Aparate și Echipamente Electrice

INTRODUCERE

Obiectul cursului îl constituie studiul teoretic şi practic referitor la solicitările şi principiile constructive şi funcţionale ale aparatelor şi echipamentelor electrice de joasă şi înaltă tensiune utilizate în instalaţiele electrice pentru centrale şi staţii, în vederea exploatării economice şi sigure a acestor ehipamente de importanţă majoră în domeniul energetic.

Ansamblul instalaţiilor care asigură procesul de producere ,transformare, trasport, distribuţie şi consum de energie electrică constituie sistemul electroenergetic sau sistemul electric. Conform acestei definiţii, sistemul electroenergetic cuprinde generatoarele, transformatoarele, liniile şi consumatorii de energie electrică.

Instalaţia electrică defineşte un ansamblu de echipamente electrice interconectate într-un spaţiu dat, formând un singur tot şi având un singur scop funcţional bine determinat.

Prin echipament electric se înţelege, în general, orice dispozitiv întrebuinţat pentru producerea, trnsportul, distribuţia şi utilizarea energiei electrice.

Aparatele electrice reprezintă ansamblurile de dispozitive electrice şi mecanice, precum şi o categorie de echipamente electrice, destinate pentru comanda , protecţia, reglajul şi controlul automat sau neautomat al funcţionării instalaţiilor electrice. Ele au rolul de a supraveghea şi de a asigura desfăşurarea normală a transportului de energie electrică de la surse la consumatori.

Conexiunile între centralele electrice şi liniile de transfer de energie, între reţele electrice şi între acestea şi consumatorii industriali sau se efectuează prin intermediul aparatelor de comutaţie.

Prin aparat de comutaţie se înţelege un sistem electric sau electromecanic cu ajutorul căruia se stabileşte sau se întrerupe un circuit electric.

Rolul funcţional al aparatelor de comutaţie este, pe de o parte de a dirija fluxul de energie pe bare, linii electrice, reţele de distribuţie, de la sursele de energie la receptoare, iar pe de altă parte, de a oferi protecţie împotriva suprasarcinilor, scurtcircuitelor şi supratensiunilor. Nu toate aparatele de comutaţie oferă şi protecţie împotriva avariilor. Există aparate destinate numai comutaţiei fără sarcină, altele destinate comutaţiei sub sarcina nominală, altele destinate comutaţiei la curent de scurtcircuit, altele destinate protecţiei împotriva supratensiunilor.

Aparatele electrice pot fi clasificate după criterii diferite ca: tensiunea nominală; felul curentului;numărul de poli; regimul de funcţionare; locul de funcţionare; funcţiile pe care le îndeplinesc etc.

Din punct de vedere al tensiunilor şi a curentului se deosebesc doua mari categorii şi anume:

- aparate de joasă tensiune;

- aparate de înaltă tensiune;

- aparate de curent alternativ;

- aparate de curent continuu.

Din punct de vedere al numărului de poli, aparatele electrice se împart în :

- monopolare;

- multipolare (bipolare, tripolare).

Din punct de vedere a regimului de funcţionare se distig aparate cu:

- regim de funcţionare de lungă durată;

- cu regim de funcţionare permanentă;

- cu regim de funcţionare intermitent;

- regim de funcţionare de scurtă durată.

Din punct de vedere al locului în care funcţionează se deosebesc:

- aparate electrice de interior;

- aparate electrice de exterior;

- aparate electrice capsulate.

Din punct de vedere al funcţiilor, aparatele electrice se clasifică în aparate de comutaţie şi aparate de protecţie.

Aparatele de comutaţie , sunt acele aparate care permit punerea sau scoaterea din funcţiune a unor echipamente ale sistemului electroenergetic, exemplu separatorul. In timp ce întreruptorul îndeplineşte rolul de aparat de protecţie, realizâmd întreruperea rapidă a curentului de scurtcircuit, care apare în regim de avarie.

In exploatare, aparatele sunt supuse acţiunii multor factori, care influienţează funcţionarea lor şi care determină condiţiile pe care aceste aparte trebuie să le îndeplinească. Cele mai importante dintre aceste acţiuni sunt prezentate mai jos.

Acţiunea electrică. Aparatele electrice sunt permanent sub acţiunea tensiunii electrice de serviciu. In cazuri accidentale sunt supuse la supratensiuni de comutaţie sau atmosferice. Ca atare condiţii orice aparat trebuie să funcţioneze sigur, fără deteriorări, timp îndelungat.

Acţiunea mecanică. Aparatele electrice sunt supuse la mişcări mecanice în timpul funcţionării (de exemplu închiderea şi deschiderea întreruptoarelor şi a separatoarelor), precum şi la acţiunea forţelor electrodinamice ale curenţilor de scurtcircuit.

Acţiunea termică. In regim normal de funcţionare, aproape toate aparatele se încălzesc la trecerea curentului electric prin căile de curent. Arcul electric produce supraîncălzirea locului unde se produce (pe izolaţie şi pe părţile metalice).

Acţiuni atmosferice. Aparatele electrice, în special cele de exeterior, sunt supuse acţiunii temperaturii; presiunii şi umidităţii aerului; ploii; ceţii; zăpezii; îngheţului; poleiului şi prafului.

Ţinând seama de influienţa acţiunii enumerate mai sus, pentru o funcţionare normală şi de durată în exploatare, aparatele electrice trebiue să indeplinească câteva condiţii fundamentale, după cum urmează:

- Funcţionarea sigură şi de lungă durată la parametrii pentru care a fost calculat aparatul.

- Stabilitate termică şi dinamică la trecerea celor mai mari curenţi de scurtcircuit prescrişi pentru aparatul dat.

- Izolaţia electrică să reziste la solicitările supratensiunilor, care nu întrec valorile tensiunilor de încercare recomandate pentru aparatul dat.

- Stabilitate la solicitările factorilor climatici.

Construcţia în ansamblu să fie simplă, alcătuită din elemente tipizate şi să permită reparaţia în flux tehnologic.

- Gabaritul, greutatea şi costul să fie cât mai reduse. -Deservirea, revizia şi repararea să fie uşoară, simplă şi cu maximum de securitate.

Cap. I. PROCESE FIZICE IN APARATE ELECTRICE

1.SOLICTARILE TERMICE ALE CURENŢILOR IN CONDUCTOARE

SI APARATE ELECTRICE

1.1. Generalităţi

In staţiile şi posturile de transformare există un număr mare de aparate legate între ele după o anumită schemă, cu ajutorul unor conductoare izolate şi neizolate. Prin trecerea curentului electric prin aparate şi conductoare, în aceste elemente se dezvoltă energie termică şi datorită acestui fapt ele se încălzesc. Când cantitatea de căldură care se transmite este constantă în timp avem regim termic stationar (permanent), iar când este variabil în timp avem regim termic nestaţionar (nepermanent). Regimul termic cu caracter periodic, repetându-se după o anumită lege în decursul unei anumite perioade de timp este un regim termic cuasistaţionar.

Una dintre condiţiile cele mai importante pentru siguranţa în exploatare a oricărei instalaţii electrice este alegerea corectă, din punct de vedere al încălzirii în diferite regimuri de funcţionare a tuturor aparatelor precum şi a părtilor conductoare de curent care le leagă.

Temperatura unui corp este determinată de temperatura mediului ambiant la care se adugă creşterea de temperatură datorită încălzirii corpului prin efect electrocaloric.

Diferenţa dintre temperatura suprafeţei corpului cald şi temperatura mediului ambiant se denumeşte supratemperatura corpului faţă de temperatura de referinţă a mediului ambiant. Majoritatea normelor indică două valori pentru regimul staţionar: supratemperatura maximă (limită) admisă s şi temperatura maximă admisă s, legătura între ele este dată de relaţia: