APARATE ELECTRICE 1conf.dr.ing. POPACEZARcoordonate: cezarp@eed.usv.ro; birou D005 sau laborator C107consultaii: birou D005 conform program semestruBIBLIOGRAFIE CURS:Hortopan, G., Aparate electrice de comutaie, ET, Bucureti, vol.1, 1993, vol.2,1997. (5 ex. +2 ex.).Leonte, P., Curs aparate electrice, I.P. Iai, 1982. (4 ex.).Popa, C., Aparate electrice. Procese fundamentale, vol. I, ISBN 973-8293-55-3,Editura Universitii Suceava, 2002. (25 ex.).Popa, C., Aparate electrice, vol. I, ndrumar lucrri de laborator, EdituraUniversitii Suceava, 2003, (25 ex.).Adam, M., Baraboi, A., Echipamente electrice, curs, I.P.Iasi, 1997. (2 ex.).EVALUARE ACTIVITATE LA DISCIPLINN = 0.4 x Nsemestru + 0.6 x NexamenModul n care va fi evaluat activitatea din timpul semestrului (Nsemestru):Nsemestru=0.5 x Ntest teoretic+ 0.5 x NlaboratorNtest teoretic= 0.5 x (Ntest 1 + Ntest 2)Testele teoretice n numr de dou (din maxim 3 prelegeri fiecare) se susin nscris n timpul semestrului n saptmnile 4 i 8Nlaborator=0.4 x Nreferate + 0.6 x Nactivitate semestru laborator12 1.Introducere1. ntreruptorul de putere de nalt tensiune2. Separatorul de bare3. Separatorul de cupl transversal4. Separatorul de linie.5. Separatorul de punere la pmnt.6. Separatorul de sarcin.7. Descrctorul electric.8. Bobina de reactan.9. Bobina de stingere10.Sigurana fuzibil de nalt tensiune11.ntreruptorul automat de joas tensiune12.Sigurana fuzibil de joas tensiune13.Transformatorul de msur de curent sau tensiune14.Contactorul electromagnetic15.ReleulG3 ~10 kV 10 / 220 kV2 x [3x220 kV] / 50 Hz220 kVLEA 220 kV110 / 20 kVM3 ~M3 ~M3 ~6 / 0,4 kV3 x 400 / 231 Va.b.I>1Cablu3 x 6 kV23245678911011 12 1314151.2. Definiii i clasificri ale aparatelor electrice 13Fig.1.1. Locul aparatelor electrice: a. n centrala electric; b. la consumator. Parametrii electrici nominali ai aparatelor electrice Tensiunea nominal a aparatului electric Tensiunea maxim de serviciu a reelei Tensiunea de inere nominal sau nivelul de izolaie nominal Tensiunea de ncercaren prezent sunt standardizate sau recomandate urmtoarele tensiuni de ncercare:1. la frecven industrial cu durata de 1minut;2. la supratensiuni atmosferice (und impuls 1,2/50 s);3. la supratensiuni de comutaie (und impuls 250/2500 s).n tabelul 1.2 sunt date valorile tensiunii de inere la und de impuls i la frecven industrial.Tabelul 1.2. Valorile tensiunilor de inere ale aparatelor electriceTensiunea de inere la undde impuls[kV]Tensiunea de inere lafrecven industrial, t = 1minut[kV]Tensiuneanominal[kV]Izolaie plin IzolaieredusIzolaie plin Izolaieredus245 1050 900 460 395123 550 450 230 18524 125 5512 75 357,2 60 27 Curentul nominalValorile standardizate a curenilor nominali pentru aparatele electrice conform recomandrilorIEC (International Electrotehnic Committee) sunt prezentate n tabelul 1.3:Tabelul 1.3. Valorile curenilor nominali ai aparatelor electrice de nalt tensiuneDenumirea aparatului Curent nominal[A]ntreruptoare 400; 630; 1000; 1250; 1600; 2000; 3150; 4000;5000; 6300Separatoare de sarcin 200; 400; 630Separatoare 200; 400; 630; 800; 1250; 1600; 2000; 3150;4000; 6300Bobine de reactan 400; 600; 750; 1000; 1500; 2000Sigurante fuzibile 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25; 31,5; 40; 63; 80; 100Transformatoare de curent 1; 5; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100 Capacitatea de rupere Capacitatea de nchidere Curentul limit dinamic Puterea nominalSolicitri i condiii de funcionare impuse aparatelor electrice1.4. Solicitri i condiii de funcionare impuseaparatelor electricenstudiul aparatelor electricesepot stabili oseriedeproblemegeneralecareprivesc toate sau aproape toate grupele de aparate. Aceste probleme sunt legate de: aciunea arcului electric de comutaie; procesele termice; eforturile electrodinamice; procesele electromagnetice; contactele electrice; solicitrile izolaiei.n exploatare, aparatele sunt supuse aciunii multor factori care influeneazfuncionarea lor i care determin o serie de condiii tehnice pe care acestea trebuie sle ndeplineasc:1. Solicitrile electrice2. Solicitrile termice3. Solicitrile mecanice4. Solicitrile factorilor de mediu5. Solicitri ale timpului.PROCESE DE COMUTAIEArcul electricLocul arcului electric n cadrul descrcrilor n gazeArcul electric de deconectare reprezint o descrcare autonom, prin care spaiul dintre contactedevine bun conductor de electricitate, caracterizat prin densitate de curent i temperatur ridicat,presiune mai mare dect presiunea atmosferic, gradient de potenial de valoare redus.Locul arcului electricncadrul descrcrilorngazepoatefi urmrit nfigura2.1. ncareseprezint funcia U=f(i) pentru un tub cu gaz la presiunea de 1 mbar.Fig. 2.1. Caracteristica volt-amper pentru descrcarea electric n gazeVariaia gradientului de temperatur printr-o seciune transversal a arcului electric esteprezentat n figura2.2.:Fig. 2.2. Cmpul de temperaturi al arcului electricT60000K50000K40000K30000K3740Kcoloanaureolbacdefghi [A]u [V]10-1210-410-21001018004000Procese de ionizare n coloanProcese de ionizare n coloanFotoionizarea. Sub aciunea radiaiilor din domeniul ultraviolet ( < 0,38 m)atomii neutri aigazelor se pot ioniza dac energia primit depete energia de ionizare a atomului eUi .Tensiuni de ionizare pentru gaze, vapori metalici, metaleGazul Ui [V] Vapori metalici Ui [V] Metal Ui [V]Neon 21,5 Vapori de mercur 10,4 Al 5,96Helium 24,5 Vapori de sodiu 5,1 Ag 7,54Argon 16 Vapori de cesiu 3,9 Cu 7,69Azot 15,8 Fe 7,85Pt 8,9Au 9,19 Ionizarea prin excitaie peste nivelul metastabil Ionizarea prin ciocniren figura 2.2 se prezint curbele lui Paschen pentru aer respectiv SF6:Fig. 2.2. Curbele lui Paschen pentru aer i SF6 Termoionizarean figura 2.3. este prezentat dependena (T) n diferite cazuri:Fig. 2.3. Variaia gradului de ionizare n funcie de temperaturSF6aerpdUa0Procese de generare a electronilor la catod2.2.3 Procese de generare a electronilor la catod- Emisia termoelectronicLa temperatura de 0 K, electronii liberi din conductor ocup nivelele energetice Fermi :Fig. 2.4. Nivele energetice n metaleRichardson i Duschman au determinat expresia densitii curentului termoelectronic:TbkTW Wee T A e Thk m ejF = =2 2324tconstanta universal A = 1,2106Am-2K-21. Reflexii la suprafaa de emisie:Tb'e T D A j =22. Prezena sarcinilor spaiale la catod3. Efectul SchottkyFig. 2.6. Diminuarea potenialului de ieire prin efect SchottkyVixAnodCatodVex+-EiVE< 109V/m-Nivele FermiVr(x)[m][cm]eVmLex= eVexVi(x)V(x)VmLexWFLexWvvidmetalProcese de generare a electronilor la catod- Emisia autoelectronicFig. 2.7. Emisia autoelectronic, reducerea valorii barierei de potenialTabelul 2.3. Valorile critice ale cmpului electric n vid avansatMetal Ecr x 109[V/m]Lex[eV]Crom 5,225,42 4,6Wolfram 6,406,60 4,8Cupru 6,807,00 4,5- Emisia electronic secundar.Fig. 2.8. Variaia coeficientului emisiei secundare cu energia particulelor incidenteFig. 2.9. Influena unghiului de inciden asupra emisiei secundareWFLexWE=0LexE1>EE2>E1AgWCuo1W [eV]1.2000----u+ + + +We=040 eV600o1u = 0u = 70W [eV]0Formarea arcului electric n procesul de comutaie 39Amorsarea arcului electric la nivelul contactuluiFig. 2.11. Atingerea suprafeelor de contactArcul electric de curent continuu. Modelul fizic.Fig. 2.12. Modelul fizic al arcului electric de curent continuuCaracteristicile arcului electric de curent continuuFig. 2.13. Caracteristica static a arcului electric de curent continuuFFiUcatod2530 VUanod26 VdUcoloanUarcPata catodic10-6mPata anodic10-6m- + - +- +- +- +- +- +++++++--------------++Catod --Anod0I [A]U [V]10080100 200 30050 mm30 mm10 mm0 dtdi6040200Deconectarea circuitelor de curent continuuStingerea arcului electric static de curent continuu n cazul circuitelor inductive > 0Fig. 2.16. Caracteristica de stabilitate a arcului electric de curent continuu = 0Fig.2.17. Condiii limit de ardere a arcului electricCondiia limit de ardere a arcului electric definete valoarea curentului critic icr:Rl b a Uicrcr2 unde lcr este lungimea critic a arcului electric i reprezint lungimea dintre electrozi de la care arderea arculuielectric devine instabil. < 0fizic nu exist condiii de ardere stabil a arcului electric, arcul electric se stinge.i R U ) i ( ua Pentru stingerea arcului electric de curent continuu se utilizeaz dou soluii: creterea lungimii arcului electric; modificarea caracteristicii externe a sursei de alimentare prin introducerea unei rezistene suplimentare nserie cu arcul electric.Ua(i)iU-RiABi1i2RUuUUa1Ua20Ua(i)iU-R2iABicr1icr2uUl2 > l1l1crete lungimea arcului2RU1RUcrete R0Tensiunea de restabilire n instalaiile de curent continuu- prima etap este cuprins ntre momentul desprinderii contactelor, caracterizat prin cderea de tensiune pecontact Ucontact, amorsarea i arderea arcului electric caracterizat de funcia ua(i) i se termin n momentulstingerii arcului electric cnd tensiunea ntre contacte atinge valoarea Ustingere;- adouaetapdefineteprocesul tranzitoriuderestabilireatensiunii ntrecontacteleechipamentului decomutaie i dureaz din momentul stingerii arcului electric cnd tensiunea devine egal cu Ustingerepn larevenirea acesteia la o valoare egal cu tensiunea sursei de alimentare Usurs.Tensiuneadezvoltatlabornelesursei dealimentaredupstingereadefinitivaarcului electric, pedurataregimului tranzitoriu se numete tensiune tranzitorie de restabilire.Circuit inductiv. Valoareasupratensiunii maximeatensiunii tranzitorii derestabiliresedetermincurelaia:T v b U Tv ba Uv b a t v b a ) t ( u UaL aL a tresmax + = |.|

\|+ + = + = =Supratensiunea maxim la deconectarea circuitelor inductive este:T v b U Umaxtres = = AFig. 2.22. Deconectarea dinamic a unui circuit inductiv de curent continuuCircuit rezistiv. n cazul deconectrii circuitelor rezistive nu apar supratensiuni, tensiunea tranzitorie derestabilire avnd o valoare maxim inferioar tensiunii sursei de alimentare.crRcrRaR aR a tresi R Uv bi R a Uv b a t v b a ) t ( u Umax = |.|

\| + = + = = 22Circuit capacitiv. n cazul deconectrii circuitelor capacitive pot apare fenomene oscilatorii ale tensiuniitranzitorii de restabilire care determin o suprasolicitare suplimentar a izolaiei (ca nivel maxim i durat), maipronunat dect n cazul deconectrii circuitelor inductive.LC;CLiCi Umaxtres1 1= = ~ eeua(i)UtaLtia(t)iRUU-RiUbvTUtres maxua(t)utres(t)tres0uFig.2.23. Regimul tranzitoriu de deconectare dinamic:a. circuit rezistiv; b. circuit C, L, RMetode de limitare a supratensiunilor de comutaiePentrulimitareasupratensiunilor tranzitorii decomutaiencircuiteledec.c. seutilizeazurmtoarelemetode:- untarea cu elemente de tip R, RC sau diod de descrcare a circuitului de sarcin;- untarea cu elemente de tip C sau RC a contactelor echipamentului de comutaie.Fig. 2.24. Limitarea supratensiunii de comutaieFig. 2.26. Deconectarea dinamic a unui circuit inductiv protejat la supratensiune cu grup RDtatia(t)iRUUua(t)utres(t)tres0taRtia(t)iRUUua(t)utres(t)tres0a. b.LRp Rua KUiDi, uua(t)1Vures(t)t00tLRpRua KUiLRpRuKUiCpa. b.( ) ( ) ( ) t p t a ti i i + =Fig. 2.27. Limitarea supratensiunilor de comutaie la nivelul contactului, forma de variaia a curenilor prin grupul deprotecieProcedee i dispozitive pentru stingerea arcului electric de curent continuuExist trei posibiliti uzuale de stingere a arcului electric de curent continuu:- creterea tensiunii Ua, prin alungirea coloanei i deionizarea acesteia;- creterea rezistenei circuitului deconectat;- modularea intensitii curentului la ntrerupere.Metoda alungirii mecanice a coloanei arcului electric.Fig. 2.29. Stingerea natural a arcului electric, forat n camer de stingereFig. 2.30. Camere de stingere: a. cu fant larg; b. cu fant ngust; c. cu icaneLRpRua KUiaCpipi+_i, ipi(t)ip(t)ta1taLtbvCpRURa - UFFF3421BFeld+1234 561 camer de stingere;2 born de conexiunecontact fix;3 bobin de suflajmagnetic;4 miez feromagnetic;5 piese polare;6 fant ventilaie.12FFF F31 1a. b. c.Fig. 2.32. Bobine de suflaj i arc electric rotitorMetoda creterii rezistenei serie.Fig. 2.33. Reductor de curentMetoda modulrii curentului de arc electric.c k ai i i + =Fig. 2.34. ntreruptor de curent continuu cu modulaie a curentuluiR1 R2iCIVIIIIII121 bobine de suflaj;2 contacte electriceUikR LI1iaicL0R0C0I2++_ic(t)tiik(t)ia(t)t1t2 t3 t4Caracteristicile arcului electric de curent alternativSpre deosebire de arcul electric de curent continuu, arcul electric de curent alternativ este un proces cvasistaionar.ecuaia arcului electric de curent alternativ n regim dinamic:dtduu dtdii pp i uTaaa1 1 100 =t cos Idtdi; t sin I i e e e 2 2 = =se obine o ecuaie diferenial de tip Bernoulli:02 12=+ ||.|

\|+ aaaaauT Pt sin IuT t sint cosdtdu eeeeSe obin expresiile analitice finale [BARA] ale tensiunii i curentului arcului electric:t sin I ) t ( i)T( arctg ;Tt sin(It sin l P) t ( uaaaeee ee2214 12122 20==(((

++=prin eliminarea timpului t se obine expresia analitic a caracteristicii volt-amper dinamice a arcului electric:2 22 22 22024 11i Ii I iarctg ) i ( ;T) sin(Ili p) i ( uaa=(((

++= e Fig. 2.41. Curbele de variaie n timp ale tensiunii i curentului arcului electric de curent alternativua(t)ia(t)tpUapUsttua tensiunea de arc;ia curentul de arc;Uap tensiunea de amorsare aarcului electric;Ust- tensiunea de stingere aarcului electric;tp timp pauz.uCaracteristica volt-amper dinamic ua(i), obinut prin eliminarea variabilei timp, i modific alura funcie defelul rcirii arcului, materialul electrozilor, frecvena tensiunii de alimentare, lungimea coloanei de arc,parametrii circuitului deconectat, presiune :Fig. 2.43. Diverse forme ale caracteristici volt-amper pentru arcul electric de curent alternativStingerea arcului electric de curent alternativ. Condiii calitativeFig. 2.44. Condiiile stingerii arcului electric de curent alternativ n funcie de viteza de cretere a rigiditii dielectriceReuita stingerii arcului electric de curent alternativ depinde de urmtoarele corelri:- Corelare ntre tensiunea arcului ua(t) i tensiunea de restabilire ur(t).- Corelare ntre tensiunea de restabilire ur(t) i tensiunea de strpungere a mediului gazos ustr(t) n care ardearcul electric.Fig. 2.45. Alungirea arcului electric sub aciunea forelor electrodinamiceuaiauaiauaiauaiaUaUstrcire natural rcire foratcuprugrafita b.FeldFeldconvecieliberd5 sdlFeldconvecieliberd20 ~dlUr1(t)Ur2(t)Ustrpungere(t)ia1(t)ia2(t)StrpungereStingereut0Fig. 2.46. Forma arcului electric de curent alternativStingerea arcului electric de curent alternativ. Condiii cantitativeStudiindproceselecareaulocnjurul momentului anulrii intensitii curentului dearcsepot stabilicondiii cantitative privind stingerea arcului electric de curent alternativ.000===tatdtdUdtdiGPentru un interval de timp scurt putem considera variaia n timp a conductanei ca fiind descris de o funcieexponenial de forma:( )aT / te G t G=0( ) ( ) l P t u t Gtres 02< ; ( )aT / ttreseGl Pt u > e i2t= + , sefaceschimbarea de variabil ur = y i se obine o ecuaie diferenial liniar omogen de ordinul doi, cu coeficieniconstani i termen liber funcie trigonometric:t cos U y y y' "e e e o 2 22020= + +) t cos e ( U ) t ( uetreo = 1 2Fig. 2.60. Tensiunea de restabilire cu dou frecvene la deconectarea circuitelor inductive de c.a.u(t)i(t) R LIZC ur(t)u(t) eur(t) e ceetUmtt0Deconectarea sarcinilor inductive trifazate. Cu o aproximaie de cteva grade electrice, ntrerupereamecanic pentru cei trei poli ai unui ntreruptor este sincron n timp ce ntreruperea electric (stingerea arculuielectric la nivelul fiecrui pol) nu este sincron. Din diagrama fazorial prezentat n figura 2.61 :Fig. 2.61. Diagrama fazorial la deconectarea sarcinilor inductive trifazate, neutrul izolatrezult urmtoarele concluzii n ipoteza c polul 1 este polul care ntrerupe primul arcul electric:- solicitareadielectricceamai mare12 5 1 U , aparelapolulprincarecurentuldescurtcircuittrece primul prin valoarea zero;- solicitrile dielectrice ale polilor 2, 3 sunt mai reduse16 5 0 U . ;- solicitrile termice sunt maxime la nivelul polului 3 pentru care exist o prelungire a curentului dearc cu un unghi de t/6; curentul n polul 2 este ntrerupt n avans cu unghiul t/6, astfel curentuldinpolii 2, 3sentrerupesimultan, conformdiagramelor mrimilor instantaneeprezentatenfigura 2.62.:Fig. 2.62. Formele de und n cazul unui scurtcircuit trifazat n reele cu neutrul izolatU1U2U3Ur1Ur3Ur2I23I1u1(t)i1(t)1,5\2U1u2(t)i2(t)1,5\2U10,5\6U10,5\6U10,5\6U10,5\6U1i3(t)u3(t)i23(t)i23(t)Deconectarea sarcinilor inductive la gol. Sarcini inductive mici pot fi transformatoare electrice, liniielectrice n gol. Schema de principiu pentru deconectarea unui transformator ce funcioneaz la gol este dat nfigura 2.63.:Fig. 2.63. Schema echivalent pentru deconectarea unui transformator cu funcionare la golValoarea maxim a tensiunii tranzitorii de restabilire [ANAN, LEON] la ntreruperea curentului de mers n gol este:CLi Umaxtres ~0(2.175)Reaprinderile succesive ale arcului electric [SLAM, SUCI] protejeaz izolaia ntreruptorului i reeaua electricmpotriva unor supratensiuni inadmisibile Umax , n conformitate cu formele de und prezentate n figura 2.64.:Fig. 2.64. Regimul tranzitoriu al tensiunii tranzitorii de restabilire la deconectarea sarcinilor inductive miciLTCA CBRTLUi0UstrUa(t)ur(t)tia(t)tUmaxu(t)ABCA1B1C1O00Deconectarea sarcinilor capacitiveDeconectarea sarcinilor capacitive monofazate. Sarcini capacitive monofazate pot fi cablurielectricengol, bateriidecondensatoare, schemaelectricechivalentcemodeleazunastfeldecircuitesteprezentat n figura 2.65.:Fig. 2.65. Circuitul echivalent n cazul deconectrii unei sarcini capacitive monofazateLa deschiderea ntreruptorului I , la momentul O0+ tensiunile pe elementele de circuit sunt cele reprezentate culinie punctat:max C a CU u u uB A~ + =Fig. 2.66. Forme de und la deconectarea sarcinilor capacitive monofazateuCACA CB+LUiuCB- +-Iua-UmaxUmax2Umaxutres(t1)>Umaxt1t2u1tres(t2) < 3Umaxia(t)ia1(t)t3 t4u1CA(t)u1CB(t)u(t)uCB(t)u1tres(t)Ot0utres(t) < Umaxu1tres(t)uCA~u(t)utres(t2) < 2Umax0 tu, iDeconectarea circuitelor electrice la frecvene marin ultimele decenii s-au rspndit sursele de alimentare de frecven ridicat destinate unor utilizri industriale:clirea sau topirea metalelor, uscarea unor produse, acionri electrice.Deconectareasarcinilorrezistive. La deconectarea sarcinilor rezistive curentul i tensiunea trecsimultan prin valoarea zero ca urmare expresiile tensiunii tranzitorii de restabilire i ale vitezei de restabilire atensiunii la bornele aparatului de comutaie sunt:( )fU v ; t cos Udtduv ; t sin U ut max RRtresR Rtrest e e e 2 2 2 20 = = = ==Deconectareasarcinilor inductive. Expresiatensiunii tranzitorii derestabilireseobinedinrelaia(2.170) avnd n vedere c pulsaia sursei de alimentare eodat cu creterea frecvenei devine aproximativ deacelai ordin de mrime cu pulsaia proprie de oscilaie a circuitului de sarcin e0:RLT ; u u e t cos t cos U uaperiodica periodicaTtLtres= + =||.|

\| =02 e eFig. 2.71. Deconectarea sarcinilor inductive la frecvene mariLa frecvene ridicate stingerea arcului electric poate deveni mult mai uoar ncazul sarcinilorinductive (vitez de variaie a tensiunii de restabilire mic) dect n cazul sarcinilor rezistive.ua(t)ia(t)u(t)uLtres(t)u(t) utres periodic(t)tutres aperiodic(t)t=00u, iProcedee i dispozitive pentru stingerea arcului electric de curent alternativStingerea arcului electric scurt. Procedeul frecvent utilizat pentru stingerea arcului electric scurt const ndivizareacoloaneiacestuia. Stingereaseobinepebazaefectuluideelectrod, corespunztorcruiatensiuneafurnizat de surs nu mai satisface suma cderilor de tensiune la catozi, necesar reamorsrii.Fig. 2. 72. Camere de stingere de joas tensiune: a. cu grile metalice; b. cu bare.1 contacte; 2 camer de stingere; 3 grile; 4 bare metalice; 5 rampeStingerea arcului electric lung. Pentrustingereaarculuilung, echipamentedenalttensiunesunt prevzute cu camere de stingere n care se asigur o deionizare intens. Agentul de preluare acldurii dincoloana arcului este unfluidcubuneproprieti electroizolante i de stingere: aercomprimat,ulei,SF6[IKED, NIEM]. nfigura2.73.seprezintexempledecameredestingerecusuflaj cu jet de gaz longitudinal, respectiv transversal:Fig. 2. 73. Camere de stingere cu aer comprimat: a. suflaj longitudinal; b. suflaj transversal1 contacte; 2 camera de stingere; 3 arc electric; 4 - ajutajFig. 2.74. Camer de stingere cu ulei i suflaj transversal1542AA31a. b.a.jet aer comprimat31142b.1643521- sistem izolaie;2- camera de stingere;3- arc electric;4- contact fix;5- canale;6- contact mobil.3. PROCESE TERMICE3.1. Dezvoltarea cldurii n elementele aparatelor electrice3.1.1. Dezvoltarea cldurii prin efect Joule - LentzPuterea dezvoltat prin efectJoule Lentz n unitatea de volum a unui conductor parcurs de curent estedat de expresia:2J p = unde este rezistivitatea materialului; J densitatea curentului de conducie.n cazul cilor de curent masive alimentate n curent alternativ, pentru calculul rezistenei electrice este necesars se considere urmtoarele efecte care contribuie la creterea suplimentar a pierderilor active:- efectul pelicular;- efectul de proximitate;- efectul de bucl.Efectul pelicular.undeHmeesteintensitateacmpuluimagneticpesuprafaamaterialului;Eme- intensitateacmpuluielectric pe suprafaa materialului.Valorile densitii curentuluiJ(x) , la suprafaa materialului Jme , respectiv la o adncime n materialegal cu adncimea de ptrundere x = o , sunt:e / J J ;HJ ; e J Jme ) x (memexme ) x (= = ==ooo02Fig.3.1. Repartizarea curentului de conducie n cazul efectului pelicularntabelul 3.1sunt datevalorileadncimii deptrundereladiversefrecvene i temperaturi pentrudiferitemateriale.Tabelul 3.1. Variaia adncimii de ptrundere n funcie de frecven i temperatur.Frecvena[Hz] o [mm]Cu la 15C la 15C OL 45 la 800C50 10 5 70500 3 1.5 222500 1.3 0.67 10J(x)xJxoJ0JmeJ(x)0Efectul de proximitate. Efectuldeproximitateesteovariantaefectuluipelicular, i constnconcentrareacurentului n anumite zone ale suprafeelor conductoarelor parcurse de curent.Fig. 3.2. Cmpul magnetic i repartizarea curentului la efectul de proximitatea. cureni de acelai sens; b. cureni de sens contrar.Efectul de bucl.ncazuluneispireparcursdecurentalternativ, densitateamaximacurentuluivafipepartea interioar a spirei , efect de bucl.Fig. 3.3. Cmpul magnetic i repartizarea curentului n cazul efectului de buclncazul cilor decurent masivealimentatencurent alternativrezistenaelectricsecalculeazcurelaiageneral:bucla e proximitat pelicular ps cc pscps cak k k k ; R kSlk R = = = undekpsestecoeficientul pierderilorsuplimentarencurent alternativ, determinat princalcul analiticsaucuajutorul monogramelor [HORT].Cantitatea de cldur degajat prin efect Joule Lentz este:dt P Qt) t ( ) t ( =}0unde P(t) reprezint fluxul termic transmis dup o direcie normal prin suprafaa S.Densitateafluxului termic(fluxul termicspecific) q, seobineprinraportareafluxului termiclasuprafaatraversat:dSdPq =a. b.3.1.2. Dezvoltarea cldurii n materialele feromagneticePierderi prin histerezis magnetic. Sunt proporionale cu frecvena, inducia magnetic i aria ciclului dehisterezis. Pierderile specifice raportate la unitatea de volum pot fi calculate cu ajutorul relaiilor:- B < 0,2 Tse utilizeaz formula lui Rayleigh:3maxH f k PR h =- 0,2 < B < 1,5 T se utilizeaz formula lui Steinmetz :nH hB f k Pmax =Pierderi prin cureni turbionari. Se datoreaz efectului JouleLentz care nsoete inducerea de curenielectrici n corpurile conductoare masive aflate n cmpuri magnetice variabile.Fig. 3.4. Circulaia curenilor turbionari pentru un conductor masiv n cmp magnetic variabilPierderi anormale n materialele feromagnetice. Repartiia pierderilor n fier n funcie de frecvenatensiunii de alimentare este prezentat n figura 3.5.:Fig. 3.5. Repartiia pierderilor n fier n cazul tolelor laminate la receri0redrrJzEzxygJyHyzH(x,y,z)i irerir drh2o yOHyHzxHxgJxHxPFef[KHz]01 0.01PHPtPanPFe0.13.1.3. Pierderi n dielectricinclzirea dielectricilor (materialelor izolatoare) se datoreaz pierderilor de putere prin conducie (neglijabile) ipierderilorprinhistereziselectric(importante). CantitateadecldurPddezvoltatnstructuradielectricului,supus unei tensiuni sinusoidale avnd valoarea efectiv U, este dat de relaia:o e tg CU Pd2=3.2. Transferul de cldur n aparatele electrice3.2.1. Conducia termicTransmisia cldurii prin conducie termic are loc conform legii lui Fourier:u grad ) n (dS dtQ dn q = =2Procesul fizic al transferului de cldur prin conducie termic este prezentat n figura 3.6.:Fig. 3.6. Conducia termic n regim nestaionar3.2.2. Radiaia termicUncorpnclzit latemperaturaT, diferitdezeroabsolut, transmitecldurprinradiaietermicaltorcorpuri nvecinate a cror temperatur este mai mic dect temperatura sa. Fluxul termic specific transmis prinradiaie de suprafaa exterioar S a unui corp care funcioneaz nvid sau ntr-un mediu gazos aflat latemperatura Ta, este dat de legea Stefan Boltzmann:( ) ( ) ( )a r a r a rT T T T K q u u o o c = = =4 4undeK=5,6697.10-8W/m2K4esteconstantaStefanBoltzmann; c JcrutT Trup0.632up0Diagrama temperaturilor pentru regimul de scurtcircuit este prezentat n figura 3.11:Fig. 3.11. Diagrama temperaturilor n funcie de regimul de funcionarePentru un curent variabil n timp isc(t) se poate defini un curent echivalent Iec care produce acelai efect termic caisc(t) n intervalul de timp corespunztor scurtcircuitului:( )t J tSIdtSt iecectsc 22202= = |.|

\|}unde t este timpul ct are loc scurtcircuitul.Pentruaputeadeterminaefectul termical curentului descurtcircuit ( ) t isci aputeadeterminavaloareaJeccorespunztoare acestui curent se ine cont de forma curentului de scurtcircuit:Fig. 3.12. Forma i parametrii curentului de scurtcircuitEfectul termic al curentului de scurtcircuit poate fi aproximat cu o relaie de forma:( ) ( ) t I t I n m dt t iec scltsc2 202= + =}unde Isca este valoarea efectiv a componentei aperiodice a curentului de scurtcircuit; Iscp valoarea efectiv acomponentei periodice;sclsclIi2= _ este factorul de lovitur al curentului de scurtcircuit; Il valoarea efectiva curentului de lovitur; coeficienii ( ) 2 s = _ , t f m i 1 s||.|

\|=scpsclII, t f n sunt precizai grafic n figura 3.13:[u]uscmaxuscu2ua0uscuscmaxumaxregim scurtcircuitmaxim admisibilnominalregim permanenttOisclscpiscsclFig. 3.13. Valorile parametrilor m, nTemperaturile maxim admisibile cu asigurarea stabilitii termice la scurtcircuit, pentru unele ci de curent suntprezentate n tabelul 3.4.:Tabelul 3.4. Temperaturi maxim admisibile ale cilor de curentNr.crt.Material Tipul constructiv u2[C]uscmax[C]Conductor gol sau vopsit 60 200Conductor aerian funie 80 170Cablu cu izolaie de hrtie, U = 6 kV 65 1201. CupruCablu cu izolaie de hrtie, U > 20 kV 45 100Conductor gol sau vopsit 60 180Conductor aerian funie 80 130Cablu cu izolaie de hrtie, U = 6 kV 65 1202. AluminiuCablu cu izolaie de hrtie, U > 20 kV 45 100Regimul tranzitoriu de nclzire n cazul solicitrii termice intermitenteCile de curent funcioneaz cel mai frecvent nregimintermitent. Regimul termic intermitent estecaracterizat prin durata relativ de conectare DC i frecvena de conectare fc .Fig. 3.14. Regimul termic tranzitoriu al supratemperaturii cii de curent n cazulIsclIscpreg. tranzitoriulung duratreg. tranzitoriuintermitentuupumaxuminitttc tpTIIiefu1u2u3u4u2n-1u2nu2n-2u2n+1u50Dac se consider c temperatura iniial a conductorului este nul u0 = 0, relaiile generale ce descriu proceseletermice pentru regimul intermitent sunt:rpicTtp ) t ( racireTtp ) t ( incalziree ; e =||.|

\| = 0 0 0 0 1Expresiile pentru temperaturile maxime umax i minime umin corespunztoare regimului intermitent stabilizat: = = = = + pTtTtTtmaxnnpTtTtTtTtTtminnnrpicicrpicrpicrpe eee ee e eu u uu u u1111 22Regimul termic al bobinelor- forma geometric care determin suprafaa de cedare a cldurii;- construcia bobinei, modul derealizare a bobinajului (cilindric,n rnduri, ah), factorulde umplere carepoate varia ntre 0,20,8;- poziia de funcionare: vertical sau orizontal- prezena sau lipsa circuitului magnetic (n c.c. miezul se comport ca un radiator termic iar n c.a. devinesurs termic datorit pierderilor n fier);- mediul de lucru: mediul ambiant, ulei, vid, nglobat ntr-o mas plastic, cu rcire natural sau forat;Regimul termic al bobinelor fr miezFig. 3.25. Regimul termic permanent al bobinei fr miezxyr0r1rmaxr2P Pumaxu1u2o1o2hzu uaumaxuinfusup0Din ecuaia general a conduciei termice pentru medii cu surse (3.30) particularizat pentru regimultermic permanent i coordonate cilindrice rezult:01 1222 22= +cc +cc +cc u u u pr r r r(3.161)n conformitate cu ipotezele de calcul enunate se poate considera variaia unghiular a temperaturii cafiindneglijabil 022=ccu, caurmaresoluiacmpului detemperaturninteriorul bobinajului segsete prin rezolvarea ecuaiei difereniale:0122= +cc +ccu u pr r r(3.162)care admite o soluie de forma:2 12) (ln4C r Cprr+ + =u (3.163)cu condiiile de frontier:==2 ) (1 ) (21u uu urr(3.164)Prin nlocuirea condiiilor la limit (3.164) n soluia general (3.163) se obine sistemul de ecuaii:+ + =+ + =2 2 12222 1 1211ln4ln4C r CprC r Cpruu(3.165)care permite determinarea constantelor C1, C2 n funcie de temperaturile pe suprafeele interioar u1respectiv exterioar u2 care pot fi determinate prin msurtori.( ) ( )( ) ( ) ( ) + = + =) ln (ln 4ln ln ln ln 4 ) ln (ln 4) ln (ln 442 12 121 12221 1 2 1 2 1 122 12221 2 11r rr r pr r r r p r r rCr rr r pCu u u u u (3.166)Pentru determinarea analitic a temperaturilor u1, u2 se utilizeaz condiiile de frontier privitoare laconstana fluxului termic specific transmis prin suprafaa de separaie bobin mediu ambiant:( ) ( )a ar rprrCdrdu u o u u ou =||.|

\| ==1 11111 12;1(3.167)( ) ( )a ar rprrC;drdu u o u u ou =||.|

\| = =2 22212 222(3.168)unde ua este temperatura mediului ambiant.Din ecuaia (3.167) se determin constanta C1:ar r prC uouo1 111 12112 + = (3.169)care se nlocuiete n ecuaia (3.168) i se obine ecuaia:( ) ( )ar r r r p r r u o o u o u o2 2 1 12221 2 2 2 1 1 12 2 2 + = (3.170)Din egalarea constantei C1din ecuaia (3.166) cu valoarea ei dat de (3.169) rezult:( )arrln rrrln pr r r prrln r u o u u o 211 121 212221 2 1211 14 2 4 4 4 + = ||.|

\| (3.171)Din ecuaiile (3.170) i (3.171) se obine un sistem de ecuaii n care necunoscutele sunt temperaturileu1, u2:= += +B A AA A A2 22 1 212 12 1 11u uu u(3.172)cu soluia:+ =+ + =21 12 22 1111 21221 12 22 1112 221A A A ABA AAA A A ABA AAuu(3.173)Prinnlocuire necuaia(3.166) seobinconstantele C1, C2cedepindde geometriabobinei icondiiile de transfer termic. Soluia cmpului de temperatur (3.163) permite determinarea punctuluicorespunztor solicitrii termice maxime a bobinajului conform condiiei de maxim:pCr ;drdmaxmaxmaxr r uu120 = ==(3.174)3.5.2. Regimul termic al bobinelor cu miez de curent continuuBobinelealimentatencurent continuu, cumiezferomagnetic, transfercldur ctremediulambiant i ctre miezul feromagnetic, deoarece acesta nefiind sediul unor surse termie se comport caunradiator termic. Tehnologicserealizeazuncontact termicntrebobinaj i miezpentruasembunti regimul termic al bobinajului. Pentru calculul nclzirii bobinei de curent continuu se facurmtoarele ipoteze simplificatoare:- cldura se degaj uniform n tot volumul ocupat de bobin dup direcii radiale;- bobinasecomportcauncorpizotrop, caracterizat deoconductivitatetermicechivalent (conductor, izolaie conductor, izolaii ntre straturi, lacuri impregnare, etc).Bilanul puterilor la nivelul bobinajului este:h l RIm medo0 22= (3.175)undelmestelungimeamedieaspirei bobinajului ( )2 1r r lm+ = t ; umedsupratemperaturamedieabobinajului considerat ca un mediu izotrop, fa de temperatura mediului ambiant.Fig. 3.26. Bobina de curent continuu cu miezAriaactivamaterialuluiconductorobinutlasecionareabobineisepoateexprimanfunciedefactorul de umplereal ferestrei fu, seciunea conductorului de bobinaj Sc, numrul de spire N,geometria bobinei sub forma:( ) 8 0 2 01 2, ... , f ; h r r f NSu u c= = (3.176)Rezistena bobinajului:cmSlN R = ; ( )med R0 o + = 10(3.177)unde 0 este rezistivitatea conductorului bobinajului la temperatura mediului ambiant.Ecuaia de echilibru termic (3.175) permite determinarea supratemperaturii medii a bobinajului:( ) ( )( )h r rSI r r Nmedcmed R2 122 1 021+ =+ +t o0t 0 o (3.178)( )( )R c R cmedNI hNSNINI hSNIo oo o0202020202 2 ==sau innd cont de ecuaia (3.176) se obine:( )( ) ( )R umedNI r r f hNIo o020 1 22202 = (3.179)Dac bobina este alimentat n regim intermitent cu un curent avnd valoarea echivalent DC I Ii = ,rezult valoarea supratemperaturii medii a bobinajului ce lucreaz la odurat de conectare DCcunoscut, amplitudinea curentului intermitent fiind I:lmushP Pr1r2umaxmiezferomagneticuar( )( ) ( )( )( ) ( )R u R i uiint medNI DC r r f hNI DCNI r r f hNIo oo o020 1 222020 1 22202 2 = = (3.180)Deoarece, att la bobinele de c.c., ct i la cele de c.a. temperatura celui mai cald punct din volumulbobinei determindurataei deserviciu, cunoatereadistribuiei temperaturii estedeoimportandeosebitdeoarecedepireavaloriimaxim admisedeclasadeizolaiepunenpericolintegritateabobinei i compromitefuncionareaaparatului ncareaceastaesteelement component. Evaluareatemperaturii bobinajului se poate face dup una din metodele urmtoare:- metode inginereti bazate pe msurarea variaiei rezistenei bobinajului i aplicarea unor relaii decalcul rezultate din experiena practic;- metoda de msurare direct, cuajutorul termocuplelor, termometrelor, estedificil deaplicatdatorit dificultilor legate de amplasarea elementelor de msur ce presupune operaii specialede pregtire ale bobinajului;- metode analitice ce utilizeaz ecuaiile de bilan termic i ipoteze simplificatoare pentru realizareamodelului de calcul;- metode de modelare numeric bazate pe programe specializate ce utilizeaz metoda elementelorfinite (MEF) sau a diferenelor finite (MDF).Pentrucalculeleingineretiladeterminareatemperaturiimaximeabobinajului umaxsepoateutilizarelaia:s med max0 0 0 = 2 ;amb s su u 0 = (3.181)us temperatura medie pe suprafaa bobinei;Supratemperaturamedieabobinajului umedsecalculeazprinmetodamsurriivariaieirezisteneibobinajului:( )med RR R 0 o + = 11 2(3.182)unde R1este rezistena iniial a bobinajului la temperatura uamb; R2- rezistena bobinajului latemperatura de funcionare.RmedRR Ro011 2 = (3.183)Temperatura maxim n interiorul bobinajului determinat experimental este dat de relaia:s ambRmaxRR Ru uou += 2 211 2(3.184)3.5.3. Regimul termic al bobinelor cu miez de curent alternativCaracteristic pentruobobin estefaptul c structura acesteiaeste neomogen aceastafiindformatdinconductorul activ, izolaiaconductorului i izolaiantrestraturi, lacul deimpregnare,carcasa bobinei. Fiecare dintre aceste elemente este caracterizat prin conductivitate termic i cldurspecific volumic proprie.Regimul termic al bobinelor cu miez de curent continuuBobinele alimentate n curent continuu, cu miez feromagnetic, transfer cldur ctre mediul ambianti ctre miezul feromagnetic, deoarece acesta nefiind sediul unor surse termie se comport ca un radiator termic.Bilanul puterilor la nivelul bobinajului este:h l RIm medo0 22=Fig. 3.26. Bobina de curent continuu cu miez( )( ) ( )R umedNI r r f hNIo o020 1 22202 =Pentru calculele inginereti la determinarea temperaturii maxime a bobinajului umax se poate utiliza relaia:s med max0 0 0 = 2 ;amb s su u 0 =us temperatura medie pe suprafaa bobinei;Temperatura maxim n interiorul bobinajului determinat experimental este dat de relaia:s ambRmaxRR Ru uou += 2 211 23.8. Caracteristici timp - curent.Cile conductoare ale echipamentelor electrice pot fi strbtute de cureni electrici a cror intensitate poatevaria n limite foarte largin echipament nI ... I I ... < < 30 10 1 0 , n funcie de regimul de funcionare:- regim de sarcin normal,n echipamentI ... I s 1 0 ;- regim de suprasarcin,n echipament nI , ... , I I , < < 5 1 2 1 05 1 ;- regim de scurtcircuit,n echipamentI , ... , I > 1 2 6 1 .lmushP Pr1r2umaxmiezferomagneticuarFig. 3.31. Regimul tranzitoriu al temperaturii la stabilirea curentului de avarie.Expresia funciei usc(t) pe durata regimului de avarie rezult conform relaiei generale (3.54) de forma:i iTtpTtpsc ) t ( sc amb ) t ( sce e +||.|

\| = = 0 0 0 u u 11ln ;1ln ; ln2*2 2*22 22 22 2=||.|

\|||.|

\|||.|

\|==IITIIIIIITI II ITi adadscadsadsci adad scs sci adqt t tFig. 3.32. Caracteristici timp - curent:a. caracteristici tad (I*) pentru aparatul protejat; b. caracteristica tprotecie(I*) pentru aparatul de protecie aflat n stare iniial(rece); c. caracteristica tprotecie(I*) pentru aparatul de protecie aflat n funcionare (stare iniial cald);0IsIadIscittaduuadupuambtInFKM1I*2regim sarcinnormalregim suprasarcinregim scurtcircuitabctad2(I1*)0I1*tprece(I1*)tpcald(I1*)F - aparat de protecie;K - aparat de comutaie;M - sarcin ( aparat protejat).I >tadq2q1 < q2tad1(I1*)4. FORE ELECTRODINAMICE4.1. Metode generale de calcul a forelor electrodinamiceForele electrodinamice se pot calcula folosind urmtoarele metode:- evaluarea forei Laplace;- aplicnd teorema forelor generalizate n cmp magnetic;- calculul expresiei tensiunilor maxwelliene.Fora Laplaceo sin idlB dF ; B l id F d = =Fig. 4.1. Calculul forelor electrodinamice prin metoda LaplaceFora total F, care acioneaz asupra conductorului de lungime l este:}=Crsin ' dlsin l i F22 710|oTeorema forelor generalizate n cmp magneticForele generalizate prin care circuitele interacioneaz au forma general:. ct im. ctmxWF ;xWF= =((

cc=((

cc =|Fig. 4.2 Metoda forelor generalizate n cmp magnetici(C)dl0rB|dFodl'dFx2dFx1i1i212(x)dxdxdWF ; dx F dWmx x m= =Solicitrile electrodinamice ale cilor conductoareConductoare coplanare, paralele, rectilinii, filiforme, de lungime infinit.Fig. 4.5. Conductoare paralele, coplanare, filiforme de lungime infinit.Inducia B datorat conductorului 1 n punctul P este determinat cu relaiile:.sinar ;rasin;sinda dy ;ayg cot;rsin dy iB||||||t= = = ==}+ 221 04Pe lungimea l a conductorului 2 fora electrodinamic rezultant F este de forma:ali i dlaii Bdl i Fl l2017 1 020210 22} } = = =tSensul forelor electrodinamice este astfel nct pentru cureni de acelai sens conductorii tind s se apropie, iarpentru cureni de sensuri opuse, conductorii tind s se deprteze.dyyxPai2i1|1|2|r1rr2ldxydF12Funcia de corecie a forei electrodinamice n cazul conductoarelor filiforme de lungime finitFig. 4.7. Funcia de corecie c(a/l) a forei electrodinamice pentru conductoare de lungime finit.Fore electrodinamice exercitate ntre conductoare cu seciunea transversal finitExist numeroase situaii practice n care la evaluarea forelor electrodinamice, dimensiunea caracteristic aseciunii transversale a conductoarelor nu mai poate fi neglijat n raport cu distana dintre acestea.Ci conductoare paralele, rectilinii, cu seciune circular.Fig. 4.8. Conductoare paralele de seciune circular.Inductivitatea sistemului format din dou conductoare paralele de lungime a l >> , pentru care dimensiunile a, rsunt comparabile, este dat de relaia:1 4 107= |.|

\| + =) aer ( r r;rr aln l L r ali ida) W ( dF. const i m = = =2 1710 2Dac conductoarele de seciune circular au lungimea finit relaiile de calcul ale forei electrodinamice sunt:( )+ = |.|

\| |.|

\| =lr alr alr a;lr ar ali i Fcc222 17110 20 1 2 3 4a/lc (a/l)1cBi1i22raFXCi conductoare cu seciune transversal finit, subiri, de lungimi infinite.fali i F 2 1710 2 = ;unde factorul de form f (h,a) ine cont n calculul forelor electrodinamice de dimensiunea finit a seciuniitransversale a conductorului a crei dimensiune caracteristic nu mai poate fi neglijat n raport cu lungimea ciide curent.Dac conductoarele sunt de lungime finit, relaia (4.39) se completeaz cu funcia de corecie c(a/l):|.|

\| =laali i Fc f 2 1710 2Curbele lui Dwight pentru determinarea factorului de form fD:Fig. 4.10. Curbele Dwight.|.|

\| =laali i Fc fD 2 1710 2Ci conductoare de seciune transversal circular finit n configuraii de tip U i L.Fig. 4.11. Conductoare de lungime infinit, seciune circular finit n configuraie de tip U.0 0,4 0,8 1,2 1,4 1,8 2,0(a-b)/(b+h)fD1,40,2b/h=0b/h=b/h=10,81,00,41,20,62riaFalF Inductivitatea configuraiei de tip U este:710 25 0 4 |.|

\|+ = ,raln l LInductivitatea configuraiei de tip L este:710 25 0 2 |.|

\|+ = ,raln l LFore electromagnetice exercitate asupra cilor conductoare amplasate n vecintateaunor corpuri feromagneticeConductor paralel cu un perete feromagnetic.Fig. 4.12. Conductor amplasat n vecintatea unui perete feromagnetic.Pentrucalculul forei electromagneticeFsefaceapel lametodaconductorului imagine. nipotezacmediul feromagnetic este infinit extins n raport cu dimensiunea caracteristic a conductorului, spectrul liniilorde cmp nu se schimb dac mediul feromagnetic este nlocuit cu un conductor imagine amplasat la distana afa de frontiera aer - mediu feromagnetic, i parcurs de un curent i'.11+ =rFerFe 'i i|.|

\|+ = |.|

\| + = + = lar ali F ;laali F ;ali FcrFerFecrFerFerFerFe22 1110 222 1110 22 1110 22 7 2 7 2 7Conductor amplasat ntr-o ni dreptunghiular.Fig. 4.14. Conductor amplasat n ni dreptunghiular.FrFeraer+iaFraerraer+i+i'Fa a2rxloFiAoAFeu121212 2= = =u= AA= == cc= N ; LNiLiU;dxdidxdLi. const i xWFmagmotoo lililxdxdi F2 702 0 210 22121H = = |.|

\|=Conductor amplasat ntr-o ni triunghiular.Fig. 4.15. Conductor amplasat n ni triunghiular.otoo lx ggilxdxdidxdi Fxxx =||.|

\|=A=A2 7 0 2 2) (10 22121Fore electrodinamice exercitate ntre circuite cuplate magneticFore electrodinamice dezvoltate ntr-o spir circularSe consider o spir circular de raz R, executat dintr-un material conductor de seciune circular i razr, parcurs de un curent electric cu intensitatea i, conform figurii 4.16.:Fig. 4.16. Solicitri electrodinamice la nivelul spirei circulare.Dac conductorul este din cupru rCu = 1, relaia inductivitii spirei este:xgooxFi2rRifrftodoFtFt|.|

\| =75 1810 47,rRln R L tFore electrodinamice exercitate ntre spire circularencazul bobinelorfrmiezmagnetic, ntrespirelecuplatemagneticaparforedeinteraciune, acrorcomponente sunt prezentate n figura 4.17:Fig. 4.17. Fore electrodinamice exercitate ntre spire circulareInductivitatea mutual dintre spire este dat de relaia:( )|||.|

\| + =2810 421 22117r r hrln r M tForaelectrodinamicexercitatntr-obobinasupraspirei. nmajoritatea cazurilor spirele suntcomponente ale unei bobine ca urmare pentru a determina efectul forelor electrodinamice la nivelul spirei ar finecesar s se evalueze influena fiecrei spire a bobinei asupra spirei considerate n calcul.Fig. 4.18. Fore electrodinamice exercitate asupra spirelor ntr-o bobin.8421Fak63Ba5B55 Br5Ba4Ba8Ba7B77 Br7Br5Fr8FkFr4Fa6Fa2Br2kFrkBa3B3Br32r12r2hFhFr0FR1Fi1i2oFr0FhFR2FFore electrodinamice exercitate ntre bobineForaelectrodinamicdeinteraciunedintredoubobinecilindrice, frmiez, naer, secalculeazprinutilizarea teoremei forelor generalizate n cmp magnetic:dxdMi i F2 1=unde i1, i2 sunt intensitile curenilor electrici n bobinaje; M - inductivitatea mutual dintre bobine.Calculele analitice realizate pe baza relaiei (4.69) conduc la expresii [BARA, HIRA] care pot fi scrise n formageneral:K N N i i F2 1 2 1=Valorile constantei K se determin din nomograme de calcul conform figurii 4.19.:Fig. 4.19. Nomograme pentru constanta K.Fore electrodinamice n instalaiile de curent alternativFore electrodinamice n instalaiile monofazateCazul careconducelaforeleelectrodinamicemaximeestecel al scurtcircuitului asimetricpentrucareexpresia curentului este:( )||.|

\|+ =Ttscp sce t sin I t i e 2Pentru fora electrodinamic la scurtcircuit Fsc(t) se poate utiliza relaia simplificat:( )2 710sc sci k t F =1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2x/D2468x 10-8KhDxbh/D = 1,510,50 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0x/D481216x 10-8KhDxbh/D = 1,510,5Reprezentarea grafic a forei electrodinamice de regim tranzitoriu este dat n figura 4.20.:Fig. 4.20. Fora electrodinamic de regim tranzitoriu.Valoarea maxim foc a forei electrodinamice Fsc(t) corespunde intensitii curentului de scurtcircuit de lovituriscl. (considernd pentru factorul de lovitur valoarea practic maxim 8 1, = _ ), rezult:( )max scp scp soc socf , Ik , I k ki f 24 3 10 24 3 2 10 102 727 2 7= = = = _Fore electrodinamice n instalaii trifazateSistem trifazat cu conductoare coplanare. Se consider un sistem trifazat format din trei conductoare 1,2, 3 de lungime i seciune transversal finit aezate la distana a, conform figurii 4.21.:Fig. 4.21. Fore electrodinamice n sisteme trifazate cu conductoare coplanare.1 3 2-+F31F12F13F32F21F23isc3isc1 isc2a atranzitoriu permanenttOisclscpiscFscisc(t)Fsc(t)focfmaxFmedPentru regimul de scurtcircuit permanent, t( )( )( ))`||.|

\| =||.|

\|+ = =75 0 2231075 0 223102 10 32 732 722 71, sin kI t F, sin kI t Fsin kI t Fscp pscp pscp pooon figura 4.23. este prezentat solicitarea electrodinamic la care sunt supuse conductoarele laterale ale unuicablu de alimentare trifazat cu tensiunea de 20 kV, supus unui curent de scurtcircuit de 130 kA.Fig. 4. 22. Fore electrodinamice n sisteme trifazate pentru regim de scurtcircuit trifazat simetric.Fig. 4.23. Solicitri electrodinamice ale conductoarelor coplanare n sisteme trifazatea. b.tOx10-7kscpF12F1(t)f1max134F1p(t)2,805tOx10-7kscpF22F2(t)f2max134F2p(t)2,621f2p max0,808f2p min-0,058tOx10-7kscpF3-2F3(t)f3max-1-34F3p(t)-2,621f3p max-0,808f3p min0,058aa0,866f1pmaxELECTROMAGNEIElectromagnetul constituieunmagnet temporar capabil satragsauseliberezeoarmturmobilferomagnetic atunci cnd bobina circuitului de excitaie este parcurs de curent.Domenii de utilizare, tipuri constructive, clasificriPrile componente ale unui electromagnet conform figurii 5.1 sunt urmtoarele:bobina 1, armtura fix 2, armtura mobil 3, ntrefierul de lucru 4, piesele polare 5.Fig. 5.1 Prile componente ale electromagnetului: a. electromagnet cu micare de translaie;b. electromagnet cu micare de rotaie; c. electromagnet plonjorTabelul 5.1. Domenii de utilizare i tipuri constructive de electromagneiTip constructiv Utilizaretip Cgenerarea cmpurilor magnetice intense(fuziune nuclear, acceleratoare de particule,tratamente termice)n mantaridicat i transportatn Uacionri electrice de curs redusde rotaiereleecurs micclapetrelee i contactoare de joas tensiune;curs mic2153oSFaFrMaMra.b.ooi oi123oiFaFr4c.plonjor fr opritoracionri electrice de curs mareplonjor cu opritoracionarea electroventilelor (curs mic),ntreruptoarelor n regim de scurt duratClasificarea electromagneilor poate fi fcut dup mai multe criterii, i anume:1. Dup rolul funcional:- electromagnei pentru generarea cmpurilor magnetice intense;- electromagnei pentru realizarea deplasrilor mecanice.1. Dup modul de lucru:- electromagnei de atragere, la care o armtur este atras dac se alimenteaz bobina;- electromagneii de reinere, la care armtura este eliberat (respins) dac se alimenteaz bobina decomand.2. Dup forma constructiv:- de tip plonjor, la care armtura mobil execut o micare de translaie n axa bobinei de excitaie;- cu armtura mobil executnd o micare de translaie sau rotaie;- armtur fix n form de I, U, E, manta.3. Dup felul curentului de excitaie:- de curent continuu;- de curent alternativ.4. Dup durata de exploatare:- exploatare de durat continu;- exploatare intermitent;- exploatare pe timp limitat.5. Dup rapiditatea de acionare:- normal;- rapid;- ntrziat.Relaii energetice2212Li dVBHWVm= =}Modelul fizic al electromagnetului este prezentat n figura 5.2.:Fig.5.2. Modelul fizic al electromagnetuluiiu-kofR, L(o)mFrrGPentru a calcula fora dezvoltat de un electromagnet se utilizeaz expresia forei Laplace (4.1) respectivteorema forelor generalizate n cmp magnetic (4.5) unde direcia generalizat este considerat direcia o de deplasare aarmturii mobile:. ct im. ctmW Wf= = +|.|

\|cc= |.|

\|cc =o oPentru a determina lucrul mecanic Lmec dezvoltat de un electromagnet a crui armtur mobil se deplaseaz dinpoziia iniial oi n poziia final of se consider caracteristica de magnetizare +(i) corespunztoare celor doupoziii ale armturii:Fig. 5.3. Conversia energiei magnetice n lucru mecanicmec i fL W W W = = Ancazul unui electromagnet pentrucare ntrefierul apare ntre dou suprafee plane de suprafa S,considernd ipoteza simplificatoare a unui cmp magnetic constant n ntrefier:o SBHWm2=SS BF02022 2 u = =nfigura 5.5. este prezentat rezultatulmodeluluinumeric realizat pentru electromagnetul de acionare alunuicontactor prin utilizarea programului ELCUT:Fig. 5.5. Liniile de cmp magnetic n diverse zone ale electromagnetului: a. ntrefier minim; b. ntrefier maxim+ioi > ofof120i1i2+1+2LmecLooi > ofof120oiLiLfomax > oiomaxa.b.A=-0,0028 Wb/mB=0,935 THx=1,376 A/mHy=-744.210 A/mA=-0,0028 Wb/mB=1,068 THx=112 A/mHy=328 A/mA= 4,2 e-5Wb/mB=0,109 THx=-0,166 A/mHy=-8925 A/mAtenuarea vibraiilor electromagneilor de curent alternativAvnd in vedere c fora de atracie a electromagnetului se anuleaz periodic, pentru o valoare dat a foreirezistente Fr , n cazul electromagneilor de curent alternativ se evideniaz intervale de timp At n care F(t) < Fr. Pentru a elimina vibraiile armturii mobile n cazul electromagneilor monofazai [SUCI, VASI], se utilizeazdou soluii:- spira n scurtcircuit amplasat n piesa polar;- bobin suplimentar nseriat cu un condensator de defazare.Forme de und explicative pentru apariia vibraiilor la electromagneii monofazaiPrincipiul defazrii fluxurilor la nivelul piesei polare pentru atenuarea vibraiilor armturii mobileMetoda spirei n scurtcircuit.Modul de amplasare a spirei n scurtcircuit0F2 (t)F~F1 (t)F(t)tFrFmaxFFminFmu2/2u2/2u1usc/2 usc/2uuo2uo1FB(t)BA tF(t)tFmaxFmFr0Pentrua descrie funcionarea spirei nscurtcircuit, fenomenele magnetice se presupunliniare iar mrimileelectromagnetice alternative se consider sinusoidale. Electromagnetul este considerat ca funcionnd la ntrefierminim, la ntrefier maxim reacia spirei n scurtcircuit la nivelul ntrefierului este neglijabil; S S S2 1 + ~ ;21SSm =Neglijndfluxul magneticdedispersie, i considerndfluxul uprodusdebobinaelectromagnetului seobinfluxurile magnetice rezultante n ntrefier, corespunztoare ariei ecranate uo1, respectiv neecranate uo2:scu u = u1 1 o;scu + u = u2 2 oDiagrama fazorial corespunztoare funcionrii spirei ecran:Diagrama fazorialValoarea optim a unghiului ose determin dincondiiile de optimizare a parametrilor de funcionare aielectromagnetului conform figurii:Grafic de optimizare a parametrilor electromagnetului cu spir n scurtcircuitu2 u1uo1uo2IscEscuscusco-usccosoMetoda nfurrii suplimentare.Atenuarea vibraiilor cu nfurare suplimentar alimentat prin condensatorElectromagnei trifazai.Electromagnetul trifazat, metode de amortizare a vibraiilor armturii mobileRegimul dinamic al electromagnetului monofazatPentru electromagnetul de curent alternativ se poate aproxima expresia fluxului magnetic din ntrefier, pentruregimul dinamic, cu relaia general:( )( )( ) tt , iK tooo= u ( ) . ctNUKNUK t ~ = = ue oeooCaracteristici electromecaniceS S0Cu(t)R S TFS FRFTFrez0ofoioFF(o)ccF(o)ca0CONTACTE ELECTRICEConsideraii generaleContacteleelectricesunt elementeconstructivealecilordecurent, constituitedinpiese metaliceprinatingerea crora se obine conducia electric. Contactele trebuie s ndeplineasc o serie de condiii:- fiabilitate ridicat n funcionare;- rezisten la uzura mecanic ca urmare a deformrii pieselor de contact dup un numr mare de manevre;- rezisten la uzura electric datorat fenomenelor de transport de material din zona contactului sub aciuneaarcului electric;- stabilitate termic pentru curenii de regim normal sau avarie, la aciunea termic a arcului electric;- stabilitate electrodinamic corespunztoare la trecerea curentului de scurtcircuit.Dup forma geometric a suprafeei de contact, tabelul 6.1, contactele se mpart convenional n trei grupe:- contacte punctiforme la care atingerea are loc ntr-un singur punct, pe o suprafa teoretic circular foartemic;- contacte liniare la care atingerea are loc teoretic pe o linie, practic pe o suprafa foarte ngust;- contacte plane la care atingerea se face dup o suprafa.Tabelul 6.1. Clasificarea contactelor dup forma geometricContactpunctiformContactliniarContact desuprafaRezistena electric de contactRezistena de contact, SlR, Sl1R1l2RcR2R'Explicaiamajorrii rezistenei conductoruluiconst nmanifestarea adou procese fizice lanivelulzoneidecontact:- striciunea liniilor de curent;- formarea unei pelicule disturbatoare..Striciunea liniilor de curent la nivelul asperitilor de contactnRRcc0=Seconsiderastfel crezistenade contact aredoucomponente, rezistenadestriciuneRs, respectivrezistena pelicular Rp:p s cR R R + =Evaluarea suprafeei de contactEvaluarearezisteneidestriciunesefacenfunciesuprafaadecontactcareestedependentdeformasuprafeelor de contact.Contactul punctiform. Suprafaa real de contact pentru contactul punctiform, Acse calculeaz cu relaia datde Holm:2aHFAcct = =unde H este duritatea materialului de contact.Tabelul 6.2. Valori ale duritii H pentru principalele materiale utilizate n construcia contactelorMaterial Duritatea H x108[Pa]Argint 5Cupru 5,5Aluminiu 3Cu-W sinterizat 28Contactul linear. Suprafaa real de contact pentru contactul linear, Acse calculeaz cu relaia:alHFAcc2 = =unde l este lungimea pieselor de contact.Contactul plan.( )( )2 0 625 0 510 5 2 5 0,c,H , FF H , ... , n =FcSuprafaa real de contact pentru contactul plan, Acse calculeaz cu relaia:2a nHFAcct = =unde 0,3 < < 0,75 este coeficientul Prandtl ce corecteaz duritatea mai redus a vrfurilor de contact.Pelicule disturbatoareRezistenapelicularestedatoratexistenei nzonadecontact apeliculelor deoxid i impuriti derezistivitate electric mult mai mare dect a metalului din contacte. Din punct de vedere al peliculei disturbatoarecontactele electrice se clasific astfel:- contacte cu atingere metalic, se realizeaz ntre metale nobile (Au, Ag, Pt) aflate n vid i care nu au avutanterior contact direct cu atmosfera sau un mediu agresiv;- contacte cu atingere cvasimetalic, se realizeaz ntre metale nobile ce lucreaz n atmosfer normal icare formeaz pelicule cu grosimea de maxim 20 ;- contacte cu pelicul disturbatoare, se realizeaz ntre metale obinuite (Cu, Al) care lucreaz n atmosfernormal sau n cazul unor metale nobile (Ag) care lucreaz n atmosfer activ de vapori sulfuroi.Peliculele disturbatoare se formeaz prin urmtoarele procese:- adsorbia moleculele de gaz din atmosfer sunt adsorbite de suprafeele metalice curate i formeaz unstrat monomolecular de ageni oxidani de grosime 23 ;- chemisorbia- moleculeledeoxigensunt disociatenatomi caresetransformnioni negativi princaptarea electronilor liberi de la suprafaa metalului, formnd o pelicul cu grosimea de 1020 ;- reacia chimic ionii de metal pozitivi intr n reacie chimic cu ionii de gaz negativi formnd o peliculcare se dezvolt lent dar care poate atinge grosimi de 1.000 i o rezisten electric de 106O;Procese de formare a peliculei disturbatoareStabilirea conduciei electrice prin fenomenul de fritareO2O2O2O-eO-eO-Cu2+Cu2OO-Cu2+Cu2Oadsorbiachemisorbiareacia chimicUcUfURcRciRcfRezistenaelectricapeliculei disturbatoareseobinenfunciederezistenasuperficialspecificRss igrosimea oa peliculei, cu relaia: ==multipunct contacta nRR; punctiform contactaRRsspssp22ttTabelul 6.4. Rezistena superficial specificMetalul Combinaia chimic Rss[Om2]Au 5 10-13Pt 5 10-12Ag sulfur de argint 1,12 108o2,2Cu oxid cupros 3,15 1012o2,68Al oxid aluminiu 7 10-1110-9Sn oxid stanic 8,85 10-2o1,2Modele de calcul a rezistenei de striciune pentru contactul punctiformStudiul analitic al contactului punctiform se face n baza a dou modele fizice:modelul sferei de conductivitate electric infinit respectivmodelul elipsoidului turtit (microsuprafeei decontact eliptice).Modelul sferei de conductivitate electric infinit.Modelul fizic al sferei de conductivitate electric infinitDualitatea cmp electric cmp electrostaticdV2 = ct.V1 = ct.E = J D = cER, S1C, c0S22as = 0nbazaipotezelor decalcul enunatesepot scrieurmtoarelerelaii delegturntrerezistenaelectricRcorespunztoare spaiului conductor cuprins ntre suprafeele echipoteniale S1, S2 i capacitatea sa electric C:0 0c c = = = RC ;dSC ;SdRrezistena de striciune a contactului sferic este:a CR Rsemisfera st c= = =02 2Modelul elipsoidului turtit.Modelul fizic al elipsoidului turtitRezistena de striciune a contactului punctiform:aRs2=Modele de calcul a rezistenei de striciune pentru contactul multipunctModelul cilindrului de conductivitate infinit.Modelul fizic al cilindrului de conductivitate infinit2as = 02b2ayxz\r2as = 0Fcrl2b2bdrrDac se consider i rezistena peliculei disturbatoare se obine expresia rezistenei de contact:alRablnlR R Rssp / s c2222+ = + =tModelul fizic al benzii de grosime infinit mic.Fig. 6.9. Modelul fizic al benzii de grosime infinit micModelul contactului plan. Rezistena de striciune a contactului plan poate fi calculat n urmtoarele ipotezesimplificatoare:- se cunoate numrul n al punctelor de contact;- se consider c fiecare punct de contact este de form circular;- punctele de contact sunt repartizate uniform n aria real de contact.Modelul fizic al contactului plan2as = 02bl2d2a Influena forei de apsare asupra rezistenei de contactContactele electrice utilizate n aplicaiile tehnice se proiecteaz s lucreze sub influena unor fore de apsare cedetermindeformaiaplasticamaterialului dinzonadecontact cazncaredinrelaialui Holm(6.9) sedetermin raza a pentru microsuprafaa real de contact:HFact=Contactul punctiformRezultdependenarezistenei contactului punctiformncazul deformaiei plasticedeforaFcdeapsarencontact:1421322 2 + = + = + =c ccsscsscF C F CFH RFHaRaRt tContactul multipunctcsscsscFH RnFHn aRanR t t+ = + =2 22)`===+ = H R e, mH ceF cF Rss,cmc ct6 0101875 021Tabelul 6.5. Valorile constantelor c, m, e pentru contactul planMaterial contacte c x 10-4m e x 10-4Argint 0,842 0,6 2,25Cupru 0,935 0,6 2,48Aluminiu 1,342 0,6 1,35Cu-W sinterizat 1,972 0,6 12,60Cupru cositorit 0,596 0,6 0,225Cupru argintat 0,918 0,6 2,25Dependena rezistenei de contact de fora de apsareFminFmaxRcF0Fc optimRc [O]F [N]Cupru0ArgintMetaloceramice2 4 61020Regimurile termice ale contactelor electriceRegimul termic permanentAnaliza regimului termic al contactului electric se face aplicnd urmtoarele ipoteze simplificatoare:- curentul din piesele de contact este condus n aria de contact prin intermediul unui numr m de tuburi decurent parcurse fiecare de curentul i;- fluxul termic dezvoltat n fiecare tub prin efect Joule-Lentz este transmis prin conducie termic n lungultubului neexistnd schimb termic ntre tuburile nvecinate presupuse la aceeai temperatur;- supratemperatura maxim corespunde ariei de contact;- piesele de contact sunt realizate din acelai material considerat omogen i izotrop;- suprafeeleechipotenialesunt i izotermedeoarecenlungul tuburilor decurent fluxuri termiceegaleparcurg rezistene termice egale.Solicitarea termic a contactelor n regim permanentrezult ecuaia diferenial:x xdU U d = u Supratemperatura contactului este moderat.( )medcp cUu u82+ =Supratemperatura contactului este mare. legea Wiedemann-Franz-Lorentz:LT = unde810 4 2 = , L [V2/K2] este cifra Lorenz pentru metale.224pccTLUT + =ix = 0; U = 0; uc; Acxdxx; Ux; u; Axx+dx; Ux+dUx; u-du; Axx; 0,5Uc; uupAcmiiTabelul 6.6. Temperaturi admisibile ale contactelorTipul de contact Temperatura maximadmisibil[]contacte tip fi, din Cu i aliajele lui 70contacte din Cu i aliajele lui, pentru ntreruptoare 90contacte masive, alunectoare, frontale din Cu i aliajele lui 110contacte masive, alunectoare, frontale cu plcue din Ag 120contactele siguranelor fuzibile 120Regimul de scurt duratCderea de tensiune pe contact.Valoarea cderii de tensiune admisibile pe contact Uc adm:( )( ) = =. tari curenti U , ... , U; slabi curenti U , ... , Up c cp c cadmadm8 0 5 03 0 1 0a. Variaia cderii de tensiune pe contact n funcie de intensitatea curentului;b. Variaia rezistenei de contact n funcie de cderea de tensiune pe contact respectiv temperatura contactuluiTabelul 6.7. Valori limit ale cderii de tensiune la contactePlastifiere Topire Vaporizare MetalulUc p [mV] up [C] Uc t [mV] ut [C] Uc v [mV] uv [C]Ag 90 150 370 960 750 2193Al 100 150 300 660 2447Au 80 100 430 1063 900 2817Cu 120 190 430 1083 800 2582Ni 220 520 650 1453 2837Pt 250 540 700 1772 1300 4010W 400 1000 1100 3380 2100 5527iUc0Uc p1Uc t23Uc v4Uarc5768Uc admUc0Rc tRc pUc admRc admRc nUc t Uc pucFc1Fc2< Fc1Rca. b.Stabilitatea termic la scurtcircuit.Lafuncionarea contactelorelectrice nregim descurtcircuitse impune caacesteassuporte timpscurtcurenii de defect fr s se topeasc sau s se sudeze.vcpt =cc0Tabelul 6.8. Valori limit admisibile pentru materialele de contactDensitatea de curent[A/mm2]Material Temperaturaadmisibil[ C] tsc = 1 s tsc = 2 s tsc = 3 scupru 250 152 67 48alam 250 73 38 27aluminiu 250 89 40 28n funcie de caracteristicile curentului de scurtcircuit variaia temperaturii unui contact punctiform n domeniultimp este prezentat n figura:Supratemperatura contactului n funcie de natura curentului de scurtcircuituc sctsc [ms]a - curent continuu;b - curent alternativ simetric;c - curent alternativ asimetric.abcFore electrodinamice n contactFora electrodinamic de respingere n contactCurentul i(o) ce strbate calota sferic MO'C produce n punctele M inducia magnetic B. Considernd constantdensitatea de curent J pe suprafaa sferei se determin expresia curentului:()( ) ( ) o o ttosin i sin rriS J iC MO' = = = 1 1 2222`n punctele M inducia magnetic B este dat de relaia:()o tocos riB20=Prin integrare rezult expresia forei de respingere n contact:( )aRln i d cos sinrdr iFRaeld20272010 12 = =} }to o otn cazul contactului multipunct fora electrodinamic de respingere devine:adlnnin Fmultipunct contact eld2710 |.|

\| =unde d este raza medie de aciune a unui contact elementar.Pentru contactul electric care se autodeschide n sarcin trebuie avut n vedere fora suplimentar de respingereFarc creat de aciunea presiunii locale parc a arcului electric amorsat la deconectare:tt82200irdr p FarcRarc arc= = }Fora de respingere rezultant Fcare acioneaz la nivelul contactului pe durata regimului tranzitoriudeautodeschidere se calculeaz cu relaia:|.|

\|+ = + =21420aRlniF F Farc eldt2as = 0dooO'd2Ft d2Feldrdrdi(o)rMO'CRi(o)ohdi(o)Fore electrodinamice de contur ce afecteaz contactulEfectul forelor electrodinamice de contur la nivelul punii de contacten cazul aparatelor de comutaie ultrarapide de joas tensiune forele electrodinamice de respingere n contactrespectiv de contur sunt utilizate n mod favorabil pentru accelerarea contactului mobil i limitarea curentului descurtcircuit:Utilizarea forelor electrodinamice de respingere i contur pentru accelerarea punii de contact mobileEfectul forelor electrodinamice de contur la nivelul contactuluiFmecFmecFeldFeldFeldFeldFconFconFconFcon1231 - contact superior de tip tulip;2 - contact mobil;3 - contact inferior glisant.FeldFeldFconFconFcon FconFeldFeldFeldFeldFconFeldFeldFeldFeldFcona.b.FmecFmecFeldFeldiFeFelmd.FeldFeldFcon/2 Fcon/2Fcon/2 Fcon/2c.FmecProcese fizico - chimice care afecteaz contacteleProcese fiziceSuprafaa contactelor electrice este afectat de urmtoarele procese fizice:- coroziunea;- arcul electric.Coroziunea. mbinriledecontact realizatedinmaterialediferitesunt supusenprezenaunor factorifavorizani (umezeal, acizi, gaze active: amoniac, bioxid de sulf, clor) unui proces de electroliz care este cuatt mai intens cu ct metalele sunt mai ndeprtate unul de cellalt n seria electrochimic:Tabelul 6.9. Seria potenialelor electrochimice ale metalelorMetal Pb Ag Cu H Ni Cd Fe Cr Zn AlPotenialelectrochimic[V]0,86 0,8 0,345 0 -0,2 -0,4 -0,44 -0,56 -0,76 -1,34Arculelectricdedeconectare. Osolicitaredeosebit deintensacontactelor seproduceprinaciuneatermic a arcului electric scurt care cedeaz pieselor de contact, prin conducie termic, cea mai mare parte dincldura acumulat n coloan. Temperatura ridicat a contactelor precum i eventual natura diferit amaterialelor de contact determin pierderi de mas la contacte prin dezvoltarea urmtoarelor procese:- migraia brut (electroeroziunea);- migraia fin;- evaporarea metalului de contact la nchidere lent.Migraia brut (electroeroziunea).>AsA=. A I ,I Cm; A I ,I t CmNcontactacontact5 105 1022919Migraia brut n domeniul arcului electric- argint: C1 = 1,85 kg/C, C2 = 5.10-5kg/A2;- cupru: C1 = 3 kg/C, C2 = 2.10-4kg/A2.Sistem de contacte n vid ce au fost supuse ciclic aciunii arcului electric (Ivrf = 5659 kA) :Contacte n vid: a. contact dup 1.000 deconectri AC 4; b. contact dup 1.500 deconectri DC 2; c. depunereamaterialului de contact pe pereii incintei vidatecatodanoda.b. c.Migraiafin. Aparencazul contactelor electricecerealizeazcomutaiafrarcelectricacircuitelor detensiune cobort (U < 10 V, I < 5 A).Migraia fin n afara arcului electricEfectul Peltier. Se manifest n cazul pieselor de contact realizate din metale cu potenial de ieire diferit:i E Ri PP contact =2unde EP este tensiunea Peltier pentru metale: 10-310-2V.Efectul Thomson. Se manifest n cazul contactelor de curent continuu parcurse de curent i ale cror piese decontact prezint un gradient de temperatur. Puterea dezvoltat n contact este:T i k Ri PT contactA =2Semnul + se consider dac sensul gradientului de temperatur coincide cu sensul curentului electric:Efectul Thomson la contacteEvaporarea metalului de contact la nchiderea lent.vnchidere > 0,011 m/s pentru viteze de cretere a curentului cuprinse ntre 0,0501 A/s.Procese chimice care afecteaz contacteleDintreproceselechimicecareafecteazesenial stareasuprafeei decontact [BRUE, HOLM],importante sunt:- aciunea compuilor de sulf;- oxidarea.Reacii chimice n atmosfer.Reacii chimice activate de arcul electric.catodanodgrad Tgrad T+anodcatod-Vibraia contactelor electriceLanchidereacontactelor electriceatingereapieselor decontact serealizeaznurmaunui procesdeciocnire elastic.Vibraia contactuluiSistem contacte frontale ale unui ntreruptor I.T.Vibraia contactuluidt0di0tvibraiett0t1 t2F1m1; v1m2; v2x20x2comp(1)x0tt1 t2tvibraiex1(t)x2(t)dcontactMateriale pentru contacteCondiii de calitaten construcia contactelor electrice se folosesc metalele aliate. Din punct de vedere funcional un material pentrucontacte electrice este de dorit s satisfac urmtoarele cerine: s se caracterizeze prin conductiviti electrice i termice ct mai mari; s aib temperaturi de topire i vaporizare mari; tendin redus de lipire, n poziia nchis (metale cu rezistivitate electricmare i pelicul disturbatoareredus); ardere redus sub aciunea arcului electric (pentru contactele care deschid cu arc electric); migraie redus de material n domeniul comutaiei fr arc electric; duritate i rezisten la obosealmare pentru a reduce deformaia i uzura contactului la efectuarea unuinumr important de manevre; s fie ieftine i uor prelucrabile; curent tiat ct mai mic (cazul contactelor ce funcioneaz n vid).Materiale uzuale pentru construcia contactelorMetalelereprezentativeutilizatepentrurealizareacontactelorelectrice, clasificatenfunciedeproprietispecificecomune sunt: metale cu conductivitate electric i termic mare: cuprul (Cu), argintul (Ag), aurul (Au); metale rezistente la temperatura ridicat a arcului electric: cromul (Cr), molibdenul (Mo), wolframul (W); metale cu duritate mecanic mare: nichelul (Ni), paladiul (Pd), platina (Pt) se comport corespunztor i din punct devedere al migraiei fine.Prin sinterizareseobin pseudoaliaje, uncontact sinterizat realizeazuncompromisntre rezistenaridicatlaardere(punct detopireridicat) i conductivitateaelectricmare(rezistendecontactredus). sinterizare fr faz lichid; sinterizare cu structurare; sinterizare cu strecurare.Cuprul, aliaje.Aliajul Cu-Ag (28 %)Aliajul Cu-Ag-Cd (0,31,3 %)Aliajul Cu-Be (1,22 %)Aluminiul.Argintul, aliaje i pseudoaliaje.Aliajul Ag-Cu 2 Ni 0,15.Aliajul Ag-Pd 30.Pseudoaliajul Ag-Ni (1020 %)Pseudoaliajul Ag-Ni 40Pseudoaliajul Ag-CdO (1030 %).Pseudoaliajul Ag-C.Aurul, aliaje.Aliajul Au-Ag 20Aliajul Au-Ag 25 Pt 5Wolframul, pseudoaliaje. Temperatura de topire foarte ridicat 33800C a acestui metal face ca acestas fie utilizat n construcia contactelor de rupere puternic solicitate de piciorul arcului electric.Contacte sinterizate cupru-wolfram.Pseudoaliajul W-Cu (2530 %).Pseudoaliajul W-Ag (2050 %)Materiale pentru contactele aparatelor n vid.Funcionarea aparatelor cu comutaie n vid impune urmtoarele condiii pentru contacte: rezisten redus la contact; coninut rezidual de gaze n metalul contactelor extrem de mic; curent tiat minimal (sub 5 A); presiune de vapori relativ mare pentru a conduce la un curent tiat ct mai mic; rezisten la arderea metalului provocat de arcul electric.Tabelul 6.10. Proprietile materialelor de contact folosite la aparatele de comutaie n vidConinutde gaze[ppm]Materialul Densitatea[g/cm3]H2N2O2Curenttiat[A]UtilizareCu Cr 25CU Cr 507,972330402003004,54,5ntreruptoaredeputere12kV;50 kA; 36 kV; 25 kAW Cu 25 1617 2 15 10 4 ntreruptoare de sarcinnominalW Cu 20W Cu 30 Sb 1X C Ag 4015,2161414,812,31322215202015153055,51,5ContactoareUn=1kV12kVIn=400APseudoaliajeCuPb, CuBiPbseobinprinrecristalizareabismutului sauplumbului nlungul frontierelorcristalelor materialului de baz:Structura metalografic a pseudoaliajului CuBiPbCu Bi-Pb50 mPseudoaliajele AgSe, AgTe utilizeaz metale ca seleniul sau teluriu cu presiune de vapori superioarbismutului sau plumbului.Structura metalografic a pseudoaliajului AgTeTipuri constructive de contacteContacte fixeContactele fixe pentru bare principale i derivaii la bare.Soluii de mbinri mecanice ale legturilor fixe de contact: a. mbinarea barelor principale prin buloane; b. mbinare cuprelungirea barelor; c. mbinare n unghi drept (pentru bare derivaie).Tabelul 6.10. Fora de strngere recomandat pentru contacte fixe ntre bare principale.Material Fora specific de strngere[N/mm2]cupru cositorit 510cupru sau alam 60120aluminiu 2030Ag Ag2Te100 m12min25 mmSistemul de bare derivaie Linergy: a. tipuri de profile; b. modaliti de racordare.Contacte fixe pentru conductoare.Sisteme de conexiune pentru conductoareContacte fixe pentru aparate.Pentruracordareaconductoarelor, cablurilor deforlaborneleaparatelor electrice, uzual realizatedinbaredreptunghiulare, se folosesc cleme sau papuci de racord de diferite tipuri i dimensiuni:Papuci de racord: a. pentru cablu din cupru; b. pentru cablu din aluminiu.legtur bar flexibillegtur cablulegtur bare platea. b.1 - conductor;2 - cale de curent;3 - pies fixare;4 - urub;5 - bloc conexiune;6 - clem de conexiune;7 - in;8 - pies de scurtcircuitare12 345a.b.6718a. b.I < 100 A i seciuni ale conductoarelor electrice cuprinse n domeniul 1,570 mm2Modaliti de conectare la bornele aparatelor :a. conductor dezizolat; b. bar flexibil, papuc de racord, borne de racord.Pentru realizarea rapid a conexiunilor n cazul aparatelor In < 45 A n montaj derivaie:Sistem de conexiune pentru aparate trifazate tip Polybloc 160/250 A.Fig. 6.40. Sistem de conexiune Polypact pentru aparate trifazate In < 250 A.1 - conductor;2 - repartitor Polybloc;3 - in;4 - borne conexiune amonte160/250 A, cablu 70 mm2;5 - borne conexiune aval;6 - resort fixare;7 - capt cablu racordare.7615432a. b.1 - repartitor Polypact;2 - panou fixare aparate;3 - aparate comutaie;4 - bare derivaie Linergy;5 - bare flexibile izolate(subansamblu 1);6 - ecran izolant de protecie.316542Pentru alimentarea aparatelor electrice In < 40 A (configuraii 2P, 3P, 3P+N, 3P+N+PE)Sistem de conexiune Multiclip/180 A.I > 400 A , realizarea conexiunilor la bornele aparatelor se face prin intermediul unor elemente adaptoare subform de bare de cupruSisteme de contacte fixe pentru aparate (In > 800 A):1 - ntreruptor debroabil C1251; 2 - bare de racord borne intrare; 3 - bare racord borne ieire; 4 - bare de transfer; 5 - suportdistanier izolant; 6 - lonjeron metalic; 7 - suport izolant fixare sistem bare derivaie Linergy; 8 - bare derivaie Linergy.Sistem evolutiv de conexiune a aparatelor Galaxis GD 400 (Alstom).1 - repartitor Multiclip;2 - borne conexiune amonte;3 - borne conexiune aval;4 - pol;5 - supori in aparate.123451 - bare verticale;2 - izolaie;3 - aparate de comutaie;4 - sertar de conexiune.3124165834672Contactele amovibile ale siguranelor fuzibile.Contacte amovibile la sigurane fuzibile.Contacte de comutaieContactele releelor.Sistemul de contacte al releelorFixarea pieselor de contact pe lamelele elastice se executa prin: nituire, lipire, sudur prin rezisten, placare:Contacte pentru relee realizate n diferite tehnologii: a. nituire; b. lipire; c. sudur; d. placareContactele metalo - lichide.Contacte metalo - lichide.5142312a. b.52 1341 - contacte2 - lamel elastic;3 - resort lamelar;4 - suport electroizolant;5 - element izolator.Ag-Pd30AgAu-Ag25Ag-Ni 0,15a. b.c. d.123Contactele contactoarelorContacte pentru contactoare:a. piese de contact fixate prin lipitur tare; b. piese de contact fixate prin placare.Contactele contactoarelor n vid.Contactele contactoarelor n vid:a. pentru joas tensiune; b. pentru medie tensiuneContactele ntreruptoarelor de putere de joas tensiunePentru cureni de scurtcircuit Isc< 25100 kA ntreruptorul se construiete cu dou contacte specializate: contact de rupere realizat din pseudoaliajul W-Cu 30, care preia arcul electric la nchidere i la deschiderepe o durat de ordinul 1020 ms; contact de lucru realizat din aliajul Ag-Ni 40, care n procesul de comutaie se deschide primul i se nchideultimul n raport cu contactul de rupere.Contactele ntreruptoarelor de putere de joas tensiune132456Ag-Cd 151324Ag-Ni 10a.b.Ag-Ni 40Cu-W301 - contact de lucru fix;2 - contact lucru mobil;3 - contact rupere fix;4 -contact rupere mobil;5 - resort precomprimat (asigur fora apsarepentru contactul de rupere);6 - rampe de preluare arc electric;7 - camera de stingere.31245667W-Cu 30;W-Cu 30 Sb1Cu-OFHCMo;W-Cu 30Sb;Sb-Bi 10Cu-OFHCa.b.Contactele ntreruptoarelor de nalt tensiuneContacte de tip rozet.Contacte de tip rozetContacte alunectoare.Contacte alunectoare: a. cu role; b. glisante.Contacte frontale.Contacte frontale: a. piese de contact masive; b. contact fix tubular, contact mobil masiv.21178810104312b. a. c.A AA - ACu-W 75911432567a.b.664a. b.Contacte pentru ntreruptoare n vid.Evoluia principalelor tipuri de contate pentru ntreruptoare n vid:a. petal spiralat; b. cup; c. cu cmp magnetic axial.Contactele separatoarelorContactele separatoarelor normale.Sistemul de contacte al separatorului monopolar de tip cuit.Contacte ale separatoarelor de exterior ce asigur spargerea i ndeprtarea gheii.1;Cu325;Cu-OFHC1;Co-AgSe64676;Fe1;Cu-Cr 504a.b.c.13212a. b.Contactele separatoarelor de sarcin.Contactele separatoarelor de sarcinContactele separatoarelor scurtcircuitoare.Contactele separatoarelor de scurtcircuitare2314LEA561 - contact fix;2 - contact mobil;3 - soclu;4 - legtur flexibil;5 - izolator;6 - born conexiune reea.Construcia contactoarelor electromagneticeAparate electrice Curs7. CONTACTOAREContactoare de curent alternativ cu comutaie dinamic de joas tensiune1.1.1. Contactoare electromagneticeContactoarele electromagnetice reprezint principalele aparate de comutaie ale instalaiilor electrice dejoas tensiune fiind utilizate pentru comanda automat a diferiilor consumatori. Contactoarele sunt aparateautomatedecomutaiecuosingurapoziiede repaus,capabiledeanchide,suporta i ntrerupecureniinominali i de suprasarcin ai circuitului. Reprezentarea simbolic a contactoarelor este prezentat n figura1.1.:Fig. 7.1. Simbolizare contactorPrincipalele elemente constructive ale contactoarelor electromagnetice sunt: organul motor, electromagnet; polii principali (bornele de conexiune n circuit, calea de curent, camera de stingere, contactele principale fixe imobile, resorturile de precomprimare ale contactelor principale); polii auxiliari (bornele de conexiune, contactele auxiliare avnd cureni nominali de 6 A10 A, utilizate pentruautomeninere, semnalizare sau interblocaj); carcasa aparatului ca suport material pentru elementele active.Contactoare electromagnetice, variante constructive. Contactoarele electromagnetice de curentalternativ se construiesc n variant tripolar, deplasarea armturii mobile fiind de translaie sau de rotaie.Contactoarele cu micare detranslaie, figura1.2. seutilizeazninstalaiiletrifazatedejoastensiunepentru cureni nominali de maxim 100 A.Figura 7.2 Contactor electromagnetic cu micare de translaie111210102431375619 814161510RST2 46 83 57 9R S TA B C24683579bobinacontacte de for contacte auxiliare ABCConstrucia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursCaracteristicaforelorrezistenteFr() care trebuiescnvinse defora activF()a electromagnetului de acionare ntimpul funcionarii are forma prezentat n figura 7.3:Fig. 7.3. Caracteristicile forelor la funcionarea contactorului electromagneticFig. 7.4. Stingerea arcului electric la contactoarele electromagnetice de mic putere:a. soluia clasic In < 10 A; b. soluia perfecionat In < 25 AF1 F221i3455F1F256a. b.x0Fi flcF fora activ la acionare electromagnet;Fr fora rezistent mecanism contactor;Frev - for activ la deconectare;i ntrefier iniial (contactor neacionat);f - ntrefier final (contactor acionat);l cursa liber;c cursa n contact;cr - ntrefier critic;ND- ntrefier nchidere contacte ND;N- - ntrefier deschidere contacte N.cr5 1 2 1 , ... ,rFFcrNDNFFrFrevConstrucia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursContactoare electromagnetice cu micare dubl de translaie. Pentruaseevitacretereaexcesivauzuriimecanice, contactoarele de curent alternativ, avndcureni nominali de 100A400 A se construiesc pe bazaunui mecanism de transmitere cu micare dubl de translaie, figura 9.3.Figura 7.5 Contactor cu micare dubl de translaie: 1 ci de curent; 2 borne de conexiune; 3 punte contactemobile; 4 caset; 5 resort precomprimat; 6 resort precomprimat de nchidere; 7 armtur mobil; 8 bobin; 9 circuit magnetic fix; 10 prghie electroizolant; 11,12 sistem de prghii n unghi drept; 13 camera de stingere.n figura 9.4 se prezint schia constructiv (seciune) a contactorului TCA125 ce funcioneaz dup principiul prezentatn figura 9.3:Figura 7.6 Contactorul TCA 12513123 4 56121110987Construcia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursCercetri efectuate la Research Laboratory of Mitsubishi Electric Corporation au pus n eviden o serie deposibiliti dembuntireaperformanelorcontactoarelorelectromagneticecumicaredetranslaiedingama medie (In < 200 A) prin perfecionarea geometriei camerei de stingere care s asigure astfel micorareatimpului de ardere a arcului electric [TAKA] i a uzurii contactelor [SHEN]. Camerele de stingere uzualeutilizeazgrilemetalicemontatedupodirecieperpendicularpedireciadealungireaarculuielectric,conformfigurii 1.6. poziia13, stingereaarcului electricbazndu-senprincipal peefectul deelectrod.Micorarea mrimii camerei de stingere i limitarea curentului de comutaie este posibil dac se utilizeazcamere de stingere simplificate ce funcioneaz pe principiul creterii treptate a rezistenei arcului electric dedeconectare conform figurii 1.7.a.:Fig. 7.7. Variante constructive de camere de stingere:1 - puntea contactelor mobile; 2 - ci de curent; 3 - contacte mobile; 4 - contacte fixe; 5 - arc electric iniial; 6 - arc electric final; 7 -electrod feromagnetic cu rol de rezisten serie; 8 - concentrator de cmp; 9 - ni feromagneticPentru cureni de 4002000 A mecanismul de acionare este de tip rotativ, figura 9.5, fiind format dintr-un electromagnetde c.a. 1, a crui armtur mobil 2 rotete un ax izolant 3 pe care sunt fixate contactele mobile 4 i contactele auxiliare 6.Figura 7.8 Contactor tetrapolar de c.a. cu micare de rotaie123 4 5 612758719a.b.c.643Construcia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursContactoare de curent continuun figura 9.10 este prezentat contactorul cu micare de rotaie i trei variante de camere de stingere:Figura 7.9 Contactor de c.c. cu micare de rotaie:1 contact fix; 2 contact mobil; 3 miezul magnetic al bobinei de suflaj; 4 bobin de suflaj; 5 pol magnetic; 6 resort precomprimat; 7 camer de stingere; 8 ramp de preluare a arcului electric; 9 perete rece al camerei de stingere; 10 ramp; 11 prghie de acionare; 12, 13 borne de conexiune.Scheme electrice de comandFig. 7.9. Scheme de comand a contactoarelor electromagnetice de curent alternativRSTNPERSTNPEKK2KKaAF,22 1AF43VAT100IO110 V a.c.Xa.b.AF,22 1idefectConstrucia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursProtecia circuitelor de comand la scurtcircuit se realizeaz cu siguranele fuzibile F1,2iar apersonalului de exploatare prin utilizarea transformatorului de separare T. n cazul defectelor de izolaie ce semanifest printr-o punere la pmnt protecia se realizeaz prin intermediul elementului de conectare X. nschemeledecomandacontactoarelor decurent continuusefoloseteorezistennseriecubobinaelectromagnetului numit rezisten economizoare Re, figura 1.19.:Fig. 7.10. Schema de comand a contactoarelor electromagnetice de curent continuuOsituaieparticularnfuncionareacontactoarelor defororeprezintregimul descurtcircuit alsarcinii, n cazul sistemelor de alimentare cu putere de scurtcircuit mic, alimentri prin cabluri de lungimemare. n astfel de situaii odat cu stabilirea regimului de scurtcircuit are loc o scdere important a tensiuniide alimentare care determin implicit i scderea tensiunii n circuitul de comand al bobinei contactoruluicaredeclaneaz uzual ntr-untimpde 2040ms (contactoarenvidsauSF6) respectiv6070ms(contactoarenaer). Astfelexistpericoluldeschideriicontactelorcontactoruluipescurtcircuitnaintedefuncionarea siguranelor fuzibile i contactele sunt distruse iremediabil:Fig. 7.11. Corelarea curentului nominal al siguranelor fuzibile, capaciii de rupere a contactelor contactorului cutimpul de deconectare al contactorului+-P~~KKaIORe0,020,060,0110,0100t [s]1 6 25 40I/IncapacitateaderuperecontactoarenSF610capacitateaderuperecontactoarenvidinaerIn F2 < In F1 In F1caracteristica releuluitermictdeconectare contactoare naertdeconectare contactoare nvid i SF6ACBDEConstrucia contactoarelor electromagneticeAparate electrice CursContactoare de curent alternativ sincronizate, statice, hibride i cu vidContactoarele ce funcioneaz pe acest principiu se numesc contactoare sincronizate, figura 9.6:Figura 7.12 Contactor sincronizatContactoarele sincronizate permit ntreruperea unor cureni de pn la 1000 A la cos = 0,35 practic fr arc electric,uzura contactelor se reduce de 1520 ori.Pentru frecvenemari de conectare 200010.000conectri/hse nlocuiete comutaia dinamic cu comutaiastaticrealizat cu elemente semiconductoare de putere conform figurii 9.7:Figura 7.13 Contactor static de joas tensiunePrincipalele avantaje ale comutaiei statice sunt: frecven mare de comutaie la cureni de 1000 A; nu prezint pericol de explozie;1 electromagnet de acionare;2 contact mobil;3 contact fix;4 resorturi precomprimate;5 transformator de adaptare;6 tij acionare electroizolant;7 electromagnet sincronizare.i1i2Uc-d1234576FsFaFrConstrucia contactoarelor electromagneticeAparate electrice Curs funcionare fr zgomot sau emisii poluante.Limitarea utilizrii contactoarelor statice se datoreaz n principal urmtoarelor cauze: capacitate redus de suprasarcin din cauza integralei termice foarte mici a elementelor semiconductoare; costuri de achiziie de 410 ori mai mari dect n cazul aparatelor cu comutaie mecanic; pierderile de energie n exploatare de 40100 ori mai mari impun utilizarea unor instalaii de rcire complexe; dificulti de realizare a contactoarelor pentru tensiuni superioare valorii de 23 kV.Pentru cureni inteni In < 1000 A i frecven de conectare mai mare de 600 c/h, se utilizeaz contactoare hibride,Figura 7.14 Contactor hibrid de joas tensiuneContactoarele n vid, figura 9.9, au piesele de contact amplasate ntr-o incint vidat (p < 10-6atm.) ceea ce confercondiii optime de stingere a arcului electric datorit refacerii rapide a rigiditii dielectrice a mediului n zona camereide stingere i a condiiilor particulare de ardere:Figura 7.15 Contactor n vid: a. schema cinematic;b. contactor Siemens : 1 electromagnet de acionare; 2 resort de deschidere; 3 resort stabilire for apsare n contact; 4 anvelop ceramic; 5 bloc basculant; 6 born superioar; 7 band flexibil; 8 camer de stingere; 9 burduf de metal; 10 ecran metalic; 11 pies mobil de123456789101112131415 16 1718192021165Construcia contactoarelor electromagneticeAparate electrice Curscontact; 12 pies fix de contact; 13 compartiment de nalt tensiune; 14 born inferioar; 15 electromagnet de dezvorre; 16 zvor ladeconectare; 17 tij de declichetare; 18 compartiment de joas tensiune; 19 zvor la conectare; 20 armtur mobil; 21 punct rotaie blocbasculant.Alegerea contactoarelorParametrii contactoarelorParametrii nominali ai contactoarelor electromagnetice sunt: tensiunea nominal Un [V]; curentul nominal In [A]; tensiunea de comand pentru alimentarea bobinei electromagnetului de acionare Uc [V]; frecvena de conectare fc [conectri/h]; durata relativ de conectare DC [%]; categoria de utilizare; capacitatea de nchidere nominala i capacitatea de rupere nominal [kA], reprezint valoareamaxim a curenilor ce pot fi conectai (deconectai) de contactor de unanumit numr de orifr a se produce deteriorarea contactelor (sudare, uzur excesiv), la Un.9.5.2 Categorii de utilizareAlegerea i utilizarea contactoarelor electromagnetice trebuie s se fac n funcie deparametrii nominali i inndseamadenaturasarcinii, condiiiledefuncionareimpusesarciniicomutate prin procesul tehnologic. Norme unanim acceptate pe plan mondial (CEI 158/1) au stabilito clasificare a contactoarelor electromagnetice n funcie de categoria de utilizare.Contactoarele de curent alternativ se ncadreaz n urmtoarele categorii:AC1 sarcini neinductive sau slab inductive: cuptoare cu rezistene;AC2 pornirea - oprirea motoarelor asincrone cu rotor bobinat i frnarea prin contracurent;AC3 pornirea - oprirea motoarelor asincrone cu rotor n scurtcircuit;AC4 pornirea oprirea motoarelor asincrone cu rotor n scurtcircuit, mers n ocuri, inversareasensului de rotaie (regim greu de exploatare);AC5 comutarea lmpilor cu vapori de mercur;AC6 comutarea transformatoarelor, bateriilor de condensatoare;AC7 aplicaii de uz casnic, sarcini slab inductive;AC8 comanda compresoarelor etane ale instalaiilor frigorifice.Similar, pentru contactoarele de curent continuu sau definit urmtoarele categorii de utilizare:DC1 sarcini neinductive sau slab inductive;DC2 pornirea-oprirea motoarelor de c.c. derivaie;DC3 pornirea motoarelor derivaie, mers cu ocuri, inversarea sensului de rotaie;DC4 pornirea-oprirea motoarelor serie;DC5 pornirea motoarelor serie, mers prin impulsuri, schimbarea sensului de rotaie;DC6 comutaia lmpilor cu incandescen.1. Frecvenade conectare, este limitat de construcia mecanic princonstanta de timpmecanic aechipajuluimobil idetemperaturadefuncionareabobinei,contactelor icilordecurentnregimintermitent. Frecvenadeconectareadmisibilacontactorului trebuiesfiesuperioarcerinelor decomutaie impuse de funcionarea utilajului.2. Durata de via, trebuie adaptat cerinelor instalaiei n ceea ce privete fiabilitatea, frecvena reviziilor.Estelimitatderegimul delucru, naturasarcinii comutatefiindnjurde104105conectri pentrupartea mecanic i de 106107conectri pentru partea electric.3. Durata de conectare, trebuie s fie mai mare sau cel mult egal cu durata de conectare impusconsumatorului. Valorile standardizate sunt DC [%] = 100 %, 60 %, 40 %.Construcia contactoarelor electromagneticeAparate electrice Curs4. Condiiile de alimentare ale bobinei, electromagnetul de acionare trebuie s funcioneze n urmtoarelecondiii: funcionare normal pentru tensiunea de alimentare U = 0,851,1 Un; s menin fora de apsare n contacte pentru U = 0,850,7 Un; s deconecteze pentru U = 0,70,35 Un.5. Capacitatea de rupere, a contactoarelor este limitat la curentul nominal i de suprasarcin. Contactoareledestinate comutaiei motoarelor pot nchide pe durata regimului de pornire cureni de pn la 610 In motor.6. Categoria de exploatare ce stabilete locul de amplasare n exploatare:Tabelul 1.1. Categorii de exploatareCategoria de exploatare a produsului SimbolPentru exploatare n aer liber (aciunea globala a factorilor climaticicaracteristici zonei macroclimatice respective).1Pentru exploatare sub acoperi sau n ncperi unde variaiile de temperaturi umiditatea aerului nu se deosebesc esenial de variaiile n aer liber.2Pentruexploatarenncperi nchise cuventilaie natural, frcondiiiclimatice reglate.3Pentru exploatare n ncperi cu condiii climatice reglate artificial. 47. Tipul de protecie climatic, corespunde zonei geografice de exploatare a contactorului, caracterizat defactori climatici specifici:Tabelul 1.2. Protecii climaticeTipul de protecie climatic Simbol CaracterizareF med =-101 CN med =015 CTH med =2027 CTA med =2227 CTProduse destinate exploatrii pe uscat:- n zone macroclimatice cu climat rece;- n zone macroclimatice cu climat temperat;- n zone macroclimatice cu climat tropical-umed;- n zone macroclimatice cu climat tropical-uscat;- n zone macroclimatice cu climat tropical-umed i uscat;- n toatele zonele macroclimatice pe uscat.UMMTumiditateridicat,coninut ridicat desare n aer.Produse destinate exploatrii n zone cu climat marin:- n zone macroclimatice cu climat temperat-rece;- n zone macroclimatice cu climat tropical;- n zone macroclimatice cu climat temperat-rece itropical. MUProduse destinate exploatriin toate zonelemacroclimatice pe uscat i pe mare (tip universal)Wntreruptoare de nalt tensiuneAparate electrice CursNTRERUPTOARE DE NALT TENSIUNEDefiniie ntreruptorul de nalt tensiune este un aparat destinat nchiderii i deschiderii circuitelorelectrice cnd acestea sunt parcurse de cureni normali sau de avarie (suprasarcin, scurtcircuit).Principalii parametri ai ntreruptoarelor sunt: curentul nominal, cel mai mare curent standardizat (200, 400, 600, 1000, 2000, 4000, 6000 etc.)sub care ntreruptorul poate funciona n regim permanent; curentulnominalderupereIrn,celmaimarecurentpe care lpoatedeconecta nmodsigurntreruptorul la tensiunea nominal a instalaiei; puterea de rupere nominal Srn, la declanare trifazat este dat de relaia: curentul nominal de anclanare, cel mai mare curent de scurtcircuit (curentul de scurtcircuit deoc) pe care-l poate anclana ntreruptorul fr avarie; acest curent determin construciacontactelor; timpul de ntrerupere, intervalul de timp cuprins ntre comanda declanrii i stingereacomplet a arcului electric la toate fazele ntreruptorului; timpul de nchidere, intervalul