Calculul izolației pentru un întreruptor

MEMORIU JUSTIFICATIV

Întreruperea circuitelor electrice de putere a reprezentat întotdeauna o funcţie esenţială, în special în cazuri de suprasarcină şi scurtcircuit, când întreruperea imediată a curentului devine necesară, ca măsură protectoare.

La început, singura metodă de întrerupere a unui circuit, era separarea contactelor, în aer, urmată de alungirea arcului electric rezultat la o dimensiune care să nu permită menţinerea arcului.

Cum tensiunile şi curenţii sistemelor de putere creşteau, în curând aceste mijloace de întrerupere au devenit inadecvate şi s-a trecut la construirea unor dispozitive speciale, numite întreruptoare.

Întreruptoarele şi-au sporit continuu capacitatea de rupere, odată cu dezvoltarea sistemelor, dar, în primii ani ai deceniului al doilea al acestui secol, defecţiunile care apăreau la întreruptoarele aflate în exploatare reprezentau un factor limitator în creşterea ulterioară a puterii sistemelor electrice. În plus, în numai douăzeci de ani, tensiunea liniilor de transport a energiei a crescut de peste două ori, de la 60kV (1905 - Niagara Falls), la 132 kV (1926 - standard C.E.I.). Aceasta situaţie a condus la o creştere a eforturilor de cercetare şi dezvoltare a dispozitivelor de întrerupere a circuitelor, pe întreg cuprinsul pieţei mondiale, eforturi care continuă şi astăzi. Aceste cercetări au condus la îmbunătăţirea înţelegerii principiilor de bază, care a făcut ca dezvoltarea întreruptoarelor să ţină pasul cu sistemele de putere, încă în creştere.

Mijloacele de îmbunătăţire a capacităţii de rupere a întreruptoarelor sunt multe şi variate. Problema de bază este aceea a controlului şi stingerii arcului de mare putere, care apare la separarea contactelor unui întreruptor, parcurse de curent, Printre mediile de stingere putem enumera: aer, aer c omprimat, ulei, hexafluorură de sulf, vid, câmpuri magnetice puternice.

Transferul de energie electrică, de la locul de producere la locul de utilizare, se realizează prin intermediul liniilor şi reţelelor electrice în care sunt implantate aparate de comutaţie.

Rolul funcţional al aparatelor de comutaţie este de a stabili şi întrerupe circuite electrice în condiţii de funcţionare normală. Unele aparate de comutaţie au şi rolul funcţional de aparate de protecţie, în sensul că efectuează deconectări sau conectări urmate de deconectări, în cazurile când apar avarii, cum sunt scurtcircuitele, suprasarcinile, supratensiunile.

Rolul central în operaţiile de distribuţie a energiei electrice şi de protecţie îl are întreruptorul.

Dezvoltarea tehnologiei întreruptoarelor din ultimii ani, având ca rezultate excepţionale beneficii economice şi schimbări esenţiale în proiectare, a avut loc ca urmare a sporirii utilizării SF6.

Dezvoltarea întreruptoarelor cu SF6a apărut ca urmare a descoperirii proprietăţilor foarte bune de stingere a arcului electric de comutaţie, pe care le posedă acest gaz.

în afară de acestea, spre deosebire de alte materiale electroizolante care îşi pierd în timp calităţile de dielectric - îmbătrânesc - SF6 nu îmbătrâneşte; de asemenea, spre deosebire de alte medii de stingere a arcului electric, care sub acţiunea temperaturii ridicate se descompun în gaze ce activează stingerea şi care apoi sunt evacuate din întreruptor - pierzându-se deci la fiecare rupere o parte din masa mediului de stingere -, SF6 după ce sub acţiunea temperaturii s-a descompus în elementele sale componente, ulterior stingerii arcului de comutaţie acestea se recombină, păstrând practic neschimbată cantitatea de SF6 din întreruptor. Aceste proprietăţi corelate cu cele de bun dielectric permit realizarea unor instalaţii şi aparate electrice de gabarit redus şi capsulate.

Folosirea ca mediu de stingere a SF6este impusă de proprietăţile sale:

- pentru presiuni cuprinse între 1 şi 9 barr, rigiditatea dielectrică a SF6este, atât la frecvenţa industrială, cât şi la unda de impuls de 1,2/50 [micros, de peste 2 ori mai mare decât cea a aerului aflat la aceeaşi presiune. Aceasta din două motive:

1) dimensiunea moleculei sale, a cărei secţiune eficace de coliziune pentru un electron accelerat în câmp electric este un multiplu din cea a moleculelor de N2 şi O2. Aceasta semnifică că electronul va suferi statistic întâlniri mai frecvente în SF6 decât în aer;

2) molecula de SF6 poseda capacitatea de a fixa un electron cu ocazia coliziunii electron - moleculă, formând un ion negativ. De fapt, coeficientul de alipire a SF6 este mai mare decât al N2 sau al aerului.

- datorită temperaturii de disociere reduse şi a energiei de legătură mică, diametrul arcului în SF6 este aproximativ cu două ordine de mărime mai mic decât al arcului în aer; acest fapt are drept consecinţă o valoare a conductanţei de rest de circa patru ori mai mică în SF6 decât în aer (conductanţa de rest - valoarea conductanţei coloanei de arc în momentul trecerii naturale a curentului alternativ prin zero). Un gaz este cu atât mai bun stingător de arc cu cât raza echivalentă ro a coloanei arcului electric este mai redusă. Conductanţa de rest este direct proporţională cu puterea a patra a razei ro

- este un gaz inodor, incolor, fără gust, neinflamabil, nu este toxic dar nu întreţine viaţa, materialele izolante obişnuite cu conţinut de H2 sunt descompuse de SF6, de aceea piesele din întreruptor se construiesc din teflon;

- masa moleculară 146,07 g;

- temperatura critică 45,5 grade C;

- presiunea critică 40 barr;

- densitatea critică 0,76 g/cm3;