-a lungul acestuia. Începe o generare intens de gaze i crete presiunea din tub, ceea ce ajut la aruncarea complet a legturii flexibile din tub. Când legtura flexibil este aruncat afar din tub, ia natere o puternic micare a gazului i arcul se stinge. Cu cât curentul de scurtcircuit este mai mare, cu atât procesul se desfoar mai intens i cu atât arcul se stinge mai repede. Astfel de siguran a fost elaborat pentru o tensiune nominal de 110 kV i puterea nominal de rupere la 1000 MVA.

Figura 3.10. Fuzibilul unei sigurane de înalt tensiune.

106

Curba t = f(I) tinde asimptotic spre valoarea minim a curentului de topire Imin, pentru t . Intensitatea acestui curent depete de obicei, 20-25% intensitatea curentului nominal al fuzibilului.

Din punct de vedere al înclzirii întregii sigurane, adic a patronului i a contactelor sale, cel mai greu este regimul curentului minim de topire. La aceast valoarea a curentului, fuzibilul se înclzete pân la temperatura maxim i se topete, îns acest proces dureaz mai mult timp, datorit crui fapt înclzirea tuturor elementelor siguranei ajunge la valoare maxim.

Au fost propuse multe mijloace de reducere a temperaturii la care fuzi-bilul este distrus la un curent de suprasarcin de durat. Un mijloc foarte eficace i raional const în acoperirea firului sau a lamei fuzibil printr-un dizolvant metalic. Se tie c unele metale uor fuzibile (plumbul, staniul) în stare topit sunt capabile s dizolve în ele metale mai greu fuzibile (cuprul, argintul).

Astfel dac pe firul fuzibil de cupru sau de argint se prinde o bil de plumb sau staniu, topirea acestei bile produce un proces activ de distrugere a firului de cupru sau de argint, în punctul unde este prins bila se produce ruperea firului i formarea arcului, care continu distrugerea fuzibilului.

În acest caz arcul se întinde pân când ajunge la lungimea critic i se stinge. În cazul unui curent de scurtcircuit bila de dizolvant nu are nici o influen.

Aceast metod (a dizolvantului) este larg folosit în siguranele de medie i înalt tensiune.

Figura 3.11. Caracteristica temporal de protecie a siguranelor fuzibile

inând seama de dispersia valorilor.

1- domeniul de protecie al siguranelor normale; 2- domeniul de protecie al siguranelor rapide.

107

Asigurarea selectivitatea unei protecii realizate cu sigurane fuzibile se face pe baza caracteristicii temporale a acestora i const în funcionarea numai a siguranei mai apropiate de locul defectului. Pentru o reea ramificat selectivitatea este asigurat când pentru orice curent de scurtcircuit caracteristicile de protecie ale siguranelor fuzibile nu se întretaie.

Figura 3.12. Asigurarea selectivitii proteciilor cu sigurane fuzibile Dac caracteristica siguranei F1 ar intersecta caracteristica siguranei F2

(caracteristica punctat F1′ ) selectivitatea nu ar mai fi asigurat. Dar acest criteriu nu este suficient deoarece trebuie s se in seama de dispersia carac-teristicilor temporale de protecie care este de aproximativ 10%. Pentru aceasta sigurana F1 se adopt trecând peste o treapt nominalizat a valorilor standardizate ale siguranelor fuzibile.

Folosirea siguranelor fuzibile ca elemente de protecie prezint urmtoarele avantaje: sunt cele mai ieftine aparate de protecie; nu necesit întreinere; nu prezint pericol de explozie sau incendiu; sunt cea mai rapid protecie i deci au cel mai pronunat efect de limitare a curentului de scurtcircuit. Dintre dezavantajele utilizrii proteciilor cu sigurane fuzibile amintim: caracteristica de protecie este influenat de temperatura mediului ambiant; deconectarea se poate face doar pe o faz iar caracteristica de protecie depinde de starea anterioar a circuitului. Rezult c folosirea siguranelor fuzibile pentru protecia instalaiilor electrice are în primul rând o justificare economic.

108

3.2. RELEE DE PROTECIE

Rolul releelor de protecie este de a proteja instalaiile electrice împotriva funcionrii în regimuri anormale, prin transmiterea unor semnale electrice ce determin izolarea locului defect prin intermediul aparatelor de comutaie. Dei exist o mare diversitate de relee, toate se compun din trei elemente funcionale distincte: elementul sensibil S, elementul comparator C i elementul executor E (figura 3.13.).

Figura 3.13. Schema bloc a unui releu de protecie

Dup cum se constat releul are un singur semnal de intrare (x) i oricâte semnale de ieire (y1…yn). Elementul sensibil S primete semnalul de intrare x i îl transform într-o mrime fizic necesar funcionrii releului. De exemplu, la un releu electromagnetic, acest rol este îndeplinit de un electromagnet ce transform tensiunea sau curentul într-o for sau cuplu ce permite funcionarea releului. Elementul comparator C compar mrimea transformat de elementul sensibil, cu o mrime de referin i la o anumit valoare a mrimii transformate trimite aciunea asupra elementului executor. La releele electromagnetice acest rol îl îndeplinete resortul antagonist. Elementul executor E, în urma comenzii primite acioneaz asupra semnalelor de ieire y1…yn, ce constituie contactele releului. Releele electrice sunt aparate automate, care sub aciunea parametrului electric de intrare produc variaia brusc a parametrilor de ieire, la o anumita valoare a parametrului de intrare. Ele funcioneaz pe baza ciclului DA-NU (deschis-închis), fcând parte din categoria aparatelor cu comenzi discon-tinue. Releele de protecie trebuie s îndeplineasc patru condiii fundamentale: selectivitate, rapiditate, sensibilitate i siguran. Aciunea releelor de protecie este selectiv, dac acestea comand deconectarea numai a prii defecte din sistem, prin contactoarele respective, celelalte pri ale

109

sistemului rmânând mai departe în funciune. Condiia de rapiditate este necesar, deoarece deconectarea rapid a elementelor defecte din reea prezint o serie de avantaje ca: mrete stabilitatea funcionrii în paralel a generatoarelor sincrone, reduce timpul de alimentare cu tensiune sczut a consumatorilor, micoreaz distrugerile elementelor defecte, permite folosirea reanclanrii automate rapide a liniilor aeriene, etc. Se face observaia c cele dou condiii de selectivitate i rapiditate nu se pot satisface întotdeauna simultan. Releele de protecie trebuie s fie suficient de sensibile la defecte ca i la regimurile anormale de funcionare, ce pot aprea în elementele protejate ale sistemelor electrice. In sfârit, releele de protecie trebuie s fie întotdeauna gata de aciune i s funcioneze sigur în toate cazurile de defecte i regimuri anormale de funcionare.

3.2.1. Clasificarea releelor de protecie

Clasificarea releelor de protecie se poate face dup mai multe criterii.

A) Dup principiul de funcionare al mecanismului motor: – relee termice, – electromagnetice, – de inducie, – magnetoelectrice, – electrodinamice, – electronice.

B) Dup mrimea pe care o protejeaz: – relee de curent – relee de tensiune – relee de putere – relee de impedan – relee de frecven – relee de timp – relee de temperatur

C) Dup felul în care este realizat aciunea fa de o anumit valoare a mrimii de intrare: – relee maximale, care acioneaz dac mrimea protejat depete o anumit valoare – relee minimale, care acioneaz când mrimea protejat scade sub o anumit valoare (sau dispare) – relee direcionale, care acioneaz dac se schimb sensul mrimii protejate (de exemplu: sensul de circulaie al puterii)

110

D) Dup modul în care acioneaz asupra aparatelor de comutaie: – relee directe, la care elementul de protecie acioneaz direct asupra aparatului de comutaie – relee indirecte, la care aciunea se transmite prin intermediul unor contacte din circuitul electric auxiliar al aparatului de comutaie.

E) Dup modul de conectare în circuit: – relee primare, la care înfurarea este parcurs de mrimea din circuitul de protejat – relee secundare a cror înfurare este alimentat din secundarul unui transformator de msur prin a crui primar trece mrimea din circuitul de protejat.

F) In funcie de valoarea timpului de acionare ta, definit ca timpul din momentul apariiei semnalului de intrare care acioneaz asupra elementului sensibil al releului i pân în momentul acionrii releului, releele se clasific în: – relee fr inerie (ultrarapide), când ta<10ms – relee rapide, când ta<5*10-2s – relee normale, când 0,15s>ta>5*10-2s – relee lente, când 1s>ta>0,15s – relee temporizate, când ta>1s

3.2.2. Caracteristicile releelor de protecie.

Caracteristica de baz a releelor o constituie caracteristica intrare ieire, y = f(x), care reprezint legtura cu caracter discontinuu dintre mrimea de intrare x i mrimea de ieire y.

a) b) c)

Figura 3.14. Caracteristicile intrare-ieire a releelor.

a) Releu minimal, b) Releu maximal, c) Releu polarizat.

111

Aa cum se vede din figur (3.14.a), dac mrimea de intrare crete în intervalul de la 0 la 1, mrimea de ieire rmâne nul. În momentul în care mrimea de intrare atinge valoarea xa, mrimea de ieire variaz brusc la valoarea ymax. Mrimea xd poart denumirea de parametru de acionare i reprezint valoarea mrimii de intrare la care sistemul mobil se pune în micare i acio-neaz contactele. În continuare dac x crete mrimea de ieire rmâne constant. În procesul de micorare al mrimii de intrare pân la xr mrimea y rmâne constant i numai la x = xr variaz brusc pân la valoarea 0 (poriunea 4-5). Mrimea xr poart denumirea de parametru de revenire i reprezint mrimea de intrare la care sistemul mobil începe s se deplaseze în sens contrar celui de acionare, spre poziia de repaus.

Se mai definete parametrul reglat xR ca fiind valoarea reglat sau prescris pentru care se stabilete c trebuie s aib loc acionarea.

Raportul:

Kr=a

r

xx (3.2.)

se numete factor de revenire. Cu cât kr este mai aproape de unitate cu atât releul este mai sensibil. Eroarea de reglaj se calculeaz:

%100x

xx

R

Rar ⋅−=ε (3.3.)

Figura 3.15. Caracteristicile temporale ale releelor de curent.

112

Dac se noteaz cu Pa puterea de acionare, care este puterea absorbit de releu pentru a funciona i cu Pc puterea comandat, adic puterea din circuitul de ieire, atunci se definete factorul de comand:

a

cc P

PK = (3.4.)

care este supraunitar i avantajos s fie cât mai mare. O alt caracteristic important a releelor o reprezint caracteristica temporal sau de funcionare, care ne d dependena dintre durata de acionare i valoarea parametrului de ieire. Astfel în figura 3.15. se reprezint diverse caracteristici temporale ale releelor de curent. Se deosebesc astfel: – relee cu caracteristic dependent, la care timpul de acionare scade pe msura creterii curentului din înfurarea releului (cazul releelor termice i de inducie); – relee cu caracteristic independent, la care timpul de acionare nu de-pinde de valoarea curentului (cazul releelor electromagnetice); – relee cu caracteristic semidependent, la care timpul de acionare este funcie de curent numai pân la o anumit valoare a curentului Ia, de la care în sus timpul devine constant i independent de timp; – relee cu caracteristic limitat dependent sau mixt, la care timpul de acionare este în funcie de curent, îns la o anumit valoare mare a curentului Ia (curent de scurtcircuit) timpul de acionare devine foarte mic, aproape zero (cazul releelor RTp-C, sau combinaii de relee termice i electromagnetice).

3.2.3. Relee termobimetalice

Releele sunt aparate de protecie, care acionând asupra unui aparat de comutaie, produc întreruperea alimentrii unui consumator, la o anumit temperatur a elementului sensibil al releului. Elementul sensibil sau senzorul este o lamel din bimetal. Releele termobimetalice sunt relee de curent i se utilizeaz mai ales pentru protecia mainilor electrice, împotriva înclzirilor excesive ca urmare a funcionrii mainilor la suprasarcini de lung durat.

Curentul de suprasarcin al motorului, înclzete mecanismul bimetalic al releului i când temperatura atinge valoarea maxim admis, releul termobimetalic trebuie s acioneze asupra unor contacte care provoac deconectarea motorului de la reea. Releele termobimetalice nu asigur protecia împotriva curenilor de scurtcircuit, deoarece rezistena de înclzire a acestor relee se poate arde

113

înainte ce aceste relee s acioneze. De aceea la protecia motoarelor electrice aceste relee termobimetalice se asociaz cu relee electromagnetice cu aciune instantanee sau sigurane fuzibile cu rol de protecie împotriva curenilor de scurtcircuit.

3.2.3.1. Principiul de funcionare al releelor termobimetalice

Lamela bimetalic este format din dou straturi de metal intim unit pe toat suprafaa de contact, prin sudur sau lipire. Cele dou metale au coeficieni de dilatare diferii. Cum la înclzire una din componente se dilat mai puternic ca cealalt, termobimetalul se curbeaz la înclzire i anume cu atât mai mult, cu cât mai mare este diferena dintre coeficienii de dilatare ai ambelor componente.

Componenta cu coeficient de dilatare mai mic constituie componenta pasiv, iar cea cu coeficient de dilatare mai mare reprezint componenta activ. Aliajele din fier-nichel, cu proprietile lor specifice, stau la baza realizrii termobimetalelor. Invarul (aliaj Fe-Ni cu 36% Ni), având coeficientul de dilatare minim se folosete în calitate de component pasiv, iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficieni de dilatare mari se folosesc drept componente active. Prin urmare, lamela bimetalic are proprietatea de a-i schimba forma în mod automat, funcie de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare este temperatura i parametrul de ieire curbarea lamelei. Fa de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are avantajul c sgeata care se obine la captul liber al lamelei este cu mult mai mare decât cea obinut prin simpla dilatare termic. În esen la nivelul bimetalului se obine cea mai simpl transformare de energie termic în energie mecanic, cu multiple aplicaii în tehnic.

3.2.3.2. Caracteristica de protecie a releului termobimetalic

Aceast caracteristic exprim dependena dintre timpul de acionare al releului i valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristic de protecie dependent, constatându-se c o dat cu creterea curentului ce parcurge bimetalul timpul de acionare al releului scade. În figura 3.16 s-a reprezentat prin curba 2 caracteristica de protecie a bimetalului în stare rece, prin curba 3 caracteristica de protecie a bimetalului preînclzit i prin curba 1 caracteristica tehnic a obiectului de protejat (reprezentarea timpului este fcut la scar logaritmic).

114

Figura 3.16. Caracteristicile temporale de protecie a unui releu

termobimetalic. O protecie bun se realizeaz atunci când caracteristicile 2 i 3 se afl

sub caracteristica 1, pentru toat gama curenilor posibili. Datorit alurii dependente a caracteristicii de protecie, releele termobimetalice sunt indicate pentru protecia motoarelor electrice. Aceasta deoarece supracurenii de scurt durat, de exemplu la pornirea motoarelor, nu sunt suficieni ca prin înclzirea termobimetalului s produc declanarea motorului de la reea.

În schimb, la supracureni de durat, (de exemplu la rmânerea în dou faze) se obine o declanare dup un anumit timp, funcie de valoarea curentului. Caracteristica de protecie poate fi obinut prin calcul, sau se poate determina experimental pentru releele construite.

Figura 3.17. Modul de reprezentare în schemele electrice

115

Din punct de vedere al reprezentrii releelor termobimetalice în schemele electrice, se pot folosi modalitile prezentate în figura 3.17. În toate cazurile se constat existena a dou circuite: unul parcurs de curentul de protejat (contactele 1-2) i un contact aflat în alt circuit (de exemplu în circuitul bobinei de comand a contactorului), ce poate fi normal închis (contactul 11-13) sau normal deschis (contactul 12-14).

3.2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice

Termobimetalele, au proprietatea transformrii unei variaii de tempera-

tur într-o micare datorit deformrii. La realizarea releelor termobimetalice se folosete atât aceast proprietate cât i proprietatea de elasticitate a termo-bimetalelor.

Prin aplicarea unei fore de sens contrar deformrii se pot obine tensiuni interne, proporionale cu variaiile de temperatur.

Din punct de vedere tehnic se pot utiliza urmtoarele funcii ale termo-bimetalelor: efectul de deformare (curbare); efectul de for datorit tensiunilor interne; efectul combinat de deformare i for; efectul de temporizare la transmiterea unei comenzi; efectul de compensare a tempera-turii mediului ambiant.

Aceste efecte pot fi realizate cu termobimetale de cele mai diferite forme ca: benzi drepte sau uor îndoite care se curbeaz, piese în form de U, spirale care se înfoar sau se desfoar, discuri a cror curbur variaz.

Dup modul de înclzire al elementului sensibil bimetalic se deosebesc mecanisme bimetalice cu înclzire direct, indirect sau combinat (mixt). La înclzirea direct, lamela se înclzete prin efect electrocaloric datorit trecerii curentului electric prin însî lamela bimetalic.

Cum efectul de deformare al termobimetalelor încastrate la un capt este cel mai frecvent folosit, se prezint în figura 3.18. dou soluii constructive pentru releele cu înclzire direct. Astfel în figura 3.18 a) se prezint un releu termobimetalic dintr-o band de bimetal fr pretensionare i în figura 3.18.b) cu pretensionare. Aceste relee sunt capabile s deschid un contact al unui circuit electric dac temperatura depete o anumit valoare limit.

116

Figura 3.18. Relee termobimetalice cu înclzire direct, utilizând efectul de deformare.

a)releu bimetalic din band bimetalic fr pretensionare. b) releu bimetalic din band bimetalic cu pretensionare.

Figura 3.19. Releu termobimetalic cu înclzire direct utilizând efectul de

deformare i for.

Utilizarea concomitent sau succesiv a efectului de deformare i a efectului de for este exemplificat în construcia din figura 3.19. Aici lamela bimetalic încastrat se deplaseaz întâi liber, proporional cu temperatura, apoi acioneaz cu o for provocând deschiderea unui contact din circuitul electric al bobinei contactorului.

Exist variante constructive de relee termobimetalice în care elementul bimetalic încastrat are forma literei U, ca în figura 3.20.

a) b)

Figura 3.20. Tipuri constructive de relee termobimetalice. a) Releu termobimetalic în form de U. b) Înclzirea indirect a releelor termobimetalice.

În cazul folosirii înclzirii indirecte bimetalul este înclzit prin interme-diul unui rezistor de înclzire cu firul bobinat pe lamel sau sub forma unei plcue de mare rezistivitate.

117

În cazul înclzirii combinate (mixte), lamela este înclzit pe cale direct i indirect prin rezistor, curentul parcurgând lamela termobimetalic i rezistorul legate în serie ca în figura 3.21. Când curentul din circuitul de sarcin este prea mare, bimetalul se leag în circuit prin intermediul unui transformator de curent.

Figura 3.21 Releu termobimetalic cu înclzire combinat

Pentru a obine o temporizare a unei acionri se poate folosi efectul de deformare al bimetalului, obinându-se temporizri de la câteva secunde la câteva minute. Pentru protecia motoarelor asincrone trifazate, releele termobimetalice sunt grupate în blocuri de relee. Elementul motor al acestor relee sunt lamelele termobimetalice 1, cu efect de deformare i for. Conform figurii 3.22. aceste blocuri cuprind i un mecanism format din pârghia 2, bimetalul de compensare 3, piesa 4 care împinge lamela elastic 5 i care basculeaz contactul mobil din poziia B în poziia C. Contactul mobil se afl conectat la borna A. Cele trei termobimetale sunt legate prin bornele R, S, T, la reeaua trifazat i prin U, V, W, sunt înseriate cu înfurrile motorului trifazat, fiind parcurse de curentul de protejat.

Figura 3.22. Bloc de relee termobimetalice

118

Lamelele termobimetalice de pe orice faz se curbeaz în caz de supra-sarcin deplasând pârghia 2 în sensul sgeii. Reglarea curentului de acionare se face cu urubul 6, care poate fi rotit în faa unei scale gradate. La depirea curentului de reglaj, dup un timp ce depinde de valoarea supracurentului, piesa 4 prin împingerea resortului sritor (lamela elastic 5), produce întreruperea contactului normal închis A-B înseriat cu bobina contac-torului, respectiv închide contactul normal deschis A-C ce poate fi introdus într-o schem de semnalizare. În cazul supracurenilor de scurt durat (pornirea motorului) sau a funcionrii îndelungate la curentul nominal, lamelele de bimetal se curbeaz dar nu suficient pentru a aciona contactul.

Figura 3.23.Dispozitivul de compensare termic a blocului de relee

termobimetalice. Pentru a face blocul de relee termobimetalice insensibil la modificrile temperaturii ambiante, acesta se echipeaz cu dispozitive de compensare ter-mic, prin utilizarea unui bimetal de compensare. Conform figurii 3.23. la creterea temperaturii mediului ambiant, bime-talul de compensare 3, care este un bimetal pasiv (neparcurs de curent), deplaseaz spre stânga pârghia 2 cu o distan s i deoarece i bimetalele principale 1 se curbeaz cu s în acelai sens, cursa ce urmeaz a o strbate bimetalele principale în cazul unui curent de suprasarcin, s, rmâne constant. Menionm c dup acionarea blocului de relee de protecie, oprirea motorului i rcirea lamelelor bimetalice, releul trebuie rearmat prin intermediul butonului 7 din figura 3.22., care readuce contactul mobil în poziia iniial. Se remarc c se realizeaz i blocuri de relee cu posibilitatea de rearmare automat a contactului mobil dup acionare. Reprezentarea în schemele electrice a blocului de relee termobimetalice este artat în figura 3.24.

119

Figura 3.24. Reprezentarea blocului de relee termobimetalice în schemele electrice

Bornele 1, 3, 5, se leag la ieirea din contactele principale ale contac-

torului; bornele 2, 4, 6, se leag la intrarea în motor; iar contactul 11-13 normal închis se înseriaz cu circuitul de comand al contactorului. Astfel dac curentul din circuitul de protejat depete valoarea reglat, se deschide contactul 11-13 întrerupându-se alimentarea bobinei contactorului i astfel se declaneaz motorul de la reea.

3.2.3.4. Calculul lamelei termobimetalice

Pentru a putea proiecta o lamel termobimetalic din componena unui releu sau bloc de relee, ca i pentru reglarea acestor relee, trebuie s putem calcula sgeata la captul liber a unei lamele încastrate la un capt. Dac o asemenea lamel termobimetalic este parcurs de curent ea e curbeaz, determinând la captul liber sgeata f, aa cum rezult din figura 3.25.

La o variaie de temperatur cu: =-0 (3.5.)

raza de curbur a lamelei termobimetalice variaz conform relaiei:

( )( )δθ−θ

++++

+α−α=−

θ

0

22

221

0

mn1

m)mn1()m1(3

m16r1

r1

(3.6.)

unde s-a notat cu: r – raza de curbur la temperatura ; r0 – raza de curbur la temperatura 0; m = 1/2 este raportul grosimilor componentelor lamelei; n = E1/E2 este raportul modulelor de elasticitate al componentelor;

2,1 αα sunt coeficienii de dilatare liniar a componentei active, respectiv a celei pasive.

120

Figura 3.25.Calculul sgeii lamelei termobimetalice

La grosime egal a celor dou componente, ca în figura 3.25. avem 2/21 δ=δ=δ

Considerând c i E1=E2, cu m=1 i n=1, relaia (3.6.) devine:

δθ−θα−α=−

θ

021

0 2)(3

r1

r1 (3.7.)

Expresia:

2)(3

V 21 α−α= (3.8.)

poart denumirea de coeficientul lui Villarceau i are semnificaia curbrii liniei mijlocii, în direcia lungimii, a unei benzi de termobimetal la o variaie de temperatur cu un grad i o grosime unitar a benzii bimetalice.

Dac banda a fost iniial plan (r0=∞ ), din relaiile (3.7.) i (3.8.)

rezult: θ∆

δ=θr1

V (3.9.)

În calculele practice se folosete o constant =V/2, denumit curbura specific i care constituie o constant de material:

θ∆δ=α

θ 2r1 (3.10.)

Deoarece raza de curbur r este o mrime de determinat din msurtori i deoarece ne intereseaz determinarea sgeii la captul liber f, din triunghiul dreptunghic OAB se poate scrie:

OB2=OA2+AB2 (3.11.) unde

121

OB=2δ

θ +r (3.12.)

OA= f2

r −δ+θ (3.13)

deoarece: AB ≅ L Avem:

22

0

2

Lf2

r2

r +

−

δ+=

δ+θ (3.14.)

2222

fL2

rf22

r2

r ++

δ+−

δ+=

δ+ θθθ (3.15.)

220 fL

2rf2 +=

δ+ (3.16)

f2fL

2r

22

0

+=δ+ (3.17)

de unde:

δ−+=

θ ffLf2

r1

22 (3.18.)

i care înlocuit în (3.10.) determin:

θ∆δ⋅

δ−+=α

2ffLf222 (3.19.)

Deoarece sgeata f << L i produsul f poate fi neglijat în raport cu L2, din relaia (3.19.) se obine valoarea sgeii sub forma:

θ∆δ

α=2L

f (3.20.)

În aceast relaie valoarea curburii specifice , dat în manuale, este cu-prins între 3⋅10-6 ÷23⋅10-6[1/grad], iar variaia de temperatur se poate deter-mina din ecuaia bilanului termic sub forma:

θ∆= cMPt (3.21.)

θ∆= cMRtI2 (3.22.)

cMRtI2

=θ∆ (3.23.)

Rezult c relaia (3.20.) ne determin univoc sgeata la captul liber al unei lamele termobimetalice încastrate la un capt, de rezistent R, de dimen-siuni L i , executat dintr-un material având curbura specific a, în cazul parcurgerii ei de un curent I.

122

Tabelul 3.2. Calculul sgeii lamelei termobimetalice

Forma bimetalului Sgeata la captul liber

θ∆δ

=2aL

f

θ∆

δ=

4aL

f2

θ∆

δ=

2aL

f2

( ) θ∆π+++−

δ= rd2ed2r4ed

af 222

θ∆δ

=α La1

( ) θ∆δ−=

9dDa2

f22

( ) θ∆−−

δ= 22 xxy2y

af

( ) ( )[ ] θ∆−+−−−π++

δ= xed2xex2erd2r4d

af 2222

În mod similar, pentru alte forme ale lamelei termobimetalice, sgeata

la captul liber se poate calcula cu una din relaiile prezentate în tabelul 3.2. Blocurile de relee termobimetalice sunt des folosite la protecia de

suprasarcin a motoarelor electrice. La noi în ar se fabric gama de relee termice TSA 10-100 A care sunt destinate proteciei motoarelor la suprasarcin. Seria complet cuprinde relee având cureni de serviciu de la 0,4 la 100 A, caracterizate prin: – protecia antibifazic pentru releele TSA 16, TSA 23, TSA 63 i TSA 100 – compensarea temperaturii mediului ambiant pentru releele TSA 63, TSA 100 (între limitele 0…-50°°°°C).

123

– posibilitate de trecere, dup preferin, pe poziia „rearmare manual“ sau „rearmare automat“ – posibilitate de utilizare la motoarele cu pornire grea. Elementele componente ale unui releu termobimetalic:

– carcasa i capacul, din materiale izolante, cu rezisten termic ridicat; relee pe baz de bimetal; cursorul, având o construcie articulat, constituie dispozitivul de protecie antibifazic; contact sritor; buton de rearmare; buton de reglaj.

Tabelul 3.3. Caracteristicile tehnice ale releelor termice din gama TSA.

Seciunea conductoru-lui de racord

(mm2) Tip Cod In

(A)

Puterea disipat

pe o faz (W)

Curenii de serviciu (Is) (A)

Gre-uta-tea

(Kg) Min. Max.

Dimensi-unea u-rubului bornei

TSA 10 3670 10 2,3

0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3;

4,5; 6; 8; 11.

0,130 1 2,5 M 4

TSA 16 3671 16 2,3

0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 4,5; 6; 8; 11; 16.

0,130 1 2,5 M 4

TSA 32 3672 32 6

0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 4,5; 6; 8; 11; 15;

20; 25; 32.

0,225 4 6 M 5

TSA 63 3674 63 8 40; 60. 0,42

5 10 16 M 6

TSA 100 3647 100 8 80; 100. 0,42

5 16 25 M 6

Caracteristici tehnice: – Tensiune nominal: 660 V c.a. – Numr de poli: 3 – Frecvena de conectare: 15 conectri pe or – Domeniul de reglaj al releelor: (0,67-1) Is – Gradul de protecie: IP 000 – Contacte auxiliare: – Tensiunea nominal: 500 V c.a.; 220 V c.c. – Curentul nominal termic: 6 A, 10 A, 16 A, 63 A, 100 A,

Valorile caracteristice ale curenilor la un bloc de relee termobimetalice sunt:

124

– curentul nominal In, este curentul maxim care circul în regim de durata prin aparat i pe baza cruia se dimensioneaz cile de curent; – curentul de serviciu Is, corespunde valorii maxime a curentului reglat pentru care aparatul nu acioneaz: – curentul reglat Ireg, poate fi orice curent cuprins în scara de reglaj a aparatului, Ireg = (0,6 ÷1)Is, domeniu în care utilizatorul trebuie s-i încadreze curentul nominal al consumatorului. Pentru a se produce acionarea, releul termobimetalic trebuie s fie parcurs de un curent mai mare decât cel reglat, numit curent de suprasarcin. Conform normativelor naionale, relee termice româneti de tip TSA trebuie s respecte condiiile prezentate în tabelul 3.4.

Tabelul 3.4. Normative referitoare la releele termice din gama TSA.

Curentul de suprasarcin ca

multiplu al curentului reglat

Timpul de acionare Stare iniial

I=1.05⋅Ireg S nu acioneze timp de 2h

Pornind din stare rece

I=1.2⋅Ireg S acioneze sub 2h Pornind din stare cald

I=1,5⋅Ireg S acioneze sub 2 min Pornind din stare cald

Prin stare rece se înelege acea stare la care temperatura releelor este egal cu temperatura ambiant: 20 ± 5o C. Prin stare cald se înelege starea în care temperatura releelor este egal cu temperatura de durat corespunztoare curentului reglat. În funcie de temperatura la care lucreaz un releu sunt necesare corecii ale curenilor de serviciu.

Figura 3.26. Blocuri de relee termobimetalice

125

Pentru cureni între 25 A i 250 A, blocurile de relee termobimetalice se

alimenteaz prin transformatoare de curent toroidale (ca în figura 3.27). În cazul lipsei unei faze, mecanismul de decuplare diferenial, asigurã

decuplarea rapid. Conform standardelor, la sarcinã de 1,15·In decuplarea se realizeazã în câteva minute).

Figura 3.27. Blocuri de relee termobimetalice alimentate prin transformatoare de curent.

Modul de revenire poate fi manual sau automat. Pentru revenirea rapid

se selecteaz comanda manual a blocului de relee. Pentru revenirea automat se ateapt rcirea lamelei termobimatalice

asigurând i rcirea motorului protejat.

3.2.4. Relee electromagnetice

Releele electromagnetice au ca element sensibil un electromagnet, ca element comparator un resort antagonist i ca element executor unul sau dou contacte (ND i N.I). Când parametrul de intrare depete valoarea reglat, se învinge tensiunea resortului antagonist i are loc acionarea instantanee a contactelor. Releele electromagnetice pot fi neutre, (când aciunea mecanismului electromagnetic este independent de sensul solenaiei bobinei) sau polarizate, când aciunea depinde de sensul solenaiei. Pe principiul releelor electromagnetice se construiesc o gam larg de relee de protecie fr temporizare sau cu temporizare, de tipul: de curent, de tensiune, intermediare, etc., frecvent utilizate în centrale i staii electrice, precum i în protecia la suprasarcini i scurtcircuite a motoarelor electrice i a consumatorilor industrial.

126

3.2.4.1. Relee electromagnetice maximale de curent

Sunt relee cu aciune instantanee, destinate proteciei instalaiilor electrice împotriva suprasarcinilor sau scurtcircuitelor.

Elementul constructiv caracteristic al releului maximal de curent (RC) este armtura mobil de forma literei Z i se execut din tabl de oel foarte subire i uoar, pentru a micora timpul de acionare. Ea se satureaz repede la valori mici ale curentului din înfurare, astfel ca factorul de revenire al releului crete i implicit i sensibilitatea releului. Curentul de supravegheat parcurge înfurrile, ce pot fi legate în serie sau paralel, aflate pe miezul feromagnetic al electromagnetului. Dac curentul depete valoarea reglat, fixat pe scara de reglaj, armtura se rotete rapid, învingând tensiunea resortului antagonist i închide contactele mobile peste cele fixe, lansând un semnal în circuitul comandat. Reglarea curentului de acionare se face printr-o pârghie, schimbându-se tensionarea resortului antagonist. De asemenea prin legarea în serie sau paralel a înfurrilor se poate dubla domeniul de reglaj. Timpul de acionare al acestor relee este de câteva sutimi de secund (aproximativ 0.05 s) i nu poate fi reglat; caracteristica de protecie a releului este o caracteristic independent. Dac valoarea curentului la care releul acioneaz este Ia i valoarea curentului la care releul revine este Ir, atunci factorul de revenire al acestor relee Kr =Ir/Ia 0,85. Cu cât factorul de revenire este mai apropiat de unitate cu atât releul este mai sensibil.

Figura 3.28. Releu electromagnetic maximal de curent RC2.

127

Prile componente ale releului sunt:1 - miezul feromagnetic,2 - bobin, 3 - armtura mobil, 4 - resort antagonist, 5 - buton de reglaj a arcului, 6,7 - uruburi de reglaj care stabilesc poziiile limit ale armturii mobile. Schimbarea domeniului de reglaj se realizeaz prin comutatorul gamelor de reglaj 8 care modific numrul de spire al bobinei releului. Braul armturii mobile acioneaz prin intermediul piesei izolante 9, sistemul de contacte 10. Indicatorul de funcionare 11 poate fi anulat de anulatorul 12.

Figura 3.29. Reprezentarea în schemele electrice a releelor maximale de

curent, maximale de tensiune i minimale de tensiune. 3.2.4.2. Relee electromagnetice de tensiune

Aceste relee pot funciona ca relee maximale de tensiune (RT-1) sau ca relee minimale de tensiune (RT-2) i au aceeai form constructiv ca i releele de curent RC (figura 3.28.) cu deosebirea c înfurarea lor este format dintr-un numr mare de spire subiri i se leag în paralel cu instalaia de protejat. Releele maximale de tensiune acioneaz prin atragerea armturii mobile dac tensiunea depete valoarea reglat, pe când releele minimale de tensiune acioneaz prin eliberarea armturii mobile dac tensiunea scade sub valoarea reglat, sau la dispariia tensiunii. De aceea releele maximale de tensiune au contactul normal deschis i se reprezint în schemele electrice ca în figura 3.29. iar releele minimale de tensiune au contactul normal închis. Factorul de revenire Kr = Ur/Ua este subunitar la releele maximale (Kr 0,85) i supraunitar (Kr 1,15) la releele

128

minimale de tensiune. Releele electromagnetice de protecie sunt mai frecvent folosite la protecia motoarelor electrice, deoarece scderea tensiunii determin creterea curentului absorbit. De asemenea, se utilizeaz la numeroase scheme de automatizri din sistemul energetic (DASU, AAR, etc.).

3.2.5. Relee de inducie

Releele de inducie Ferraris sau wattmetrice cum li se mai spune sunt foarte rspândite în instalaiile de producie, în special ca elemente de baz a proteciilor maximale de curent cu caracteristic dependent i ale proteciilor direcionale; ele se folosesc de asemenea i în proteciile de distan. Funcionarea releelor de inducie se bazeaz pe aciunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile în timp create de mrimile electrice aplicate releului i curenii indui de acesta în elementul mobil al acestuia (discul sau rotorul cilindric).Rezult c ele pot fi folosite numai în curent alternative. Ca i contoarele electrice, pentru realizarea cuplului de rotaie Mrot, re-leele de inducie folosesc cel puin dou fluxuri magnetice alternative, decalate în spaiu i defazate în timp. Curenii turbionari indui în sistemul mobil creeaz împreun cu fluxurile, cuplurile de rotaie necesare acestuia. Se deosebesc dou tipuri de relee de inducie: – releu de inducie cu rotor disc (cu o singur înfurare) – releu cu rotor cilindric care se mai numete i cu circuit profilat (cu dou înfurri).

3.2.5.1. Relee de inducie cu rotor disc

Releele de inducie cu rotor disc sunt utilizate în cazul când este necesar ca micarea rotorului s fie în funcie de o singur mrime electric (curentul sau tensiunea). Deoarece îns nu se poate produce micare cu un singur flux, se recurge la introducerea unei spire în scurtcircuit pe o poriune a miezului de la marginea întrefierului. Astfel se obine un al doilea flux, decalat fa de primul în spaiu i defazat în timp, realizându-se un cuplu. Dup cum se observ în figura 3.30 fluxul magnetic principal strbate circuitul magnetic 2 i se împarte în dou fluxuri 1 i 2 în apropierea întrefierului. Aceste dou fluxuri sunt decalate în spaiu i defazate în timp cu un unghi (figura 3.31.) cu ajutorul spirei de cupru în scurtcircuit 3. Un disc de aluminiu 4 se poate roti o dat cu axul 5 în întrefierul circuitului magnetic 2. Tensiunile electromotoare E1 i E2, produse respective de fluxurile

129

magnetice 1 respectiv 2, nu depind de starea de micare sau de repaus a discului. Ele sunt defazate cu 90° în urm fa de fluxurile 1 respectiv 2, i dau natere în disc curenilor turbionari I1 i I2. Liniile de curent incluse de un flux, trec parial i prin poriunea de disc din dreptul axei celuilalt flux.

Figura 3.30. Releu de inducie cu rotor disc.

Poriunile de disc din dreptul axelor fluxurilor vor fi supuse prin urmare unor fore exercitate de câmpurile magnetice. Dac rezultanta sau momentul acestor fore sunt diferite de zero, discul se pune în micare. Este de observat c micarea este datorit aciunii dintre un flux (de exemplu 1 i curentul Indus de cellalt flux I2), deoarece forele exercitate de curenii indui proprii au o rezultant nul. Faza acestor cureni este aceeai cu a tensiunilor electromotoare care i-au creat, întrucât rezistena discului este de câteva ori mai mare decât reactana. Cuplul de rotaie al unui aparat de inducie se determin, dup cum se tie, cu formula:

Mrot=k1·f·1·2·sin (3.24.)

Unde k - coeficient de proporionalitate

130

f - frecvena curentului alternativ - valori eficace ale fluxurilor magnetice - unghi de defazaj dintre fluxuri Deoarece la releul examinat fluxurile 1 i 2 sunt proporionale cu curentul I (pân la saturaia miezului), cuplu de rotaie se poate scrie sub forma:

Mrot=k2⋅f⋅I²⋅sin (3.25.)

Pentru un anumit releu, mrimile f i sunt constante, deci:

Mrot=k·I² (3.26.)

Figura 3.31. Diagrama fluxurilor la releul de inducie cu rotor disc.

Sub aciunea cuplului Mrot, discul releului tinde s se roteasc, îns este frânat de cuplu antagonist Mant creat de un magnet de frânare i de un resort. În cazul în care Mrot>Mant discul se rotete i dup un anumit timp, atinge cu contactul mobil (montat pe axul sau) contactul fix, deci releul acioneaz.

Figura 3.32. Caracteristica temporal de protecie a releului maximal de

curent i reprezentarea releului în schemele electrice.

131

Rezult c relee maximale de curent realizate cu relee de inducie cu rotor disc au o caracteristic dependent. Prin combinarea releelor de inducie cu releele electromagnetice se obin relee cu caracteristic temporal limitat dependent. Partea caracteristicii între limitele creia temporizarea depinde de curent se numete parte dependent, iar cea între limitele creia temporizarea nu depinde de curent se numete parte independent (Figura 3.33.).

Figura 3.33. Caracteristica de protecie limitat dependent a unui releu Curba 1, corespunde reglrii timpului la o valoare prestabilit i a curentului limitat (de acionare instantanee) la Il=8·Ir; Curba 2 corespunde unui reglaj tr=4s i Il=6·Ir ; Curba 3 corespunde la un reglaj tr=2s i Il=4·Ir. Se obine în acest fel o caracteristic de protecie temporal mixt (limitat dependent).

Astfel dec relee sunt releele RTp-C. Dintre avantajele folosirii releelor de tip TRp-C cel mai important este faptul c releul permite tierea de curent fr relee suplimentare. Releul se rotete i în regim normal de funcionare permite s se controleze permanent starea releului (în acest scop pe capacul carcasei releului, în faa discului exist o fereastr cu geam) i a circuitului de curent. De asemenea nu acioneaz la variaii scurte de sarcin. Deoarece viteza de rotaie a discului este dependent de valoarea curentului, releul poate indica calitativ sarcina liniei pe care este montat, fapt pentru care este denumit uneori i releu ampermetric. Aderarea bun a contactelor normal deschise nu depinde de valoarea curentului de defect care circul prin înfurarea releului. Coeficientul de revenire al sistemului de inducie este relativ bun

132

kr =0,75…0,85 Folosirea releelor de inducie de tip RTp-C are i unele dezavantaje, comparativ cu alte tipuri de relee de protecie: – Sistemul mecanic destul de complicat face ca precizia s fie redus. – Coeficientul de revenire al sistemului electromagnetic este mai mic (kr = 0,4 ). – Eroarea în ceea ce privete curentul de acionare al tierii este mare.

– Consumul de putere este relative mare (circa 30VA)

3.2.5.2. Relee de inducie cu rotor cilindric La releele de inducie cu rotor cilindric, micarea rotorului se face sub aciunea a dou mrimi electrice. În aceast construcie ele se folosesc ca relee direcionale, de distan i altele. În cazul în care releele acioneaz la schimbarea sensului puterii, se numesc direcionale; cele care msoar impedana sau reactana liniei pân la locul defectului, deci mrimi proporionale cu distana pân la defect, se numesc relee de distan. Releele direcionale bazate pe principiul induciei se execut cu disc, cu rotor cilindric sau cu cadru mobil. În ultimul timp, date fiind condiiile pe care trebuie s le îndeplineasc protecia, în special rapiditatea de acionare, s-au adoptat construciile cu rotor cilindric i cu cadru mobil, care permit s se realizeze relee cu timp de acionare de ordinal a 0,01 s. O variant constructiv de releu direcional realizat pe baza releului de inducie cu circuit profilat (denumit i releu cu rotor cilindric sau releu de inducie cu dou înfurri) este prezentat în figura 3.34.

Figura 3.34. Schema de principiu a unui releu de inducie cu rotor cilindric.

În principiu releul este format dintr-un circuit magnetic m cu poli apa-

133

reni, un rotor cilindric de aluminiu r, înfurrile de curent i tensiune pe cir-cuitul magnetic i un contact normal deschis. Contactul mobil este fixat pe axul cilindrului de aluminiu. În interiorul cilindrului de aluminiu se gsete un alt cilindru, de fier, f, care servete la reducerea reluctanei circuitului magnetic total; Un magnet permanent, care cuprinde între polii si cilindrul de aluminiu, servete la amortizarea micrilor rotorului, iar un resort menine contactele deschise Dup cum tim, funcionarea releelor de inducie se bazeaz pe aciunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile în timp i curenii indui de acestea în elementul mobil al releului. Cuplul de rotaie al unui releu de inducie se determin cu relaia general 3.24.. Înfurarea de curent este format din dou bobine legate în serie i aezate pe doi poli, iar înfurarea de tensiune din patru bobine legate tot in serie i aezate pe circuitul magnetic exterior. din circuitul secundar al transformatoarelor de tensiune.

Figura 3.35. Diagrama fazorial a mrimilor electrice i magnetice ale

releului de inducie cu rotor cilindric.

Prin înfurarea de curent circul curentul Ir, din circuitul secundar al transformatoarelor de curent, iar înfurrii de tensiune I se aplic tensiunea Ur Datorit tensiunii aplicate Ur prin înfurarea de tensiune circul curentul Iu. Curenii Ir i Iu dau natere fluxurilor i i u 90° ca în figura 3.35. Pân la saturaia circuitului magnetic, se poate considera c fluxul i este proporional cu curentul Ir, iar fluxul u cu curentul Iu adic:

i =k2 ·Ir (3.27.)

u =k3·Iu = r3u

r3 Uk

ZU

k ==

(3.28.)

Unde: Zu - impedana înfurrii de tensiune k2,k3.k4 - coeficieni de proporionalitate Înlocuind în relaia (3.28.) valorile fluxurilor de mai sus i considerând

134

frecvena constant, rezult cuplul releului:

Mrot = k·Ir·Ur· sin (3.29)

Diagrama fazorial a releului este reprezentat în figura 3.35. Ea a fost construit luându-se ca mrimi iniiale tensiunea Ur, curentul Ir i unghiul de defazaj dintre ele r. Curentul Iu este defazat fa de Ur cu unghiul u, determinat de raportul dintre reactan i rezistena înfurrii de tensiune. Fluxurile i si u sunt defazate fa de curenii Ir, respectiv Iu, cu unghiul determinate de pierderile în fier ale circuitului magnetic. S-au obinut astfel dou fluxuri decalate în spaiu cu 90° i defazate în spaiu cu unghiul . În diagrama fazorial din figura 3.36. s-a notat cu u defazajul dintre Iu si Ur i cu complementul lui u (unghi de defazaj interior). Rezult:

= u – r (3.30)

inând seama de aceste notaii, cuplul de rotaie al releului devine

Mrot =k ·Ir· Ur· sin =k ·Ir· Ur ·cos(r + ) (3.31)

Se observ c cuplul de rotaie al releului, la valori constante ale mrimilor Iu i Ur este maxim când r + =0. În funcie de unghiul de defazaj r, cuplul de rotaie poate fi pozitiv sau negativ, deci rotorul se rotete într-un sens sau în sens opus. La punerea în funcie a proteciei care folosete astfel de relee se determin prin schema de conectare a acestora, sensul în care se rotete rotorul pentru nu anumit sens al puterii. Pentru pornirea releului, cuplul de rotaie trebuie s fie mai mare decât cuplul antagonist, creat de resort i de frecarea prilor mobile.

Cuplul de pornire este definit prin expresia:

( ) ( ) antrrprrpr McosIUkM =α+ϕ⋅= ⋅⋅ (3.32.)

Notând ( ) rprr IU ⋅⋅ cu rpS ⋅ , care se mai numete i putere de pornire, obinem relaia:

( ) ( )[ ]VAcosk

MIUS

r

antrprrrp α+ϕ

=⋅= ⋅⋅ (3.33.)

Sensibilitatea releului direcional se caracterizeaz, de obicei prin valoarea minim a puterii de pornire

minprS corespunztoare unghiului αϕ −=r , pentru care cos(r + ) = 1; unghiul r = - se numete unghiul sensibilitii maxime.

Puterea de pornire maxim este:

135

k

MS ant

rp min=⋅ (3.34.)

Puterea de pornire a releului direcional depinde de unghiul sensibili-tii maxime i de curentul care circul prin înfurarea de curent.

Figura 3.36. Reprezentarea în schemele electrice a releului direcional F2. F1-releu maximal de curent, K- releu intermediar.

Releele direcionale au timpi foarte scuri de acionare aproximativ 0,04 s la o putere de pornire de cinci ori mai mare decât cea nominal. La protecia liniilor electrice se urmrete deconectarea cu atât mai rapid cu cât curentul de scurtcircuit este mai mare.

Una din soluiile gsite este cea a folosirii proteciei maximale de curent cu caracteristic dependent realizat cu ajutorul releelor de inducie.

În prezent protecia maximal de curent i direcional se realizeaz ca parte a proteciilor integrate a liniilor electrice.

3.2.6. Relee Buchholz

Releul de gaze este cunoscut i sub denumirea de releu "Buchholz" i

constituie principalul element de protecie al transformatoarelor împotriva defectelor interne. Funcionarea releului se bazeaz pe faptul c orice defeciune intern (de exemplu: slbirea izolaiei principale, slbirea izolaiei dintre spire, defectarea miezului sau contacte imperfecte), constituie premize pentru înclzirea suplimentar a uleiului de transformator. Temperatura ridicat, va conduce la descompunerea uleiului i apariia de gaze. Releul Buchholz este montat pe conducta de legtur dintre cuva trans-formatorului i conservatorul de ulei (figura 3.38) i este format din dou plu-titoare ce au ataate câte un microîntreruptor cu mercur i care se pot roti în jurul axelor lor. În regim normal de funcionare releul este plin cu ulei i plutitoarele sunt în poziia superioar. Plutitorul superior acioneaz la defecte mai puin grave prin semnalizare optic i acustic, prin închiderea con-tactelor.

136

La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea ule-iului, gazele adunându-se în partea superioar a releului provocând coborârea plutitorului inferior care provoac declanarea transformatorului i semnalizarea declanrii. Plutitorul inferior este prevzut cu o clapet de oc care produce bascularea instantanee a plutitorului sub aciunea undei de pre-siune ce însoete scurtcircuitele violente.

Figura 3.37. Releu Buchholz

Figura 3.38. Seciune prin releul Buchholz

137

Exist i alte tipuri de relee de gaze, cum ar fi: – relee de gaze cu flotoare i posibilitatea reglrii sensibilitii echipajului de declanare, printr-un magnet mobil; – relee de gaze cu flotoare deplasabile pe un ghidaj prevzut cu întreru-ptoare cu acionare magnetic (produs de firma ABB); – relee de gaze cu cup i contacte necapsulate; – relee de gaze tranzistorizate. Schema electric a proteciei de gaze prezentate în figura 3.39. cuprinde releul de gaze F1, releul de semnalizare a declanrii K2, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2, releul intermediar K4 cu rol de acionare a între-ruptoarelor Q1 i Q2 i dispozitivul de deconectare S1 care permite funcionarea schemei doar pentru partea de semnalizare. La apariia de gaze în cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun în partea superioar a releului gaze provocând coborârea plutitorului p1 ceea ce conduce la închiderea contactului superior al releului K1 ce are rol de semnalizare a producerii unei avarii.

Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se închide contactul inferior al releului F1, comandând prin releul intermediar K3 declanarea instantanee a întreruptoarelor din primarul i secundarul transformatorului i în acelai timp prin releul de semnalizare serie K1, semnalizeaz declanarea.

Figura 3.39. Schema electric a proteciei de gaze cu releu Buchholz. Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de scurt durat, schema trebuie s permit prelungirea acestui impuls pân

138

la declanarea întreruptoarelor, fapt asigurat de contactul cu temporizare la deschidere al releului intermediar K2.

Dispozitivul de deconectare S permite funcionarea schemei doar pe semnalizare. Aceast operaie se efectueaz în mod normal dup umplerea transformatorului cu ulei dup o revizie.

Protecia cu relee de gaze este folosit contra defectelor interne i poate fi aplicat numai la transformatoare în ulei i cu conservator pe ulei, ea acionând numai în cazul defectelor din interiorul cuvei. Arcul electric sau cldura dezvoltat de scurtcircuitul din interiorul cuvei au ca urmare descompunerea uleiului i a materialelor organice ale pieselor izolate i formarea de gaze. Acestea fiind mai uoare ca uleiul se ridic spre conservator. Releul Buchholz sesizeaz formarea gazelor sau a curentului de ulei. Aceste relee se monteaz între cuv i conservator.

La instalarea transformatoarelor, cuva acestuia trebuie înclinat cu 1-1,5% prin introducerea unor pene, astfel încât conducta spre conservator s aib o pant de 2÷4 % pentru a se uura eventuala trecere a gazelor sau uleiului ctre conservator.

La noi în ar se construiesc releele de gaze RB1 i RB2 cu 1 sau 2 flo-toare. RB1 este folosit pentru semnalizare. Conform normativelor, RB1 este prevzut pentru a fi instalat la transformatoare cu puteri pân la 1000 KVA iar RB2 la transformatoarele cu puteri peste 1000 KVA.

Sensibilitatea releelor de gaze la aciunea jetului de gaze i ulei se re-gleaz în mod obinuit prin variaia suprafeei active a paletei echipajului mobil inferior.

Transformatoarele i autotransformatoarele mari, constituite din elemente monofazate, sunt prevzute cu relee de gaze i de semnalizare la fiecare cuv, impulsurile de dec1anare fiind aduse la un acelai releu intermediar.

Principalele avantaje ale folosirii proteciei de gaze sunt: – simplitate constructiv i fiabilitate ridicat; – sensibilitate mare (cea mai sensibil dintre protecii la scurtcircuitele între spire); – rapiditate în declanare (comanda semnalizarea sau declanarea au loc în funcie de caracterul defectului); – acioneaz practic la toate defectele din interiorul cuvei; Dintre dezavantajele utilizrii acestei protecii amintim: – aerul care este introdus în cuv odat cu uleiul se ridic în cazul creterii temperaturii acesteia spre conservator i trecând prin releu poate determina acionarea lui. Pentru a se evita acest neajuns, primele trei zile dup repunerea în funciune a transformatorului, protecia este comutat pe semnalizare;

139

– posibilitatea acionrii releului de ctre fluxul de ulei care se formeaz în transformator în urma unor scurtcircuite exterioare violente sau în urma pornirii i opririi pompelor din circuitul de ulei al transformatorului cu rcire în circuit închis. Pentru a se evita acest neajuns, se micoreaz sensibilitatea elementului de declanare prin reglarea poziiei paletei acestuia; – protecia nu acioneaz la defectele transformatorului produse în afara cuvei lui (de exemplu la borne) i pe conductoarele de legtur a transforma-toarelor cu întreruptoarele. De aceea protecia nu poate fi utilizat ca protecie unic contra scurtcircuitelor interioare din transformator.

3.3. DECLANATOARE. Declanatoarele sunt aparate de protecie, care sub aciunea unei mrimi electrice de intrare, acioneaz printr-un impuls mecanic asupra zvorului întreruptoarelor automate, provocând dezvorârea acestora. Declanatoarele pot fi directe: – când curentul declanatoarele sunt parcurse chiar de mrimea electric supravegheat (circuitul de for parcurge bobina declanatorului în cazul declanatoarelor de curent iar bobina se leag direct la reeaua de supravegheat (la declanatoarele de tensiune); – indirecte, când bobina lor se alimenteaz prin intermediul traductoare-lor (transformatoarelor de curent sau tensiune).

Dup mrimea supravegheat declanatoarele se clasific în: a) declanatoare maximale de curent, care pot fi cu aciune instantanee, cu aciune temporizat dependent de curent sau cu aciune temporizat independent de curent; b) declanatoare de tensiune, care pot fi declanatoare minimale de ten-siune, declanatoare maximale de tensiune sau declanatoare de tensiune nul. Majoritatea întreruptoarelor sunt prevzute cu declanatoare minimale de tensiune, care trebuie puse iniial sub tensiune pentru a permite acionarea întreruptorului i în a crui circuit de alimentare se afl înseriat butonul de oprire manual a întreruptorului. Declanatoarele maximale de curent cu aciune temporizat dependent de curent sunt formate din lamele termobimetalice, care se curbeaz în timp (cu o vitez ce depinde de intensitatea supracurentului) i captul lor liber acioneaz asupra zvorului întreruptorului. Declanatoarele maximale de curent cu aciune instantanee sunt de tip electromagnetic, având acelai principiu de funcionare ca i al releelor elec-tromagnetice maximale de curent, cu deosebirea c semnalul de ieire este un semnal mecanic ce acioneaz asupra zvorului întreruptorului.

140

Principiul de funcionare a declanatoarelor este similar cu al releelor electrice de protecie echivalente cu deosebirea c mrimea de ieire a declan-atorului este de natur mecanic (fora de dezvorâre). În multe cazuri se folosesc declanatoare combinate, electromagnetice i termice. Declanatoarele maximale de curent combinate cu aciune temporizat dependent de curent, pot aciona temporizat în cazul suprasarcinilor i instantaneu dac curentul depete valoarea reglat.

Declanatoarele maximale de curent care necesit o caracteristic temporizat dar nu dependent de curent folosesc micromotoare sincrone pentru a realiza temporizarea în regim de suprasarcin. Declanatoarele de tensiune sunt electromagnetice. Ele au ca element motor un electromagnet monofazat de tip clapet. Dup funcia îndeplinit în circuit ele sunt de dou feluri: – declanatoare minimale de tensiune;

– declanatoare maximale de tensiune. Declanatorul din figura 3.40. funcioneaz ca declanator de tensiune

nul sau minimal de tensiune în funcie de reglarea resortului antagonist 6.

Figura 3.40. Declanator de tensiune electromagnetic.

1-armtura fix, 2-suport declanator, 3-ax, 4-armtura mobil, 5-bobina electromagnetului, 6-resort antagonist, 7-perecutor.

În regim normal de funcionare armtura mobil 4 este atras. La

scderea tensiunii, sub aciunea resortului antagonist 6, armtura mobil este eliberat i acioneaz prin percutorul 7 asupra zvorului întreruptorului, declanându-l.

141

Figura 3.41. Variant constructiv de declanator de tensiune

Exist i declanatoare electronice care sunt alctuite din relee

electronice ce acioneaz prin intermediul unor relee intermediare cu rol de element executor al declanatorului.

3.4. DESCRCTOARE Descrctoarele sunt aparate de protecie care pe lâng funcia principal de limitare a supratensiunilor sunt capabile s reduc curentul de însoire la valori pentru care spaiul disruptiv devine izolant, fiind prevzute cu dispozitive speciale de stingere a arcului electric, imediat ce tensiunea a revenit la valori nepericuloase pentru instalaie . Rolul funcional al descrctorului electric este de a limita supratensiunile atmosferice i de comutaie într-o instalaie electric. Descrctorul se monteaz la intrarea în staiile electrice între faz i pmânt i în punctele în care linia îi modific impedana caracteristic. Pentru protecia la supratensiuni atmosferice a liniilor electrice se folosesc pe lâng descrctoare i eclatoare care sunt mai simple constructiv (i deci mai ieftine) dar nu conin elemente de stingere a arcului electric i deci utilizarea lor este posibil doar alternant cu descrctoare.

142

3.4.1. Eclatoare electrice Eclatoarele sunt cele mai simple aparate de protecie împotriva supratensiunilor. Ele se compun din 2 electrozi metalici, unul legat la partea aflat sub tensiune i cellalt la pmânt, uneori cu posibilitatea reglrii intervalului disruptiv. Eclatoarele se folosesc la protecia izolatoarelor de porelan pentru a evita conturarea lor i se pot realiza sub forma eclatoarelor cu coloane, eclatoare cu tij i cu inele de protecie.

Figura 3.42. Variante constructive de eclatoare.

a) Eclator cu coarne, b) Eclatoare cu tij de descrcare, c) Eclatoare cu inele de protecie.

Eclatoarele sunt elemente componente ale descrctoarelor constituind spaiul disruptiv al acestora i asigurând separarea prii sub tensiune de cea legat la potenialul pmântului. Stingerea arcului electric datorit curentului de însoire iS este natural, prin alungire, datorit interaciunii curentului din

arcul electric cu propriul câmp magnetic. Eclatoarele, având o amorsare întârziat, unda de tensiune poate

ptrunde în instalaie înainte ca eclatorul s intervin. Din aceast cauz eclatoarele au o rspândire limitat în reelele de medie tensiune, mai ales pentru protecia posturilor de transformare i în traciunea electric în curent continuu. De asemenea eclatoarele au neajunsul c provoac scurtcircuite cu punere la pmânt, nefind capabile s întrerup curentul de însoire. Acest lucru provoac scoaterea de sub tensiune a instalaiei i taie unda de impuls a supratensiunii, producând i solicitri dielectrice suplimentare.

3.4.2 Principiul de funcionare al descrctoarelor electrice

Principalele elemente constructive ale unui descrctor sunt prezentate în figura 3.43.

143

Figura 3.43. Principiul de funcionare a unui descrctor cu rezisten

variabil 1-coloana de eclatoare; 2- rezistena neliniar cu rol de divizor de tensiune;

3- rezistena neliniar principal; A,B- bornele aparatului. Coloana de eclatoare, a cror numr depinde de tensiunea nominal a reelei. Pentru reelele de joas tensiune descrctorul are un singur eclator. Rezistenele neliniare, care asigur repartizarea tensiunii în mod uniform pe spaiile disruptive. Rezistena neliniar principal, format din înserierea mai multor discuri realizate din carbur de Si sau oxid metalic (ZnO 90%; Bi2O3 ; CoO). Anvelopa din porelan, care conine 1, 2, 3.

3.4.3. Variante constructive de descrctoare Variantele constructive de descrctoare depind de tensiunea nominal i de felul reelei. Pentru reelele de joas tensiune (Un<1000 V) descrctorul are un singur eclator.

Figura 3.44. Eclatorul unui descrctor de joas tensiune.

1,3-electrozi de Am; 2-aib izolant pe baz de mic.

144

Pentru reelele de medie tensiune (1÷35 kV) eclatorul este înglobat în rezistena neliniar, care funcioneaz ca un divizor de tensiune, asigurând o repartizare egal a tensiunii pe intervalele disruptive. În regim normal de funcionare, la tensiunea nominal, în absena unei supratensiuni, datorit repartiiei neuniforme a intensitii câmpului electric se realizeaz o stare de preionizare în zone imediat apropiate intervalelor disruptive.

Figura 3.45. Eclator cu rezistene de uniformizare pentru un

descrctor de medie tensiune. 1- electrod; 2-rezisten neliniar; 3-canal de expandare; 4-spaiu preionizat. Pentru tensiuni înalte i foarte înalte descrctorul e construit din modu-le conectate în serie ca cel prezentat în figura 3.45. Modulul din figur este folosit la 8…10 kV i este prevzut cu suflaj magnetic. Un asemenea modul cuprinde mai multe eclatoare de amorsare i stingere Eas, conectate în serie cu subansamblul format din bobina de suflaj L i rezistena neliniar R1 i cu rezistena neliniar principal R2. Fiecare modul e untat de rezistena neliniar R3, care asigur repartizarea uniform a tensiunii pe module.

La tensiuni nominale Un ≥ 245 kV fiecare modul este prevzut i cu condensatori de capacitate C ≈ 50….100 pF, pentru a asigura o repartiie înc mai uniform pe module.

În principiu, prin construcie este necesar s se asigure repartizarea uniform a tensiunii pe eclatoarele unui modul i scoaterea de sub influena diferitelor cuplaje capacitive, a coloanei eclatoarelor în interiorul unui tub, care reprezint rezistene. Funcionarea descrctorului se poate înelege din figura 3.46. în care este prezentat schema electric i principiul de funcionare. În absena unei supratensiuni, prin rezistena R3 trece un curent de ordinul miliamperilor. În momentul apariiei unei supratensiuni se amorseaz arcul electric în eclatoarele Eas, la tensiunea de amorsare ua. Curentul de

145

descrcare id trece prin rezistena R1 de untare a bobinei B. Prin aceasta nu trece un curent important, deoarece impedana ei este practic infinit pentru armonicele de frecven înalt ale curentului de descrcare Id. Acest curent parcurge i rezistena neliniar principal R2.

Figura 3.46. Principiul de funcionare a modului cu suflaj magnetic a unui descrctor de înalt tensiune.

Tensiunea cea mai mare, dup amorsare, la bornele descrctorului este tensiunea rezidual ur. Dup conducerea la pmânt a sarcinilor electrice, ecla-toarele îi conserv ionizarea, iar prin descrctor va trece, curentul de însoire Ii. Aceasta este limitat la câteva sute de amperi de ctre rezistenele R2. Curentul de însoire fiind de frecven relativ redus (50 sau 60 Hz), va trece prin bobinele de suflaj magnetic L. Acestea determin inducia magnetic B în zona eclatoarelor i astfel se dezvolt fore Lorentz, care împing arcul electric în camerele de stingere cu fant îngust i perei reci. Datorit rcirii intense a arcului electric, tensiunea de ardere crete i în cele din urm arcul electric se stinge iar curentul de însoire este determinat de tensiunea sursei si de impedana buclei de scurtcircuit, în care intr i rezistena arcului electric în eclatoare i rezistena principal R2.

146

Rezistenele variabile ale descrctoarelor se realizeaz din carborund o car-bur de Si (SiC) obinut la temperatura arcului electric din reacia carbonului (C) cu nisipul de cuar (SiO2). Materialul rezultat este splat de Fe cu ajutorul acizilor, mcinat, deferizat din nou cu ajutorul separatoarelor magnetice i sortat dup granulaie. În aceast stare materialul primete un liant (sticl lichid), este aglomerat sub form de discuri cu ajutorul presei hidraulice i apoi calcinat la aproximativ 600°C. Pentru a stabiliza neliniaritatea discurilor, se aplic câteva ocuri (impulsuri de 10/20 µs) de amplitudine egal cu intensitatea nominal.

Figura 3.47. Eclatorul descrctorului de curent continuu. 1-magnet permanent, 2 i 3-electrozii eclatorului.

Performanele unui descrctor sunt determinate în mare msur de neliniaritatea rezistenelor i precizia amorsrii i stingerii eclatoarelor. Cu cât rezistenele sunt mai neliniare, conducia sarcinilor electrice la pmânt, sub forma curentului de impuls, este mai rapid, iar în etapa final a vehiculrii sarcinilor electrice, când intensitatea curentului este redus, rezis-tena ia valori mari, ceea ce favorizeaz stingerea arcului electric. Precizia la amorsare i stingere a eclatoarelor se obine printr-un control riguros al tensiunii ce revine fiecrui eclator. Practic, acest control se realizeaz cu ajutorul divizoarelor capacitive, rezistive sau mixte. Descrctoare cu rezistenta variabila (DRVS), sunt aparate moderne pentru protecia împotriva supratensiunilor externe cât i împotriva celor

147

interne.

Figura 3.48. Descrctor cu rezisten variabil DRVS.

Conform figurii 3.48. elementele componente ale descrctorului DRVS sunt: A – coloana de eclatoare în paralel pe care se gsesc rezistenele de untare R1... Rk cu rolul de a realiza uniformizarea câmpului electric în eclatoare; B – coloana de rezistene variabile formate din mai multe discuri din carbur de siliciu cu caracteristica volt-amperic mare; C – anvelopa de porelan ce protejeaz eclatoarele i rezistenele neliniare de influena temperaturii i altor factori atmosferici. Pentru a evita explozia anvelopei capacele de etanare se monteaz cu ifturi care se foarfec la apariia unei presiuni prea mari descrctorul funcionând ca o supap de siguran. Funcionarea descrctorului DRVS const în amorsarea coloanei de eclatoare în cazul apariiei unei supratensiuni care depete nivelul de izolaie al descrctorului, conducerea la pmânt a curentului de scurgere care limiteaz supratensiunea din instalaie iar în final stingerea arcului electric.

Stingerea este determinat de rezistena neliniar, a crei valoare crete pe msur ce valoarea supratensiunii scade, permiând întreruperea curentului de însoire la prima sa trecere prin 0. Menionez c curentul de conductibilitate prin coloana de rezisten de untare i rezistena neliniar la tensiunea nominal este neglijabil (400…600µA). O alt variant modern de descrctoare este Descrctorul cu rezistena nelinear din oxizi metalici pe baz de ZnO, Bi2O3 ,CoO care permit realizarea unui descrctor fr eclator. Dificultatea care a fost rezolvat a constat în meninerea curentului de regim permanent prin rezistena nelinear la valori acceptabile (mA). La creterea tensiunii

148

(supratensiuni atmosferice sau de comutaie) din cauza nelinearitii accentuate a rezistenei, aceasta trece în stare de conducie i astfel se limiteaz tensiunea la borne.

3.4.4. Mrimile caracteristice ale unui descrctor Conform normativelor principalele mrimi caracteristice ale unui descrctor sunt: Tensiunea nominal, care se alege în funcie de tensiunea de serviciu a liniei i de coeficientul de punere la pmânt. Tensiunea nominal a descrctorului trebuie s fie uor superioar tensiunii fazelor sntoase în situaia punerii la pmânt a unei faze. Tensiunea de amorsare la und 1,2/50 µs . Aceast tensiune poate fi de-finit prin relaia:

=

≈=n

1i1aaia nuuu (3.35)

unde: n –numarul eclatoarelor conectate în serie, ua1- tensiunea de amorsare a unui eclator. Tensiunea rezidual, care este definit prin relaia :

=

=m

1irir uu (3.36)

unde : uri- tensiunea rezidual individual a unui disc, m – numrul discurilor care formeaz rezistenele descrctorului. Tensiunea de amorsare pe frontul undei în 1,2/50 µs, adic aceea ten-siune care divizat cu 1,15 are valori apropiate de tensiunea rezidual i cons-tituie nivelul de protecie. Raportul între nivelul de inere la unda 1,2/50 µs i nivelul de protecie trebuie s fie minim 1,2. Pentru supratensiunea de comutaie (unda 250/2500µs) acest raport este de 1,15.

Curentul nominal este curentul maxim de impuls 10/20 µs, care se poate repeta fr a deteriora descrctorul. Valori nominalizate pentru acest curent sunt de 5 kA i de 10 kA. La aceasta se asociaz curentul singular pe care îl suport un descrctor. Curentul de însoire poate ajunge la 1000 A iar durata lui se poate pre-lungi pân la câteva ms. La descrctoarele moderne tensiunea maxim obinut la trecerea curentului de însoire nu depete de 2÷3 ori din tensiunea nominal a descrctorului. Tensiunea maxima de funcionare in regim permanent Uc, este cea mai mare tensiune pe care descrctorul o poate accepta în regim permanent fr a suferi degradri funcionale.

149

Rezistena la supratensiune temporar Us la frecvena industrial, defi-nit prin:

1UU

Tc

s >= (3.37)

Capacitatea de absorie de energie, definit prin relaia:

]kV[U]kJ[W

Ec

s = (3.38)

s-a notat cu: W - energia total, transformat în cldur de ctre rezistena neliniar a descrctorului. j) Tensiunea rezidual (de rest) este tensiunea care apare la bornele descrctorului la trecerea unui curent de impuls de 8/20 µs i amplitudinea 10kA i reprezint i nivelul de protecie.

3.5. RELEE DE TIMP Aceste relee nu au rol de protecie propriu-zis, dar sunt folosite în schemele electrice de protecie, acionare i automatizri alturi de aparatele electrice de comutaie i protecie. Aceste relee determin un semnal în circuitul de ieire dup un anumit interval de timp din momentul aplicrii sau întreruperii tensiunii din circuitul lor de intrare. Exist relee de timp cu temporizare la acionare, care determin un semnal în circuitul de ieire dup un anumit interval de timp (reglabil) din momentul aplicrii semnalului de intrare i relee de timp cu temporizare la revenire, care determin un semnal în circuitul de ieire dup un anumit interval de timp din momentul întreruperii semnalului de intrare.

Figura 3.49. Modul de reprezentare al releelor de timp în schemele electrice.

150

K1T - releu de temporizare cu temporizare la acionare i contact normal deschis,

K2T - releu de temporizare cu temporizare la acionare i contact normal închis,

K3T - releu de temporizare cu temporizare la revenire i contact normal deschis,

K4T - releu de temporizare cu temporizare la revenire i contact normal închis.

Modul de reprezentare în schemele electrice ale acestor relee este prezentat în figura 3.49. Astfel K1T este un releu de timp cu temporizare la acionare având un contact normal deschis (12-14) ce se închide dup un anumit timp din momentul aplicrii semnalului de intrare la bornele (0-1); K2T este un releu de timp cu temporizare la acionare având un contact normal închis (11-13) care se deschide dup un anumit timp din momentul aplicrii semnalului de intrare la bornele (0-1); K3T este un releu de timp cu temporizare la revenire având un contact normal deschis (12-14) care se deschide dup un anumit timp din momentul dispariiei semnalului de intrare (0-1) iar K4T este un releu de timp cu temporizare la revenire având un contact normal închis (11-13) care se închide dup un anumit interval de timp din momentul dispariiei semnalului de intrare.

3.5.1.Clasificarea releelor de temporizare

Dup principiul de funcionare al ansamblului de temporizare releele de timp pot fi: - cu temporizare electromagnetic, când se folosete un electromagnet ce acioneaz un mecanism de ceasornic cu roi dinate; - cu temporizare prin relee de inducie care datorit caracteristicii temporale dependente a acestor relee pot îndeplinii i funcia de relee de temporizare pe lâng cea de relee maximale de curent sau direcionale; - cu temporizare electric care prin folosirea unor circuite R,C pot realiza funcia de temporizare; - cu temporizare electronic, prin utilizarea elementelor semiconductoare, diode i tranzistoare; - cu temporizare electrotermic care folosesc efectul de deformare în timp a termobimetalelor; - cu temporizare realizat prin motoare electrice, care utilizeaz

151

micromotoare sincron-reactive; - cu temporizare pneumatic, etc. Aceste relee se folosesc în automatizri i în sistemele energetice, unde realizeaz temporizarea necesar unei protecii selective. Ele sunt comandate în general de relee de curent sau tensiune i transmit un semnal unui releu intermediar. În figura 3.50. este reprezentat un releu de timp K1T, excitat de un releu maximal de curent F1 i care transmite un semnal pentru acionarea unui releu intermediar K2. Astfel la apariia unui defect, acesta este sesizat de releul maximal de curent F1 care acioneaz releul de temporizare K1T , care fiind cu temporizare la acionare îi închide contactul dup un anumit timp reglat, provocând acionarea releului intermediar K2.

Figura 3.50. Conectarea releului de temporizare K1T într-un circuit electric. F1 - releu maximal de curent; K1T - releu de temporizare cu temporizare la

acionare; K2 - releu intermediar.

3.5.2.Variante constructive de relee electromagnetice de temporizare

Un releu de timp este deci format din circuitul de intrare, un ansamblu de temporizare i de circuitul de ieire. Releele de temporizare electromagnetice au ca element de acionare un electromagnet. Ele sunt compuse dintr-un electromagnet solenoidal, care armeaz un mecanism de ceasornic i care închide temporizat un contact normal deschis. Schema de principiu a unui astfel de releu este prezentat în figura 3.51.

152

Figura 3.51. Schema de principiu a unui releu de temporizare cu

mecanism de ceasornic 1 - electromagnet de acionare, 2-armtura mobil, 2-pârghie, 4-sector dinat, 5 - resort spiral antagonist, 6,7,8,9-roi dinate, 10-ancor, 11-contragreuti,

12-contact mobil, 13-contacte fixe.

La primirea semnalului de intrare, electromagnetul 1 atrage armtura mobil 2 i mecanismul se pune în micare i îi închide contactele din circuitul de ieire dup un anumit timp. Modul de funcionare a acestor relee în figura 3.51. este prezentat schema de principiu a mecanismului de ceasornic care realizeaz temporizarea releului. De electromagnetul solenoidal 1, a crui armtur 2 este legat prin pârghia 3 este legat sectorul dinat 4 care se poate roti în jurul articulaiei O. Asupra sectorului dinat mai acioneaz resortul spiral antagonist 5. Pornirea sectorului dinat pune în micare roile dinate 6, 7, 8 i 9. Roata 7 tinde s se roteasc în sensul indicat în figura 3.44. îns este oprit deoarece prin dinii si oblici este blocat de clichetul 8 fixat de roata 6 i care nu permite micarea liber decât în sens invers (la revenirea la poziia iniial). În acest mod deplasarea sectorului dinat 4 determin pornirea roii 6, care la rândul ei este angrenat cu roata dinat 9. Aceasta nu permite micarea întregului angrenaj decât dup parcurgerea, dinte cu dinte, a danturii sale, datorit sistemului cu ancor 10 i a balansierului cu contragreuti 11. Astfel, sectorul dinat 4 avanseaz cu o vitez constant, pân la sfâritul cursei, când contactul mobil 12 închide contactele fixe 13.

Temporizarea releului poate fi reglat în limite largi (0,5-10 s) prin modificarea poziiei contactelor fixe i în limite restrânse prin modificarea poziiei contragreutilor 11 (pentru reglarea corect a timpului).

În mod curent electromagnetul de acionare este de curent continuu, alimentat de la o surs cu tensiuni nominale de 12, 24, 48, 110 sau 220 V.

153

3.5.3. Relee de timp electrice

Releele de timp cu temporizare electric se realizeaz cu module R,C care utilizeaz încrcarea sau descrcarea unui condensator. În figura 3.52. este reprezentat schema electric a unui releu cu temporizare electric la acionare.

Figura 3.52. Schema electric a unui releu electric cu temporizare la acionare.

La aplicarea semnalului de intrare, prin închiderea contactului S, tensiu-nea la bornele condensatorului C i implicit tensiunea aplicat releului K, va-

riaz în timp dup relaia:

Uc = U

−

−Tt

e1 (3.39.)

unde: T=R·C (3.40) este constanta electric de timp a circuitului.

La atingerea tensiunii de prag Uc = Uk se produce acionarea releului, cu o temporizare dependent de constanta de timp a circuitului T i de tensiunea de alimentare U. Reprezentarea relaiei (3.39) pentru diferite valori ale tensiunii de alimentare este reprezentat în figura 3.53.a) rezultând metode de reglare a temporizrii releului electric de timp prin modificarea tensiunii la borne. În figura 3.53.b) s-a reprezentat modul de variaie a tensiunii Uc pentru diferite valori ale constantei electrice de timp T, la tensiune la borne constant. Rezult c dac se fixeaz nivelul tensiunii de prag Uk la care acioneaz releul, timpul de acionare scade cu creterea tensiunii aplicate sau cu micorarea constantei de timp a releului.

154

Figura 3.53. Modalitile de reglare a timpului de acionare prin modificarea

tensiunii de alimentare i a constantei electrice a circuitului.

Un releu electric de timp cu temporizare la revenire este prezentat în figura 3.48.

Figura 3.53.Schema electric a unui releu electric cu temporizare la revenire

Acest tip de releu la aplicarea semnalului de intrare, prin închiderea contactului S, se aplic releului întreaga tensiune la borne U iar releul acioneaz instantaneu la închidere. În acelai timp, prin rezistena R, condensatorul C se încarc la tensiunea reelei. La deschiderea contactului S, condensatorul C se descarc peste R i K iar releul mai rmâne acionat un timp pân ce tensiunea aplicat releului scade sub tensiunea de prag Uk. i în acest caz reglarea timpului de revenire al releului se poate face fie prin modificarea constantei de timp a circuitului de descrcare (modificarea rezistenei R), sau prin modificarea tensiunii aplicate releului (figura 3.53.). Se obine astfel un releu cu temporizare la revenire i posibilitatea de reglare a temporizrilor.

155

3.5.4. Relee electronice de temporizare

Releele electronice de temporizare se pot clasifica dup principiul de funcionare în dou clase:

relee electronice de timp analogice relee de timp digitale.

La releele analogice temporizarea se realizeaz cu ajutorul circuitelor R,C elementul semiconductor putând fi o triod sau un tranzistor.

Figura 3.54. Releu electronic analogic (cu tranzistor) pentru temporizare la acionare

Conform schemei din figura 3.54. releul de timp analogic cu tranzistor prezentat este un releu de timp cu temporizare la acionare. La închiderea contactului S, condensatorul C se încarc prin rezistena R1 i când tensiunea la bornele sale atinge o valoare determinat tranzistorul T intr în stare de conducie i releul K acioneaz. Reglarea temporizrii se face în limite relativ largi prin modificarea valorii rezistenei R1, adic prin modificarea valorii constantei electrice de timp a circuitului.

Rolul diodei D este de a evita supratensiunile ce pot aprea pe tranzistorul T la comutaia bobinei releului K. Schema unui releu analogic de timp cu temporizare la revenire este prezentat în figura 3.50. La închiderea contactului S, deoarece tensiunea aplicat în baza tranzistorului T este tensiunea U, tranzistorul intr în stare de conducie i releul K acioneaz instantaneu. În timpul conduciei tranzistorului T, prin rezistena R1, condensatorul C se încarc la tensiunea reelei. La întreruperea contactului S condensatorul se descarc peste R1, R2, T i R3 iar când tensiunea lui scade sub valoarea de prag, releu K revine, cu o anumit temporizare (a crei valoare se poate regla prin valoarea rezistenei R1) la starea blocat.

156

Figura 3.55. Releu electronic analogic (cu tranzistor) pentru temporizare la revenire

Cele mai noi variante de relee de timp sunt integrate ce au în compo-nena lor un temporizator integrat format din dou comparatoare cu tensiuni de referin diferite, un divizor de tensiune rezistiv, un circuit basculant bistabil i un etaj amplificator de ieire. Deoarece la temporizri mari, atât releele electrice cât i releele analogice au o precizie sczut, se prefer utilizarea releelor digitale. Aceste relee de timp digitale se bazeaz pe divizarea frecvenei unui oscilator pilot sau a frecvenei reelei i au în componena lor un oscilator de relaxare (TUJ), un circuit basculant bistabil, divizoare de frecven i condensatoare. Releele electronice au avantajul unui gabarit sczut, consum propriu mic i gama de reglaj mare. În schimb releele electronice sunt sensibile la variaii de temperatur, supratensiuni de comutaie i deoarece au curentul de ieire foarte mic necesit amplificatoare de ieire sau relee intermediare.

157

Pentru a verifica modul de însuire a cunotinelor prezentate în acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele întrebri: 1. Ce tipuri de defecte apar în instalaiile electrice? 2. Ce regimuri de avarie cunoatei? 3. Ce tipuri de aparate electrice de protecie cunoatei? 4. Care sunt principalele proprieti ale unei protecii? 5. Ce înelegei printr-o protecie selectiv? 6. Ce înelegei printr-o protecie rapid? 7. Ce înelegei printr-o protecie sigur? 8. Ce înelegei printr-o protecie sensibil? 9. Ce proprieti ale unei protecii au un caracter antagonist? 10. Definii sigurana fuzibil. 11. Care sunt etapele de ardere ale unui fuzibil? 12. Clasificai siguranele fuzibile dup tensiunea nominal. 13. Clasificai siguranele fuzibile dup timpul de ardere. 14. Ce tipuri de sigurane de joas tensiune cunoatei ?. 15. Ce înelegei printr-o siguran fuzibil de uz industrial? 16. Ce mrimi caracteristice au siguranele fuzibile? 17. Definii curentul de rupere. 18. Definii puterea de rupere. 19.Ce principii de stingere a arcului electric se folosete la siguranele

fuzibile? 20. Ce tip de caracteristic temporal de protecie are sigurana fuzibil? 21. Din ce materiale se realizeaz fuzibilele siguranelor de joas tensiune? 22. Din ce materiale se realizeaz fuzibilele siguranelor de medie tensiune? 23. În ce const efectul de limitare a unei sigurane fuzibile? 24. Ce este efectul metalurgic? 25. Ce fel de legturi pot avea siguranele fuzibile cu filet? 26. Ce este un M.P.R.? 27. Ce avantaje prezint folosirea siguranelor fuzibile? 28. Ce dezavantaje prezint folosirea siguranelor fuzibile? 29. Definii curentul prezumat. 30. Definii curentul prezumat tiat. 31. Definii curentul limitat. 32. Definii curentul limitat tiat. 33. Ce timpi constituie durata de arc? 34. De ce este necesar efectul de limitare a siguranelor fuzibile? 35. Clasificai siguranele fuzibile dup timpul de ardere. 36. Clasificai siguranele fuzibile de înalt tensiune dup modul de montaj. 37. Cum se asigur selectivitatea proteciilor cu sigurane fuzibile?

158

38. Definii un releu de protecie. 39. Care este schema bloc a unui releu de protecie. 40. Ce rol are elementul sensibil al unui releu? 41. Ce rol are elementul comparator al unui releu? 42. Ce rol are elementul executor al unui releu? 43. Cum se clasific releele de protecie dup principiul de funcionare? 44. Cum se clasific releele dup mrimea de protejat? 45. Cum se clasific releele de protecie dup aciunea fa de o anumit

valoare a mrimii de intrare? 46. Care este mrimea de ieire a unui releu electric de protecie? 47. Ce este un releu maximal de protecie? 48. Ce este un releu minimal de protecie? 49. Ce este un releu direcional de protecie? 50. Cum se clasific releele de protecie dup modul de conectare în circuit? 51. Cum se clasific releele de protecie dup modul în care acioneaz asupra

aparatelor de comutaie? 52. Ce este caracteristica intrare–ieire a unui releu de protecie? 53. Desenai caracteristica intrare–ieire a unui releu maximal. 54. Desenai caracteristica intrare–ieire a unui releu minimal. 55. Desenai caracteristica intrare–ieire a unui releu polarizat. 56. Definii coeficientul de revenire a unui releu. 57. Definii eroarea de reglaj a unui releu. 58. Definii factorul de comand a unui releu. 59. Cât este coeficientul de revenire a unui releu maximal? 60. Ce mrime cuantific sensibilitatea unui releu de protecie? 61. Definii caracteristica temporal de protecie a unui releu. 62. Ce tipuri de caracteristici temporale de protecie ale releelor exist? 63. Desenai o caracteristic temporal de protecie dependent. 64. Desenai o caracteristic temporal de protecie independent. 65. Desenai o caracteristic temporal de protecie semidependent. 66. Desenai o caracteristic temporal de protecie limitat-dependent

(mixt). 67. Cum se clasific releele de protecie dup timpul de acionare? 68. Care este elementul motor al unui releu termobimetalic? 69. Ce aliaje se folosesc la realizarea lamelelor termobimetalice? 70. Clasificai releele termobimetalice dup modul de înclzire a lamelei. 71. Ce tip de caracteristic temporal de protecie are un releu

termobimetalic? 72. Ce este caracteristica la rece a unui releu? 73. Ce este caracteristica la cald a unui releu? 74. Ce este sgeata lamelei termobimetalice?

159

75. Cum se reprezint în schemele electrice un releu termobimetalic i con-tactele sale?

76. Cum se reprezint în schemele electrice un bloc de relee termobimetalice? 77. Ce tipuri de blocuri de relee termobimetalice se produc în ar? 78. Ce rol are lamela compensatoare a unui bloc de relee termobimetalice? 79. Ce rol are dispozitivul de sacadare a unui bloc de relee termobimetalice? 80. Ce mrimi caracteristice are un bloc de relee termobimetalice? 81. Ce avantaje prezint folosirea releelor termobimetalice? 82. Ce dezavantaje prezint folosirea releelor termobimetalice? 83. Ce echipamente se protejeaz prin releele termobimetalice? 84. Ce regimuri anormale elimin releele termobimetalice? 85. Care este elementul motor al unui releu electromagnetic? 86. Clasificai releele electromagnetice dup mrimea protejat. 87. Cum deosebii un releu electromagnetic de tensiune de unul de curent? 88. Cum se regleaz în trepte curentul unui releu electromagnetic maximal de

curent. 89. Ce este un releu de tensiune nul? 90. Ce este curentul de serviciu a unui releu maximal de curent? 91. Ce este curentul reglat a unui releu maximal de curent? 92. Cum se reprezint în schemele electrice un releu maximal de curent. 93. Cum se reprezint în schemele electrice un releu diferenial de curent. 94. Cum se reprezint în schemele electrice un releu maximal de tensiune. 95. Cum se reprezint în schemele electrice un releu minimal de tensiune. 96. Cum se reprezint în schemele electrice un releu de tensiune nul. 97. Cum se reprezint în schemele electrice contactul NI a unui releu electro-

magnetic? 98. Ce este o siguran automat? 99. Ce relee electromagnetice de protecie se produc în ar? 100. Ce avantaje prezint releele electromagnetice de protecie? 101. Ce dezavantaje prezint releele electromagnetice de protecie? 102. Ce tipuri de relee de inducie cunoatei? 103. Care este condiia de apariie a momentului motor în releul de inducie

cu rotor disc? 104. Ce sens are momentul de rotaie a unui releu de inducie cu rotor disc în

raport cu spira în scurtcircuit? 105. Cum se realizeaz defazarea fluxului la releul de inducie cu o

înfurare? 106. Ce caracteristic temporal are un releu de inducie cu rotor disc? 107. Ce tipuri de relee de protecie se realizeaz cu mecanismul de inducie

cu rotor disc? 108. Ce tipuri de relee de protecie se realizeaz cu mecanismul de inducie

160

cu circuit profilat (rotor cilindric)? 109. Cum se reprezint în schemele electrice releele direcionale? 110. Care este expresia momentului motor al unui releu de inducie cu circuit

profilat? 111. Ce este unghiul intern a unui releu de inducie cu dou înfurri? 112. Ce este un RTp-C? 113. Ce caracteristic temporal de protecie are un RTp-C? 114. Ce este tierea de curent? 115. Ce rol are un releu Buchholz? 116. La ce defecte asigur protecia un releu Buchholz? 117. Unde se monteaz un releu Buchholz? 118. Cum se reprezint în schemele electrice releul Buchholz? 119. Ce rol are clapeta de oc a unui releu Buchholz? 120. Ce avantaje prezint utilizarea releului Buchholz? 121. Ce dezavantaje prezint utilizarea releului Buchholz? 122. Ce tipuri de protecii se utilizeaz la transformatoarele electrice în ulei? 123. Ce este un declanator? 124. Care este mrimea de ieire a unui declanator? 125. Clasificai declanatoarele dup mrimea protejat? 126. Clasificai declanatoarele dup elementul motor? 127. Ce este un descrctor? 128. Ce este un eclator? 129. Ce tipuri de eclatoare cunoatei? 130. Ce este un DRVS? 131. Ce tipuri de descrctoare se folosesc în reelele de joas tensiune? 132. Ce tipuri de descrctoare se folosesc în reelele de medie tensiune? 133. Ce tipuri de descrctoare se folosesc în reelele de înalt tensiune? 134. Ce tipuri de descrctoare se folosesc în reelele de curent continuu de

joas tensiune? 135. Ce materiale se utilizeaz la rezistenele variabile folosite la descrctoare? 136. Ce rol au releele de temporizare în circuitele de protecie i

automatizare? 137. Cum se reprezint în schemele electrice un contact NI cu temporizare la

acionare? 138. Cum se reprezint în schemele electrice un contact NI cu temporizare la

revenire? 139. Cum se reprezint în schemele electrice un contact ND cu temporizare la

acionare? 140. Cum se reprezint în schemele electrice un contact ND cu temporizare la

revenire?

161

141. Definii un releu de timp cu temporizare la acionare. 142. Definii un releu de timp cu temporizare la revenire. 143. Clasificai releele de temporizare dup principiul de funcionare. 144. Clasificai releele de temporizare electromecanice dup elementul motor. 145. Cum se poate regla temporizarea unui mecanism de ceasornic? 146. Ce circuite electrice se folosesc la realizarea releelor electrice de

temporizare? 147. Cum se poate regla temporizarea unui releu electric de timp? 148. Clasificai releele de timp cu temporizare electronic dup principiul de

funcionare. 149. Ce dispozitive semiconductoare se folosesc la realizarea releelor electro-

nice de timp analogice? 150. Ce componente electronice se folosesc la realizarea releelor numerice de

timp?

162

4 APARATE DE COMUTAIE DE MEDIE

I ÎNALT TENSIUNE Din punctul de vedere al tensiunii nominale reelele electrice i echipamentele electrice de comutaie care le deservesc se clasific astfel: – reele de joas tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 400 i 230 V, utilizate pentru distribuia energiei electrice la consumatori. – reele de medie tensiune, cu tensiunea între 1 i 35 kV (sau 6 i 60 kV), utilizate în general pentru distribuia energiei electrice; – reele de înalt tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV i mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, înspre zonele de consum. Dei noiunea de medie tensiune nu este reglementat pe plan internaional, datorit caracteristicilor comune pe care le au aparatele electrice care intr în aceast categorie ea s-a impus în literatura de specialitate. Cele mai importante mrimi caracteristice ale unui aparat de comutaie de medie sau înalt tensiune sunt: – tensiunea nominal, definit ca tensiunea efectiv, între faze, maxim la care un aparat electric este proiectat s funcioneze în regim normal. – curentul minimal, este valoarea efectiv a curentului alternativ, în ser-viciu de lung durat, pe care îl poate suporta un aparat electric de comutaie pentru condiii de funcionare bine precizate. – capacitatea de rupere reprezint curentul prezumat, în valoare efecti-v, care poate fi comutat de aparat la o tensiune dat i în condiii de funcio-nare bine precizate. – puterea de rupere definit de relaia:

Pr = m·Unf ·Ir (4.1.) în care s-au fcut notaiile: m =1;2 sau 3 reprezint numrul de faze, Unf - este tensiunea nominal de faz; Ir-este capacitatea de rupere nominal. – capacitatea de conectare este curentul cel mai mare (în valoare de vârf), pe care îl poate conecta un aparat la o tensiune dat i în condiii de funcionare bine precizate. Cele mai semnificative aparate de comutaie de medie i înalt tensiune sunt: separatoarele, contactoarele i întreruptoarele electrice. Aceste aparate sunt folosite la comanda, protecia i reglarea mainilor electrice de putere, a reelelor de distribuie a energiei electrice i a posturilor de transformare.

163

4.1. SEPARATOARE DE MEDIE TENSIUNE Separatoarele sunt aparate cu ajutorul crora se închid sau se deschid circuitele electrice care nu sunt sub sarcin, deoarece ele nu au capacitatea de a întrerupe decât curenii electrici foarte mici (de mrimea unui curent de mers în gol al unui transformator de putere). Separatorul are menirea de a asigura observarea de la distan a strii circuitului, închis sau deschis, fiind un aparat mecanic de comutaie fr capacitate de rupere a arcului electric i care din motive de securitatea exploatrii asigur pentru poziia deschis, o întrerupere vizibil a circuitului i o distan de izolare suficient între bornele fiecrui pol. Rigiditatea dielectric dintre polii unui separator este maxim într-un circuit.

4.1.1. Clasificarea separatoarelor. Clasificarea separatoarelor de medie tensiune se poate face dup mai multe criterii dintre care cele mai importante sunt:

A. Dup modul de amplasare: – pentru instalaii interioare; – pentru instalaii exterioare.

B. Dup tensiunea de lucru: – de medie tensiune; – de înalt tensiune; – de foarte înalt tensiune.

C. Dup soluia constructiv: – separatoare de tip cuit; – separatoare rotative; – separatoare de translaie; – separatoare basculante; – separatoare pantograf.

D. Dup tipul dispozitivului de acionare: – cu acionare manual; – cu tang; – cu arcuri; – cu roat melcat; – cu acionare pneumatic; – cu acionare prin servomotor electric.

164

E. Dup felul contactelor: – cu cuite; – cu sigurane MPR; – cu sigurane tubulare; – pentru punere la pmânt; – separatoare inversoare (cu pastile sinterizate).

D. Dup numrul de poli: – monopolare; – multipolare.

E. Dup valoarea curentului întrerupt: – normale (nu întrerup decât cureni foarte mici); – de sarcin (pot întrerupe cureni nominali de sarcin). Separatoarele de medie tensiune sunt separatoare tripolare de tip cuit sau de tip rotativ de sarcin cu camer plat pentru tensiuni nominale de 10 i 20 KV, cu i fr cuite de punere la pmânt, cu i fr sigurane fuzibile pe cadru comun. Principalii parametrii funcionali ai separatoarelor de interior sunt: – tensiunea nominal de 10 kV i curentul nominal de 400 i 630A; – tensiunea nominal 20 kV i curent nominal de 200A. În funcie de varianta constructiv separatoarele pot fi prevzute cu cuite i contacte de punere la pmânt i cu interblocaje. Pe cadrul comun se pot monta supori cu sigurane fuzibile precum i mecanismul de declanare care printr-un sistem de pârghii în cazul arderii siguranei d comanda mecanic asupra dispozitivului de acionare pentru deschiderea separatorului. Pentru a se putea realiza deschiderea aparatului este necesar ca în momentul când se d comanda, resortul dispozitivului de acionare s fie armat. Armarea se face cu dispozitivul de acionare manual sau automat.

4.1.2. Principalele variante constructive ale separatoarelor de medie tensiune

Separatoarele de medie tensiune se construiesc pentru toate tensiunile standardizate i se pot monta în funcie de tipul construciei, atât în interior cât i în exterior. Separatoare de tip cuit Se execut pentru tensiuni nominale de 10, 20, 35 kV i cureni nominali de 200, 400, 630 i 800 A, în variante mono i tripolare, cu i fr

165

cuite de punere la pmânt. Calea de curent este format din bornele de racord, contactele fixe 3 i cuitul 4 care constituie contactul mobil. Izolatoarele suport 2 sunt din porelan cu armare interioar. Partea mecanic este format din soclul 1 i bielele-manivelele de acionare 5, 6 i 7.

Figura 4.1. Separator tip cuit

1- cadru suport, 2- izolatoare suport, 3- contact fix, 4- cuit, 5, 6, 7- pârghii de acionare.

Separatoarele rotative execut o micare de rotaie în plan vertical. Izolatoarele de trecere sunt realizate din rini având înglobate la capete cuitele de contact fixe montate pe cadrul metalic. Acionarea izolatorului mobil se face cu ajutorul unor manete de acio-nare, iar la capetele izolatorului se afl contactele mobile. În poziia deschis izolatorul mobil se sprijin pe un cuit de contact nelegat electric în circuit.

Figura 4.2. Separator rotativ. Separatoarele de tip basculant se realizeaz cu un singur izolator

166

basculant sau cu dou izolatoare basculante. Manevra de închidere i deschidere se realizeaz prin bascularea în plan vertical a izolatorului 6. Aceste separatoare au un gabarit redus fa de separa-toarele de tip cuit, nu se deschid sub aciunea forelor electrodinamice, îns au inconvenientul unor legturi flexibile lungi.

Figura 4.3. Separator basculant

1- cadru metalic, 2- suportul de fixare pe stâlp, 3- izolatoare suport, 4- borne de racord, 5- contact fix, 6- izolator basculant, 7- ghidaj legtur

flexibil, 8- contact mobil, 9- legtura flexibil, 10- bare articulate, 11- manivele de acionare, 12- limitatorul de curs.

Separatoarele de sarcin sunt aparate de comutaie capabile s deconecteze sarcina nominal dintr-un circuit i apoi, în poziia deschis, s asigure distana minim de izolaie între contactul fix i cel mobil. Separatoarele de sarcin se utilizeaz pentru: – conectarea i deconectarea bateriilor de condensatoare; – înlocuirea întreruptorului de putere în punctele din reea în care puterea de scurtcircuit nu depete 30 MVA; – conectarea i deconectarea în gol a liniilor i cablurilor. Deoarece separatoarele de sarcin nu au capacitatea de a rupe curenii de scurtcircuit, ele se utilizeaz înseriate cu sigurane de mare putere de rupere (MPR). În acest caz sigurana fuzibil va asigura protecia împotriva curenilor de scurtcircuit, iar separatorul de sarcin, pe lâng conectarea i deconectarea curenilor nominali, va asigura (prin intermediul comenzii primite de la un releu) protecia împotriva curenilor de suprasarcin. Spre deosebire de celelalte tipuri de separatoare, separatoarele de sarcin sunt prevzute cu camere de stingere. În aceast categorie intr:

167

– separatoarele de sarcin cu autocompresie folosite la instalaiile de exterior (în traciunea electric la cile ferate electrificate), – separatoare de tipul SPTI folosite în celulele prefabricate. Separatoarele de sarcin (figura 4.4.) se construiete pentru tensiuni de 10 i 20 kV i cureni nominali de 200 i 400 A, cu o putere de rupere de 7 MVA.

Figura 4.4. Separator de sarcin

Putem concluziona c separatoarele sunt aparate de comutaie a circuitelor sub tensiune dar fr curent de sarcin, destinate a separa vizibil dou pri din circuit, dintre care una aflat sub tensiune i s asigure dup separare o mare rezerv de izolaie. Separarea vizibil este necesar din considerente de protecie a muncii în instalaiile electrice. De aceea acestor separatoare li se impun o serie de condiii cum ar fi: – în poziia deschis s asigure distane de izolaie suficiente pentru a proteja împotriva electrocutrii personalul ce lucreaz pe linia decuplat. Acest deziderat se realizeaz aplicând în construcia separatoarelor principiile de coordonare a izolaiei adic distana de izolaie între contactele deschise ale aceluiai pol, trebuie s fie mai mare decât distana de izolaie între borne i suportul metalic al separatorului; – s aib stabilitate mecanic mare (cel puin 2000 de manevre fr vreo urm de uzur mecanic); – s permit realizarea unor interblocri când se asociaz cu întrerup-toare, pentru a putea fi acionate numai atunci când întreruptorul este în poziia deschis.

168

4.2. SEPARATOARE DE ÎNALT TENSIUNE Normele de protecia muncii cer ca lucrrile de întreinere i reparaii în instalaiile de înalt tensiune s se execute numai dup ce circuitul în care se lucreaz a fost deconectat i izolat vizibil de restul instalaiei. De asemenea, în instalaiile electrice sunt necesare uneori manevre de conectare sau de deconectare a unor circuite fr curent (schimbarea sau separarea barelor, trecerea de la un generator sau transformator la altul etc.), fiind necesare aparate de conectare simple, cu construcie robust, cu manevrare uoar i poziie uor vizibil. Pentru aceste scopuri se folosesc separatoarele de înalt tensiune. Separatoarele sunt aparate de comutaie destinate conectrii i deconec-trii circuitelor sub tensiune, îns fr sarcin. Ele pot întrerupe i cureni de intensitate redus, cum sunt curenii de magnetizare (de mers în gol) ai trans-formatoarelor de putere mic sau curenii nominali ai transformatoarelor de putere foarte mic. Separatoarele de înalt tensiune se realizeaz în numeroase tipodimen-siuni, care se deosebesc prin parametrii nominali (tensiuni între 35 i 750 kV, cureni între 200 i 6000 A), prin numrul de poli i varianta constructiv. Într-o instalaie energetic separatorul permite efectuarea transferului de energie între sistemele de bare colectoare la plecri sau sosiri. Cu ajutorul separatoarelor se poate face cuplarea unei linii la unul din sistemele de bare colectoare.

4.2.1. Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune se poate face dup numeroase criterii dintre care cele mai semnificative sunt:

A. Dup numrul de poli: – monopolare; – bipolare; – tripolare.

B. Dup modul de deplasare a contactelor mobile: – separatoare cu rotaie în plan orizontal (tip cuit), care au un contact fix i un contact mobil, tip cuit, ce se rotete într-un plan ce conine i axele izolantelor polului respectiv; – separatoare cu rotaie în plan vertical, care au dou contacte mobile ce se rotesc spre a se uni într-un plan perpendicular pe axele izolatoarelor suport ale polului; – separatoare basculante, la care contactul mobil se basculeaz îm-

169

preun cu un izolator suport în planul axelor izolatoarelor suport ale polului; – separatoare de translaie, la care contactul mobil execut o micare de translaie spre contactul fix; – separatoare pantograf, la care contactul mobil, de o construcie special, execut o micare dup direcia axei izolatorului suport.

C. Dup absena sau prezena dispozitivului de legare la pmânt: – separatoare cu cuite de legare la pmânt; – separatoare fr cuite de legare la pmânt. Un separator este constituit din urmtoarele elemente principale: sistemul de contacte, sistemul izolator i dispozitivul de acionare. Sistemul de contacte conine un contact fix i un contact mobil (cuitul) sau dou contacte mobile, constituind calea de curent a separatorului. Contactele separatoarelor pot fi liniare, plate cilindrice i de alte forme. Se construiesc din materiale bune conductoare de electricitate, de preferin din cupru. Elementele care conduc la alegerea diferenierea diferitelor tipuri de contacte sunt: densitatea de curent i distribuia ei; condiiile de rcire a contactelor; efortul necesar pentru conectarea separatorului; factorul de uzur al materialului; reducerea aciunii forelor electrodinamice asupra cuitelor. Pentru a micora înclzirea contactelor, se realizeaz presiuni de contact corespunztoare. La separatoarele construite pentru cureni nominali mari, cuitul este constituit din mai multe bare paralele. Sistemul izolator este constituit din izolatoarele suport ale contactelor: fix i mobil, precum i din tija izolant care transmite micarea de la dispozitivul de acionare la cuitul mobil. Dispozitivul de acionare trebuie s asigure deschiderea i închiderea complet a separatorului, contactele mobile trebuind s ajung la sfâritul cursei, independent de viteza de acionare. Dispozitivele de acionare a separatoarelor, din punct de vedere al agen-tului de acionare se împart în: dispozitive manuale, dispozitive cu resorturi, dispozitive pneumatice, dispozitive de acionare electric. Acionarea manual se realizeaz în modul cel mai simplu cu o prjin, care este o tij izolant de lungime corespunztoare, prevzut la un capt cu un vârf metalic. Acest vârf se introduce în urechea cuitului separatorului i se trage, trecând cuitul din poziia „închis“ în poziia „deschis“. La separatoarele grele se utilizeaz adeseori acionarea cu pârghii cu manet sau cu roat de mân. Pentru comanda la distan a separatoarelor se folosesc acionrile elec-trice sau pneumatice, care prezint avantajul unei conectri fr ocuri, ceea ce este deosebit de important.

170

4.2.2. Separatoare rotative

În aceast categorie intr dou tipuri de separatoare: – separatoare rotative cu rotaie în plan orizontal, având tensiuni nominale de la 35 kV la 220 kV, cureni nominal de 1250 A i 1600 A; – separatore rotative cu deschiderea cuitelor în plan vertical, cu tensiunea nominal de 400 kV i In=1600 A. Aceste separatore se execut numai în construcie monopolar iar când este necesar o variant tripolar fazele se cupleaz între ele cu tije de legtur. Forma constructiv a unui separator rotativ cu micare de rotaie în plan orizontal, de 100 kV este prezentat în figura 4.5., în detaliu fiind prezentat borna de legtur a separatorului. Izolatoarele suport 1 i 2 pot pivota executând o micare de rotaie de 90° sub aciunea unui dispozitiv de acionare 3 (pneumatic sau electric). Pe tijele 4 i 5 sunt montate contactele formate din cilindrul 6 i piesele 7 i 8 aa cum rezult din figur.

Piesa 9 reprezint contactul fix al prii de legare la pmânt a separatorului care poate ajunge în contact cu cuitul separatorului de punere la pmânt 10, numai atunci când contactele 6 respectiv 7, 8 sunt deschise. Pe cadrul pe care sunt montate coloanele de izolare se afl i dispozitivul de acionare, precum i tijele de legtur, manivelele i axele de acionare.

Figura 4.5. Separator cu micare de rotaie în plan orizontal (de 110 kV),

1, 2- izolatoare suport, 3- dispozitiv de acionare, 4, 5- tije de acionare, 6- contact cilindric, 7, 8- piese de contact, 9- contact fix,

10- cuit de punere la pmânt

171

În cazul separatoarelor tripolare montarea fazelor se face alturat una din cele trei faze fiind faz motoare, la care se cupleaz dispozitivul de acionare aa cum se poate vedea în figura 4.6. Acionarea separatorului se face de la polul de mijloc, micarea transmiându-se celor dou izolatoare ale fazei printr-o legtur în contrasens, iar la celelalte dou faze printr-un sistem de transmisie patrulater. Tot printr-un sistem patrulater sunt acionate cuitele de punere la pmânt ale separatorului de la axul de acionare. Deoarece în timpul rotaiei izolatoarelor unui pol, cuitele port contact se aproprie de polii vecini, se poate utiliza i pozare în linie.

Figura 4.6. Separatoare tripolare de 110 kV

1, 2- izolatoare suport, 3- dispozitiv de acionare, 4,5- tij acionare, 6,7- articulaie, 8- pies de contact, 9, 10- contacte fix,

11, 12- tije de acionare. Din figura 4.6. se observ c acionarea se face de la unul din capete prin transmisie patrulater. Pentru tensiuni mai mari de 220 kV aceast poziionare a separatoarelor conduce la mrirea gabaritului unei celule de înalt tensiune i de aceea separatorii monopolari se monteaz câte doi în linie i al treilea în paralel cu primii, caz în care acionarea este independent pe fiecare faz. Toate separatoarele de tip rotativ au neajunsul c sunt solicitate la importante momente de încovoiere, i necesit distane relativ mari între poli,

172

iar contactele de jonciune ale liniei cu cupa izolatoare implic dificulti constructive.

4.2.3. Separatoare de translaie Acest tip de separatoare se utilizeaz în instalaiile de distribuie de exterior la tensiuni peste 220 kV. Schematic un asemenea separator este prezentat în figura 4.7. Un pol al separatorului are dou izolatoare suport, unul fix 1, iar cellalt mobil 2, montat pe un crucior ce poate realiza o translaie limitat pe dou ine rectilinii. Contactul mobil 3 poate intra în contactul fix 4, ca urmare a apropierii izolatorului culisant 2 de cel fix 1. Separatorul mai este prevzut cu inelele de protecie 5, conductorul de legtur 7 i legtura flexibil 6. Micarea este asigurat cu ajutorul unui dispozitiv format din cablul flexibil 11 antrenat de servomotorul 8. Cuitul de legare la pmânt 9 este acionat cu un dispozitiv propriu cu motor electric 10. Aceste separatoare prezint o bun vizibilitate a separrii, au îns o construcie complicat, legturi flexibile lungi i exist posibilitatea de blocare a cruciorului în cazul depuneri de ghea pe ine.

Figura 4.7.Separator cu micare de translaie pentru tensiuni de peste220 kV

1- izolatorul suport al polului fix, 2- izolatorul culisant al polului mobil, 3- contactul mobil, 4- contactul fix, 5- inele de protecie, 6- legtura flexibil,

7- conductor de legtur, 8- servomotor, 9- cuit de împmântare, 10- dispozitiv de antrenare cu motor electric, 11- cablu flexibil.

173

4.2.4. Separatoare pantograf Aceste separatoare sunt utilizate în instalaiile de foarte mare tensiune ( 220kV < Un < 750kV ) având o construcie robust i îndeplinind cele mai ridicate exigene cerute de o bun siguran în exploatare. Fa de celelalte tipuri de separatoare prezentate, separatorul pantograf prezint o serie de avantaje cum ar fi: reducerea suprafeei ocupate de separator în plan orizontal; o supraveghere mai bun a elementelor instalaiei (permiând o observare clar i rapid a elementelor aflate sub tensiune fa de cele scoase de sub tensiune); siguran mare la conectare i deconectare în orice condiii atmosferice i siguran total împotriva deschiderilor intempestive.

Figura 4.8. Separator pantograf pentru 420 kV

1- contact fix de racord, 2- pantograf, 3- contacte mobile tip foarfec, 4- poziia deschis a pantografului, 5- contact racord, 6- bra portcontact,

7- ontragreutate, 8- contact fix de punere la pmânt, 9- borne racord, 10- izolatoare suport, 11- coloan izolatoare,

12, 13- arbori racordai la mecanismului de acionare.

174

Contactul de racord 1 se monteaz pe linia conductoare a staiei

exterioare fiind format dintr-o bar de cupru. Pantograful propriu zis 2 este format dintr-un sistem de bare articulate, confecionate din duraluminiu, având configuraia unei foarfeci care se termin la capete cu contactele mobile 3, prevzute cu un dispozitiv de spargere a gheii i cu câte o emisfer în partea superioar. Rolul emisferelor este s amelioreze repartiia neuniform a câmpului electric în lungul pantografului i s evite efectul corona. În poziia închis separatorul asigur racordul electric între linia 1 aflat în planul superior i linia electric aflat în planul inferior, racordat la bornele 9, între care exist o diferen de nivel de aproximativ 5 m la o tensiune de 420 kV. Cu linie punctat 4 s-a reprezentat poziia pantografului când separatorul se afl în poziie deschis. În aceast poziie linia din planul inferior este legat la pmânt ca urmare a atingerii dintre contactul mobil 5 i cel fix 8 de punere la pmânt. Coloana de izolatoare suport 10 susine separatorul, iar acionarea cuitelor principale se realizeaz ca urmare a micrii de rotaie transmis prin coloana izolatoare 11 de la arborele 12 racordat la mecanismul de acionare a cuitelor principale. Acionarea cuitelor de punere la pmânt este efectuat de ctre un dispozitiv de acionare separat racordat la arborele 13, contragreutatea 7 diminuând prin echilibrare cuplul necesar rotirii braului 6 ce susine contactul 5. Între micrile cele dou dispozitive de acionare exist o corelare. Acionarea acestor separatoare se face pneumatic.

4.2.5. Separatoare de secionare i punere la pmânt Separatoarele de secionare sunt aparate cu deconectare automat, co-mandate de aparate de protecie, destinate separrii de la reea a sectoarelor avariate. Secionarea se face în lipsa curentului, în timpul pauzei de curent determinat de funcionarea unui dispozitiv de reanclanare automat rapid (R.A.R.). Separatoarele de punere la pmânt i de scurtcircuit sunt aparate care realizeaz legarea automat a unei reele electrice la pmânt în caz de avarie, prin realizarea unui scurtcircuit artificial ce determin deconectarea reelei prin intermediul întreruptorului. Constructiv aceste aparate sunt separatoare de tip cuit, iar modul lor de funcionare este ilustrat în figura 4.9. Pe suportul metalic 1 se afl izolatorul 2 având pe flana superioar contactul fix 3, prevzut cu borne pentru racorda-rea la conductoarele liniei.

175

Dispozitivul de acionare comand cuitul mobil 4, din eav de oel

sudat pe axul 5, care se rotete în lagrele 6. Pârghia 7 este folosit în cazul acionrilor manuale. Legtura electric 8 asigur trecerea curentului de la contactul mobil la rama metalic legat la pmânt.

Figura 4.9. Separator de punere la pmânt tip cuit

1- suport metalic, 2- izolator, 3- contact fix, 4- cuitul mobil, 5- ax, 6- lagr, 7- pârghie, 8- legtura electric flexibil.

Pentru a exemplifica modul de utilizare al separatoarelor de secionare i al separatoarelor de punere la pmânt i de scurtcircuit în figura 4.10 este prezentat o schem electric de alimentare a liniilor L1 i L2 prin intermediul unor transformatoare T1 i T2, a întreruptoarelor Q1, Q2 i Q3, de la un sistem de bare de 110 kV.

Transformatoarele T1 i T2 nu sunt racordate la reea prin întreruptoa-re, ci prin separatoare de secionare S1 i S3. În cazul în care se produce o avarie la linia L1 sau la transformatorul T1, protecia prin relee comand închiderea separatorului de punere la pmânt S1, producând în mod artificial un scurtcircuit monofazat, care duce la declanarea întreruptorului principal Q1. Dup întreruperea curentului de scurtcircuit, elementul defect este separat cu separatorul de secionare S1, apoi sub aciunea dispozitivului RAR, întreruptorul Q1 se reînchide i celelalte plecri sunt realimentate.

176

Figura 4.10. Funcionarea separatoarelor de secionare i punere la pmânt

Separatorul de secionare împreun cu separatoarele de punere la pmânt i scurtcircuitare ofer o simplificare a schemelor de înalt tensiune, asigurând separarea automat a sectorului avariat i protecia personalului de intervenie.

4.3. CONTACTOARE DE MEDIE TENSIUNE Contactoarele de medie tensiune au acelai rol în instalaiile electrice ca i contactoarele de joas tensiune. Ele se construiesc pentru tensiuni nominale de pân la 10 kV, cureni nominali de pân la 1 kA i cu puteri de rupere de pân la 20 MVA. Contactoarele de medie tensiune se folosesc la comanda motoarelor asincrone i sincrone de putere, la alimentarea cuptoarelor electrice i a bateriilor de condensatoare. Pentru protecia circuitelor comandate prin contactoare de medie tensiune se folosesc: sigurane fuzibile (pentru protecia la scurtcircuit), relee termobimetalice (pentru protecia la suprasarcin) i relee electromagnetice (pentru protecia maximal de curent i tensiune). Contactoarele de medie tensiune permit acionri cu frecven ridicat de pân la 200 conectri pe or (superioar celei cu întreruptoare de medie tensiune). Dup principiul de stingere a arcului electric contactoarele de medie tensiune se clasific astfel: – contactoare de medie tensiune cu suflaj magnetic, la care arcul electric este stins în camere de stingere cu efect deion i suflajul magnetic.

177

Se construiesc astfel de contactoare pentru tensiuni nominale de 7,2 kV

i cureni nominali de 10, 20, 30, 45, 63, 75 i 100 A. Elementul de acionare este un electromagnet de tip plonjor. – contactoare de medie tensiune în vid care folosesc ca metod de stingere a arcului electric principiul vidului avansat. Aceste contactoare reprezint la ora actual soluia optim.

4.3.1. Contactoare de medie tensiune în vid Principiul vidului avansat constituie soluia de viitor pentru comutaia la medie tensiune. Aparatele bazate pe acest principiu pot fi utilizate pentru comutarea atât a circuitelor cu sarcini inductive, cum sunt motoarele de inducie, cât i a celor capacitive, cum sunt bateriile de condensatoare. De asemenea având în vedere faptul c arcul se dezvolt într-o incint închis, contactoarele în vid pot fi folosite în medii cu pericol de explozie (întreprinderi miniere sau chimice). Principiul vidului avansat se bazeaz pe dou proprieti de baz ale vidului i anume: rigiditatea dielectric foarte mare la distane extrem de reduse între contacte i dezvoltarea arcului electric în vaporii metalici provenii din eroziunea fin a elementelor de contact. Arcul electric format la separarea elementelor de contact este o plasm de vapori metalici care se dezvolt în vid avansat. Caracteristica arcului electric în vid avansat este difuzia extrem de rapid a vaporilor metalici, care în contact cu pereii reci ai unui ecran condensator se condenseaz i astfel vidul este refcut.

Figura 4.11. Contactele contactorului cu vid

În camera de stingere întreruperea arcului electric nu dureaz mai mult decât o semiperioad i ca urmare energia dezvoltat de arcul electric este relativ mic, iar înclzirea contactelor i a camerei de stingere este redus.

178

Aceste camere de stingere în vid au tendina de a tia curentul din arcul

electric, astfel c stingerea arcului se poate produce înaintea trecerii curentului prin 0. Din aceast cauz condiiile normale pe care trebuie s le îndeplineasc contactele de stingere a arcului electric în vid constau în cerina ele s poat dezvolta în prezena arcului electric o cantitate suficient de vapori metalici pentru a nu se produce smulgerea timpurie a curentului. Presiunea de lucru în aceste camere de stingere este de aproximativ 10-7 bar. Elementele de contact se realizeaz din pseudoaliaje Cr-Cu sau W-Cu, în scopul eliminrii tendinei de lipire care exist la contactele realizate din metale dure conductoare. Tieturile realizate înclinat în suporturile pieselor de contact, la apariia arcului, electric determin fore electrodinamice care rotesc piciorul arcului electric pe suprafaa circular a elementului de contact.

Prin aceast soluie constructiv piciorul arcului electric devine foarte mobil pe suprafaa contactului, evitând eroziunea lui. Datorit distanelor mici între contacte intensitatea câmpului magnetic este extrem de mare. Astfel, înainte de strpungere la o distan de 5 mm între contacte intensitatea câmpului electric este E = 340 kV/cm, în ipoteza unui câmp omogen. La asemenea intensiti ale câmpului electric format, dimensiunile i gradul de prelucrare al suprafeelor de contact joac un rol foarte important. În acest sens asperitatea suprafeelor erodate de arcul electric constituie un factor de influen a timpului de ardere a arcului electric. Proprietile dielectrice ale vidului tehnic din camera de stingere a con-tactorului sunt rigiditatea dielectric la presiuni reduse de 10-4-10-6 mm Hg este apreciabil mai mare decât a aerului în condiii normale. Forma i dimensiunile electrozilor au i ele o influent aspra valorii tensiunii de strpungere.Presiunea în recipient în limitele 10-4 – 10-6 mm Hg nu are nici o influen asupra tensiunii de strpungere , dac distana între electrozi este de ordinul mm sau a fraciunilor de mm. Dac îns aceste distan are valori de ordinul cm, se constat o rigiditate dielectric sporit câtre 5 × 10-4 mm Hg. În figura 4.12. se prezint schematic un contactor în vid în poziia deschis. Aceast poziie este asigurat de resoartele antagoniste 2. Pentru acionare se excit bobina electromagnetului 1, ceea ce determin rotaia pârghiei 5 în jurul axului O. În acest fel contactul mobil se închide peste cel fix asigurând continuitatea circuitului electric de la A la B. Fora de apsare pe contacte este asigurat de resortul 3. În interiorul camerei de stingere 4 unde se afl contactele este realizat vidul astfel ca stingerea arcului se produce rapid, prin smulgere de curent. Pentru deschiderea contactorului se oprete alimentarea bobinei electromagnetului 1 iar resoartele 2 produc o deschiderea contactelor cu o vitez aproximativ 0,3 m/s.

179

Figura 4.12. Contactor cu vid

1- electromagnet de acionare, 2- resoarte antagoniste, 3- resort pentru asigurarea presiunii pe contacte, 4- camer de stingere,

5- pârghie, A, B-borne.

Figura 4.13. Dependena timpului de comutaie de tensiunea de comutaie

180

4.4. ÎNTRERUPTOARE DE MEDIE TENSIUNE

Întreruptoarele electrice sunt aparate cu ajutorul crora se realizeaz

operaiile necesare de conectare i de deconectare atât în condiii normale de lucru, cât i în condiii de avarie.

inându-se cont c aceste aparate trebuie s rup cureni cu intensiti foarte mari care pot aprea frecvent în reelele electrice, ele se caracterizeaz, în afara parametrilor nominali comuni tuturor aparatelor electrice de comutaie (curent nominal, tensiune nominal, frecvena de lucru, curent limi-t dinamic, curent limit termic), i printr-o alt mrime nominal specific, ce definete proprietile de comutaie i care se numete capacitate nominal de rupere în scurtcircuit. Ea reprezint cel mai mare curent de scurtcircuit (valoare efectiv) pe care un întreruptor este capabil s-l întrerup în condiii de utilizare i funcionare prescrise.

Întreruptorul de putere, de medie tensiune este un aparat de comutaie destinat s conecteze, s suporte i s deconecteze curenii nominali de serviciu, s conecteze, s suporte o durat bine determinat i s deconecteze curenii de suprasarcin, sau de scurtcircuit.

În funcie de principiul de stingere utilizat i respectiv de natura mediului în care are loc stingerea arcului electric, întreruptoarele de medie tensiune se clasific în urmtoarele categorii:

– întreruptoare cu ulei mult (IUM), la care uleiul mineral îndeplinete atât rolul de mediu de stingere al arcului electric de comutaie, cât i pe cel de mediu de izolaie între piesele metalice aflate la tensiuni diferite. Având deza-vantajul folosirii unor cantiti mari de ulei aceste tipuri de întreruptoare nu se mai fabric. – întreruptoare cu ulei puin, care folosesc uleiul numai ca mediu de stingere, izolaia dintre piesele metalice aflate la tensiuni diferite asigurându-se prin materiale dielectrice solide. – întreruptoare ortojectoare sunt variante îmbuntite ale întreruptoa-relor cu ulei puin, care folosesc ca metod de stingere a arcului electric principiul suflajului cu jet de lichid, obinându-se performane îmbuntite ale acestora. – întreruptoarele cu aer comprimat, folosesc aerul comprimat atât ca mediu de stingere al arcului electric, cât i pentru obinerea energiei necesare acionrii întreruptorului în timpul închiderii sau deschiderii acestuia. – întreruptoare cu hexaflorur de sulf (SF6) asigur obinerea unor per-formane ridicate în ceea ce privete capacitatea de rupere, sigurana în func-ionare, eliminarea pericolului de explozie sau incendiu i gabaritul redus.

Aceste întreruptoare reprezint soluia optim pentru întreruptoarele

181

de înalt tensiune dar se folosesc frecvent i în comutaia de medie tensiune. – întreruptoare în vid, care folosesc ca principiu de stingere a arcului electric difuziunea rapid în vid avansat a purttorilor de sarcin electric din coloana arcului de comutaie. Datorit distanelor mici între contacte, asigura-rea unor timpi redui de acionare, a unei sigurane în funcionare i a unui gabarit mult mai mic decât al celorlalte întreruptoare, aceste întreruptoare se recomand ca soluia optim pentru medie tensiune.

4.4.1. Întreruptoare cu vid Întreruptoarele în vid, au fost utilizate iniial în tehnica curenilor slabi pentru a realiza relee cu un timp de rspuns cât mai redus. În ultimii ani cons-trucia întreruptoarelor cu vid a evoluat, iar parametrii au crescut ctre valori mai mari ale tensiunilor si curenilor nominali. În vid rigiditatea dielectric la tensiuni relativ mari (peste 15 kV) este asigurat la distane relativ mici între contacte (2,5mm). La separarea contactelor arcul electric vaporizeaz metalul electrozilor. Vaporii metalici se difuzeaz rapid în vid, inând seama c presiunea este de 10-4 – 10-6mm Hg i apoi se condenseaz în contact cu pereii recipientului. Astfel vidul se reface, iar aparatul este din nou în stare de funcionare.

Aceste aparate sau dezvoltat din necesitatea de a satisface cerinele din exploatare i anume de a dispune de un aparat autonom (fr fluide i instalaii auxiliare), cu cheltuieli reduse de exploatare i capabil s deconecte-ze atât cureni mici inductivi cât i sarcinile capacitive, fiind superior celorlalte tipuri de întreruptoare de medie tensiune. Asemenea întreruptoare se construiesc pentru tensiuni nominale Un = 7,2 ÷ 25kV, cureni nominali In = 630 ÷ 2500 A i capaciti de rupere Ir = 8 ÷ 50 kA. În prezent, cercetrile pentru dezvoltarea întreruptoarelor în vid se dirijeaz ctre: capacitate de rupere cât mai ridicat; capacitate de conectare cât mai ridicat, cu eliminarea pericolului de sudare a contactelor i eliminarea migraiei de material.

Datorit distanei mici între contacte cu imposibilitatea unei frânri sau culisri într-o tulip conduce la pericolul vibraiei contactelor la închidere. Din aceast cauz, unele întreruptoare în vid au contacte din material dur (sinterizate de W) cu punct de topire ridicat. Dar un astfel de contact duce la întreruperea curentului înaintea trecerii naturale prin 0 i anume la valori de ordinul 50A, ceea ce determin supratensiuni de comutaie foarte importante.

182

Figura 4.14. Camera de stingere a unui întreruptor cu vid

1- pies fixare contact, 2- aiba piesei fixe de contact, 3, 7- izolatori ceramici, 4- pies fix de contact, 5- ecran metalic, 6- contact mobil, 8- burduf metalic, 9- ghidaj, 10- pies de contact, 11- racord mecanic la sistemul de acionare,12- racord de vidare.

Prin realizarea unor contacte din combinaii de materiale, sau chiar utilizarea cuprului în forme speciale poate reduce curentul de întrerupere la valori mici, de exemplu 1A. Întreruptorul în vid este indicat pentru deconectarea sarcinilor capacitive i în acest domeniu are o utilizare industrial, întrucât rigiditatea dielectric se reface în întreruptor extrem de rapid. Cercetrile asupra arcului electric în vid arat c pân la aproximativ 10 kA arcul electric const din mai multe arcuri electrice elementare ale cror picioare au o mare mobilitate pe electrod. La valori mai mari ale curentului, aceste arcuri se unesc într-unul singur, care st fixat pe electrod, i deci cu efect termic local extrem de pronunat. Deci numai prin adoptarea unei construcii speciale ca cea prezentat în figura 4.14. electrodul poate rezista aciunii arcului electric deoarece i la valori mari ale curentului în arc, acesta se deplaseaz pe suprafaa electrodului. Întreruptorul în vid se fabric în serii la puteri mici i medii, de exemplu 300 MVA sau 12 kA la 14,4 kV cu un curent nominal de 600 A.

183

Figura 4.15. Contacte rotitoare cu suflaj radial pentru întreruptoare cu vid

Calitile de baz ale întreruptorului cu vid constau în rapiditatea

acionrii, datorit distanei mici între contacte, volumul mic ocupat în raport cu aparatele clasice, consumul redus de materiale active i lipsa de zgomot la deconectare

4.4.2. Mecanisme de acionare a întreruptoarelor de medie tensiune Aceste mecanisme sunt ansamble distincte sau incluse în întreruptoa-rele de medie tensiune i au rolul de a transmite energia de acionare la contactele mobile ale întreruptorului. Energia necesar este relativ mare pentru a asigura viteza mare de deplasare a contactelor la deconectarea curenilor de scurtcircuit.

Mecanismele de acionare trebuie s menin întreruptorul blocat în po-ziia deschis i închis, dup caz, în orice condiii de funcionare (vibraii, trepidaii, trecerea curentului de scurtcircuit de oc).

Din punct de vedere al modului de înmagazinare i de eliberare a energiei, mecanismele de acionare ale întreruptoarelor de medie tensiune pot fi clasificate astfel: – mecanisme de acionare cu acumulare de energie în resoarte (de tipurile constructive MR, MRL, MRI), la care prin intermediul unui ax acionat de un electromotor (sau manual cu o manivel), energia potenial se înmagazineaz în resoartele de închidere ale întreruptorului.

184

La primirea comenzii de închidere o parte din aceast energie este utilizat pentru închiderea întreruptorului, iar cealalt parte servete la armarea resortului de deschidere; – mecanisme de acionare cu electromagnet solenoidal (DSI), care folo-sesc ca surs de acumulare a energiei în resoarte un electromagnet de curent continuu tip plonjor; – mecanisme de acionare pneumatice, care folosesc energia potenial înmagazinat în aerul comprimat (MPI). Dintre mecanismele prezentate anterior cele mai utilizate sunt mecanis-mele cu acumulare de energie în resoarte. Elementele principale ale acestor mecanisme (indiferent de tipul constructiv) sunt: sistemul de acumulare a energiei; sistemul de transmitere a energiei; sis-temele de clichetare i declichetare; sistemele de semnalizare i blocaj.

Sistemul de acumulare a energiei se compune dintr-un motor electric conectat la reeaua de tensiune operativ ce transmite micarea axului principal printr-un sistem de transmisie (roi dinate i lan, sau angrenaj melc-roat melcat). Acumularea energiei se face în dou resoarte tensionate simultan în paralel (la unele tipuri acumularea se asigur printr-un singur resort). Dispozitivul permite i armarea manual operativ a resoartelor cu ajutorul unei manivele amovibil. La aceste mecanisme acumularea de energie se realizeaz lent, iar eliberarea brusc (de exemplu la acumulare t = 5s i la eliberare t' = 0,l s).

Figura 4.16. Mecanism de acumulare a energiei în resoarte MRI

1, 3- zvoare, 2- resort de deschiderea, 4- manet de armare, 5- resort, 6, 8- axuri, 7- cupl.

185

În figura 4.16. este prezentat mecanismul cu acumulare de energie în resoarte de tip MRI. Axul principal are dou pri distincte: axul de armare 6, solidar permanent cu resortul de închidere 5 i axul întreruptorului 8, solidar permanent cu resortul de deschidere 2. Aceste dou axe se pot roti independent pe durata acumulrii energiei i respectiv a deschiderii, fiind solidare între ele prin intermediul cuplei 7 numai pe durata închiderii.

Operaia de armare const în tensionarea resortului 5 prin rotirea axului 6, i blocarea prin sistemul de clichetare 3. Prin cupla 7 se realizeaz solidari-zeaz axul 6 cu axul 8. Pentru închiderea întreruptorului se comand clichetul 3 care duce la tensionarea resortului 2. La deschiderea întrerupto-rului se comand clichetul 1 iar cupla 7 desolidarizeaz axele 6 i 8.

Aceste mecanisme sunt cu liber deschidere deoarece exist prioritatea deschiderii fa de închidere.

Figura 4.17 Mecanism de acionare cu electromagnet i resoarte pentru

întreruptoare cu vid de medie tensiune 1,4-Borne, 2-Camer de stingere cu vid,

3-Anvelopa camerei de stingere, 5-Conductor, 6,7-Tije acionare, 8-Resort, 9-Tij acionare, 10-Ax, 11-Plonjor, 12-Carcas.

Acionarea întreruptoarelor cu vid cu sisteme cu resoarte armate

electromagnetic, reprezint soluia optim la ora actual din punct de vedere al: gabaritului, randamentului, anduranei i fre3cvemnei de conectare.

186

4.5. ÎNTRERUPTOARE DE ÎNALT TENSIUNE

Întreruptoarele de înalt tensiune sunt aparate electrice automate destinate comutaiei circuitelor de înalt tensiune parcurse de curent. Sarcinile principale a acestor întreruptoare sunt operaiile de stabilire i întrerupere a curentului de sarcin normal, la intervenia voit a operatorului i s întrerup cât mai rapid în mod automat, curenii de scurtcircuit în urma comenzilor primite de la protecia prin relee (declanatoare). La nevoie aceste întreruptoare trebuie s poat îndeplinii i operaia de reanclanare automat rapid, imediat dup prima deconectare, sub aciunea comenzii primite de la dispozitivele RAR. Cea mai important caracteristic a întreruptoarelor, care determin construcia camerei de stingere este capacitatea de rupere (Ir). Ea reprezint cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit pe care întreruptorul îl poate întrerupe în condiii specificate de norme. Capacitatea de conectare este cel mai mare curent de scurtcircuit, în valoare momentan, care poate fi conectat de întreruptor, fr ca acesta s sufere deteriorri specifice. Puterea de rupere Pr, definit prin relaia (4.1.) este o mrime convenional, care permite compararea, a unor variante constructive diferite. Timpul propriu de întrerupere (Tpa) este intervalul de timp dintre momentul închiderii circuitului electromagnetic de declanare a dispozitivului de acionare i momentul începerii separrii contactelor de rupere ale întreruptorului. Timpul de întrerupere (Tt) este format din timpul propriu de întrerupere (Tpa) i durata de ardere a arcului electric în camera de stingere a întreruptorului (Ta). Timpul total va fi egal cu Tt = Ta + Tpa. Timpul de închidere (Tî) al unui întreruptor este intervalul de timp de la aplicarea impulsului de închidere pân în momentul atingerii contactelor. Conform normelor timpul total Tt trebuie s fie cât mai mic (< 0,08 s) pentru întreruptoarele cu aciune rapid respectiv 0,15 s pentru întreruptoarele cu aciune accelerat i 0,25 s pentru întreruptoarele normale. Din punct de vedere a tensiunii nominale întreruptoarele de înalt tensiune se clasific dup tensiunea nominal a reelei în care funcioneaz. Modulul de baz pentru întreruptoare de înalt tensiune este întreruptorul cu tensiunea nominal de 123 kV destinate reelelor electrice de 110 kV, care dispun de o capacitate de rupere corespunztoare unei puteri de rupere de 10000 MVA. Deoarece întreruptoarele pentru reelele de 220, 400 i 750 kV se obin prin metoda modulelor, înseriindu-se mai multe dispozitive de stingere a arcului electric identice, s-au atins cu modulele de 123 kV puteri de

187

rupere de pân la 60000 MVA sau chiar 100000 MVA. Principalul mod de clasificare a întreruptoarelor electrice de înalt ten-

siune este cel dup principiul i mediul de stingere a arcului electric. Din acest punct de vedere exist urmtoarele categorii de întreruptoare: – întreruptoarele cu stingerea arcului electric în mediu lichid : ulei mineral sau ap; – întreruptoare cu stingerea arcului electric în mediu gazos: aer sau hexaflorur de sulf (SF6);

– întreruptoare cu stingerea arcului electric în vid.

Figura 4.18. Variaia parametrilor electrici în comutaie Întreruptoarele electrice cu ulei sunt înc cele mai utilizate întrerup-toare, a cror evoluie a coincis cu dezvoltarea producerii, transportului i dis-tribuiei energiei electrice. Funcionarea lor se bazeaz pe proprietatea uleiurilor minerale de a se descompune sub aciunea temperaturii înalte a arcului electric, degajând o mare cantitate de gaze, format din hidrogen (peste 70%), metan, etilen etc. Presiunea creat, proprietatea hidrogenului de a fi bun conductor de cldur, precum i turbulena uleiului, exercit o puternic aciune de rcire i de deionizare a coloanei arcului electric, producând astfel stingerea acestuia la trecerea curentului prin valoarea zero (dup câteva semiperioade ale curentului).

Întreruptoarele cu aer comprimat provoac stingerea arcului electric cu ajutorul unui jet de aer comprimat, debitat în zona de ardere a arcului de o surs de energie extern, format într-o instalaie de compresoare cu rezervor

188

de aer comprimat. Jetul de aer are o presiune mare i se deplaseaz cu vitez mare,

apropiat de viteza sunetului, longitudinal sau transversal pe coloana arcului electric având urmtoarele efecte: în timpul arderii arcului electric, rcete intens coloana acestuia i antreneaz particulele înclzite i ionizate, înlocuindu-le cu particule proaspete, rcite. Rcirea coloanei arcului electric pân la temperaturi de aproximativ 2000°C conduce, practic, la încetarea ionizrii termice, ceea ce favorizeaz foarte mult stingerea arcului electric. În timpul trecerii curentului electric prin zero, jetul de aer comprimat rcete în continuare coloana arcului rezidual i antreneaz particulele ionizate, rmase în spaiul dintre contacte. Rcirea este cu atât mai important, cu cât suflajul, în timpul arderii arcului electric, a fost mai energic. Dup stingerea arcului electric, prin scderea brusc a temperaturii coloanei arcului, se creeaz rigiditatea dielectric necesar, i care este cu atât mai mare cu cât presiunea jetului de aer comprimat este mai înalt. Întreruptoarele cu hexaflorur de sulf realizeaz stingerea arcului electric dup un principiu nou, care urmrete s efectueze deionizarea coloanei arcului electric prin capturarea electronilor liberi i frânarea, în acest mod, a proceselor de ionizare. Hexaflorur de sulf -SF6- este un gaz electronegativ ale crui molecule au o afinitate mare pentru captarea electronilor liberi produi de arcul electric i formarea ionilor negativi, care au o mobilitate mic, comparabil cu cea a ionilor pozitivi. În acest mod se creeaz o mare probabilitate de recombinare a acestora în molecule neutre i, ca urmare, stingerea arcului electric are lac în condiii mai bune decât în cazul aerului comprimat.

Întreruptoarele cu vid realizeaz stingerea arcului electric într-un vid avansat. Într-un astfel de mediu, gazul fiind rarefiat, drumul liber mediu parcurs al electronilor dei este mare, probabilitatea ionizrii i deci a descrcrii electrice este foarte redus, ceea ce face ca arcul electric s nu poat subzista.

4.5.1. Întreruptoare cu ulei

Întreruptoarele cu ulei se folosesc atât ca întreruptoare de medie cât i înalt tensiune i folosesc ca mediu de stingere a arcului electric uleiul elec-troizolant.

Primele întreruptoare cu ulei au fost întreruptoare cu ulei mult (IUM). Aceste întreruptoare (IUM) au fost construite fr camer de stingere

special a arcului electric, ruperea acestuia se efectua liber într-o baie de ulei format dintr-o cuv metalic (rupere liber). Uleiul servea atât ca mediu de stingere, cât i ca mediu izolant a prilor sub tensiune în raport cu cele puse

189

la pmânt. În aceste condiii, la desfacerea contactelor stingerea arcului se realizea-

z prin alungirea i crearea efectului de rcire a coloanei arcului în contact cu uleiul.

Prin creterea cantitii de gaze descompuse i a presiunii din interiorul cuvei care poate atinge 6 ÷ 10 atm. i prin splarea continu a contactelor mobile cu ulei proaspt, care lucreaz ca un jet la piciorul arcului electric se realiza stingerea acestuia.

Dezavantajul cel mai mare al întreruptorului cu baie de ulei este legat de pericolul de explozie, urmat aproape fr excepie de incendii, când se depete capacitatea lui nominal de rupere.

Întreruptoarele IUM cu camer de stingere au îmbuntit condiiile de stingere a arcului electric i performanele lor, în ceea ce privete capacitatea de rupere i viteza de stingere a arcului electric.

Închiderea mediului de ardere a arcului electric într-o camer izolant cu o form constructiv de volum redus, a spaiului în care arcul electric se dezvolt, a creat condiii de stingere a arcului electric mai favorabile, reducându-se lungimea i durata de existen a acestuia. În acelai timp, dei presiunea în camera de stingere atinge valori mari de 60 – 100 atm, presiunea pe pereii cuvei se reduce la 1,5 – 2 atm, micorând pericolul exploziei. Totui pericolul exploziilor i al incendiilor nu a fost total înlturat, în plus, cantitile mari de ulei au determinat gabarite speciale ale acestor aparate, modificri de instalaii i dificulti de exploatare legate de faptul c prile mai importante ale aparatelor, în caz de defeciuni, nu pot fi examinate fr golirea cuvelor. Din aceste motive, în prezent, utilizarea întreruptoarelor cu ulei mult este redus i limitat la puteri de rupere mici (150÷500 MVA), în instalaii nesupuse supravegherii, iar construcia lor în tehnica european a încetat i a fost înlocuit cu cea a întreruptoarelor cu ulei puin. Întreruptoarele cu ulei puin se construiesc atât ca aparate de exterior, cât i ca aparate de interior, pentru toat gama de tensiuni i de puteri nominale de rupere, de la 10 kV i 100 MVA, pân la 750 kV i 60 000 MVA.

Ele se caracterizeaz prin intensificarea aciunii de rcire a arcului electric dup principiul jetului de fluid i expandrii. În aceste condiii, cantitatea de ulei se reduce foarte mult, îns întreaga mas de ulei particip la procesul stingerii arcului electric. Partea activ a fiecrui pol (camera de stingere) este coninut în anvelope izolante, în general cilindrice, având prizele de curent la extremiti. Contactul mobil, în afara unor cazuri rare, se prezint sub forma unei tije de cupru, care se deplaseaz în axa camerei de stingere sau paralel cu aceasta.

190

Când aparatul se afl în poziia deconectat, între extremitile camerei de stingere se aplic întreaga tensiune la borne. În aceste condiii, pentru realizarea izolaiei fa de pmânt, care nu mai este obinut cu ajutorul uleiului mineral electroizolant ca în cazul întreruptoarelor cu ulei mult, s-au adoptat diferite modaliti tehnice, în funcie de tipul constructiv i de tensiunea nominal a aparatului. Pentru întreruptoarele cu ulei puin i tensiuni nominale Un ≥ 110 kV partea activ coninut în izolatoare de porelan pline cu ulei, poate fi montat pe izolatoare suport verticale, umplute de asemenea cu ulei.

Ruperea curentului în camera de stingere are loc în momentul trecerii lui prin valoarea zero, când energia introdus în arcul electric este nul i când între contacte se injecteaz un jet de ulei proaspt, provenit fie ca o consecin a descompunerii acestuia i a formrii unei presiuni suplimentare, fie de la un dispozitiv mecanic (pomp cu piston). Uneori sunt combinate ambele soluii.

Din punct de vedere constructiv, camera de stingere a întreruptoarelor cu ulei puin este, în general, prevzut cu discuri i alveole sau cu buzunare cu ulei, în care stingerea arcului electric se poate efectua în una dintre urmtoarele trei variante: cu suflaj axial (longitudinal), cu suflaj transversal sau cu suflaj mixt.

Camera de stingere cu suflaj axial este format dintr-un cilindru izolant, în care sunt dispui perei despritori perpendiculari pe axa contactului mobil. În acest fel, se formeaz un labirint cu un numr mare de alveole sau buzunare, care conin o anumit cantitate de ulei. Arcul electric, întins prin deplasarea contactului mobil descompune o mare parte din uleiul coninut în camer i vaporizeaz o alt parte. Gazele formate, împing uleiul din buzunare asupra coloanei arcului, pe care o deionizeaz puternic, mai ales la trecerea curentului prin zero; ele sunt apoi eapate prin deschiderile canalului de trecere a contactului mobil, într-un sens sau altul, conform concepiei constructive a întreruptorului, provocând astfel suflajul axial. Datorit faptului c seciunea de evacuare a gazelor este redus, presiunea din interiorul camerei este ridicat, atingând la construciile obinuite, valori normale de 50-70 atm. În aceste condiii, se poate considera c stingerea arcului electric se va efectua satisfctor, nu numai la deconectarea curenilor de scurtcircuit ci i la aceea a curenilor mici, inductivi i capacitivi. Camera de stingere cu suflaj transversal este asemntoare celei cu suflaj axial, cu deosebirea c deschiderile de suflaj sunt practicate lateral. Gazele rezultate din descompunerea uleiului, create de partea închis a

191

alveolelor sunt eapate prin aceste deschideri, suflând arcul electric transversal.

Practicarea deschiderilor laterale este astfel fcut, încât este evitat amorsarea arcului electric între diferitele jeturi de gaze ionizate conductoare în afara camerei de stingere. inându-se seama c seciunea de evacuare a gazelor este mare, presiunea din camer este mai redus decât în camera cu suflaj axial. Din aceast cauz, la aceiai vitez de deplasare a contactelor mobile, aptitudinea de rupere a unor cureni cu intensiti mici este mai redus.

Camera cu suflaj mixt remediaz în bun msur inconvenientul celei cu suflaj transversal, reducând numrul deschiderilor laterale. Plecând de la contactul mobil, arcul electric care se formeaz, întâlnete mai întâi câteva buzunare deschise, care favorizeaz punerea sub presiune a camerei, apoi mai multe buzunare închise în care suflajul se efectueaz transversal (pentru întreruperea curenilor inteni) i din nou câteva buzunare închise, unde suflajul este longitudinal (pentru întreruperea curenilor cu intensiti reduse).

Deoarece stingerea arcului electric, în întreruptoarele cu ulei puin se efectueaz dup aceleai principii, variantele constructive ale camerelor de stingere sunt asemntoare. Principalele diferene se refer numai la dispunerea camerei de stingere în cilindrul exterior, fixarea acesteia la partea inferioar sau la capacul superior, viteza contactelor mobile i alegerea materialelor electroizolante de construcie, în direct legtur cu creterea presiunilor interioare i a capacitii de rupere.

Denumirea de întreruptor cu ulei puin (IUP) îi are originea în faptul c, în trecut se fabricau i întreruptoare cu ulei mult (IUM) în comparaie cu care aceste întreruptoare folosesc o cantitate mult mai mic de ulei. La un în-treruptor cu ulei puin aproape întreaga incint cu ulei este ocupat de camera de stingere i aproape toat cantitatea de ulei particip la stingerea arcului electric. La întreruptoarele cu ulei mult camera de stingere era plasat într-o cuv voluminoas cu ulei. Întreruptoarele cu ulei puin folosesc principiul expandrii i al jetului de ulei în scopul rcirii i stingerii arcului electric, în gama de tensiuni nominale de la 10 ÷ 30 kV, cureni nominali între 630 ÷ 2500 A i puteri de rupere 150 ÷ 1500 MVA. Din punct de vedere constructiv întreruptoarele cu ulei puin de medie tensiune sunt adaptate montajului în celule prefabricate cu contacte debroabile în spaii închise. Structura general a întreruptoarelor de medie tensiune conine trei compartimente distincte: – compartimentul camerei de stingere (izolant); – compartimentul cu rezerva de ulei (carterul inferior);

192

– compartimentul de egalizare a presiunilor (carterul superior). Compartimentul de egalizare a presiuni este în legtur cu atmosfera

exterioar prin intermediul unui mic orificiu, astfel încât gazele ionizate sunt rcite înainte de ieirea în atmosfer. Tot în acest compartiment se efectueaz i separarea uleiului antrenat odat cu gazele, dup o deconectare. Întreruptoarele cu ulei sunt destinate folosirii în gama de tensiuni nominale 123, 245, 420, 525 kV i intensiti nominale pân la 2000 A. Cons-truciile actuale satisfac cerinele de exploatare (pot realiza deconectarea linii-lor în gol i ofer o putere de rupere acoperitoare pentru puterile de scurtcircuit ale sistemelor energetice. În ceea ce privete deconectarea liniilor în gol, în principiu, întreruptorul cu ulei puin nu se comport prea bine deoarece energia necesar stingerii arcului electric este preluat chiar de la arcul electric. Deci, pentru stingerea arcului electric acesta trebuie s ard un timp cu atât mai mare, cu cât curentul în arc este mai mic. În consecin, la întreruptoarele cu ulei puin, la întreruperea curenilor mici (capacitivi), nu trebuie s se conteze pe autosuflaj. Repartiia tensiunii oscilante de restabilire, în mod egal pe camerele de stingere se realizeaz atât în mod natural datorit rezistenei echivalente a conductivitii curentului postarc, dar mai ales condensatoarelor sau rezisten-elor conectate în paralel pe camerele de stingere. În figura 4.19. este prezentat o seciune longitudinal prin polul între-ruptorului IUP de 245 kV i putere de rupere de 8000 MVA construit la UEPC. Camera de stingere 8, cilindric, este constituit din estur de sticl impregnat cu rin epoxidic, pentru a oferi o rigiditate dielectric ridicat i o rezisten mecanic mare. Camera de stingere este plasat într-un tub izolant 9 din acelai material, cu proprieti dielectrice i mecanice foarte ridicate. Carterele metalice 10 i 11, la care se racordeaz tubul 9, servesc drept suport pentru prizele de curent. Izolatorul ceramic exterior 14 servete la protecia ansamblului activ împotriva agenilor atmosferici i în mod normal se asigur comunicarea între coninutul de ulei al izolatorului 14 i al tubului 8, prin intermediul unei clapete ataate carterului superior. La producerea unei presiuni în camera de stingere, clapeta împiedic transmisia presiunii în interiorul izolatorului ceramic, astfel încât acesta nu este solicitat din punct de vedere mecanic.

Camera de stingere, de construcie rigid, este compartimentat cu aju-torul unor discuri din material izolant, în scopul reinerii unei cantiti de ulei în compartimente, dup prima deconectare. Astfel, la o nou declanare dup 0,2 s, ca urmare a reanclanrii automate, gsete în compartiment o cantitate de ulei suficient pentru a stinge arcul electric. Stingerea arcului electric la acest tip de întreruptoare se obine prin realizarea unei presiuni importante

193

(peste 100 bar) a gazelor i printr-un jet axial puternic, care deionizeaz arcul.

Figura 4.19. Polul unui întreruptor IUP-245 kV

1- contact mobil; 2- mecanism biel manivel; 3- cilindru cu piston de acionare; 4- suport comun pentru dou console; 5- resort;

6, 7- indicator de nivel a uleiului; 8- camera de stingere; 9- cilindru izolant; 10, 11- cartere metalice; 12,13- contacte; 14- izolator ceramic; 15- cilindru;

16- piston; 17- resort. Viteza mecanic sporit impune echiparea întreruptoarelor cu dispozitive anticavitaional plasat în zona superioar a contactului fix 12. Acest dispozitiv permite ca tensiunea de inere în camera de stingere s creasc suficient de rapid pentru a face fa, mai ales, deconectrilor de sarcini capacitive.

Dispozitivul de acionare a tijelor 5 este realizat din dou mecanisme biel-manivel 2, simetrice în raport cu axa sistemului de camere aezate în V. Mecanismul biel-manivel sunt acionate hidraulic de pistonul cu dublu efect care se afl în cilindrul 3.

Un dispozitiv tumbler 5 asigur meninerea întreruptorului în poziiile închis sau deschis. Întreruptoarele cu ulei puin pot fi instalate în aer liber în dou variante: pe o fundaie sau suspendat. Suspendarea se recomand mai ales

194

zonelor supuse seismelor, deoarece ofer un grad mare de libertate întreruptorului, fr ca acesta s sufere solicitri mecanice dure.

Pentru tensiuni nominale foarte mari se utilizeaz principiul constructiv al modulului. Acest principiu const în construirea unui pol de întreruptor cu tensiunea nominal de 245 kV i puterea de rupere 10.000 MVA pornind de la polul de 123 kV. Polul const în patru camere de stingere identice, conectate în serie (câte dou camere de stingere în serie pentru fiecare modul de 123 kV). Pentru polul de 420 kV se folosesc 6 camere de stingere în serie (trei module de 123 kV). Pentru a asigura rigiditatea dielectric fa de pmânt se suplimenteaz în mod corespunztor i modulele de izolatori. Variantele de întreruptoare folosite la ora actual în comutaia de înalt tensiune sunt pe lâng întreruptoarele cu ulei puin (IUP, IO) întreruptoarele cu aer comprimat (IAC), întreruptoarele cu hexaflorur de sulf (SF6) i întreruptoarele în vid. La noi în ar majoritatea întreruptoare-lor de înalt tensiune sunt cele cu ulei puin, iar soluie optim de viitor se preconizeaz folosirea întreruptoarelor cu SF6. Mecanismele de acionare a acestor întreruptoare sunt: pneumatice, oleopneumatice, cu acumulare de energie în resoarte, sau cu servomotor electric.

4.5.2. Întreruptoare cu Hexafluorur de sulf Folosirea gazului hexaflorur de sulf (SF6), la stingerea arcului electric i apoi la asigurarea izolaiei între piesele de contact, se justific prin proprietile fizice ale acestui gaz. SF6 este un gaz electronegativ (adic moleculele sale prezint o mare afinitate fa de electronii liberi, din combinaia lor rezultând ioni negativi, cu mas mare, având deci o mobilitate extrem de redus i devenind practic neutilizabili ca purttori de sarcin) i îi pstreaz aceast proprietate pân la câteva mii de grade. Aceast proprietate determin tensiuni de strpungere mult superioare celor în aer, la aceeai presiune. Acest gaz posed proprieti termice remarcabile: energie de disociere redus, temperatur de disociere redus i ca urmare, o constant de timp mai mic cu 2 ordine de mrime fa de cea a aerului. Aceste caliti dielectrice excepionale, permit distane reduse între electrozii sub tensiune, putere de rupere foarte ridicat, vitez mare de regenerare dielectric an spaiului dintre contacte dup ruperea arcului. Hexaflorura de sulf nu atac materiale de construcie, cu excepia celor cu coninut de hidrogen i de aceea piesele izolante se construiesc din teflon. SF6 este un gaz multiatomic atomii de fluor aflându-se în vârfurile unui octaedru, iar cei de sulf în centrul octaedrului. Aceast structur determin un

195

important coeficient de dilatare volumic i, ca urmare, într-o incint în care arde arcul electric presiunea gazului crete extrem de mult.

Aceast proprietate este folosit în construcia întreruptoarelor numite cu „autostingere“. Toate variantele de întreruptoare cu SF6, din generaiile de astfel de în-treruptoare au arcul electric rcit printr-un jet de gaz longitudinal. Etapele de stingere a arcului electric în SF6 sunt dup cum urmeaz: – Faza curentului intens. În aceast faz arcul electric const dintr-o plasm de mare conductivitate electric i de temperatur mare (aprox. 25.000K) corespunzând unei densiti de mas extrem de mici i unei viteze de curgere extrem de mari. În aceast plasm se gsesc i vapori metalici provenii din piesele de contact. Dimensiunile corecte ale geometriei ajutajului asigur o curgere neturbulent i evit fenomenul de refulare. – Faza termic. Înainte de trecerea curentului prin valoarea 0, diametrul plasmei scade continuu, iar în momentul trecerii curentului prin valoarea 0 diametrul arcului este extrem de mic (aproximativ 1 mm). Caracteristic acestei faze este producerea intens de turbulene, cauzat de sosirea în ajutaj a gazului cu temperatur redus i vitez mic i coliziunea cu plasma caracterizat prin temperatur mare i vitez mare. Reaprinderea sau stingerea definitiv a arcului electric se decide în aceast faz i depinde în cea mai mare msur de formarea turbulenei. - Faza dielectric . Dup ce arcul electric a fost stins, plasma de înalt conductivitate electric a fost înlocuit cu gaz neconductor dar cald, în care exist purttori de sarcin liberi. Aceti purttori de sarcin pot distorsiona câmpul electric în ajutajul izolant. În aceast faz apare, între piesele de contact ale întreruptorului, tensiunea tranzitorie de restabilire, care constituie solicitarea dielectric maxim a întreruptorului dup o întrerupere reuit. Primele variante de întreruptoare cu SF6 au aprut în anii 60 i se bazau pe principiul întreruptoarelor pneumatice, adic cu instalaii de compresie auxiliar, lucrând la dou presiuni. Datorit proprietilor dielectrice bune, aceste întreruptoare s-au dez-voltat în variantele cu autocompresie, ce folosesc deplasarea contactului mobil la deconectare pentru comprimarea gazului. Firma Electroputere Craiova a realizat 1979 primul întreruptor capsulat cu SF6 de 123 kV/2000A, iar în 1984 a realizat un întreruptor integral în construcie independent cu autocompresie de 145kV (3150A i putere de rupere 40kA). În anul 1986 s-a realizat un întreruptor de 170kV/ 3150A/ 40kA. Principiul funcionrii camerelor de stingere cu autocompresie este pre-zentat în figura 4.20. exemplificat pentru o camer de stingere folosit la în-treruptoarele AEG la tensiuni între 72,5 kV i 765kV. Presiunea gazului SF6 în interiorul camerei este de 5 bari.

196

Figura 4.20. Camer de stingere cu autocompresie

1- piston fix, 2- cilindru de compresie, 3- pies de contact, 4- contact pentru contactul nominal, 5- ajutaj izolant, 6- pies de contact pentru arcul electric,

7- flane de racord, 8- cavitate, 9- filtru de alumin (Al2O3). În poziia închis a) se stabilete continuitatea circuitului prin contactul fix tubular 6 i contactul mobil de tip tulip 4. Prin acionarea asupra tijei de comand, solidar cu cilindrul de autocompresie 2 i contactul mobil 4 apare arcul electric între contactul fix i contactul de arc din interiorul tulipei 6. Contactul mobil împreun cu cilindrul de autocompresie se deplaseaz în direcia pistonului fix 1, comprimând gazul i obligându-l s treac prin orificiile de cilindru i s ptrund în zona arcului electric unde se realizeaz un puternic suflaj longitudinal datorit formei duzei 5, ceea ce contribuie la rapida stingere arcului electric. Capacul prins de camera de stingere prin intermediul flanei 7 cuprinde un filtru de alumin 9, rolul de a cura gazul de florurile metalice ce se formeaz. Refacerea rapid a rigiditii dielectrice a gazului SF6, ofer acestui tip de întreruptor posibilitatea de a fi utilizat la

197

deconectarea sarcinilor capacitive. Utilizând principiul modulului pot fi construite întreruptoare pentru tensiuni foarte înalte cu mai multe camere de stingere. Acionarea acestor întreruptoare se face pneumatic cu ajutorul cilindrului 16 i a pistonului solidar cu tija 15. Duzele din materiale conductoare sunt executate din metale sau grafit. În prezent duzele la întreruptoare se fac cel mai adesea din teflon care prezint nite proprieti speciale: rezisten mecanic mare, prelucrabilitate uoar, rezisten la temperaturi ridicate. Întreruptoarele cu autocompresie impun anumite cerine asupra meca-nismului de acionare. Astfel pentru a învinge blocajul ajutajului i presiunea dinamic a arcului electric pistonul trebuie antrenat de energie în resoarte, sau mecanisme oleopneumatice, astfel încât preul de cost al întreruptorului crete. A treia generaie de întreruptoare cu SF6 denumite întreruptoare cu autosuflaj sau autoexpansiune se bazeaz pe rotirea arcului provocat de un câmp magnetic produs de o bobin parcurs în momentul deschideri de propriul curent de rupere. Sub aciunea arcului electric gazul înclzit produce o presiune ridicat care este folosit la curgerea gazului i implicit la deionizarea arcului electric. Întreruptoarele cu SF6 cu autocompresie au urmtoarele avantaje com-parativ cu întreruptoarele cu dubl presiune: gazul SF6 nu este permanent comprimat; nu necesit compresoare i rezervoare la presiune ridicat; simplitatea construciei prin utilizarea unui numr mic de piese mobile i garnituri de etanare; autogenerarea presiunii necesare pentru întreruperea curenilor inductivi fr apariia supratensiunilor; reducerea uzurii contactelor prin reducerea energiei de arc; nivel de zgomot redus; timp de rupere mici; adaptibilitatea la circuitul RAR, deoarece presiunea nu este stocat în rezervor pentru rupere; preul sczut. A doua variant de întreruptoare cu SF6 întreruptoarele cu autosuflaj au urmtoarele avantaje: au o anduran mecanic mai mare, câmpul magnetic realizeaz rotirea i ghidarea arcului astfel încât se dezvolt perfect centrat i stabilizat i se evit prezena unei duze izolate care perturb câmpul; deplasarea rapid a arcului pe contacte limiteaz erodarea lor. Ca dezavantaje ale acestor întreruptoare amintim: au o dimensionare dificil a bobinelor de suflaj, a contactelor de arc i a camerei de presiune; sunt limitate de puterea de rupere. Astzi se realizeaz întreruptoare capsulate cu SF6 ce cuprind într-un lot unitar barele colectoare, separatoarele, întreruptorul de putere, reductoarele de tensiune i curent. Introducerea în exploatare a acestor instalaii, ce reprezint soluia cea mai favorabil pentru domeniul înaltei

198

tensiuni, fapt justificat de urmtorii factori: necesitatea de transfera energie electric în centrele industriale i în oraele mari cu o tensiune nominal cât mai ridicat i de a afecta un spaiu cât mai redus pentru staia de conexiune sau de transformare; eliminarea defectelor posibile din cauza polurii în zonele industriale sau cu atmosfer salin; creterea gradului de securitate, carcasele metalice fiind legate la pmânt; eliminarea pericolului de explozie; exploatare mai simpl i fiabilitate ridicat.

Figura 4.21. Andurana întreruptoarelor de înalt tensiune

Pentru acionarea întreruptoarelor de înalt tensiune cu SF6 se folosesc mecanisme de acionare specifice. Acestea sunt ansamble distincte sau incluse în întreruptoare asigurând comutaia acestora. Aceste mecanisme asigur transmiterea, în urma comenzii manuale sau electrice, a energiei de acionare a contactelor mobile ale întreruptorului. Energia pus în joc de aceste dispozitive asigur imprimarea vitezei prescrise a contactului. De asemenea aceste mecanisme trebuie s menin întreruptorul blocat în poziia închis sau deschis, în toate condiiile de exploatare: vibraii, trepidaii, trecerea curentului de scurt circuit de oc. Principalele subansamble ale dispozitivelor de acionare sunt: mecanismul de anclanare, de blocare i mecanismul de decuplare. Dup sursa de energie utilizat, mecanismele de acionare ale întreruptoarelor de înalt tensiune se clasific în: mecanisme cu acumulare de energie în resoarte, mecanisme pneumatice i mecanisme cu acionare hidraulic.

199

Figura 4.22. Producia mondial de întreruptoare de înalt tensiune Tendina actual în ceea ce privete construcia întreruptoarelor de înalt tensiune cu SF6 pe plan mondial vizeaz: realizarea unei capaciti de rupere mrite la 100kA; realizarea etanrilor cu ferofluide magnetice; optimizarea mecanismelor de acionare pentru asigurarea comenzilor sincrone prin prevederea unor dispozitive electronice; computerizarea sistemelor de protecie, comand i diagnoz pentru creterea fiabilitii întreruptoarelor; creterea perioadei de revizie la 20-30 de ani; proiectarea asistat de calculator a întreruptoarelor. Principiul autosuflajului se extinde la aparate cu tensiuni nominale de 52 ÷ 72,5KV i chiar pân la 145 KV, deoarece energia de acionare se reduce la aproximativ 20% din energia necesar unui întreruptor cu aceeai capacitate de rupere funcionând pe baza principiului de autocompresie. La cureni de scurtcircuit inteni, jetul de gaz este format, în esen, prin dilatarea gazului SF6. limitarea acestui avantaj decurge din faptul c gazul astfel format, i care servete la rcirea arcului electric, este cald.

200

Pentru a verifica modul de însuire a cunotinelor prezentate în acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele întrebri:

1. Cum se clasific dup tensiune reelele electrice? 2. Ce mrimi caracteristice are un aparat electric de comutaie de medie sau

înalt tensiune? 3. Definii tensiunea nominal a unui aparat de comutaie? 4. Definii curentul nominal a unui aparat de comutaie? 5. Definii capacitatea de rupere a unui aparat de comutaie? 6. Definii puterea de rupere a unui aparat de comutaie? 7. Definii capacitatea de conectare a unui aparat de comutaie? 8. Definii capacitatea nominal de rupere a unui întreruptor. 9. Ce aparate electrice de comutaie de medie i înalt tensiune cunoatei? 10. Ce rol au aparatele electrice de comutaie în reelele electrice de medie

tensiune? 11. Ce rol au aparatele electrice de comutaie în reelele electrice de înalt

tensiune? 12. Ce rol are separatorul electric de medie tensiune? 13. Ce cureni comut un separator de medie tensiune? 14. Clasificai separatoarele de medie tensiune dup modul de amplasare. 15. Clasificai separatoarele de medie tensiune dup soluia constructiv. 16. Clasificai separatoarele de medie tensiune dup dispozitivul de acionare. 17. Clasificai separatoarele de medie tensiune dup felul contactelor. 18. Ce variante constructive de separatoare de medie tensiune cunoatei? 19. Ce rol are cuitul de punere la pmânt al unui separator? 20. Definii un separator de sarcin? 21. unde se folosesc separatoarele de sarcin? 22. Cu ce interblocri sunt prevzute separatoarele de medie tensiune? 23. Ce rol are un separator de înalt tensiune? 24. Clasificai separatoarele de înalt tensiune dup varianta constructiv. 25. Care sunt elementele constitutive ale unui separator de înalt tensiune? 26. Ce metode de acionare a separatoarelor de înalt tensiune cunoatei? 27. Care este cea mai performant variant de separator de înalt tensiune? 28. Ce avantaje prezint un separator pantograf? 29. Ce rol au separatoarele de punere la pmânt i scurtcircuitare? 30. Ce rol au separatoarele de secionare? 31. Ce variante constructive de contactoare de medie tensiune cunoatei?

201

32. Care este cea mai performant variant de contactor de medie tensiune? 33. Ce tip de contacte are un contactor de medie tensiune cu vid? 34. Cât este distana dintre electrozi la contactoarele de medie tensiune cu

vid? 35. Care este dispozitivul de acionare a unui contactor de medie tensiune cu

vid? 36. Ce variante de întreruptoare de medie tensiune cunoatei? 37. Din ce materiale se fac contactele întreruptorului de medie tensiune cu

vid? 38. Ce rol au dispozitivul de acionare al unui întreruptor de medie sau înalt

tensiune? 39. Ce mecanisme de acionare ale întreruptoarelor de medie tensiune

cunoatei? 40. Ce pri componente are un mecanism de acionare a întreruptoarelor de

medie tensiune? 41. Ce dezavantaje au contactoarele statice fa de contactoarele

electromagnetice? 42. Ce înelegei printr-un mecanism cu liber deschidere? 43. Din ce este alctuit un MRI? 44. Ce putere de rupere au întreruptoarele de 123 kV în ulei? 45. Cum se clasific întreruptoarele de înalt tensiune dup principiul de

stingere a arcului electric? 46. Care este varianta optim de întreruptor de înalt tensiune? 47. Ce tipuri de întreruptoare cu ulei cunoatei? 48. Ce principiu de stingere a arcului electric se folosete la întreruptoarele

I.O.? 49. Ce compartimente alctuiesc o camer de stingere în ulei? 50. Ce rol are dispozitivul anticavitaional al unui întreruptor? 51. În ce const principiul modului la întreruptoarele de înalt tensiune? 52. Care este modulul fundamental pentru întreruptoarele de înalt tensiune? 53. Câte module se folosesc pentru a realiza un întreruptor de 245 kV? 54. Câte camere de stingere înseriate alctuiesc un întreruptor de 420 kV? 55. Ce gaze electronegative cunoatei? 56. Definii un gaz electronegativ? 57. Ce faze apar la stingerea arcului electric în SF6? 58. Ce variante constructive de întreruptoare cu SF6 cunoatei? 59. Ce dispozitive de acionare ale întreruptoarelor de înalt tensiune

cunoatei? 60. Din ce este alctuit un întreruptor capsulat cu SF6?

202

5. PROTECIA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE Defectele care apar în instalaiile electrice sunt foarte complexe, atât ca desfurare, cât i din punctul de vedere al efectelor pe care le pot produce. Dei este posibil o împrire a defectelor dup cauza i dup natura lor, în practic este greu de distins crei categorii îi aparine defectul care a avut loc, dat fiind c cel mai adesea apar defecte combinate i nu se poate ti care a fost cauza. Trebuie menionat c întâmplarea joac, adesea, un rol important în evoluia defectului. Eliminarea rapid i selectiv a defectelor ca apar în instalaiile electrice este impus de urmtoarele aspecte: – necesitatea continuitii în alimentarea cu energie electric a consu-matorilor nedefeci; – protejarea consumatorilor de efectele distructive (din punct de vedere termic i electrodinamic) ale regimurilor anormale (suprasarcin, scurtcircuit sau supratensiune); – protejarea operatorilor umani de efectele regimurilor anormale de funcionare a instalaiilor electrice; – reducerea timpului de remediere a defectelor din instalaiile electrice. Proteciile se pot clasifica dup numeroase criterii, dintre care cele mai importante sunt:

A. Dup tipul echipamentului protejat, putem avea: – protecii ale motoarelor electrice (asincrone, sincrone, de c.c.); – protecia generatoarelor sincrone; – protecia transformatoarelor electrice; – protecia reelelor de distribuie de joas tensiune (radiale); – protecia reelelor de medie i înalt tensiune (alimentare bilateral); – protecia instalaiilor de iluminat; – protecia instalaiilor casnice; – protecia instalaiilor electronice, etc.

B. Dup tensiunea nominal a echipamentului protejat: – protecia instalaiilor de joas tensiune; – protecia instalaiilor de medie tensiune; – protecia instalaiilor de înalt tensiune; – protecia instalaiilor de foarte înalt tensiune.

C. Dup tipul de defect putem avea:

203

– protecie la suprasarcin; – protecie la supracureni; – protecie la scurtcircuit; – protecie la supratensiune; – protecie la tensiune minim; – protecie la dispariia tensiunii; – protecie la supratensiuni atmosferice; – protecie împotriva ieirii din sincronism; – protecie la degajarea de gaze; – protecie împotriva alimentrii cu tensiune asimetric; – protecie împotriva funcionrii la frecven redus, etc.

D. Dup timpul de acionare al proteciei: – ultrarapide; – rapide; – normale; – lente; – temporizate; – temporizate în trepte, etc.

E. Dup echipamentul de protecie: – protecii prin relee electromecanice; – protecii prin relee electronice; – protecii prin declanatoare; – protecii prin automate programabile; – protecii prin calculator, etc.

F. Dup modul de conectare în circuitele protejate; – protecii cu conectare direct în circuitul echipamentului protejat; – protecii prin traductoare (de curent, tensiune, direcionale, etvc.); – protecii mixte.

G. Dup modul de acionare în circuitul protejat: – acionare direct (prin contactoare sau întreruptoare); – acionare direct prin sigurane fuzibile; – acionare indirect prin relee intermediare sau contactoare, etc.

H. Dup gradul de automatizare: – protecii locale automate (sigurane fuzibile, relee sau declanatoare); – protecii numerice; – protecii de la distan prin sisteme de telecomand; – protecii prin dispecerat.

La proiectarea circuitelor de protecie trebuie s se in cont de faptul c

204

regimurile de avarie pot duna nu doar echipamentului supravegheat ci i instalaiei electrice în ansamblul ei.

De multe ori pagubele datorate întreruperii alimentrii cu energie electric a unor consumatori sunt mult mai mari decât costul echipamentului deteriorat prin regimul anormal de funcionare. În clasificarea defectelor din instalaiile electrice dup natura lor, trebuie menionate în primul rând cele care constau în deteriorarea (strpungerea sau conturnarea) izolaiei. Scurtcircuitul este cel mai grav defect; el se poate produce între trei faze, între dou faze sau între o faz i pmânt (în reelele cu punctul neutru legat la pmânt). Curentul de scurtcircuit, având o valoare mare, provoac o cretere a cderii de tensiune în generatoare i în toate impendanele pe care le parcurge, ducând astfel la o scdere a tensiunii în reea, cu efecte duntoare asupra consumatorilor i asupra funcionrii în paralel a centralelor. Pe lâng aceste neajunsuri în funcionarea consumatorilor, curentul de scurtcircuit provoac i deteriorri în instalaii, care pot fi foarte grave, datorit aciunii sale dinamice i termice. În general, scurtcircuitul apare sub dou forme : scurtcircuit net (atingerea direct între faze) i scurtcircuit prin arc. Un alt defect des întâlnit în instalaiile electrice, i care const tot în deteriorarea izolaiei, este punerea la pmânt. Într-o reea cu punctul neutru izolat, punerea la pmânt a unei faze nu constituie, prin ea însi, un defect, neconducând la perturbri importante ale funcionrii. Ea este de cele mai multe ori doar începutul unui defect mai grav, cci de obicei degenereaz în scurtcircuit, cu urmrile cunoscute; de aceea, apariia punerii la pmânt trebuie cunoscut, pentru a se lua msurile necesare de îndeprtare a acestei stri anormale. În afar de aceasta, ea produce totui unele mici perturbri care, dei nepericuloase, nu sunt de dorit. Curentul de punere la pmânt poate duce la o încrcare nesimetric a generatoarelor, încrcare care, fiind capacitiv poate provoca ridicri de tensiune care în anumite condiii devin periculoase. De asemenea, circulaia unui curent prin pmânt poate provoca perturbri în liniile electrice din apropierea celei defecte, în special în cele de telecomunicaii, prin inducerea unor tensiuni ce pot atinge valori periculoase. La fel ca i la scurtcircuit, punerea la pmânt poate fi net sau prin arc. Arcul poate sri la alte faze, transformând punerea la pmânt în scurtcircuit. Deosebit este arcul intermitent, care const în stingerea i reaprinderea repetat a arcului de punere la pmânt, stingerea producându-se în momentele de trecere a curentului prin valoarea zero, iar reaprinderea în momentele când

205

tensiunea alternativ atinge valori suficiente pentru reamorsarea arcului în mediul înc ionizat. Arcul intermitent poate produce, supratensiuni care ating valori de aproximativ 3Ufaz. De altfel, chiar în cazul unei puneri la pmânt nete, într-o reea cu punctul neutru izolat, faza defect capt potenialul pmântului, iar tensiunea fa de pmânt a fazelor sntoase crete de 3 ori, devenind egal cu tensiunea între ele i faza defect. Supratensiunile reelei, în condiiile existenei unei puneri la pmânt, pot provoca apariia unei a doua puneri la pmânt pe o alt faz, defect cunoscut sub numele de dubl punere la pmânt, care este echivalent cu un scurtcircuit bifazat prin rezisten (rezistena traseului prin pmânt). Aceast a doua punere la pmânt poate avea loc pe fazele aceleiai linii sau a dou linii diferite, ceea ce complic defectul i mrete consecinele lui neplcute. Punerea la pmânt a unei faze, într-o reea cu punctul neutru legat la pmânt, este, de fapt, un scurtcircuit monofazat. O alt categorie de defecte care apar în instalaiile electrice, în afara celor menionate mai sus, care aveau toate la baz deteriorarea izolaiei, o constituie întreruperile conductoarelor (nu numai ruperile propriu-zise de conductoare, ci i arderea unei sigurane pe o faz, deschiderea unui separator pe o singur faz etc.). Acest gen de defecte este îns rar, i cel mai adesea, este însoit de scurtcircuite sau puneri la pmânt (de exemplu, în cazul ruperii conductoarelor unei linii electrice aeriene). În primul rând, cauzele care provoac aceste genuri de defecte sunt datorate depirii rezistenei materialelor respective la solicitrile mecanice, termice i, mai ales, electrice. Depirea rezistenei se poate produce datorit unor condiii speciale, care duc la supratensiuni electrice foarte mari, vânturile puternice i chiciura, care solicit în mod deosebit conductoarele i stâlpii liniilor electrice aeriene. În al doilea rând, cauza defectelor poate consta în scderea rezistenei materialelor sub valoarea normal, datorit fie uzurii i îmbtrânirii (în special pentru izolaia electric), fie aciunii unor factori externi (substane chimice, umezeal, murdrie etc.). În sfârit, trebuie citate drept cauze destul de frecvente ale defectelor, greelile personalului de exploatare, care prin conectri greite, introducerea unor corpuri strine în instalaii, manevre insuficient pregtite, pot duce la creteri foarte mari ale solicitrilor instalaiilor. Pe baza statisticilor rezult c instalaiile cele mai supuse defectelor sunt liniile electrice aeriene, urmate, în ordine, de liniile subterane, staiile de transformare i generatoare. Construcia instalaiilor are o influen hotrâtoare asupra frecvenei i

206

tipului de defecte. Astfel, în reelele cu punctul neutru legat la pmânt nu pot avea loc duble puneri la pmânt, pe când în reele cu punctul neutru izolat acestea sunt foarte frecvente.

Ca urmare a faptului ca în reelele cu punctul neutru legat la pmânt fiecare punere la pmânt constituie un defect, raportul dintre numrul declanrilor care au loc în reelele cu punctul neutru izolat i în cele cu punctul neutru legat la pmânt este de 4/7. Repartizarea procentual a diferitelor genuri de defecte (exclusiv ruperile pure de conductoare, care, în general, sunt rare), este aproximativ urmtoarea: scurtcircuite monofazate, 65%; scurtcircuite bifazate cu punere la pmânt i dubl punere la pmânt, 20%; scurtcircuite bifazate fr punere la pmânt, 10%; scurtcircuite trifazate, 5%. În sistemele energetice, în afara defectelor propriu-zise, pot surveni abateri de la regimul normal de funcionare, care produc de asemenea perturbri i pagube. Acestea constau, în esen, în abateri ale parametrilor de funcionare (tensiune, curent, frecven) de la valorile lor nominale. Regimul anormal de funcionare cel mai des întâlnit, este cel de suprasarcin. Acesta const într-o cretere a curentului peste valorile nominale i poate fi provocat fie de creterea neateptat a sarcinii, fie de scderea, din diferite motive, a puterii surselor generatoare. Suprasarcina este un regim inadmisibil de funcionare de durat, în primul rând pentru c provoac solicitri (în special termice) ale instalaiilor; în al doilea rând, trecerea prin instalaii a unor cureni care depesc valorile nominale produce scderi pronunate ale tensiunii, ceea ce are ca efect absorbirea de ctre consumatori a unor cureni i mai mari (pentru a se menine puterea constant), producându-se astfel o scdere în continuare a tensiunii. Un alt regim anormal îl constituie apariia pendulrilor între grupurile generatoare sau chiar între centrale, când acestea funcioneaz cu frecvene diferite, pendulri care de asemenea pot duce la întreruperi totale.

5.1. PROTECIA MOTOARELOR ELECTRICE Defectele cele mai des întâlnite la motoarele electrice sunt scurtcir-cuitele polifazate în înfurrile statorului, la bornele motorului sau în cablul de alimentare; puneri la pmânt a unei faze, scurtcircuite între spirele aceleai faze. La apariia acestor defecte, inând seama i de faptul c motoarele repre-zint ultimul element al sistemului de la surs spre consumator, declanarea trebuie s fie instantanee.Cel mai frecvent regim de funcionare este suprasarcina, determinat fie de creterea tensiunii. Acest regim trebuie eliminat dac el persist un anumit timp i de aceea se folosesc elemente de temporizare a funcionrii. La motoarele de putere mic i mijlocie,

207

alimentate prin intermediul contactoarelor, se folosesc relee maximale de curent i relee termobimetalice care realizeaz protecia la scurtcircuite i suprasarcini, conform caracteristicilor de protecie. 5.1.1. Comanda i protecia motoarelor asincrone cu conectare direct la

reea Pentru alimentarea unui motor asincron trifazat printr-un contactor prevzut cu un bloc de relee termobimetalice, un bloc de relee elec-tromagnetice i sigurane fuzibile putem utiliza schema electric prezentat în figura 5.1..

În schema electric desfurat (prezentat în figura 5.1.) apare contactorul K cu bobina de acionare K(0–1), format dintr-un electromagnet de c.a. alimentat cu tensiune de faz, contactele principale K(2–4, 6–8,10–12), contactul de automeninere K(14–16) i contactele NI i ND, K(3–5) i K(14–16) respectiv K(18–20) conectate în circuitele de semnalizare; blocul de protecie termic F4 având termobimetalele conectate în serie cu înfu-rrile motorului ce pot aciona asupra contactului F4(7–9); blocul de protecie electromagnetic F5, ce poate aciona asupra contactului su normal închis F5(7-9); siguranele fuzibile F1, F2, F3; lmpile de semnalizare H1,H2; butonul de pornire cu revenire S2; butonul de oprire cu revenire S1 i motorul acionat.

Când motorul nu este conectat, lampa H1, alimentat între o faz i nul prin contactul normal închis K(3–5) semnalizeaz aceast poziie. Pentru conectarea motorului la reea se acioneaz butonul de pornire S2 i bobina contactorului K este alimentat între faza R i nul prin S1, S2 i contactele normal închise ale celor dou blocuri de protecie. Se produce acionarea contactorului, ceea ce duce la alimentarea motorului M prin contactele principale ale contactorului, iar prin închiderea contactului de automeninere K(14–16) se scurtcircuiteaz butonul de pornire S2, astfel încât revenirea acestuia nu întrerupe alimentarea bobinei contactorului. În acelai timp prin schimbarea poziiei contactelor K(3–5) i K(18–20) se oprete alimentarea lmpii H1 i se conecteaz lampa H2 ce semnalizeaz funcionarea motorului.

208

Figura 5.1. Schema electric desfurat de comand, protecie i semnalizare pentru pornirea unui motor asincron prin conectare direct la

reea F1, F2, F3, F6 – sigurane fuzibile, F4 – bloc de relee termobimetalice, F5– bloc de relee electromagnetice, K– contactor electromagnetic, S1, S2,– butoane de acio-nare, H1, H2– lmpi de semnalizare M– motor asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Pentru oprirea voit a motorului se acioneaz butonul S1 care întrerupe

alimentarea bobinei contactorului, contactele sale revenind la poziia iniial i motorul rmâne nealimentat.

În cazul unei suprasarcini, în funcie de mrimea ei, acioneaz temporizat protecia termic F4 sau instantaneu protecia F5 deschizând contactul lor normal deschis înseriat cu bobina contactorului, ceea ce conduce la deconectarea motorului de la reea. În caz de scurtcircuit acioneaz în timpul cel mai scurt siguranele fuzibile, montate în amonte de contactor, întrerupând alimentarea motorului. Protecia la scderea tensiunii este asigurat de însi bobina contactorului care dezvolt o for activ mai mic decât fora rezistent de îndat ce tensiunea de alimentare scade sub 70% din valoarea nominal, astfel contactele contactorului se deschid i deconecteaz motorul de la reea. În cazul alimentrii unui motor asincron trifazat prin intermediul unui contactor având electromagnetul de acionare de curent continuu, se poate

209

utiliza o punte redresoare. Contactoarele cu relee de protecie fiind folosite în special la acionarea motoarelor electrice, trebuie s îndeplineasc anumite condiii de funcionare selectiv a proteciilor. Astfel pentru circuitele reprezentate în schema electric desfurat care utilizeaz pentru protecie relee termice, relee electromagnetice i sigurane fuzibile, o caracteristic de protecie corect aleas este prezentat în figura 5.2.

Caracteristica temporal de protecie, reprezentat prin linia îngroat, evideniaz modul de realizare al selectivitii proteciei. Astfel, pentru cureni ce depesc curentul nominal pân la (7 ÷ 10)⋅In acioneaz protecia termic conform caracteristicii ei dependente (curba 1), la suprasarcini cuprinse între (7÷ 10)⋅In i (15 ÷ 20)⋅In acioneaz protecia electromagnetic.

Figura 5.2. Caracteristica temporal de protecie la suprasarcin, supracurent

i scurtcircuit a unui motor asincron

1– caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2– caracteristica indepen-dent a releului electromagnetic, 3– caracteristica dependent a siguranei fuzibile, 4– caracteristica de stabilitate termic a motorului.

Într-un timp de ordinul sutimilor de secund, conform caracteristicii

independente (curba 2) iar la scurtcircuite când curentul este mai mare de (15 ÷ 20)⋅In acioneaz siguranele fuzibile într-un timp foarte scurt, conform caracteristicii de protecie a acestora (curba 3).

Curba 4 reprezint caracteristica de stabilitate termic a motorului protejat. O protecie corect nu trebuie s intersecteze curba 4, dar nici s nu fie exagerat de deprtat de aceasta pentru a asigura un randament ridicat

210

motorului. În cazul unor scurtcircuite, pentru cureni peste 10⋅In, trebuie s intre în funciune siguranele fuzibile, a cror curbe (2) au alura din figur. i în acest caz curba de stabilitate termic a motorului 3, nu trebuie s intersecteze caracteristicile de protecie.

În cazul des întâlnit în practic când protecia la suprasarcin este asigurat doar de relee termice i protecia la scurtcircuite de ctre sigurane fuzibile, caracteristica temporal de protecie are forma din figura 5.3.. Protecia asigurat de releele termice are forma curbei 1. Forma dependent a acestei caracteristici permite ca motorul s suporte un timp determinat (câteva secunde) supracureni de (6 ÷ 7)⋅In caracteristici curenilor de pornire a motoarelor asincrone.

Figura 5.3. Caracteristica temporal de protecie la suprasarcin

i scurtcircuit a unui motor asincron

1– caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2– caracteristica dependent a siguranei fuzibile, 3– caracteristica de stabilitate termic a motorului.

Datorit posibilitilor de comand de la distan i cu frecven mare, a adaptabilitii uoare la schemele de automatizri contactoarele electromag-netice reprezint soluia cea mai uzitat în comanda motoarelor electrice. În instalaiile complexe cu caracter automat contactoarele servesc nu doar la conectarea i deconectarea motoarelor ci i la protecia acestora prin interme-diul releelor cu care sunt dotate. Exemplificm rolul contactoarelor în comanda i protecia motoarelor

211

prin câteva scheme electrice desfurate uzuale. Menionm c schemele prezentate pot fi dezvoltate prin înlocuirea contactoarelor acionate cu electromagnei de curent alternativ. cu contactoare acionate cu electromagnei de curent continuu (i rezistene economizatoare), adugarea unor semnalizri i a unor aparate de msur i control.

5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protecia unui motor asincron În figura 5.4. este prezentat schema electric desfurat de comand (cu contactoare de curent alternativ), protecie i inversare de sens a unui motor asincron cu rotor în scurtcircuit. Menionm c pornirea prin conectare direct la reea este posibil doar în cazul motoarelor de mic putere.

Schema electric cuprinde dou contactoare K1 i K2 ce pot asigura prin inversarea a dou faze statorice ale statorului funcionarea motorului asincron în ambele sensuri de rotaie. Pentru a preveni manevrele greite schema circuitului de comand trebuie prevzut cu o serie de blocaje care s împiedice acionarea simultan a celor dou contactoare (echivalent cu scurtcircuit la bornele reelei).

Figura 5.4. Schema electric de comand, protecie i inversare de sens a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, S1, S2, S3 – butoane de acionare,

M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Butoanele de acionare S2, S3 comand rotirea spre stânga sau spre

212

dreapta a motorului M i sunt prevzute cu câte dou contacte, unul normal deschis (2 – 4) i unul normal închis (1 – 3), care acioneaz simultan. În serie cu bobinele celor dou contactoare se afl câte un contact normal închis a celuilalt contactor.

Dac motorul nu este conectat contactele K1 (3–5) i K2 (3–5) sunt închise i prin acionarea unuia din butoanele de pornire (S2 sau S3) se asigur alimentarea bobinei contactorului K1 (0–1) sau K2 (0–1). Dac spre exemplu am aciona butonul S2 alimentând bobina contactorului K1 acesta îi închide contactele principale K1 (2–4, 6–8, 10–12) i asigur un sens de rotaie al motorului. Pentru inversarea sensului de rotaie a motorului, acesta trebuie mai întâi oprit prin acionarea butonului S1 i apoi prin acionarea lui S3 se asigur conectarea contactorului K2, care îi închide contactele principale, contactul de automeninere K2 (14–16) i îi deschide contactul auxiliar de interblocare K2 (3–5). Prin oprirea motorului înaintea inversrii de sens se elimin posibilitatea unor manevre greite i se reduce ocul de curent (la inversarea brusc a sensului câmpului magnetic învârtitor ocul de curent este dublul curentului de pornire a motorului. 5.1.3. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire stea-triunghi Majoritatea motoarelor nu permit pornirea prin conectare direct la reea i necesit metode speciale de pornire care urmresc reducerea ocului de curent concomitent cu obinerea unor parametrii energetici cât mai buni. Una din metodele cele mai folosite de pornire a motoarelor asincrone cu rotor în scurt circuit este pornirea stea–triunghi a crei schem electric desfurat este prezentat în figura 5.4.

Conform diagramei prezentate în figura 1.27 la pornirea stea–triunghi datorit alimentrii iniial a motorului cu tensiunea de faz, curentul de pornire (dar i momentul de pornire) sunt de trei ori mai mici decât în cazul conectrii directe la reea la tensiunea de linie.

Rezult c aceast metod de pornire se poate aplica motoarelor cu porniri uoare (cu sarcin redus sau cu cuplaje). Motoarele asincrone cu rotor în scurtcircuit care folosesc pornirea stea–triunghi trebuie s aib tensiu-nea nominal egal cu tensiunea de linie a reelei i s aib acces la ambele capete ale bobinelor statorice (ase borne statorice pe cutia de borne).

213

Figura 5.5. Schema electric de comand cu contactoare de c.a., protecie i

pornire Y-∆ a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

F1, F2, F3, F5 – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu

temporizare la acionare, S1, S2 – butoane de acionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Pentru pornire se acioneaz butonul S2 care alimenteaz bobina

contactorului K2 dac contactul normal închis de interblocare K3 (3–5) nu este deschis. Deci dac conexiunea triunghi nu este realizat K2 prin contactele sale principale realizeaz conexiunea stea i apoi prin K2 (14–16) alimenteaz bobina contactorului principale K1 (0–1) care se automeninere prin K1 (14–16).

214

Figura 5.6. Schema electric desfurat de comand cu contactoare de c.c.,

protecie i pornire Y-∆ a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

F1, F2, F3, F5, F6, F7, F8, F9, – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu

temporizare la acionare S1, S2 – butoane de acionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, H1, H2, H3, H4– lmpi de semnalizare, T–transformator

de separare, V–punte redresoare, R1, R2, R3– rezistene economizatoare, C0– condensator de filtraj.

O dat cu alimentarea lui K2 este alimentat i bobina releului de timp

K4T (0–1) care îi începe temporizarea. Dup trecerea timpului prestabilit contactorul K4T îi deschide

contactul normal închis cu temporizare la acionare K4T (3–5) deconectând contactorul K2 i readucând în poziia închis contactul K2 (3–5). În acest moment se realizeaz conexiunea triunghi prin contactele principale ale contactului K3. Motorul rmâne alimentat în regim de durat în conexiune triunghi.

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea schemei de comand i aduce la starea iniial instalaia. O schem similar celei din figura 5.5 dar realizat cu contactoare de curent continuu este prezentat în figura 5.6. Schema conine transformatorul de separare T1 cu rolul de a separa

215

galvanic instalaia de comand de cea de for. Puntea redresoare V alimenteaz schema de comand cu tensiunea continu necesar.

Siguranele F1 ... F9 asigur protecii la scurt circuit a instalaiei de for i de comand. Rezistenele R1, R2, R3 sunt rezistene economizatoare cu rolul de a limita curentul prin bobinele de c.c. ale contactoarelor i de a limita în acest mod solicitarea lor termic. Lmpile de semnalizare H1...H4 semnalizeaz: H1–prezena tensiunii în reeaua de alimentare, H2–prezena tensiunii de comand, H3 – funcionarea în conexiune stea a motorului, H4–funcionarea în conexiune triunghi a motorului. Caracteristica temporal de protecie a motorului este cea prezentat în figura 5.3.

5.1.4. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire cu reostate statorice

O alt metod de pornire a motoarelor asincrone cu rotor în scurtcircuit const în pornirea cu reostate statorice, a crei schem electric desfurat de comand i protecie este prezentat în figura 5.7. Metoda de pornire cu reostate statorice a motoarelor asincrone este o metod de pornire cu tensiune redus (i deci cu moment de pornire redus) care limiteaz valoarea curentului de pornire. Circuitul de for conine contactoarele K1 i K2 care alimenteaz succesiv motorul M. Prin acionarea butonului de pornire S2 este alimentat bobina contactorului K2 dac contactul de interblocare K1 (3–5) este închis anume K1 nu este acionat. Contactorul K2 se automeninere prin K2 (14–16) i conco-mitent cu el este alimentat releul de timp K3T.

Dup trecerea timpului prestabilit contactul normal deschis cu temporizare la acionare K3T (2–4) se închide alimentând bobina contacto-rului K1 (0–1) care deschide contactul auxiliar K1 (3–5), închide contactele de for i contactul de automeninere K1 (14–16). Astfel motorul rmâne alimentat în regim de durat la tensiunea nominal a reelei.

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea circuitului de comand readucând circuitul de for la starea iniial.

Protecia la scurtcircuit a motorului i a circuitului de comand se realizeaz prin sigurane fuzibile, iar protecia la suprasarcin a motorului este asigurat de blocul de relee termobimetalice F4.

Caracteristica temporal de protecie a circuitului de for este cea reprezentat în figura 5.3.

216

Figura 5.7. Schema electric desfurat de comand, protecie i pornire cu rezistene statorice a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, K3T – releu de timp cu temporizare la

acionare, S1, S2 – butoane de acionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, R – reostate de pornire.

În mod analog se poate realiza schema electric de comand i protecie

cu mai multe trepte de rezistene a motorului.

5.1.5. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu autotransformator

Pornirea motoarelor asincrone prin autotransformator este soluia optim din punct de vedere energetic dar implic costuri mai mari, de aceea ea se justific în cazul motoarelor de putere.

Schema electric desfurat de comand i protecie a pornirii cu auto-transformator a unui motor asincron este prezentat în figura 5.8. Pentru pornirea motorului se acioneaz butonul S2 care alimenteaz bobina contactorului K1 i prin acesta i bobina contactorului K2. Automeninerea se face prin K2 (14–16) alimentând motorul cu tensiune redus prin autotransformatorul AT (limitându-se astfel curentul de pornire).

217

Figura 5.8. Schema electric desfurat de comand, protecie i pornire cu autotransformator a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, K3T – releu de timp cu temporizare la acionare, K4T – releu de timp cu temporizare la revenire, S1, S2 – butoane de

acionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, AT – autotransformator.

O dat cu contactoarele K1 i K2 se alimenteaz i bobinele celor dou

relee de timp K4T i K5T care îi încep temporizarea. Contactele normal închise K1 (3–5) i K2 (3–5) se deschid.

Prin alimentarea bobinei K5T contactul normal deschis cu temporizare la revenire K5T (2–4) se închide dar nu poate alimenta bobina lui K3 deoarece sunt deschise contactele K1 (3–5) i K2 (3–5). Dup scurgerea timpului reglat al releului de timp K4T contactul acestuia normal închis cu temporizare la acionare K4T (3–5) se deschide. În acest moment se întrerupe alimentarea contactoarelor K1, K2 i a releelor de timp K4T i K5T. Prin reînchiderea contactelor K1 (3–5) i K2 (3–5) i prin contactul noemal deschis (dar închis în acest moment deoarece temporizarea releului K5T este mai mare decât a releului K4T) cu temporizare la revenire K5T (2–4) este alimentat bobina contactorului K3 (0–1) care îi închide contactele principale. Motorul este astfel alimentat la tensiune nominal K3 automeninându-se prin contactul auxiliar de automeninere K3 (14–16). Pentru oprire se acioneaz butonul S1.

218

Proteciile sunt cele descrise anterior i crora le corespunde caracteristica temporal de protecie din figura 5.3.

5.1.6. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu rezistene rotorice

În figura 5.9. este prezentat schema electric desfurat de comand i protecie pentru pornirea cu rezistene rotorice în dou trepte temporizate a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat.

La pornirea motoarelor asincrone cu rotor bobinat se pot introduce dou sau mai multe trepte de rezistene cu rolul de a limita ocurile de curent la pornire. Treptele de rezistene rotorice se scurtcircuiteaz succesiv i în mod automat prin comanda dat de releele de temporizare.

Contactorul K1 asigur conectarea la reea a statorului iar contactoarele K2 i K3 scurtcircuiteaz pe rând treptele de rezistene rotorice R1, R2. Pornirea se comand prin butonul de acionare S2 i dac contactele K2 i K3 nu sunt acionate (adic K2 (3–5) i K3 (3–5) sunt închise) este alimentat contactorul principal K1 care se automenine prin K1 (14–16). Prin K1 (18–20) i K2 (7–9) este alimentat releul de timp K5T care dup trecerea temporizrii prin contactul normal deschis cu temporizare la acionare K5T (2–4) alimenteaz pe K3 scurtcircuitând prima treapt de reostate (R2) i alimentând pe K4T care îi începe temporizarea.

Dup scurgerea temporizrii lui K4T prin contactul normal deschis cu temporizare la acionare K4T (5–7) este alimentat contactorul K2 care se automenine prin K2 (10–12) i decupleaz prin K2 (7–9) releele de temporizare i contactorul K3. În regim de durat motorul nu are rezisten în circuitul rotoric.

219

Figura 5.9. Schema electric desfurat de comand, protecie i pornire cu reostate rotorice a unui motor asincron cu rotorul bobinat

F1, F2, F3, F5 – sigurane fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T , K5T – relee de timp cu

temporizare la acionare, S1, S2 – butoane de acionare, M – motor asincron cu rotorul bobinat, R1, R2 – reostate de pornire

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea circuitului de comand i readuce instalaia la starea iniial. Protecia la scurtcircuit se realizeaz prin sigurane fuzibile iar cea la suprasarcin prin blocul de relee termobimetalice F4. Caracteristica temporal de protecie este cea din figura 5.3.

5.1.7. Protecia minimal de tensiune a motoarelor electrice Protecia minimal de tensiune are rolul de a preveni scderea tensiunii de alimentare sub o anumit limit admis pentru a evita supraînclzirea motoarelor datorit curenilor de suprasarcin. În cazul mai multor motoare alimentate de la acelai sistem de bare, protecia mai are rolul de a deconecta unele motoare pentru a pstra în funciune motoarele ce antreneaz consumatori importani.

220

Protecia minimal de tensiune se realizeaz cu relee minimale de tensiune i cu relee de timp, sub forma unui grup separat de relee pentru fiecare motor, sau a unui grup comun pentru mai multe motoare Cu o temporizare mic (0,5s) este declanat grupul motoarelor de importan secundar iar cu o temporizare mai mare (5÷10s) este declanat i grupul motoarelor importante dac tensiunea nu a reuit s revin la valoarea reglat. Contactele releelor minimale de tensiune se leag în serie pentru a produce acionarea numai la scderea tensiunii pe toate fazele. În cazul în care tensiunea scade sub valoarea de pornire a releelor, acestea îi închid contactele i excit releele de timp, dac tensiunea nu îi revine în 0,5 s releul de timp comand prin intermediul unor relee intermediare deconectarea motoarelor, sczând astfel consumul de la sistemul comun de bare. În cazul în care scderea tensiunii se menine pân la temporizri de ordinul 5 ÷ 10 s se comand deconectarea tuturor motoarelor. 5.1.8. Protecia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite polifazate Protecia împotriva scurtcircuitelor polifazate a motoarelor de putere, în cazul motoarelor de putere mare alimentate prin întreruptoare, se poate realiza fie printr-o protecie diferenial longitudinal, fie printr-o protecie maximal de curent.

Figura 5.10. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

maximal de curent împotriva scurtcircuitelor polifazate

F1, F2– relee maximale de curent, K1– releu intermediar, Q– întreruptor, BD– bobina declanatorului, TC1, TC2– transformatoare de curent,

M–motor asincron trifazat.

221

Prima dintre ele se utilizeaz la motoarele de putere foarte mare i se realizeaz cu o schem similar celei din figura 5.10, motorul trebuind s aib nulul accesibil. Curentul de scurtcircuit provoac acionare releelor maximale F1 i / sau F2, care excit releul intermediar K1 i care la rândul su provoac alimentarea bobinei de declanare a întreruptorului Q. Declanarea mo-torului de la reea se face fr temporizare. Datorit componentei homopolare a curenilor de defect este suficient folosirea a dou relee maximale de curent pentru sesizarea defectelor din statorul motorului.

Releul intermediar K1 poate fi uneori înlocuit cu un contactor de comand dac este nevoie de un curent mai mare pentru excitare bobinei de declanare (BD) care comand declanarea întreruptorului Q. 5.1.9. Protecia diferenial longitudinal a motoarelor sincrone de putere Pentru comanda i protecia motoarelor sincrone se folosesc contactoare cu relee de protecie, pentru regimurile cu conectri frecvente sau întreruptoare cu declanatoare pentru motoarele de putere care necesit deconectarea rapid de la reeaua de alimentare.

Figura 5.11. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

împotriva ieirii din sincronism a unui motor sincron

Ms– motor sincron, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, K1T, K2T– relee de temporizare, K3– releu intermediar,

Gcc– excitatrice, Rex– rezisten de reglaj, Q– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului.

222

La apariia pendulrilor în reeaua la care este conectat statorul

motorului sincron se produc pulsaii mari ale curentului din stator. Acest curent variabil produce un flux variabil în timp care induce o tensiune electromotoare în înfurarea rotoric. Pe apariia acestei componente se bazeaz schema de protecie diferenial longitudinal prezentat în figura 5.11.

Schema utilizeaz un transformator de curent TC conectat în circuitul rotorului, un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1T cu un contact cu temporizare la deschidere, un releu de timp K2T i un releu intermediar K3 cu un rol de declanare a întreruptorului principal Q i de dezexcitare al rotorului prin intermediul A.D.R. În regim sincron prin înfurarea rotorului generatorului sincron nu circul decât curentul continuu produs de excitatoarea Gcc.

La ieirea din sincronism, datorit pendulrilor, componenta alternativ a curentului care apare în circuitul rotorului este sesizat de transformatorul de curent TC, se excit releul maximal F1, releul intermediar cu temporizare K1T acioneaz i releul de timp K2T comand dup timpul reglat, prin intermediul releului K3 declanarea motorului i dezexcitarea sa. Temporizarea realizat prin intermediul releului K1T este necesar pentru c în timpul pendulrilor curentul ar putea s devin mai mic decât curentul de revenire al releului F1, oprindu-se pentru scurt durat alimentarea releului K2T. Prin contactul su releul K1T asigur deci prelungirea duratei impulsului. Releul de timp K2T este necesar ca protecia s nu acioneze intempestiv la apariia unor componente, ce urmeaz a fi înlturate de proteciile specifice împotriva scurtcircuitelor.

5.2. PROTECIA GENERATOARELOR SINCRONE Funcionarea normal a unui generator sincron poate fi perturbat de defectele interioare sau de regimurile anormale ale reelei exterioare. Defectele interioare se datoreaz în special scurtcircuitelor din înfurrile statorice sau rotorice (dezexcitaie). Eliminarea rapid a cestor defecte este necesar pentru a se evita distrugerea generatorului prin efectele termice sau electrodinamice ale curenilor de scurtcircuit. Deconectarea rapid a generatorului de la reea se face prin întreruptorul principal Q i prin reducerea tensiunii electromotoare indus în stator, prin micorarea sau întreruperea curentului de excitaie prin întreruptorul de dezexcitare rapid (ADR) din circuitul rotoric.

223

5.2.1. Protecia diferenial longitudinal a unui generator sincron

Principul acestei protecii se bazeaz pe compararea sensurilor i valorilor curenilor de la intrarea i ieirea fiecrei faze a generatorului. Schema de principiu, monofilar, a acestei protecii este prezentat în figura 5.12. Pentru realizarea schemei nulul generatorului sincron trebuie s fie accesibil, iar cele doua transformatoare de curent de pe fiecare faz TC1 i TC2 trebuie s aib rapoartele de transformare egale i caracteristici identice.

Figura 5.12. Schema electric desfurat monofilar de comand, protecie

diferenial longitudinal a unui generator sincron

GS– generator sincron, Q– întreruptor, BD– bobina declanatorului, TC1, TC2– transformatoare de curent, F1– releu diferenial de curent,

K1– releu intermediar.

În cazul unui scurtcircuit în interiorul generatorului curenii din secundarele celor dou transformatoare de curent se însumeaz prin releul maximal F1, acesta acioneaz i excit releul intermediar K1 care comand declanarea întreruptorului principal Q i a automatului de dezexcitare rapid (A.D.R.). Schema asigur o declanare instantanee la scurtcircuitele din înfurarea statoric a generatorului sincron.

5.2.2. Protecia împotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor sincrone

Schema cuprinde un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1, un transformator T având una din bornele înfurrii secundare legate la pmânt i un condensator C cu rolul de a separa circuitul de curent continuu

224

al rotorului, de circuitul de curent alternativ legat la pmânt. În cazul unei puneri la pmânt a înfurrii rotorice a generatorului

sincron GS, se închide circuitul de curent alternativ format din secundarul transformatorului T, releul maximal F1, condensatorul C i pmânt, fapt care determin acionarea releului F1.

Prin contactul normal deschis a releului F1 se excit releul in-termediar K1 care prin contactele sale comand declanarea generatorului i dezexcitarea rapid a înfurrii de excitaie.

Figura 5.13. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

împotriva scurtcircuitelor rotorice

GS– generator sincron, Q– întreruptor principal, BD–bobina declanatorului, Gcc– excitatrice, Rex– reostat de reglare a excitaiei, F1– releu maximal de

curent, K1– releu intermediar, T–transformator, C–condensator.

5.2.3. Protecia maximal cu tiere de curent a unui generator sincron Se utilizeaz împotriva scurtcircuitelor polifazate i suprasarcinilor exterioare generatorului. În figura 5.14. este prezentat schema electric monofilar a proteciei maximale cu tiere de curent. Releele maximale de curent F1...F4 acioneaz. la apariia unor scurtcircuite exterioare i excit releul de timp K1T, care din motive de selectivitate a proteciei are cea mai mare temporizare din sistem. Releul de timp K1T excit releul intermediar K2 numai dac proteciile

225

anterioare (ale reelelor i transformatoarelor) nu acioneaz, provocând declanarea generatorului cu temporizarea reglat.

Figura 5.14. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

maximal cu tiere de curent a unui generator sincron

GS– generator sincron, TC1, TC2– transformatoare de curent, Q– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului, F1...F4– relee maximale de curent,

K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediare. Scurtcircuitele violente sunt sesizate de releele maximale de curent F1 i F2 (reglate la o valoare de pornire mai mare decât a releelor maximale de curent F3, F4) provocând acionarea instantanee a releului intermediar K2 ce comand declanarea generatorului de la reea i dezexcitarea sa rapid. Aceste relee asigur aa numita tiere de curent pentru curenii de scurtcircuit inteni.

5.2.4. Protecia prin bobine de reactan a generatoarelor sincrone

Bobinele de reactan sunt aparate care servesc la limitarea curenilor de scurtcircuit în circuitele electrice de mare putere i la meninerea tensiunii la bare, în caz de avarie, la un nivel acceptabil, care s asigure funcionarea fr întrerupere a consumatorilor neafectai.

Limitarea valorii curenilor de scurtcircuit prin instalarea bobinelor de reactan la barele colectoare ale centralelor electrice, în staiile de transformare, precum i la liniile care pleac de la aceste bare, plasate dup cum se ilustreaz în figura 5.15. dei complic i scumpete instalaiile, realizeaz condiii mai bune pentru funcionarea elementelor celor mai sensibile echipamente la aceste avarii: cablurile (sub aspectul stabilitii termice), întreruptoarele (sub aspectul puterii de rupere), permiând alegerea unor echipamente pentru valori mai mici ale curenilor de scurtcircuit.

226

Bobina de reactan este o bobin fr miez de fier (pentru a avea o inductivitate constant) i la tensiuni sub 35 kV se realizeaz în aer.

Rigidizarea bobinajului împotriva forelor electrodinamice realizân-

du-se prin înglobarea parial a acesteia în beton sau în rini epoxidice. Pentru tensiuni mai mari de 35 kV, bobinele de reactan sunt de tip exterior, mediul de rcire fiind uleiul mineral cuprins în interiorul unei cuve în care se afl i un ecran.

Figura 5.15. Schema electric de conectare în reele a bobinelor de reactan

F1...F5–bobine de reactane, Q1...Q7–întreruptoare, G1, G2–generatoare sincrone.

Parametrul principal al bobinei de reactan este reactana bobinei (Xr)

al crei principal efect este cderea de tensiune pe bobin. Reactana procentual (raportat) Xr*[%] este un indicator al posibilit-ilor de limitare a curentului i este de obicei (6 ÷ 8) % pentru cablurile de plecare i (8÷12) % pentru bobinele de reactan destinate barelor colectoare. Pentru a evidenia efectul bobinei de reactan în circuitul protejat în figura 5.16. s-a reprezentat cderea de tensiune pe o plecare într-un cablu, la regimul nominal i în. regimul de scurtcircuit. Se observ c mrimea cderii de tensiune pe bobina de reactan în regimul de scurtcircuit, asigur pe barele o tensiune Urem de valoare apropiat cu cea nominal, iar curentul de scurtcircuitare este limitat.

Bobinele de reactan în aer se execut fr miez de fier i încastrate în beton. Pentru încastrarea cilor de curent, realizate din aluminiu sau cupru, se folosesc 6 ÷ 10 coloane de beton. Între spirele bobinei se las spaii libere

227

pentru accesul aerului de rcire. Betonul bobinei este tratat pentru a nu se înrutii rigiditatea dielectric a izolaiei spirelor, fiind acoperit dup uscare cu un lac nehigroscopic.

Bobinele celor 3 faze pot fi montate atât vertical, cât i orizontal. Dezavantajele bobinelor de reactan încastrate în beton sunt: tehnologia complicat de prelucrare i uscare, precum i greutatea i dimensiunile de gabarit mari.

Figura 5.16. Rolul bobinei de reactan în protecia la scurtcircuit

La bobinele de reactan în cuv metalic cu ulei trebuie luate msuri pentru limitarea fluxului magnetic prin pereii cuvei i ca urmare atât uleiul cât i cuva s-ar înclzi puternic. Din aceast cauz în interiorul cuvei se monteaz un ecran inelar din cupru sau aluminiu, fixat pe pereii cuvei.

Compensarea este cu atât mai bun cu cât rezistena electric a ecranului este mai redus. Condiiile impuse prin normative bobinelor de reactan sunt: –supratensiunile nu trebuie s produc strpungeri sau puneri la pmânt a elementelor înfurrii; –stabilitatea termic i electrodinamic s fie ridicat; –cderile de tensiune în regim normal de funcionare s nu depeasc (1 ÷ 3) % din tensiunea nominal; I –pierderile de putere în bobin s fie cuprinse între (0,2 ÷ 0,5) % din puterea ce trece prin bobin.

5.3. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

Defectele ce pot aprea la transformatoare pot fi defecte interne i defecte externe. Defectele interne ca: scurtcircuitele între spirele aceleai faze, scurtcircuite între înfurri, scurtcircuite între înfurri i cuv, sau la

228

bornele transformatorului, pot fi eliminate cu ajutorul proteciei cu relee de gaze (Buchholz), proteciei difereniale longitudinale sau a proteciei de cuv (Chevalier).

În cazul unor scurtcircuite exterioare se folosesc proteciile maximale de curent temporizate, cu sau fr blocaj de tensiune minim, iar în cazul suprasarcinilor se folosesc protecii de semnalizare.

În cele ce urmeaz se prezint câteva din aceste scheme de protecie.

5.3.1. Protecia de gaze a transformatoarelor în ulei Aceast protecie se utilizeaz pentru protecia transformatoarelor, de putere în cuv cu ulei împotriva defectelor interne. Elementul specific al acestei protecii este releul de gaze (Buchholz) care a fost prezentat în capitolul 3.2.6. i reprezentat schematic în figura 3.38. Acest releu se monteaz pe conducta de legtur dintre cuva transfor-matorului i conservatorul de ulei, fiind format din dou plutitoare ce au ataate câte un microîntreruptor cu mercur care se pot roti în jurul axelor lor. La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea uleiului sub aciunea arcului electric, gazele adunându-se în partea superioar a releului Buchholz, provoac coborârea plutitorului inferior care prin contactele sale provoac declanarea transformatorului i semnalizarea declanrii. Plutitorul inferior este prevzut cu o clapet de oc ce produce bascularea instantanee, a plutitorului sub aciunea undei de presiune ce însoete scurtcircuitele violente. Schema electric a proteciei de gaze este prezentat în figura 5.17. i conine releul de gaze F1, releul de semnalizare a declanrii K1, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2 i releul intermediar K3 care comand declanarea întreruptoarelor Q1 i Q2. Dispozitivul de deconectare S1 permite funcionarea schemei doar pe partea de semnalizare. La o dezvoltare de gaze în cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun în partea superioar a releului de gaze provocând coborârea primului plutitor care conduce la închiderea contactului superior al releului F1 care are rol de semnalizare a apariiei unei avarii.

Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se închide i contactul inferior al releului F1 care comand prin releul intermediar K3 declanarea întreruptoarelor Q ! i Q2 i în acelai timp prin releul de semnalizare K1 semnalizeaz declanarea.

Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de prea scurt durat (în funcie de caracterul degajrii de gaze) schema este prevzut cu releul intermediar K2 cu un contact normal deschis cu

229

temporizare la deschidere.

Figura 5.17. Schema electric desfurat a proteciei de gaze

T–transformator electric, Q1, Q2– întreruptoare, BD– bobina declanatoarului, F1– releul Buchholz, K1– releu de semnalizare,

K2– releu intermediar cu temporizare, K3– releu intermediar. Dup o operaie de umplere cu ulei a transformatorului i pân la eliminarea gazelor din ulei, schema va funciona doar în regim de semnalizare dup deschiderea dispozitivului S1. Protecia de gaze a transformatoarelor cu ulei elimin pericolul exploziei cuvei datorit presiunii gazelor degajate prin descompunerea uleiului sub aciunea arcului electric.

5.3.2. Protecia diferenial longitudinal a unui transformator

Aceast protecie este utilizat pe scar larg ca o completare a proteciei de gaze, contra scurtcircuitelor interne sau la bornele transformatorului. Principiul de funcionare este cel al compensrii curenilor i este prezentat în schema electric monofilar din figura 5.18.

Releul maximal F1 compar valorile i sensurile curenilor acelorai faze din cele dou înfurri ale transformatorului de protejat T, prin intermediul transformatoarelor de curent TC1 i TC2. Cele dou transformatoare de curent sunt astfel alese încât tensiunile induse în înfurrile lor secundare s fie egale. Aplicând principiul suprapunerii efectelor, în funcionarea normal releul F1

230

este parcurs de diferena curenilor dai de cele dou transformatoare de curent: id= i1–i2. (5.1.)

Figura 5.18. Schema electric desfurat a proteciei difereniale longitudinale a unui transformator

T–transformator, TC1, TC2– transformatoare de curent, Q1,Q2– întreruptoare, BD– bobina declanatorului,

F1– releu diferenial de curent, K1– releu intermediar.

În cazul unui scurtcircuit exterior transformatorului, curenii de scurtcircuit sunt mari atât in primarul cât i în secundarul transformatorului T dar releul diferenial F1 msoar un curent zero sau practic foarte mic. Rezult c schema de protecie nu funcioneaz la defecte externe. În cazul unui scurtcircuit din interiorul transformatorului T, se schimb sensul de circulaie al curentului di secundarul transformatorului i2 (linia punctat din figur) i ca urmare releul F1 va fi parcurs de un curent mai mare decât curentul de pornire al releului F1 i se produce acionarea acestuia. Releul maximal excit releul intermediar K1 care alimenteaz bobinele de declanare BD ale celor dou întreruptoare Q1 i Q2 provocând declanarea lor practic instantaneu.

231

5.3.3. Protecia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim a unui transformator

Aceast protecie se utilizeaz pentru protecia transformatoarelor fa de curenii de scurtcircuit ce apar pe liniile ce pleac de la secundarul trans-formatorului. Deoarece aceste linii sunt prevzute i cu alte protecii, din motive de selectivitate releul de timp trebuie reglat cu o treapt peste cea mai mare treapt de temporizare din reea. Prin reglarea astfel a temporizrii proteciei, schema nu funcioneaz decât în cazul unui refuz de funcionare al proteciilor reelelor sau dac scurtcircuitul are loc la barele transformatorului.

Figura 5.19. Schema electric desfurat a proteciei maximale de curent cu

blocaj de tensiune minim

T–transformator, TC– transformator de curent, TT– transformator de tensiune, Q1,Q2– întreruptoare, BD– bobina declanatorului, F1– releu

minimal de tensiune, F2– releu maximal de curent, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar.

Schema electric desfurat monofilar a acestei protecii este

prezentat în figura 5.19. i conine un releu maximal de curent F2, un releu de timp K1T, un releu intermediar K2 i releul minimal de tensiune F1. Releul minimal de tensiune are rolul de a împiedica pornirea proteciei în cazul suprasarcinilor sau scurtcircuitelor îndeprtate, care nu provoac în paralel cu

232

creterea curenilor i o însemnat scdere a tensiunii pe bare, astfel c în aceste situaii releul F1 rmâne acionat i contactul su este deschis. În acest fel curentul de pornire al proteciei se poate regla la valori apropiate de curentul nominal, ceea ce face ca sensibilitatea schemei de protecie s creasc.

5.4. PROTECIA REELELOR ELECTRICE

Una dintre principalele condiii care se impun instalaiilor electrice este aceea a siguranei în funcionare, adic a alimentrii continue cu energie electric a consumatorilor. Asigurarea funcionrii fr întrerupere a instalaiilor electrice are o im-portan deosebit, atât datorit faptului c urmrile perturbrilor în funcionare pot fi foarte grave, cât i datorit faptului c instalaiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor decât alte genuri de instalaii. Gravitatea urmrilor provine, în primul rând, din faptul c: –instalaiile electrice fcând parte, în general, dintr-un sistem energetic complex i fiind legate între ele electric; –un defect aprut într-un loc deranjeaz funcionarea normal a întregului sistem; în al doilea rând, gravitatea defectelor din instalaiile electrice se datoreaz energiilor foarte mari care intervin în desfurarea acestora, conducând la efecte distructive extrem de mari. Rolul principal al automatizrilor i al proteciei prin relee folosite în electroenergetic const în limitarea efectelor avariilor aprute i în asigurarea alimentrii fr întrerupere cu energie electric a consumatorilor. Protecia prin relee, care constituie ea însi automatizarea folosit de mult vreme pe scara cea mai larg în instalaiile electrice, are în general dou funciuni principale: Separarea elementului avariat de restul instalaiilor electrice i asigurarea, în felul acesta, a funcionrii în continuare a acestora, în condiii normale; Sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de funcionare a instalaiilor electrice i semnalizarea lor, pentru a se preveni apariia unor avarii. Pentru îndeplinirea acestor dou funciuni fundamentale, dispozitivele de protecie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care se bazeaz, trebuie s satisfac urmtoarele condiii generale: – Selectivitatea, adic deconectarea doar a elementului avariat i permiterea funcionrii în continuare a instalaiilor neavariate; – Sensibilitatea, adic sesizarea tuturor defectelor i a regimurilor anormale de funcionare, chiar atunci când ele se deosebesc doar cu puin de

233

regimul de funcionare normal al instalaiilor; – Rapiditatea, care este necesar pentru c numai o deconectare rapid a elementelor avariate poate rmâne fr urmri asupra funcionrii instala-iilor neavariate;

– Sigurana, care const în aceea c dispozitivele de protecie prin relee, care acioneaz foarte rar (de câteva ori pe an), trebuie s fie pregtite, chiar dup o perioad lung de repaus, pentru a funciona corect. Sistemul energetic se compune dintr-un numr foarte mare de elemente care contribuie la realizarea a trei procese distincte i anume: producerea, transportul i distribuia energiei electrice i termice. Corespunztor acestor procese, elementele componente se grupeaz în urmtoarele pri distincte ale sistemului i anume: centralele, reelele electrice, centralele de termoficare i consumatorii de energie electric i termic. Centrala reprezint ansamblul de instalaii care servesc la producerea energiei electrice i termice pe baza transformrii energiei resurselor energetice primare. Reelele electrice reprezint ansamblul de instalaii prin intermediul crora energia electric este transportat de la centralele productoare pân la consumatori, cuprinzând, în principal, linii electrice de energie, staii electrice i posturi de transformare. Linia electric de energie reprezint ansamblul de conducte electrice, dispozitive i construcii necesare, care asigur transportul la distan sau distribuia energiei electrice pentru alimentarea consumatorilor i care urmrete un traseu, constituind astfel una sau mai multe ci de curent. Staia electric reprezint ansamblul de instalaii i de construcii anexe în care se realizeaz cel puin unul dintre urmtoarele procese: – modificarea parametrilor puterii electromagnetice (tensiune, frecven-, etc.) corespunztor condiiilor de transport sau de utilizare a energiei electrice; – conectarea electric a dou sau mai multe surse de energie electric; – conectarea electric a dou sau mai multe ci de curent pentru alimentarea receptoarelor de energie electric. Postul de transformare reprezint instalaia electric de curent alternativ, în care tensiunea este coborât la o tensiune joas, sub 1000 V, în scopul alimentrii reelelor de distribuie i a receptoarelor. În figura 5.20. este reprezentat schema monofilar de principiu a unei reele electrice ca parte dintr-un sistem energetic. Energia produs în centralele electrice este transmis, prin intermediul unor transformatoare de putere, care ridic tensiunea la cea a liniilor de înalt tensiune. Energia electric este transportat pe liniile electrice de înalt tensiune pân la staiile de transformare coborâtoare, de la care pleac liniile

234

de medie tensiune ce alimenteaz transformatoarele posturilor de transfor-mare.

Figura 5.20. Reprezentarea schematic a unei reele electrice

G1, G2– generatoare, T1, T2– transformatoare de reea, Q1...Q4– întreruptoare, L1, L2– linii electrice.

Reelele electrice pot fi clasificate dup: valoarea tensiunii, structur i modul de tratare a neutrului. A. Dup valoarea tensiunii, se deosebesc: – reele de înalt tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV i mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, înspre zonele de consum; – reele de medie tensiune, cu tensiunea între 6 i 60 kV, utilizate în general pentru distribuia energiei electrice; – reele de joas tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 380 i 220 V, utilizate pentru distribuia energiei electrice la consumatori. Puterile din ce în ce mai mari cerute de consumatori, impun utilizarea din ce în ce mai mult a instalaiilor de 110 kV, nu numai pentru transport, ci i pentru distribuia energiei electrice. B. Dup structur, reelele se clasific în: – reele radiale sau arborescente, prin care consumatorii sunt alimentai dintr-un singur sens; – reele buclate, prin care consumatorii sunt alimentai din cel puin dou sensuri. C. Dup modul de tratare a neutrului, reelele electrice se clasific în: – reele cu neutru izolat, al cror neutru nu are nici o legtur special cu pmântul; – reele cu neutrul tratat, care pot fi cu neutrul compensat, (legat la pmânt printr-o bobin de stingere sau printr-un transformator de legare la pmânt), sau cu neutrul necompensat (legat la pmânt fie direct, fie printr-o

235

rezistent sau printr-o bobin cu inductan redus).

5.4.1. Protecia maximal de curent a liniilor electrice radiale Protecia maximal de curent se utilizeaz în cazul reelelor radiale cu alimentare de la un singur capt (ca reeaua di figura 5.21.).

Figura 5.21. Reea electric radial simpl

T–transformator, Q1...Q5– întreruptoare, L1...L4– linii electrice.

Figura 5.22. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale

de curent a unei reele radiale simple

Q3– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent,

K1– releu intermediar, L2– linia electric defect. În cazul acestor reele protecia cuprinde: un releu maximal de curent F1 i un releu intermediar K1. Dac scurtcircuitul apare pe linia L2 el este sesizat

236

de releul maximal de curent F1, care comand releul intermediar K1 i care la rândul su comand declanarea întreruptorului Q3, aa cum este prezentat în schema electric monofilar din figura 5.22. Semnalul pentru releul maximal de curent F1 este preluat prin transfor-matorul de curent TC. Se obine astfel o declanare practic instantanee a întreruptorului liniei defecte, celelalte linii rmânând alimentate.

5.4.2. Protecia maximal de curent temporizat a liniilor electrice radiale

Acest tip de protecie se utilizeaz în cazul reelelor radiale având pe parcurs consumatori ce pleac de la sistemele de bare A,B,C aa cum este prezentat în figura 5.23.

Figura 5.23. Reea radial complex

T–transformator, Q1...Q9– întreruptoare, A, B, C, D–noduri de ramificare a reelei.

Datorit configuraiei arborescente a reelei protecia maximal de curent trebuie prevzut i cu o temporizare a acionrii. Astfel în cazul unui scurtcircuit (ca cel prezentat în figur) trebuie s acioneze doar întreruptorul Q9 pentru a se obine o funcionare selectiv a proteciei. Se obine astfel o protecie maximal temporizat în trepte. Temporizarea minim se gsete la captul liniei i ea crete în trepte constante spre sursa de alimentare. Treptele sunt de 0,5 ÷ 0,7 s pentru a exista sigurana declanrii numai a întreruptorului liniei defecte. Acest tip de protecie este prezentat în figura 5.24. i se realizeaz prin relee electromagnetice maximale de curent F1, care excit releul de timp K1T i care comand declanarea întreruptoarelor prin intermediul unor relee intermediare K2. În cazul unui scurtcircuit pe linie releul maximal F1 acioneaz i excit releul de timp K1T, care cu temporizarea reglat excit releul intermediar K2

237

care comand bobina BD de declanare a întreruptorului Q9.

Figura 5.24. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale

temporizate în trepte a unei reele radiale complexe

Q9– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent,

K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric defect. Principalul dezavantaj al acestei protecii const în faptul c scurtcir-cuitele apropiate de surs sunt înlturate cu întârzieri mari ceea ce poate fi periculos pentru generatoarele sincrone.

5.4.3. Protecia maximal de curent direcional a liniilor electrice cu alimentare bilateral

În cazul reelelor cu alimentare bilateral ca cea reprezentat în figura

5.25. alimentarea se face atât de captul A cât i de la captul E, iar consu-matorii pleac de la sistemele de bare A, B, C, D i E.

Prin reglarea releelor de timp în ipoteza unei temporizri în trepte cu valorile înscrise în figura 5.26. pentru alimentarea dinspre stânga respectiv dinspre dreapta, nu se poate asigura o temporizare selectiv. Dac scurtcircuitul s-ar produce în punctul desenat în figur toate proteciile fiind parcurse de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat de proteciile cu timpii cei mai scuri de acionare prin declanarea întreruptoarelor Q2 i Q7 neasigurând selectivitatea proteciei. De altfel oriunde ar apare un scurtcircuit vor declana în mod invariabil aceleai întreruptoare Q2 i Q7 neasigurându-se o funcionare selectiv a proteciei.

238

Figura 5.25. Reea electric complex cu alimentare bilateral

G–generator electric, Q1...Q8– întreruptoare, A, B, C, D–noduri de ramificare a reelei.

Pentru a realiza selectivitatea este necesar s introducem un nou criteriu

(în afara celui a curentului mrit) i anume sensul în care circul puterea (curentul) spre locul de defect. Este necesar ca fiecrei protecii maximale s i se adauge un releu direcional care sesizeaz sensul de circulaie al puterii i acioneaz numai dac transferul de putere are loc conform sgeilor din figura 5.25., excitând releul de timp corespunztor.

Figura 5.26. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale

de curent direcionale a unei reele cu alimentare bilateral

Q5– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, F2– releu direcional, K1T– releu de

temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric defect.

Schema electric principial monofilar, a proteciei maximale direcio-nale este prezentat în figura 5.26. Dup cum se observ, pentru ca releul de timp K1T s fie excitat i s comande dup trecerea timpului reglat declana-rea întreruptorului Q5, este necesar ca atât curentul s depeasc valoare reglat i deci releul maximal F1 s-i închid contactul, cât i ca sensul de circulaie a puterii de scurtcircuit s fie de la bare spre linie i deci releul

239

direciona F2 s-i închid contactele. Ca relee direcionale se folosesc releele de inducie cu rotor cilindric,

având înfurarea de curent înseriat cu cea a releului maximal i înfurarea de tensiune legat printr-un transformator de tensiune la bare. În cazul în care scurt-circuitul se produce pe poriunea CD conform figurii 5.25, releele direcionale ale întreruptorului Q7 i Q4 nu acioneaz i ca urmare vor declana întrerup-toarele Q5 i Q6 dup 0,7 s i dup 1,3 s, asigurând declanarea selectiv a poriunii defecte din reea.

5.4.4. Protecia de distan a reelelor electrice complexe Proteciile de distan reprezint la ora actual cea mai rspândit protec-ie pentru liniile electrice i alte echipamente energetice. Principiul de baz al proteciilor de distan este fundamentat pe compa-rarea intensitii curentului i a tensiunii de la locul de montaj al proteciei de distan „vzute“ de releu. Din compararea celor dou mrimi se poate stabili dac impedana pân la locul de defect este mai mare sau mai mic decât valoarea impedanei reglate. Un exemplu tipic pentru o astfel de balan electric se prezint în figura 5.27.. Tensiunea i curentul care alimenteaz balana, preluate din secundarele transformatoarelor de tensiune (TT) i respectiv de curent (TC), alimenteaz dou relee electromagnetice fixate fiecare la captul pârghiei 3, care se rotete în jurul unui ax. Asupra pârghiei acioneaz diferena cuplurilor dezvoltate de cei doi electromagnei. Aceast protecie se bazeaz pe msurarea distanei dintre locul de montare al proteciei i locul defect, comandând deconectarea întreruptorului cu un timp cu atât mai mic cu cât defectul se afl mai aproape de locul de montare al proteciei. Aceast distan se msoar prin determinarea impedanei dintre locul de montare al proteciei i locul defect cu ajutorul releelor de impedan. Relee de impedan pot fi în execuie electromecanic (tip balan electromagnetic), de inducie, de tip balan electric, în execuie static sau i mai nou în execuie digital.

Pentru a evidenia principiul de msurare al impedanei, vom considera cazul cel mai simplu al unui releu de impedan de tip balan electromag-netic.

Cum impedana liniei este proporional cu lungimea ei, raportul dintre momentele releelor de curent i respectiv de tensiune este o msur a distanei de la locul de instalare al releului pân la locul defect.

240

Figura 5.27. Schema unui releu de impedan de tip balan electromagnetic

TT– transformator de tensiune, TC– transformator de curent, L–linia electric protejat, 1– releu electromagnetic de curent,

2– releu electromagnetic de tensiune, 3– pârghie, 4– contacte.

Figura 5.28. Reea electric complex cu alimentare bilateral protejat cu o

protecie de distan. Diagrama temporal de protecie.

G–generator electric, Q1...Q6– întreruptoare, A, B, C, D–noduri de ramificare a reelei, L1, L2, L3– linii electrice

În figura 5.28. este prezentat o reea cu alimentare bilateral,

prevzut cu o protecie de distan i caracteristica de temporizare, adic dependena între timpul de acionare al proteciei în funcie de distana pân la locul defect. Temporizrile proteciei rmân constante în limitata anumitor distane numite zone. În figura 5.28. sunt prezentate zona I, II i III.

241

Figura 5.29. Schema electric desfurat monofilar a proteciei de distan

a unei reele complexe cu alimentare bilateral

Q1– întreruptor principal, BD– bobina declanatorului, TC– transformator de curent, TT– transformator de tensiune, F1– releu maximal de curent,

F2– releu direcional, F3, F4– relee de impedan, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric protejat.

În figura 5,29, este prezentat schema electric monofilar a proteciei

de distan cu trei trepte de timp. Privind din punctul de vedere al întreruptorului Q1 la un scurtcircuit în

zona I, acioneaz releele F1, F2, F3, F4 i semnalul se transmite practic instantaneu la releul K2 care comand declanarea întreruptorului Q1 în "treapta I " (0,1 s). Releul de timp K1T dei a fost excitat nu ajunge s-i închid contactele. La un scurtcircuit în zona II acioneaz releele F1, F2, F4 i K1T 5 i dup trecerea timpului reglat (0,7 s) prin închiderea contactului superior al releului K1T se excit releul intermediar K2 care acioneaz întreruptorul Q1 în treapta a II-a de timp.

La un scurtcircuit în zona III acioneaz releele F1, F2 i K1T i când releul de timp îi închide contactul inferior (1,3 s) prin releul intermediar K2 se comand declanarea întreruptorului Q1.La fel se pot judeca lucrurile din punctul de vedere al oricrui întreruptor i se obin diagramele temporale din figura 5.28. În mod analog se analizeaz funcionarea schemei electrice a proteciei în cazul alimentrii dinspre dreapta. Treptele de timp II i III sunt doar trepte de rezerv care asigur declanarea temporizat în cazul unui refuz de funcionare al unei protecii din treapta I. De aici rezult marele avantaj al proteciei de distan, acela de a declana selectiv i practic instantaneu poriunea de linie afectat de defect.

242

5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ENERGETICE

Automatizrile cu care este dotat sistemul energetic au rolul de a împiedica sau limita avariile din sistem. Dei au aceeai destinaie ca i schemele de protecie, dac acestea reacioneaz numai la avarii cu caracter local, automatizrile permit atât sesizarea cât i acionarea la incidente cu caracter mai general.

Din aceast categorie de scheme de automatizri cele mai importante sunt: Reanclanarea automat rapid (R.A.R.); Anclanarea automat a rezervei (A.A.R.); Descrcarea automat a sarcinii la scderea frecvenei (D.A.S.F.); Descrcarea automat a sarcinii la scderea tensiunii (D.A.S.U.).

5.5.1. Reanclanarea Automat Rapid (RAR) Un dispozitiv R.A.R. const dintr-o instalaie complex care realizeaz reanclanarea automat a unui întreruptor declanat de protecia prin relee, dup un timp de la aceast declanare, timp ce nu trebuie s depeasc cu mult intervalul necesar pentru stingerea arcului la locul defect. Exist o multitudine de scheme R.A.R. cu unul, dou sau trei cicluri de reanclanare. Elementele principale ale unui dispozitiv R.A.R. în construcie electromecanic sunt: un releu de timp (cu mecanism de ceasornic), un releu intermediar cu doua bobine (una de acionare, i una de reinere), releul de comand a reanclanri, etc. Dac defectul ce a determinat declanarea întreruptorului a fost trector (de exemplu o lovitur de trsnet în apropierea liniei de înalt tensiune), întreruptorul rmâne acionat i prin acest ciclu R.A.R. se elimin declanarea de durat a unor linii electrice. Dac defectul persist, protecia comand a doua declanare a între-ruptorului, de aceast dat definitiv (realizându-se un singur ciclu R.A.R.) pentru sistemele dublu R.A.R., dup o prim declanare automat comandat de protecii, sistemul permite o nou reanclanare automat.

5.5.2. Anclanarea automat a Rezervei (AAR)

Schemele de alimentare ale consumatorilor importani trebuie astfel concepute încât, în timpul unei avarii pe linia de alimentare sau la sursa de alimentare normal, s existe posibilitatea unei alimentri de rezerv.

Schema de principiu a unei instalaii A.A.R. ce alimenteaz barele staiei C prin linia principal L1, din staia A i linia de rezerv L2 din staia B, este prezentat în figura 5.30.

243

În funcionarea normal alimentarea staiei C se face prin linia L1 întreruptorul Q1 fiind închis i deci releul intermediar cu temporizare K1T este acionat, datorit contactelor 14-16, 18-20 ale întreruptorului Q2 având deci cele dou contacte închise. Dac tensiunea de la staia C este bun, atunci releele minimale de tensiune F1 i F2, alimentate de la barele staiei C printr-un transformator de tensiune (nereprezentat în schem) sunt acionate i au contactele deschise. Dac pe linia de rezerv L2 avem tensiune, releul maximal de tensiune F3 (alimentat prin TT) este acionat i contactul su este închis.

Dac printr-un motiv oarecare se declaneaz întreruptorul Q2, atunci contactele sale auxiliare 14-16 i 18-20 se deschid i, contactul 11-13 se închide. Astfel releul K1T rmâne fr alimentare, dar prin contactul 11-13 al întreruptorului Q2 contactul inferior cu temporizare la deschidere al releului K1 i contactul închis 11-13 al întreruptorului Q4 se alimenteaz bobina de anclanare BA a întreruptorului Q4 ceea ce conduce la alimentarea staiei prin linia de rezerv L.

Figura 5.30. Schema electric monofilar de principiu a Anclanrii

automate e rezervei (A.A.R.)

Q1...Q4– întreruptoare, BD– bobina declanatorului, TT– transformator de tensiune, F1, F2, F3– relee minimale de tensiune, K1T– releu de timp cu temporizare la revenire, K2T– releu de timp cu temporizare la acionare,

K3– releu intermediar.

Anclanarea automat a rezervei are loc i în cazurile în care alimentarea de baz dispare, ca urmare a declanrii întreruptor Q1 a liniei L1

244

sau dac tensiunea la barele staiei C scade sub o valoarea admisibil. La dispariia sau scderea tensiunii la barele staiei C, releele minimale

de tensiune F1 i F2 îi închid contactele i provoac prin contactul superior închis al releului K1T i contactul închis al releului F3 alimentarea releului de timp K2T, care dup timpul reglat comand prin releul intermediar K3 alimentarea bobinei de declanare BD a întreruptorului Q2.

Declanarea întreruptorului Q2 determin în modul descris anterior anclanarea automat a întreruptorului Q4 i deci alimentarea staiei C de la linia de rezerv.

5.5.3. Descrcarea Automat a Sarcinii la scderea Frecvenei (DASF) În funcionarea normal a sistemului energetic puterea produs în sistem este egal cu puterea consumat iar frecvena tensiunii este constant. Orice dezechilibru ce apare între puterea produs i cea consumat determin modificarea turaiei generatoarelor sincrone i deci a frecvenei de funcionare a sistemului. Producerea brusc a unui deficit de putere sunt sesizate de scderea frecvenei i pot fi înlturate prin deconectarea unor consumatori. Dup o injectare suplimentar de putere în sistem, o dat cu revenirea frecvenei sistemul de automatizare trebuie s permit reanclanarea automat a consumatorilor anterior declanai. Elementul caracteristic al schemei electrice de automatizare este releul de frecven reglat la o frecven de revenire mai mic decât cea nominal. La creterea consumului de putere din sistem, frecvena scade i când aceasta devine mai mic decât frecvena de reglaj a releului de frecven acesta comand declanarea unor consumatori în ordinea invers a importanei lor.

Ca urmare a deconectrii acestor consumatori frecvena în sistem îi revine dar cât timp este mai mic decât o nou valoare de reglaj consumatorii rmân deconectai. Injectarea suplimentar de putere în reea, comandat de dispecer, comand reanclanarea consumatorilor anterior declanai. Astfel sistemul D.A.S.F. asigur stabilitatea sistemului energetic.

5.5.4. Descrcarea Automat a Sarcinii la scderea Tensiunii (DASU)

Spre deosebire de scderea frecvenei care constituie un criteriu sigur al

deficitului de putere activ din sistem, scderea tensiunii din reea poate fi provocat i de defecte cu caracter local (scurtcircuite) care se elimin prin acionarea temporizat a proteciilor i nu necesit sacrificii de consumatori. Posibilitatea interpretrii greite a scderii tensiunii i efectuarea din acest motiv a unor sacrificii de consumatori care nu sunt necesare, constituie principala dificultate în realizarea descrcrii automate a sarcinii la scderea

245

tensiunii. Schema D.A.S.U. cuprinde trei relee minimale de tensiune i un releu

special capabil s sesizeze existena componentelor de tensiune invers în reea.

În funcionarea normal, tensiunea aplicat releelor minimale de tensiune este mai mare decât o valoare reglat.

La scderea tensiunii din reea sub valoarea de reglaj, ca urmare a creterii consumului de putere activ în reea, releele minimale de tensiune comanda declanarea consumatorilor în ordinea invers a importanei lor. Comanda de reanclanare a consumatorilor se d numai dup o injecie suplimentar de putere în reea.

În cazul unui scurtcircuit pe una din liniile din sistem, defect ce va fi eliminat selectiv de protecia aferent, in reea apare o scdere a tensiunii ce poate conduce la o declanare nedorit a unor consumatori. De aceea schema de automatizare este prevzut cu un releu capabil s sesizeze existena componentelor de tensiune invers din reea, ce însoesc scurtcircuitele. Dac dup o temporizare, tensiunea din sistem i-a revenit la valoarea normal (peste valoarea de reglaj a releelor minimale de tensiune) acestea opresc deconectarea consumatorilor. Dac tensiunea din releu nu i-a revenit la o valoare mai mare decât cea de reglaj a releelor minimale de tensiune, fapt care denot un deficit de putere în reea, acestea comand declanarea unor consumatori pân la revenirea tensiunii în reea la valoarea nominal.

5.6. PROTECII NUMERICE A REELELOR ELECTRICE Noiunea de protecie numeric (digital) se aplic acelor protecii la care prelucrarea informaiei analogice se face numeric. Principial, un lan tipic de prelucrare numeric este prezentat în figura 5.31. i se compune din: filtrul analogic trece jos (FTJ), circuitele de eantionare i memorare (S&H), convertorul analog-numeric (CAN) i procesorul de date numerice (DSP).

Tensiunile i curenii din secundarele transformatoarelor TT i TC sunt adaptate prin intermediul unor circuite analogice de intrare la valorile acceptate de circuitele electronice i se aplic filtrului analogic FTJ, cu rol de filtru antialiasing. Mrimea filtrat se aplic CAN prin intermediul circuitelor de eantionare i memorare.

Convertorul realizeaz conversia semnalului analogic într-un cod numeric. Din acest moment prelucrarea datelor, în conformitate cu algoritmii de protecie i automatizare specifici, se execut asupra unor semnale numerice (coduri numerice) similar operaiilor din calculatoarele electronice.

246

Figura 5.31. Schema bloc a unui sistem digital de procesare

a semnalului.

FTJ– filtrul analogic trece jos, S&H– circuite de eantionare i memorare, CAN– convertor analog-numeric, DSP– procesorul numeric de date.

5.6.1. Funciile proteciilor numerice a reelelor

Realizarea echipamentelor de protecie în tehnologie digital permite integrarea în cadrul unui echipament a mai multor funcii de protecie, automatizare i msur. În acest fel „releul de protecie“ devine, în fapt, un „terminal de protecie“. Un astfel de terminal de protecie include funcii multiple de protecie, automatizare, msur i de comunicaie în cadrul unui sistem integrat de supraveghere-control al staiei de transformare. Productorii echipamentelor de protecie pentru linii electrice, includ diverse funcii în cadrul terminalului, pe lâng funcia de baz de protecie de distan. În continuare se vor prezenta câteva exemple de funcii im-plementate în cadrul unui terminal numeric de protecie. Practic, aceste funcii se regsesc la toate terminalele de protecie de linie produse i de ali fabricani de echipamente numerice de protecie.

5.6.1.1. Funcia „protecie de distan“ În mod normal treapta 1 a proteciei de distan este reglat la cca. 85% din impedana liniei i, ca urmare, defecte apropiate de captul opus locului de montaj al proteciei de distan vor fi încadrate în treapta a doua i, deci, eliminate temporizat (de regula 0,4 - 0,5 s). Pentru a elimina rapid defectele pe întreaga lungime a liniei se utilizeaz funcia de teleprotecie. Terminalul permite alegerea mai multor scheme tip de teleprotecie, între care i aa

247

numita schem permisiv de teleprotecie. Funcia de teleprotecie este corelat cu funcionarea echipamentului de înalt frecven (I.F.). Echipamentul de I.F. asigur transmiterea unui impuls (materializat prin închiderea unui contact de releu) de la i spre captul opus al liniei. Acest impuls se utilizeaz în schema permisiv de teleprotecie.

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotecie Funcionarea schemei se poate urmri în figura 5.32., unde se exemplific prin LEA 400 kV Sibiu - Mintia. Fie un defect situat in apropierea staiei Mintia. Protecia de distan din Mintia va încadra defectul în treapta 1 (zona ZM1- reglaj Z1’) i va emite un impuls prin intermediul instalaiei de I.F. (IMP-ZM1). Protecia de distan din staia Sibiu Sud va încadra defectul în treapta 2 (zona ZM2- reglaj Z2) i, ca urmare, tinde s declaneze temporizat în treapta a doua. Dar, la recepia semnalului din Mintia (care se aplic intrrii logice IMP-CR) i cu verificarea încadrrii în zona ZM2, va comanda declanarea rapid a întreruptorului. Astfel, defectul este eliminat rapid, indiferent unde este situat pe linie.

5.6.1.2. Funcia de supraveghere a circuitelor de msur de tensiune Lipsa tensiunii alternative de msur poate conduce la acionarea incorect a proteciei de distan. Pentru prevenirea acionrii, terminalul de protecie REL-521 are inclus aceast funcie, adesea denumit i funcie de blocaj la dispariia tensiunii alternative. Activarea funciei conduce la blocarea funciilor de protecie care utilizeaz tensiuni alternative i anume: funcia de protecie de distan, funcia de protecie maximal de tensiune i

248

funcia de semnalizare pierdere tensiune. Funcia acioneaz în logica ‘SAU’ în dou situaii: – declanarea USOL de protecie a circuitelor de msur tensiune alternativ; – la sesizarea unei valori semnificative a tensiunii homopolare i fr curent homopolar; Activarea funciei conduce la blocarea instantanee a proteciilor care utilizeaz msura tensiunii.

5.6.1.3. Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect (in englez, Switch-OnTo-Fault - SOTF) este destinat declanrii rapide a defectelor, de pe întreaga lungime a liniei, la punerea sub tensiune a liniei. Este o funcie de protecie nedirecionat, zona proteciei de distan care produce declanarea putând fi selectat. Funcia se activeaz fie extern prin intermediul unui contact al releului de copiere a comenzii manuale de conectarea întreruptorului, fie intern.

Dup activare, zona aleas (de exemplu, zona 4-ZM4) poate emite instantaneu impuls de declanare. Funcia de accelerare este meninut pentru un interval de timp t=1s dup îndeplinirea condiiei de activare. Activarea intern a funciei se bazeaz pe controlul tensiunilor i curenilor de faz. Condiia de activare intern este obinut într-o schem logic ‘SI’ din urmtoarele condiii: · cel puin o tensiune de faz este sczut; · curentul corespunztor de faz este sub pragul de 10%; · zona selectat (de exemplu ZM4) NU sesizeaz un defect; Dac toate condiiile de mai sus sunt îndeplinite un interval de timp de cel puin 200ms, atunci se activeaz condiia intern.

5.6.1.4. Funcia de protecie maximal de curent instantanee Funcia de protecie maximal de curent, nedirecionat, instantanee asigur eliminarea rapid (t < 15 ms) a scurtcircuitelor însoite de valori mari ale intensitii curenilor. Funcia este realizat în logica ‘SAU’ pentru fiecare curent de faz. Astfel, la depirea valorii reglate a curentului pe una sau mai multe faze se comand declanarea instantanee a întreruptorului. Funcia poate fi utilizat în acele cazuri în care se poate stabili un reglaj corespunztor, astfel încât acionarea s se produc numai la defect în zona protejat, având în vedere c protecia maximal este nedirecionat i netemporizat

249

5.6.1.5. Funcia de protecie homopolar de curent direcionat În cazul defectelor monofazate valoarea rezistenei de defect variaz în limite largi în funcie de condiiile din reea, de distan pân la locul de defect i de valoarea rezistenei de trecere la locul de defect. Pot exista cazuri în care valoarea rezistenei de defect msurat de protecia de distan este mai mare decât rezistena care poate fi acoperit de caracteristica de acionare a proteciei de distan. Pentru eliminarea unor astfel de defecte cu rezisten mare de defect se utilizeaz protecia maximal de curent homopolar direcionat. Defectele cu pmântul pot fi sesizate prin msurarea curentului homopolar. Direcionarea proteciei se obine prin utilizarea tensiunii homopolare aplicate releului de la filtrul exterior de tensiune homopolar. Defectul este considerat în fa, dac este îndeplinit condiia:

( ) DI365cosI3 00

0 ≥ϕ−⋅ (5.2.) unde: 3I0 = curentul de nul (I0 este curentul homopolar); ϕ = unghiul de defazaj între 3I0 si -3U0 (U0 este tensiunea homopolar); 3I0D = valoarea de acionare reglat. Acionarea la declanare a proteciei homopolare direcionate este, de regul, temporizat, având în vedere reglajul redus al curentului de acionare (valori tipice de 0,1 - 0,3In).

5.6.1.6. Funcia de locator de defecte Funcia de locator de defecte inclus terminalului de protecie de linie REL-521 asigur msurarea i indicarea cu precizie ridicat e < ±3%) a distanei pân la locul de defect. Algoritmul utilizat elimin influena curentului de sarcin, a supra-alimentrii de la captul opus i micoreaz influena rezistenei de trecere la locul de defect. Distana pân la locul de defect poate fi indicat în procente din lungimea liniei sau în km. Principial, algoritmul locatorului de defecte se bazeaz pe valorile tensiunilor i intensitii curenilor msurate la locul de montaj al terminalului. Pornind de la schema de principiu a unei linii electrice cu surse la ambele capete, prezentat în figura 5.33, se pot deduce urmtoarele ecuaii, în baza schemei electrice echivalente din figura 5.34.:

250

Figura 5.33. Schema de principiu a liniei electrice cu dubl alimentare

Figura 5.34. Schema electric echivalent a liniei electrice cu dubl alimentare

( )

+⋅+⋅=

+⋅+⋅⋅=

J

KfL1M

KJfJL1J

II

1RZmZ

IIRIZmV

(5.3.)

unde: j

JM I

VZ = (5.4.)

este impedana msurat. Distribuia curenilor pe cele dou ramuri (spre sursa J, respectiv sursa K) se deduce utilizând ecuaiile:

251

( )KL1J

KL1J

KL1J

JL1fK

ZZZZZm1

I

ZZZZZm

II

+++⋅−

=

+++⋅

⋅= (5.5.)

Iar raportul IK/IJ devine:

( ) KL1

JL1

J

K

ZZm1ZZm

II

+⋅−+⋅

= (5.6.)

Introducând rezultatul din relaia 5.5. în relaia 5.3. se obine:

( ) Kl1

KL1JfL1M ZZm1

ZZZRZmZ

+⋅−++

+⋅= (5.7.)

Ecuaia 5.7. este, de fapt, o ecuaie de gradul doi în m, care se poate rescrie în modul urmtor:

0Z

ZZZR

ZZ

1ZmZ

ZZ1Zm

2L1

KJL1f

L1

KM

L1

KML1

2 =++

−

+⋅+⋅

++⋅− (5.8.)

Examinând relaiile de mai sus, se pot desprinde câteva observaii: a) în relaia (5.7.) factorul de multiplicare al rezistenei Rf este un numr complex i, ca urmare, rezistena “vzut” de releu este, de fapt, o impedan, chiar dac rezistena la locul de defect este pur ohmic; b) aceast impedan aparent msurat de releu reprezint principalul factor de eroare în estimarea distanei pân la locul de defect, în special pentru algoritmii care se bazeaz pe estimarea reactanei sau impedanei de defect; c) ecuaia (3.5) se poate descompune în dou componente, cea coninând termeni reali i cea coninând termenii imaginari. Separând ecuaia (3.6) în cele dou componente se obine succesiv:

0CyRByAym

0CxRBxAxmm

f

f2

=⋅+−⋅=⋅−+⋅−

(5.9.)

Unde:

L1

KML1

ZZZZ

jAyAxA++=+= (5.10)

252

( )

L1L1

KL1J

KL1L1

M

ZZZZZ

jCyCxC

ZZZZ

jByBxB

⋅++=+=

+=+= (5.11.)

Eliminând acum Rf din sistemul de ecuaii (5.9.), se obine:

0mm2 =β+⋅α− (5.12.)

cu dou soluii din care numai una corect:

24

m

24

m

2

2

2

1

β−α−α=

β⋅−α+α= (5.13.)

unde s-au notat:

CyCx

ByCyBx

CyCx

AyAx

−=β

−=α (5.14.)

În acest fel se poate determina distana pân la locul de defect cu o precizie global de 3 %.

5.6.1.7. Funcia de înregistrator secvenial de evenimente Funcia este utilizat pentru o analiz obiectiv a evenimentelor.

În cadrul funciei de raportare evenimente sunt cuprinse: – funcia de informare general asupra evenimentelor;

– indicaiile oferite de afiajul local; – înregistratorul de evenimente;

–indicaia locatorului de defecte; – valorile msurate ale tensiunilor i curenilor înainte de defect i pe durata defectului; – funcia osciloperturbograf local. Raportul de evenimente permite memorarea a pân la 10 evenimente în memorii nevolatile. În acest fel, informaia memorat nu se pierde chiar la dispariia tensiunii continue de alimentare. Raportul de evenimente are alocat o zon de memorie limitat la maxim 10s de înregistrare pentru 10 mrimi analogice i 48 semnale binare (de tip contact)

253

5.6.1.8. Funcia RAR Funcia RAR este inclus terminalului i poate asigura regimurile: RAR-M, RAR-M+T sau RAR-T cu pân la patru cicluri. Pentru liniile de înalt tensiune se utilizeaz RAR cu un singur ciclu i, de regul, numai regimul RAR-M. Modul în care terminalul de protecie REL-521 rezolv logica RAR se poate urmri în figura 5.35. Astfel, în cazul unui defect monofazat persistent, dup momentul t0 al apariiei defectului, protecia comand declanarea la momentul t1.

Acest mo-ment marcheaz i începerea pauzei de RAR monofazat reglate. Intervalul t1-t2 reprezint timpul de deschidere al întreruptorului I, iar momentul t3 marcheaz stingerea arcului în camera de stingere a întreruptorului i deschiderea contactelor. Din acest moment începe pauza de RAR necesar deionizrii mediului la locul de defect.

Figura 5.35. Schema logic pentru funcia de R.A.R. Protecia revine la momentul t4. La expirarea pauzei RAR-M reglate, în momentul t5 funcia RAR emite impuls de reanclanare care este executat de întreruptor la momentul t6. Din momentul t5 începe pauza de blocaj RAR (de regul 10s) care încheie ciclul de RAR Reanclanarea se produce pe defectul persistent, astfel încât la t7

254

protecia emite un nou impuls de declanare care este executat de întreruptor la momentul t8, protecia revenind la t9. Prin t10 s-a marcat momentul revenirii din pauza de blocaj a funciei RAR. Dup expirarea pauzei de blocaj, funcia RAR este gata pentru un nou defect.

Durata pauzei de RAR, durata impulsului de reanclanare i durata pau-zei de blocaj RAR se pot regla independent i într-o gam larg de valori.

5.6.1.9. Funcia de protecie maximal de tensiune Protecia maximal de tensiune asigur declanarea întreruptorului în cazul funcionrii sistemului energetic cu nivele ridicate de tensiune. Funcia supravegheaz toate tensiunile de faz i, dac cel puin una dintre acestea este mai mare decât pragul reglat, cu o temporizare reglat, se emite impuls de declanare.

5.6.1.10. Funcii de supraveghere sistem Terminalul de protecie REL-521 are incluse i funcii de supraveghere sistem. Din aceast categorie fac parte urmtoarele funcii: – supraveghere suprasarcin de curent; – conductor rupt; – monitorizare tensiuni. Funcia de supraveghere a suprasarcinii de curent Funcia de supraveghere a suprasarcinii de curent este destinat pentru a semnaliza depirea valorii normale a circulaiei de curent. Principial, este o funcie de protecie maximal de curent temporizat. Dac curentul de pe cel puin o faz depete pragul reglat (de regul, pragul reglat coincide cu curentul nominal primar al transformatoarelor de curent), cu o temporizare reglabil, se emite un semnal de alarm. Funcia de semnalizare a ruperii unui conductor Principial, aceast funcie de protecie este o protecie maximal de curent de secven invers, temporizat. În acest fel, se semnalizeaz practic orice asimetrie a curenilor din cele trei faze. Funcia de monitorizare a tensiunilor Cele trei tensiuni de faz sunt supravegheate permanent, iar în cazul lipsei tuturor tensiunilor pentru un interval de timp mai mare de 7s (temporizare fix, nereglabil) se emite un semnal de alarm.

255

5.6.1.11. Funcia de interfaare cu operatorul Interfaa operator este alctuit din: LED-uri (verde, galben i rou); afiaj cu cristale lichide i tastatur; porturi seriale de comunicaie pentru conectarea la calculator. Ecranul cu cristale lichide (LCD) ofer toate informaiile despre terminalul de protecie de linie i permite, cu ajutorul tastaturii, introducerea reglajelor ca i executarea tuturor operaiilor de configurare. În cazul unui eveniment, ecranul se va ilumina i se vor prezenta prin defilare automat datele ultimelor dou evenimente. Toate datele oferite sunt organizate în arbore de meniuri, în aa numitele ferestre de afiare.

5.7. PROTECIA INTEGRAT A REELELOR ELECTRICE Progresul realizat în domeniul electronicii digitale face ca astzi majoritatea funciilor echipamentului secundar s poat fi implementate cu ajutorul modulelor software care ruleaz pe o platform bazat pe calculator. Unitile funcionale menionate mai sus sunt utilizate atât pentru controlul cât i pentru protecia liniilor electrice. În ar au fost implementate experimental numeroase variante constructive de protecii integrate aliniilor electrice, fr a exista pân în prezent o variant optim. Dintre cele mai noi variante de protecii integrate existente în exploatare la noi în ar (produs în ar de firma TELECOMM S.R.L.), o variant de succes o reprezint "releul" digital DIPA 100.

5.7.1 Protecia integrat a unei linii electrice cu releul digital DIPA 100 Releul digital de protecie complex DIPA- 100 este un echipament care înglobeaz practic toate funciile de protecie – automatizare necesare pentru o linie electric de 110 kV ÷ 400 kV. Prin complexitatea funciilor înglobate, DIPA-100 se situeaz în categoria terminalelor de linie, concept introdus recent, care semnific un echipament complex, ce înglobeaz atât setul de protecii necesare pentru o linie electric, cât i automatizrile ce iî sunt asociate. Protecia de distan, ca element de baz, este conceput cu 6 elemente de msur independente, care asigur eliminarea rapid, sigur i selectiv a defectelor pe linii electrice cu neutrul legat direct sau prin impedana mic la pmânt. Echipamentul poate fi folosit de sine stttor sau cu integrare în teleconducere, graie extensiei DIPA-SCADA, cu ajutorul creia terminalul devine simultan un sistem de achiziie de date pentru aplicaii EMS-SCADA. DIPA-100 include urmtoarele funcii independente de protecie a liniei

256

electrice: Protecie de Distan digital PD cu urmtoarele extensii: – Sistem de blocaj la pendulaii PD.BP. – Interfaa i logica de teleprotecie PD.TLP. – Sistem de verificare-blocare la arderea siguranelor circuitelor de tensiune PD.BASU cu comutare opional pe maximala de curent de rezerv (DIPA-MAX). – Protecie rapid la închiderea întreruptorului pe defect (switch-on-to-fault) PD.PRID. – Protecie Homopolar Direcionat PhDIR. – Protecie Maximal de rezerv MAX (ca rezerv pentru DIPA-PD). – Urmtoarele funcii suplimentare completeaz necesitile de protec-ie/automatizare/integrare în SCADA, pentru o linie electric de 110 - 400 kV: – RAR M, T, M+T, cu verificare de condiii RAR – Interfaa om-main MMI Funciile speciale i de integrare în sistemul SCADA, cuprind: –interfaa de supervizare mrimi binare/analogice i comunicaie cu sistemul

–de teleconducere SCADA.miniACE, –osciloperturbograf de linie SCADA.CDR, –opional, extensie de comand în instalaie prin SCADA, SCADA.CD, –integrare în sistemul de protecie clasic, –funcie de msur local (U, I, P, Q, f, Z, ϕ etc.).

5.7.2. Caracteristici tehnice generale ale DIPA 100 Echipamentul DIPA 100 poate fi integrat atât în soluii clasice de protecie-conducere staii electrice, cât i în sisteme noi, cum ar fi sistemul distribuit de teleprotecie-teleconducere GALAXY. DIPA 100 este realizat într-o structur multiprocesor, acumulând o putere de calcul de aproximativ 48 MegaFLOPS (48 mega-operaii în virgula mobil pe secund) prin utilizarea tehnologiei DSP din ultima generaie. Acest lucru a permis implementarea unor algoritmi numerici de calculare a impedanelor i a diverselor condiii de blocare de o complexitate i de o stabilitate, care s întruneasc condiiile de siguran necesare unui astfel de echipament. Funcia de protecie digital de distan are urmtoarele caracteristici principalele :

257

–numr elemente de msurare independente i simultane: 6 ( R0, S0, T0, RS, ST, TR ); –numr zone de declanare: 5 ( fiecare zon fiind de tip poligonal) adic: –fa, spate sau nedirecionat: 3, – demaraj direcionat: 1, –demaraj nedirecionat: 1; –reglaje separate pentru zona 1 (sensibilizare în corelaie cu RAR); –reglaje de compensare a rezistenei arcului în orice trepte la detectarea unor defecte cu pmântul; –timp tipic de declanare în treapta rapid, inclusiv releul de ieire cu contacte puternice: 25 ms; –timp maxim de declanare în treapta rapid, inclusiv releul de ieire cu contacte puternice: 30 ms; –elementul direcional este cu sensibilitate nelimitat (o bun comportare a direciei la scurtcircuite cu tensiune foarte mic); –domeniu de reglaj R, X pe fiecare treapt: 0.01 Ω - 650 Ω, în pai de 0.01Ω reglaj temporizri (pentru fiecare zon): 0 ÷ 6 s, din 10 în 10 ms; –precizia msurtorii impedanei: ± 5 % pentru I = ( 0,5 ÷ 20 )⋅In; –precizia msurrii temporizrilor ±( 1%+20 ms.), pentru treglat> 30 ms; –coeficient de revenire : 5% ; –valoare minim de acionare în curent : 0.2 ⋅In; –blocaj la pendulaii - intern (dup criteriul dZ/dt) i/sau extern; –funcii de verificare a plauzibilitii mrimilor msurate, realizate în timp real; –blocaj la lipsa tensiunii alternative: intern (ardere sigurane, monofazat, bifazat i trifazat )/ extern ; – posibilitatea trecerii automate pe maximala de curent în dou trepte, ca element de rezerv; – declanare mono i trifazat; – selectarea unei funcii de teleprotecie; – sensibilizarea proteciei la comanda de declanare a întreruptorului din captul opus (accelerated underreach protection AUP); – sensibilizarea proteciei la conectare pe defect (switch on to fault). Funcia de protecie homopolar direcionat are urmtoarele caracteristici principale: – 2 trepte independente; – precizia msurrii temporizrilor pentru caracteristica independent: ±(1%+20 ms.); – precizia msurrii temporizrilor pentru caracterisica dependent :

258

±(7.5%+50 ms); – 4 caracteristici i=f(t): normal, invers, foarte invers, extrem invers; – curent homopolar de pornire: Ih / In = 0.1 ÷ 4, în trepte de 0.05 ÷ In; – temporizare 0 - 6 s, în trepte de 0.01 sec. pentru caracteristica independent; – unghiul caracteristic: 1100 capacitiv. DIPA-MAX realizeaz funcia de protecie maximal în caz de ardere sigurane pe circuitele de tensiune. Protecia este o rezerv de urgen a proteciei de distan, în condiiile în care PD nu mai poate msura corect impedana Z i direcia scurtcircuitului (PD i PhDIR sunt blocate). Funcia conine dou relee maximale nedirecionate cu caracteristica independent sau dependent (normal, invers, foarte invers, extrem invers): – o maximal în dou trepte pentru curenii de linie (R, S, T); – o maximal în dou trepte pentru curentul homopolar (R, S, T). Protecia de supracurent I> are o caracteristic independent de timp (secionare de curent) cu urmtoarele caracteristici: – timp minim de deconectare t = 30 ms; – temporizare 0 ÷ 10 s, în trepte de 0.01 s; –curent de pornire (pentru cureni de faz): I> / In = 0.1 ÷ 10, în trepte de 0.05 ⋅ In; –curent de pornire (pentru curentul homopolar): Ih> / In = 0.1 ÷ 4, în trepte de 0.05 ⋅ In. Sistemul RAR realizeaz funcia de reanclanare automat rapid i are urmtoarele caracteristici: – 1 ciclu RAR; – pauz de RAR 0.2 ÷ 6 s, în pai de 0.05 s. eroarea de msur ± 20 ms; –timp blocaj 5 ÷ 30 s, în pai de 1 s, eroarea de msur ± 50ms; –durat impuls anclanare 0.5 ÷ 3 s, în pai de 0.1 s, eroarea de msur ± 20ms. –RAR monofazat fr condiii; – RAR mono+trifazat i trifazat cu condiii: lips de tensiune i/sau control sincronism; – prelungirea treptei 1 la PD prin scheme flexibile multiple. Interfaa local om-main (MMI) permite urmtoarele faciliti: – vizualizarea demarajelor (R0, S0, T0, RS, ST, TR si H); –vizualizarea treptei de declanare (1, 2, 3, 4, si 5); –vizualizare impulsurilor de declanare (R, S, T,); –vizualizarea impulsului de anclanare i a altor mrimi prin 24 led-uri cu automeninere pân la confirmarea local de ctre operator;

259

– afiarea i modificarea local a parametrilor setai ai proteciei, cu ajutorul tastaturii i afiorului LCD al echipamentului; – afiarea continu a unor mrimi de regim permanent, în situaie normal (valori tensiuni, cureni etc.) – în funcie de msura local a mrimilor pe linie Funcia SCADA asigur funcii speciale necesare supervizrii i integrrii în sistemul de teleconducere-teleprotecie al staiei. Acest lucru este realizat prin compatibilizarea, din punct de vedere extern, a echipamentului DIPA-100 cu echipamentele de teleconducere ACE28S i cu cele de perturbografiere CDR, fabricate de TMM. Extensia DIPA-SCADA înglobeaz componentele SCADA.miniACE, SCADA.CDR i SCADA.CD. Interfaa de supervizare mrimi binare/analogice i comunicaii cu sistemul de teleconducere se numete SCADA.miniACE. Aceast component conine toate facilitile specifice echipamentului ACE 28S, care înglobeaz, de asemenea, ca extensie, jurnalul de evenimente sintetizate de ctre DIPA în cursul funcionrii acesteia (EV). EV realizeaz funcia de înregistrator de evenimente DIPA i are urmtoarele caracteristici: – memoreaz evenimentele numerice în bufferul miniACE-ului de 1024 evenimente; – rezoluia temporal: 1 ms; – genereaz i memoreaz evenimente la: – schimbare parametri, – demaraje protecii, – declanare, – evenimente specifice RAR/DAR, – setare timp, – ardere sigurane i revenire din defect, – schimbare de stare a unor semnalizri externe, – alte schimbri de stare interne sau externe. Elementele specifice supervizrii i integrrii în SCADA, realizate cu extensia miniACE în cadrul DIPA sunt: – primele 16 intrri numerice ale echipamentului DIPA-100 sunt citite independent i de ctre miniACE; – miniACE posed înc 16 intrri numerice proprii, prin care se pot citi alte informaii binare specifice liniei, altele decât cele care sunt de interes direct pentru DIPA. MiniACE asigur, totodat, i comunicaia cu nivelul ierarhic superior de teleconducere prin intermediul urmtoarelor linii de comunicaie:

260

– interfaa de adaptare la "field-bus"-ul izolat galvanic, de tip bucl de curent multipunct tip TMM; – opional, field-bus-ul poate fi de tip RS 485; viteza de comunicaie este 9600 sau 19200 baud; – opional, interfaa de comunicaie prin fibr optic (viteza de comunicaie 9600 sau 19200 baud); – asigur comunicaia prin protocol multipunct de tip TELECOMM sau RP 570 (opional). Funcia de teleconducere-osciloperturbografie de linie SCADA.CDR are urmtoarele caracteristici : – Timp total de înregistrare: aprox. 30 s, – Timpi înregistrare, – Durata preavariei reglabil 50 ÷ 400 ms, –Durata înregistrrii tCDR reglabil 1000 ÷ 18000 ms. Se înregistreaz 8 mrimi analogice (UR, US, UT, UH, IR, IS, IT, IH) i 32 binare. Extensie de comand în instalaii prin SCADA, SCADA.CD se folosete în situaiile când din raiuni financiare nu se justific montarea unui echipament de teleconducere de sine stttor, care s realizeze teleconducerea liniei electrice protejat de ctre DIPA-100. Extensia SCADA poate fi completat cu modulul de comenzi în instalaii prin SCADA, SCADA.CD. Acest modul posed 8 ieiri prin releu independente de cele ale proteciei, pentru comenzi prin teleconducere, care pot fi comandate prin intermediul extensiei SCADA.miniACE. Prin introducerea acestui modul se poate realiza o protecie i o telecon-ducere integrat, minimizându-se costurile de implementare a unui sistem complet digital modern. Sistemele de monitorizare i telecomand a reelelor reprezint instrumente bazate pe calculator, utilizate de dispecerii energetici pentru a-i asista în controlul funcionrii sistemelor energetice complexe. Câteva din instrumentele enumerate mai sus ar fi – sistemul EMS (Energy Management System), DMS (Distribution Management System) i SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Baza întregului eafodaj care concur la supravegherea, controlul i monitorizarea echipamentelor electrice din staiile i reelele electrice o constituie echipamentele de achiziie i comand (EAC).

261

5.8. SISTEME SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION

În cazul concret al implementrilor de sisteme SCADA, care deservesc instalaii, reele sau sisteme electroenergetice, întâlnim mai multe funcii de baz. Dintre acestea cele mai importante sunt: –Supravegherea i controlul de la distan al instalaiilor i reelelor electroenergetice; –Alarmarea; –Analiza post avarie; –Urmrirea încrcrii reelelor –Planificarea i urmrirea reviziilor i reparaiilor

5.8.1. Funciile de baz ale sistemului SCADA Funcia fundamental a unui sistem SCADA o reprezint supravegherea i controlul de la distan al instalaiilor i reelelor electroenergetice în scopul asigurrii mentenanei i fiabilitii acestuia.

5.8.1.1. Supravegherea i controlul de la distan În acest scop, se realizeaz: culegerea de informaii asupra strii siste-mului energetic, prin intermediul interfeelor de achiziie corespunztoare; transferul informaiilor ctre punctele de comand i control; comanda de la distan a proceselor electroenergetice; înregistrarea modificrilor semnifica-tive ale procesului controlat. Operaiunile de comutare ( conectare/deconectare ) ale echipamentelor primare pot fi comandate de la distan de la un centru de control (dispecer energetic). Strile întreruptoarelor i separatoarelor, valorile msurilor de tensiuni, cureni etc. sunt permanent cunoscute la centrul de control, fiind la îndemâna dispecerului energetic. Acest lucru face s creasc eficiena operaional la postul de dispecer, prin creterea numrului de informaii disponibile i prin reducerea timpilor de actualizare a acestor informaii. Informaiile provenite de la instalaiile electroenergetice pot fi grupate i dirijate ctre postul de comand sub autoritatea cruia se gsesc aceste instalaii i de asemenea, ele pot fi utilizate pentru analizele globale ale reelelor electrice

262

5.8.1.2. Alarmarea Sistemul recunoate strile de funcionare necorespunztoare ale echipamentelor i reelelor electrice (suprasarcini, nivele de tensiune în afara limitelor, acionarea sistemelor de protecie, modificarea nedorit a strii întreruptoarelor i separatoarelor, etc.) i avertizeaz optic/acustic dispecerul asupra celor întâmplate realizând astfel funcia de alarmare.

5.8.1.3. Analiza post avarie Sistemul întreine un istoric al modificrii strilor echipamentelor i reelelor electrice, punând la dispoziia dispecerului informaiile necesare unei analize pertinente a evenimentelor petrecute. Toate evenimentele sunt memorate alturi de localizarea lor în timp si spaiu, fiind prezentate dispecerului, în general, în ordine cronologic, grupate pe categorii de instalaii.

Totodat, aceste informaii pot constitui "materia prim" pentru sisteme expert de analiz post avarie asistat de calculator, precum i pentru sisteme expert de restaurare a sistemelor electrice dup cderi (care pot asista dispece-rul sau pot intra în funciune în mod automat). Informarea de ansamblu a dispecerului asupra topologiei i strii sistemului energetic condus, prin intermediul interfeelor om-main (MMI: Man-Machine Interface). Funcia de interfaare cu operatorul uman este de o importan deosebit în asigurarea unei activiti eficiente a dispecerului. Sunt urmrite cu deosebire: claritatea i conciziunea prezentrii informaiilor despre procesul tehnologic condus (evitarea confuziilor), comoditatea în obinerea informaiilor dorite, comoditatea i inconfundabilitatea comenzii ctre proces etc. Toate aceste deziderate sunt bazate pe utilizarea unei interfee grafice puternice la postul de lucru dispecer.

5.8.1.4. Urmrirea încrcrii reelelor

În scopul optimizrii funcionrii reelelor electrice, este memorat evoluia circulaiilor de puteri. Aceste informaii pot fi folosite la o mai bun planificare a resurselor, precum i a schemelor reelei i a reglajelor tensiunii transformatoarelor din sistemul energetic.

5.8.1.5. Planificarea i urmrirea reviziilor i reparaiilor în scopul evitrii cderilor

Monitorizarea evoluiei funcionrii diferitelor echipamente ofer

263

informaii care, analizate corespunztor pot duce la necesitatea reviziilor/ reparaiilor acestor echipamente sau instalaii. Aceast analiz poate fi asistat de sisteme expert.

5.8.2. Funcii EMS Energy Management System Constituie extinderi ale funciunilor SCADA i au utilitate mai ales la nivelul dispeceratului naional i conine la rândul su funcii specifice.

Controlul produciei de energie i funciuni de planificare: În acest tip de funciuni sunt incluse: – reglajul frecven-putere; – dispecer economic; – monitorizarea costurilor de producie; – monitorizarea rezervelor; – planificarea tranzaciilor pe liniile de interconexiuni; – evaluarea schimburilor de energie pe termen scurt. Aplicaii legate de transportul energiei sunt gândite pentru a asista operatorul i personalul de planificare în asigurarea unei funcionri sigure i economice ale sistemului energetic. În aceast categorie sunt incluse urmtoarele funciuni: – analiza reelei în timp real, care cuprinde: –prelucrarea topologiei, –estimatorul de stare; – adaptarea parametrilor reelei; – analiza senzitivitii reelei; – evaluarea consecinelor unor evenimente; – dispecer economic cu constrângeri de siguran; – repartiia tensiunilor; – analiza scurtcircuitelor.

Funcii studii de analiz a reelei cuprinde: –calculul circulaiilor de puteri; –circulaii de puteri optimale; –analiza consecinelor unor manevre planificate; –planificarea reparaiilor; –analiza scurtcircuitelor.

Simulatorul de instruire pentru dispeceri se realizeaz pentru formarea i antrenarea personalului cu funcii de dispecerat. Un simulator const din patru subsisteme i anume: – modelul sistemului energetic care simuleaz matematic comportarea

264

sistemului, inclusiv echipamentele de control i protecie; – modelul centrului de comand i control; – subsistemul educaional care const în instrumente software care stau la dispoziia instructorului pentru a crea situaiile care îi folosesc în cursul procesului de instruire; – subsistemul de comunicaie care modeleaz comportarea sistemului de culegere a datelor.

5.8.3. Funcii DMS: Distribution Management System În cadrul unui sistem de distribuie a energiei electrice, repartiia geografic a instalaiilor joac un rol foarte important. Din acest motiv, tendina în acest domeniu este de a utiliza o structur a bazei de date care s permit adugarea sau înlturarea unor componente în mod interactiv, s aib o structur bazat pe repartiia geografic i s afieze conectivitatea pe hrile zonei respective.

Funciunile unui sistem de teleconducere a distribuiei nu sunt standardizate, dar totui, trebuie s existe componente importante, cum ar fi: – Analiza conectivitii. În mod obinuit, se folosesc scheme color pe care se reprezint aceste informaii. Se reprezint toate echipamentele de distribuie conectate la o plecare, toate plecrile conectate la un întreruptor într-o staie, precum i schema staiei. Trebuie s fie posibil identificarea plecrilor adiacente. – Culegerea datelor. – Controlul automat al tensiunii i puterii pe fiecare plecare. Aceast funcie se utilizeaz pentru a pstra tensiunile între anumite limite, prin controlul direct asupra ploturilor transformatoarelor i prin conec-tarea/ deconectarea bateriilor de condensatoare. – Analiza conectrilor / deconectrilor. Prin aceast funcie se verific dac aciunea planificat a conectri-lor/deconectrilor nu va avea drept consecin o suprasarcin. Aceast funcie nu se execut în timp real. – Calculul circulaiei de puteri. Acesta permite dispecerului s studieze circulaiile de puteri pentru anumite zone selectate. Funcia se execut în timp real, putându-se stabili i circulaiile linie cu linie. Rezultatele calculelor sunt supuse verificrii limitelor i alarmrii, similar cu valorile telemsurate. – Program de analiza scurtcircuitelor. – Reducerea pierderilor. Urmrete minimizarea acestora prin controlul tensiunii i prin

265

calcularea unei topologii optime. Menirea sistemului energetic este de a produce, transporta i distribui

energia electric la consumatori. Pentru a realiza aceste deziderate se impune o fiabilitate crescut atât a echipamentelor primare, cât i a echipamentelor secundare de protecie/automatizare, inându-se cont i de factorul economic. Continua modernizare, precum i creterea performanelor echipamen-telor de protecie sunt de real actualitate i importan pentru toi cei implicai în producia, transportul, distribuia i consumul de energie. Plecând de la cunotinele acumulate de-a lungul timpului în activitatea de exploatare/furnizare a energiei, s-au dezvoltat echipamente diverse care pot acoperi majoritatea regimurilor de funcionare a reelelor. În acest mod, au fost realizate diferite tipuri de relee de protecie numerice, în funcie de mrimile electrice necesar a fi supravegheate. Constatându-se c majoritatea informaiilor necesare proteciilor au surse comune de informaii dinspre echipamentele primare, a rezultat o integrare tot mai strâns a supravegherii i controlului, a proteciei i a automatizrii. Dezvoltarea sistemelor SCADA ( Supervizory Control And Data Aquisition ) este strâns legat de evoluia integrat reciproc între tehnologiile primare i secundare din staiile de transformare; ea poate fi împrit în trei etape majore: convenional, modern i inteligent. Evoluia proteciilor multifuncionale a fost condiionat de dezvoltarea tehnologiilor de fabricaie a echipamentelor – atât a celor primare, cât i a celor secundare. Progresul realizat în domeniul electronicii digitale a fcut posibil realizarea unitilor multifuncionale utilizate atât pentru control, cât i pentru protecie. O tendin care se accentueaz din ce în ce mai mult este aceea de a integra echipamentul secundar al unei celule într-un singur dispozitiv. Etapa convenional era caracterizat prin existena unui numr mare de echipamente interconectate între ele prin fire conductoare – acest lucru fcând ca legturile s fie realizate dintr-un numr mare de conexiuni. În ultima vreme se constat o integrare a comunicaiei între nivelul celulei i cel al staiei, acest lucru realizându-se cu ajutorul transmisiei seriale, înlocuindu-se astfel conexiunile individuale tradiionale pentru fiecare semnal. În viitor, introducerea conexiunii prin fibr optic între echipamentul de protecie i cel de înalt tensiune va duce la mutarea delimitrii tradiionale între secundar i primar. Funciile de conversie analog-digital, precum i unele funcii de procesare vor fi descentralizate i amplasate cât mai aproape de proces i vor fi integrate fizic în echipamentul primar.

266

Pentru a verifica modul de însuire a cunotinelor prezentate în acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele întrebri: 1. De ce se impune eliminarea rapid a defectelor din instalaiile electrice? 2. Clasificai proteciile electrice dup echipamentul protejat. 3. Clasificai proteciile electrice dup tensiunea nominal. 4. Clasificai proteciile electrice dup tipul de defect. 5. Clasificai proteciile electrice dup timpul de acionare. 6. Clasificai proteciile electrice dup echipamentul de protecie. 7. Clasificai proteciile electrice dup modul de conectare în instalaie. 8. Clasificai proteciile electrice dup modul de acionare asupra defectului. 9. Clasificai proteciile electrice dup gradul de automatizare. 10. Care sunt cele mai frecvente defecte ce apar în instalaiile electrice? 11. Ce tipuri de scurtcircuite cunoatei? 12. Care este cel mai frecvent defect ce apare în funcionarea unui motor? 13. Ce asigur protecia de suprasarcin a unui motor? 14. Ce asigur protecia la supracureni a unui motor? 15. Ce asigur protecia la scurtcircuit a unui motor? 16. Ce asigur protecia la tensiune sczut a unui motor comandat prin

contactoare? 17. Cât este reglajul releului maximal de curent de tip electromagnetic ce

protejeaz un motor asincron? 18. Cum se inverseaz sensul de rotaie a unui motor asincron? 19. Cum se inverseaz sensul de rotaie a unui motor de curent continuu? 20. Ce metode de pornire a motoarelor asincrone cunoatei? 21. Ce motoare permit pornirea stea–triunghi? 22. Care este soluia optim din punct de vedere energetic pentru pornirea

unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit? 23. Ce metode specifice de pornire a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat

cunoatei? 24. Ce tipuri de protecii ale motoarelor sincrone cunoatei? 25. Ce tipuri de protecii ale generatoarelor sincrone cunoatei? 26. Ce este un releu diferenial? 27. Ce rol are A.D.R. în protecia generatoarelor sincrone? 28. Ce rol au bobinele de reactan în circuitele electrice? 29. Ce defecte interne apar în transformatoarele de putere? 30. Ce defecte externe afecteaz funcionarea transformatoarelor de putere? 31. Ce asigur protecia de gaze a unui transformator? 32. La ce transformatoare se folosete protecia de gaze? 33. Ce protecii electrice se folosesc la transformatoarele de putere? 34. Ce proprieti are o protecie electric?

267

35. Ce menire are un sistem energetic? 36. Ce pri componente are un sistem energetic? 37. Clasificai reelele electrice dup tensiunea nominal? 38. Clasificai reelele electrice dup structur? 39. Clasificai reelele electrice dup modul de tratare a neutrului? 40. Ce tip de protecie se folosete la liniile electrice radiale simple? 41. Ce tip de protecie se folosete la liniile electrice radiale complexe? 42. Ce tip de protecie se folosete la liniile electrice cu alimentare bilateral? 43. Care este protecia fundamental a liniilor electrice de înalt tensiune? 44. Care este elementul caracteristic al unei protecii de distan? 45. Ce sisteme de automatizare a sistemului energetic cunoatei? 46. Ce rol are sistemul R.A.R.? 47. Ce rol are sistemul A.A.R.? 48. Ce rol are sistemul D.A.S.U.? 49. Ce rol are sistemul D.A.S.F.? 50. Ce înelegei printr-o protecie numeric? 51. La ce se folosesc proteciile numerice? 52. Ce rol are funcia „protecie de distan“ a unei protecii numerice? 53. Ce rol are funcia „supravegherea circuitelor de msur“ a unei protecii

numerice? 54. Ce rol are funcia „protecie maximal de curent instantanee“ a unei

protecii numerice? 55. Ce rol are funcia „homopolar de curent direcionat“ a unei protecii

numerice? 56. Ce rol are funcia „locator de defecte“ a unei protecii numerice? 57. Ce rol are funcia „înregistrator secvenial de evenimente“ a unei protecii

numerice? 58. Ce rol are funcia „accelerarea protecie la conectarea la defect“ a unei

protecii numerice? 59. Ce rol are funcia „R.A.R.“ a unei protecii numerice? 60. Ce rol are funcia „protecie maximal de tensiune“ a unei protecii

numerice? 61. Ce rol are funcia „supraveghere sistem“ a unei protecii numerice? 62. Ce rol are funcia „interfaare cu operatorul“ a unei protecii numerice? 63. Ce tipuri de protecii digitale cunoatei? 64. Ce funcii are „releul“ DIPA 100? 65. Ce înelegei prin SUPERVISORY CONTROL AND DATA

ACQUISITION? 66. Ce funcii are sistemul SCADA? 67. Ce înelegei prin Energy Management System ? 68. Ce înelegei prin Distribution Management System?

268

69. Cine folosete sistemul D.M.S.? 70. Ce avantaje au proteciile numerice?

269

BIBLIOGRAFIE

1. Andrea P. „Electromagnei”, Editura Helicon, Timioara, 1993. 2. Baraboi A., Adam M., Cristea I., Hnatiuc E. „Tehnici moderne de comu-

taie de putere”, Editura A 92, Iai, 1996. 3. Blaiu F., Gal S., Fgran T, Vasilievici Al. „Implementarea echipa-

mentelor digitale de protecie i comand pentru reelele electrice”, Editura Tehnic, Bucureti, 2000.

4. Conecini I. „Calitatea energiei electrice”,Editura Tehnic, 1997. 5. Davies T. „Protection of industrial power systems”, Editura Butterworth

Heinemann, 1998. 6. Delapeta M., Deaconu S., Iagr A. „Echipamente electrice”, vol.I i II,

Centrul de multiplicare al U.P.T., 2000. 7. Deleega I., „Aparate electrice”,Litografia Universitii Tehnice, Timi-oara, 1993.

8. Guzun B., Darie G., Gal S., Olovinaru D., „Centrale i reele electrice, vol. I, II, III”, Editura MS, Sibiu, 1998.

9. Hortopan Gh., „Aparate electrice de comutaie”, Ed. Tehnic, Bucureti, 1993, 1996.

10. Hosch W., Hanschild W., „Izolaii de înalt tensiune în hexafluorur de sulf”, Editura Tehnic, Bucureti, 1994.

11. Hütte, „Manualul inginerului; fundamente”, Editura Tehnica, 1995. 12. Leca M., Calistru N.C. , Mihai I., Pal C., „Protecia sistemelor electro-

energetice”, Ed. Crengua Gâldu, Iai 1996. 13. Moldovan L., „Echipamente electrice”, U. T. T., Timioara, 1994. 14. Olaru O., „Protecia sistemelor energetice”, Tipografia Universitii

„C. Brâncui” Tg-Jiu, 1993. 15. Oprea L., Ivacu C., „Automatizri i protecii prin relee în sistemele

electroenergetice”, Editura Universitatea Tehnic, Timioara, 1994. 16. Pema C., Clin S., „Protecia prin relee a sistemelor electrice”, Ed.

Tehnic, Bucureti, 1999. 17. Peter C., „Instalaii electrice de distribuie”, Editura Mediamira 2000. 18. Popa I., Popa G.N., „Dispozitive electronice cu structur cablat i

programat de protecie a motoarelor asincrone trifazate de joas tensiune”, Editura Mirton, Timioara, 2000.

19. Popescu L., „Instalaii i echipamente electrice”, Editura Alma Mater, Sibiu, 2004.

270

20. Popescu L., „Aparate electrice”, vol. II, Editura Alma Mater, Sibiu, 2003.

21. Vasilievici Al., „Aparate i echipamente electrice, vol II”, Ed. Mitricel Sârbu & Co, Sibiu, 1996.

22. ***SIEMENS, „Numerical Overcurrent Protection Relay 7SJ531”, documentaie tehnic, 1996.

23. ***TELECOMM, „CDR – 16. 32”, Documentaie tehnic, 1995. 24. ***TELECOMM, „DIPA – ACE”, Documentaie tehnic, 1996.