Fenomene care produc solicitări ale aparatelor și echipamentelor electrice

In functionarea aparatelor , atat in conditii normale de serviciu, cat si in caz de avarii, fiecare dintre elementele componente este supus unor anumite solicitari, la care trebuie sa reziste in bune conditii, timp de 10 – 20 ani, fara a fi necesare alte interventii ale personalului de exploatare decat cele prevazute a se face cu ocazia reviziilor periodice.

Solicitarile cele mai frecvente sunt:

— solicitari electrice ;

— solicitari termice ;

— solicitari mecanice ;

— solicitari fizico-chimice ;

— solicitari provocate de actiunea combinata a factorilor de mediu in care lucreaza aparatul (umezeala, radiatii, variatii de temperature, vapori corozivi, praf, lovituri, etc.)

O caracterizare riguroasa a tuturor solicitarilor este practic imposibila datorita diversitatii lor, precum si datorita ponderii lor diferite in diverse cazuri.

Astfel,in fenomenele de comunicatie caracterizate de prezenta arcului electric ,deosebit de intense sunt solicitarile termice si mecanice ,dar intervin si alte tipuri de solicitari ,producand , in ansamblu, efecte complexe.

In conditii de exploatare caracterizate prin prezenta simultana a campurilor electrice ,magnetice si de forta, chiar daca intensitatile acestor campuri sunt mici si nu produc degradari semnificative imediat, actiunea lor prelungita duce la aparitia fenomenului de imbatranire in special a izolatiei, manifestata prin alterarea in timp a proprietatilor electrice initiale etc.

SOLICITARI ELECTRICE

Solicitarea elctrica este cea la care este supus un izolant electric, atunci cand doua regiuni ale sale se afla la potentiale diferite. (fig. 9.1.)

Tensiunea U, aplicata intre cele doua regiuni, tinde sa formeze o cale conductoare de curent, fie prin strapungerea, fie prin conturnarea izolantului (se numeste strapungere formarea unui canal conductor de electricitate prin intermediul unui izolant solid, lichid, sau gazos si conturnare – formarea unui canal conductor pe suprafata unui izolant solid).

Solicitari elctrice pot provoca: tensiunile de serviciu, supratensiunile de comutatie, de orogine atmosferica, sau de punere la pamant, supratensiunile temporare, caracteristice regimului de functionare a instalatiei electrice in ansamblu.

Din ansamblul unui aparat sunt solicitate electric, in special izolatia, dispozitivele de stingere a arcului electric, circuitele magnetice.

Solicitrile electrice cele mai intense sunt suportate de izolatie.Solicitarile electrice ale izolatiei, chiar daca nu duc la strapungere sau conturnare, produc o serie de fenomene (polarizarea dielectricului, curenti de scapari in dielectric, pierderi in dielectric), care determina, treptat ,deteriorarea izolatiei. Simptomele principale prin care se determina gradul de deteriorare al izolatiei sunt:

— micsorarea rigiditatii dielectrice;

— inrautatirea caracteristicilor mecanice;

— micsorarea rezistentei de izoltie;

— modificari de aspect, compozitie chimica, etc.

• In camerele de stingere, in timpul procesului de rupere a arcului electric ,se produc fenomene foarte intense de ionizare si deionizare ,care solicita peretii camerelor.

In figura 9.2. sunt aratate solicitarile electrice posibile unui izolator suport.Intensitatea solicitarii electrice a izolatorilor este influentata de urmatorii factori:

— valoarea tensiunii aplicate;

— durata de aplicare a tensiunii;

— frecventa;

— temperatura izolantului;

— forma electrozilor;

— starea de umiditate si de murdarie a suprafetelor.

Solicitarile electrice prin strapungere si conturnare pot avea urmari foarte grave in instalatii: incendii, electrocutari ,etc.

SOLICITARI TERMICE

Solicitari termice ale aparatelor electrice sunt solicitari provocate de variatii de temperatura.

Incalzirea aparatelor este consecinta pierderilor de energie:

— prin efect Joule-Lenz in caile de curent;

— pentru magnetizarea miezurilor din materiale feromagnetice;

— prin efect pelicular;

— in dielectricii aflati in campuri electrice;

— in mecanismele in care au loc frecari ,sau sunt supuse la socuri sau tensionari.

Incalzirile pieselor invecinate sunt deosebit de mintense in cazul producerii arcului electric.

• Pierderile de energie intr-un conductor de rezistenta R, parcurs de curentul I, in timpul t, sunt date de relatia: W = RI²t.

In c.a, la valorimari ale curentilor, la conductoare de sectiune mare si la frecvente mari, apar pierderi suplimentare prin efect pelicular si de apropiere. Fenomenul se prezinta ca si cum rezistenta R a conductorului ar creste la o valoare Rp = RKp, unde Kp este un factor care variaza direct proportional cu f/p si se determina cu ajutorul unor diagrame pentru fiecare tip de material.

Daca doua conductoare sunt strabatute de curenti electrici variabili si se gasesc in apropiere ,fluxul magnetic variabil al unui conductor induce in masa celuilalt conductor curenti turbionari, cu atat mai mari ,cu cat stratul corespunzator este mai apropiat.

• Pierderile in materialele feromagnetice sunt datorate fenomenului de histerezis si a curentilor turbionari si se determina cu relatia p = Ph + Pf . Pierderile prin curenti turbionari (Pf) se exprima in procente din Ph. Uzual, se lucreaza cu pierderi specifice pe kilogram.

• Pierderile in dielectrici devin importante numai la frecvente si tensiuni foarte mari.

• Pierderile in partile componente ale aparatelor. Solicitarile termice afecteaza partile componente ale aparatelor. Astfel: