Curs aparate

CAPITOLUL 1

PROCESE FUNDAMENTALE

ÎN ECHIPAMENTE ELECTRICE

În sens larg, prin echipament electric se înţelege orice "dispozitiv" întrebuinţat în cadrul proceselor de producere, de transformare, de distribuţie şi de utilizare a energiei electrice.

Pe de altă parte, atât mărimea producţiei, cât şi nivelul consumului de energie electrică reprezintă doi dintre cei mai importanţi indicatori în relevarea dezvoltării oricărui stat. În acest context trebuie privită importanţa cunoaşterii echipamentelor electrice (de comandă, de protecţie şi semnalizare, de măsurare etc.).

Prin interconectarea (într-un spaţiu limitat şi după anumite reguli) a unui ansamblu de echipamente electrice, alese corespunzător şi cu scop funcţional bine precizat se obţine o "instalaţie electrică". Aceasta va funcţiona timp îndelungat.

După cum se poate anticipa, în exploatare, echipamentele electrice sunt supuse acţiunii multor factori care influenţează funcţionarea lor. Cei mai importanţi sunt de natură: 1) electrică, 2) termică şi 3) dinamică.

1. Deşi echipamentele electrice se găsesc continuu sub acţiunea tensiunilor de serviciu, ele sunt frecvent supuse la supratensiuni, fie de comutaţie (datorate proceselor de conectare şi/sau de deconectare), fie atmosferice. Dacă valoarea maximă (supratensiunea) depăşeşte tensiunea de încercare, pentru menţinerea în funcţionare se admite ca echipamentul să prezinte descărcări superficiale, dar nu trebuie să prezinte străpungeri.

2. Aproape toate echipamentele electrice sunt supuse încălzirii pe durata funcţionării normale. Încălzirea are loc în înfăşurări (bobine electrice), în izolaţii sau în părţile metalice (miezuri). De asemenea, arcul electric determină încălziri puternice în locurile unde se produce. Dacă valoarea maximă (supratemperatura) depăşeşte (timp îndelungat) cifra corespunzătoare clasei de izolaţie, "viaţa" echipamentului se reduce considerabil, de cele mai multe ori fiind necesară înlocuirea lui.

3. Echipamentele electrice, în general şi cele de comutaţie (în special) sunt supuse la acţiuni mecanice, chiar în timpul funcţionării lor normale. În plus, ele trebuie să facă faţă presiunilor interne (la întreruptoare, siguranţe fuzibile etc.), precum şi la acţiunea forţelor electrodinamice datorate curenţilor de scurtcircuit.

În afara proceselor fundamentale (de comutaţie, termice şi dinamice), toate echipamentele electrice sunt supuse acţiunii factorilor atmosferici (temperaturii, presiunii şi umidităţii aerului), iar cele amplasate în exterior sunt supuse, în plus, acţiunii ploii, ceţii, chiciurei, prafului etc. La toate acestea se adaugă şi acţiunea timpului, prin "îmbătrânirea izolaţiilor", prin "uzura contactelor", prin "degradarea camerelor de stingere" etc.

În acest context, pentru înţelegerea problemelor ridicate de majoritatea echipamentelor electrice, în continuare vor fi abordate (doar) câteva din procesele fundamentale, şi anume: cele de comutaţie, procesele termice şi forţele electrodinamice.

1.1. PROCESE DE COMUTAIE

Procesele de conectare şi de deconectare apar la închiderea şi, respectiv, la deschiderea circuitelor electrice, cu sau fără curent, sau atunci când se modifică anumite legături electrice în circuite, în scopul asigurării anumitor regimuri de funcţionare. Astfel, producerea de scurtcircuite, ca şi comutaţia normală efectuată de un aparat sunt procese ce conduc la regimuri tranzitorii, în care mărimile electrice determină solicitări termice, electrodinamice şi dielectrice, atât pentru echipamentul de comutaţie, cât şi pentru instalaţia electrică în care acesta funcţionează. De aceea, în continuare vor fi prezentate procesele de conectare şi de deconectare reprezentative pentru echipamentele electrice de comandă şi de protecţie, de tip electromecanic.

1.1.1. Conectarea circuitului RL la o tensiune continuă

Modelează regimul tranzitoriu de stabilire a curentului într-o bobină.

Se consideră un circuit conţinând în conexiune serie: o bobină cu inductanţa L, un rezistor, o sursă de energie cu t.e.m. constantă E0 şi un întreruptor. Rezistenţa electrică totală a circuitului (a rezistorului, a bobinei, a sursei şi a conductoarelor de legătură) este notată cu R. Circuitul este la început deschis, iar la momentul t = 0 se închide cu ajutorul întreruptorului. Tensiunea electromotoare de contur eΓ, calculată în sensul curentului, în lungul conductorului circuitului închis, este egală cu suma dintre t.e.m. a sursei (E0) şi t.e.m. indusă în bobină (-dΨ/dt) , adică: