Aparate electrice de comutație și protecție

ARGUMENT

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.

Capitolul I

Aparate de comutaţie

Aparatele electrice de comutaţie au funcţiunea de a conecta şi deconecta o conexiune într-un circuit electric. Comutaţia poate fi dinamicã (mecanicã) şi staticã (electronicã). Comutaţia dinamicã este, deocamdatã, cea mai rãspânditã şi implicã cele mai mari probleme de ordin constructiv.

Conectarea circuitelor prezintã mai puţinã importanţã decât deconectarea lor, deoarece sub influienţa inductivitaţii circuitului, la conectare curentul creşte foarte încet de la valoarea zero pânã la valoarea de regim şi în timpul scurt de joncţiune a contactelor nu poate sã aparã o importantã cãdere de tensiune pe acestea. Dimpotrivã la deconectare curentul are în momentul iniţial o valoare bine definitã, determinatã de încãrcarea circuitului, şi din acest motiv între contactele deschise apare o mare cãdere de tensiune a cãrei evoluţie în timp are o influienţã hotãrâtoare asupra procesului deconectãrii.

Funcţionarea aparatelor de comutaţie, siguranţelor fuzibile şi descãrcãtoarelor este strâns legatã de apariţia şi stingera arcului electric. De asemenea, în cazul unor defecte de izolaţie sau la supratensiuni importante se pot produce descãrcãri electrice periculoase.

1.1 CONECTAREA DINAMICA A CIRCUITELOR ELECTRICE

Comutaţia dinamicã se caracterizeazã prin închiderea şi deschiderea unui circuit electric pe cale mecanicã, prin intermediul unui sistem de contacte. Procesul comutaţiei dinamice este însoţit de apariţia bruscã a arcului electric, care solicitã puternic contactele, din care motiv se vor prezenta în continuare problemele principale care carcterizeazã acest fenomen.

1.1. 1 Conectarea dinamicã a circuitelor de curent continuu

In majoritatea cazurilor întâlnite în instalaţiile energetice, conectarea dinamicã decurge fãrã dificultaţi, deoarece curentul, pe durata tranzitorie, variazã dupã o lege exponenţialã, de la zero la o valoare maximã, care are caracter staţionar (fig. 1.1a).

La conectarea unui circuit R L sub tensiunea continuuã U= constant, curentul variazã exponenţial conform ecuaţiei; (1.1)

în care -curentul staţionar (max) şi constanta electomagneticã a circuitului. Panta curentului la t=0 (momentul conectãrii circuit,) are expresia;

(1.2)

rezultând cã în primul moment al conectãrii panta curentului se modificã numai la schimbarea inductivitãţii circuitului şi deci nu este influienţatã de suntarea receptoarelor rezistive. In relaţiile de mai sus s-a neglijat variaţia rezistenţei cu temperatura.

1.1.2 Conectarea dinamicã a circuitelor de curent alternativ

Conectarea sub tensiunea alternativã de valoare constantã u(t) = um• sin (tu) se caracterizeazã prin curentul tranzitoriu (fig. 1.1.b);

U - faza iniţialã a tensiunii, determinatã de sursã;

- defazajul dintre tensiune şi curent;

u - I - faza iniţialã a curentului prezumat;

T=L / R - constanta de timp electromagneticã a circuitului; - componenta periodicã a curentului; - componenta aperiodicã a curentului