curs echipmante electrice 2

8/10/2019 Curs Echipmante Electrice 2

1/174


2/174

Capitolul 1

NTRERUPTOARE TRADIIONALE N COMUTAIADE PUTERE

1.1. Cerine funcionale

Mijloacele utilizate pentru ntreruperea curentului electric au evoluatdeosebit de mult, n decursul timpului; eforturile din cercetare dictate de nevoilemereu crescnde ale reelelor, ct i din imperative economice, au condus lafabricarea de echipamente electrice cu performane din ce n ce mai bune.

La nceput, ntreruperea curentului era realizatprin simpla separare acelor doucontacte la o distansuficient de mare pentru ca arcul electric ssesting. Aceast tehnic s-a dovedit rapid foarte limitat i soluii noi, adeseasurprinztoare, au aprut. Cu titlu anecdotic, se poate semnala realizarea n 1884a unui "ntreruptor-cuit cu ntrerupere rapid", la care arcul era suprimat cuajutorul unui cuit izolant manevrat cu mna, cu riscurile i pericolele la care erasupus operatorul care era "invitat" s realizeze manevra. Introducereadispozitivelor de comutaie n ulei, la nceputul secolului, au condus la obinereade echipamente de comutaie la care performanele au putut fi crescuteconsiderabil.

Realizarea de medii din ce n ce mai adaptate pentru stingerea arculuielectric (vidul, hexafluorura de sulf) i de tehnici performante (suflajul violent,

punerea n micare a arcului electric etc.) au permis obinerea de echipamentemoderne capabile srspundcorespunztor exigenelor reelelor electrice.

Evoluia echipamentelor de comutaie n decursul timpului a fostimpusde diferii factori dintre care sunt de menionat:

-creterea nivelului maxim al tensiunii reelelor electrice, Fig.1.1.Necesitatea creterii nivelului maxim al tensiunii reelelor rezult dincererea mereu crescnd de energie electric i din dorina realizrii unuitransport optim.


3/174

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II2

n prezent nivelurile detensiuni ale reelelor deinterconexiune sunt deordinul sutelor de kVajungnd i chiar depind1000 kV n cazul liniilor delungime mare;

-interconexiuni ibuclri complexe alereelelor. n cursul timpului,topologia reelelor a evoluat

prin introducerea de noi linii,prin creterea numrului i acapacitii staiilor detransformare;

-creterea puterii instalate. Puterea total instalat a crescut continuuprin introducerea n exploatare de noi centrale electrice i interconexiuni cu altesisteme electroenergetice. Totodat se constat creterea puterii instalate peunitatea de producere a energiei electrice (centrale nucleare sau hidroelectricesusceptibile sfurnizeze mai multe zeci de mii de MW).

Acestevoluie a determinat printre altele creterea valorilor curenilornominali (cureni nominali de 4 kA i 10 kA pe barele staiilor sunt frecventntlnii) i a curenilor de scurtcircuit care pot atinge i chiar depi 100 kA.

Dac vom considera consecinele unei defectuoase funcionri aechipamentului de comutaie (att din punct de vedere al solicitrilor la care estesupus, ct i al costului kWh nefurnizat), ct i dorinei unitilor de transport idistribuie s asigure un serviciu de o calitate crescnd, atunci este uor snelegem dorina de ameliorare a calitii ntreruptoarelor: att pentru a-iconferi performane adecvate reelelor n care se monteaz, ct i s satisfaccriterii economice, de mediu etc.

Intreruptorul ntr-o reea are funcia de baz s controlezecontinuitatea ntre dou puncte ale circuitului. Aceast sarcin, n aparen

simpl, cere echipamentului electric multiple caliti i aptitudini,indispensabile pentru a putea face fa la o funcionare ntr-o gamvariatdesituaii, ce pot apare n funcionarea unei reele electrice.

Din punct de vedere pur electric, ntreruptorul poseddoustri stabiledeschis-nchis i trebuie s fie capabil s asigure tranziia dintr-o stare n altantr-un mod compatibil cu reeaua n care el este montat.

n poziia "deschis", el trebuie ssuporte, ntre contactele sale, diferitelesolicitri datorate tensiunii de frecven industrial, respectiv supratensiunilor

1900 1920 1940 1960 1980 2000

200400

600

800

1000

1200

1400

1600

SUASuedia

URSS

CanadaSUA

URSS

SUA

U[kV]

An

Fig.1.1Evoluia nivelului maxim al tensiunii n reelele

electrice


4/174

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere 3

tranzitorii (de comutaie, atmosferice). Aceste solicitri se aplicizolaiei dintrecontactele deschise, celei dintre faze, ct i celei fa de pmnt, n ultimilecazuri indiferent de poziia echipamentului.

n poziia "nchis" el trebuie ssuporte n permanencurentul nominal,fra suferi supranclziri anormale ale contactelor (evitndu-se astfel oxidareaexcesiv, eventual chiar sudarea contactelor). n cazul unui defect ndeprtat eltrebuie s suporte (tolereze) curentul de scurtcircuit, pn cnd un altechipament de comutaie, mai apropiat de defect, asigurcomutaia circuitului.

La nchidere el trebuie sfie apt sstabileasccurentul n circuit att nsituaie normal ct i la anclanarea pe defect. Mai mult, mecanismul deacionare trebuie realizat pentru a permite efectuarea unui ciclu complet demanevr. Dimensionarea mecanismului de acionare va trebui s in cont de:ineria pieselor mobile, frecri, energia eventualului sistem de declanare i deasemenea de eforturile electrodinamice datorate curenilor.

La deschidere el trebuie s fie capabil s ntrerup, fr a se defecta,curentul care l traverseaz i s suporte, dup comutaia curentului tensiuneacare apare ntre bornele sale (fra fi el nsui responsabil de supratensiuni preamari).

La deschiderea pe defect valorile foarte mari ale curen ilor descurtcircuit duc la solicitri deosebite pe care acesta trebuie sle poatsuporta

cu pstrarea integritii mecanice. Valorile mari ale curentului de scurtcircuitconduc la dificulti n realizarea comutaiei, curentul i tensiunea sunt practicn quadratur de faz i deci viteza de cretere a tensiunii de restabilire arevalori ridicate. Mai mult, dac locul de defect nu este la, sau n apropierea

bornelor echipamentului i deci la o anumit distan de ntreruptor, reflexiaundelor de tensiune introduce solicitri suplimentare n timpul care urmeaztrecerii prin zero a curentului (defect kilometric). Pericolul defectuluikilometric const n reamorsarea arcului electric, deoarece, din cauza vitezeimari de cretere a tensiunii de restabilire, aceasta ntrece ca valoare tensiunea deinere dintre contactele ntreruptorului.

Valorile mari ale intensitii curentului cer reducerea la minimumposibil a timpului global de eliminare a defectului. Costul suplimentar n

realizarea unui asemenea obiectiv trebuie sfie compensat prin ctigurile carerezultdin:

-reducerea solicitrilor (electrodinamice, termice etc.) la care este supusntreruptorul dar i toate elementele care sunt traversate de curentul de defect;

-ameliorarea stabilitii reelei i n consecin utilizarea mai bun aliniilor de transport; beneficiul este i mai substanial dacse evitsau ntrzieastfel construcia de noi linii.


5/174


n cazul deconectrii curenilor de valori mici, apar dificulti care nupot fi neglijate:

-pentru cureni mici inductivi este necesar a se evita fenomenul de tieresau smulgere a curentului, care este responsabil de supratensiunile care potconduce la un defect evolutiv;

-pentru curenii mici capacitivi (linii aeriene sau subterane n gol, bateriide condensatoare) echipamentul trebuie s evite reamorsrile succesive,responsabile de o eventualcretere a tensiunii.

Global, dificultatea rezid n faptul c ntreruptorul trebuie s rmncompatibil cu fiecare din problemele prezentate anterior, ceea ce uneori cereintroducerea de artificii (cum ar fi, spre exemplu, conectarea de elemente n

paralel cu camera de stingere).Din punct de vedere mecanic, modul de funcionare este destul de

neobinuit. Pe majoritatea duratei sale de existen, ntreruptorul ocupuna dincele dou poziii stabile (nchis-deschis) i ocazional el asigur comutareacurenilor de regim normal. Comutarea curenilor de defect reprezint situaiideosebite, n care ntreruptorul este mult mai solicitat i i ndeplinete rolulsu specific. Acest mod de funcionare special aratcechipamentul trebuie s

poataciona n orice moment, eventual dupun lung timp de inactivitate.ntreruptoarele trebuie deci s fie realizate pentru a oferi o fiabilitate

maxim ndeosebi mecanic (deoarece, dac puterea de conectare saudeconectare au fost verificate prin ncercri de tip, aceste aptitudini suntperpetuate n ipoteza c ansamblul de elemente mecanice este n stare defuncionare).

Asigurarea unei fiabiliti corespunztoare, care are un caracter decisivn cazul ntreruptoarelor, trebuie meninutdei unii factori acioneazn sensinvers:

-creterea performanelor (diminuarea timpului de eliminare adefectelor, reanclanarea automatetc.) introduce limitri suplimentare;

-reducerea duratei i a numrului de ntreineri ale echipamentului;-dezvoltarea rapid (concepii noi, materiale moderne) se opune

principiului cse va ajunge la un minim de schimbri.

1.2. Evoluia tehnicii de comuaie

Pentru a asigura comutaia unui curent electric, este suficient carezistena elementului de ntrerupere, nul la plecare, s creasc i s devininfinit(rmnnd aa chiar n prezena tensiunii aplicate la bornele sale).

n curent alternativ problema se simplific deoarece curentul trece dedou ori prin valoarea zero ntr-o perioad. Rezult deci c este posibil


6/174


ntreruperea curentului n momentul n care energia electromagneticnmagazinatn circuit este nul.

ntreruptorul ideal trebuie deci sposede urmtoarele caracteristici:-rezistennul, ct timp este parcurs de curent;-conductan nul n momentul ntreruperii curentului i rigiditate

dielectricsuficientpentru a suporta tensiunea de la bornele sale;-aptitudinea de trecere dintr-o stare n alta instantaneu i sincronizat cu

trecerea prin zero a curentului.Din pcate, dac elementele foarte bune conductoare sau foarte bune

izolatoare exist ntr-un numr important, materialele susceptibile s posedesuccesiv ambele proprieti nu sunt numeroase.

Totui, n momentul ntreruperii curentului, separarea contactelor(imersate ntr-un mediu lichid, gazos sau rarefiat) este nsoit de apariiaarcului electric, care se menine pnce condiiile favorabile stingerii definitivesunt reunite. i astfel, din fericire, arcul electric prezint caracteristici care seapropie de cele dorite:

-prin mecanismul deionizrii este posibiltrecerea din starea de plasmaconductoare n cea de mediu electroizolant;

-aceasttrecere se efectueaznatural la trecerea prin zero a curentului intr-un mod foarte rapid, datorit ineriei termo-electrice reduse a mediului

ionizat. Arcul electric, dei aliat pe plan funcional (se spune c este un runecesar), trebuie stins pentru a se asigura succesul comutaiei. Aceasta serealizeazdacse asigururmtoarele condiii:

-n timpul trecerii curentului prin zero i dup separarea contactelor,energia disipat n arc trebuie s poat fi absorbit de echipament, frdeteriorri sau consecine asupra posibilitilor de ntrerupere;

-pe perioada interaciunii arc-reea, bilanul energetic trebuie s fiedefavorabil arcului electric (energia disipatde circulaia curentului post-arc nutrebuie sfie suficientpentru a provoca o reaprindere a arcului);

-tensiunea tranzitorie de restabilire nu trebuie sfie superioartensiuniide inere ntre contacte, care se restabilete progresiv n zona anterior ionizat,

evitndu-se astfel o reaprindere.Dei procesul teoretic al comutaiei n curent alternativ este simplu,

soluiile folosite n plan practic au implicat eforturi uriae i au condus laechipamente extrem de diversificate, dar care rspund din ce n ce mai binenevoilor reelelor i preocuprilor economice.

n ntreruptoare apariia i stingerea arcului electric are loc n mediirelativ diferite: aer, hidrogen (care rezult n urma descompunerii uleiului),hexafluorur de sulf sau vid. Este interesant de constatat c medii


7/174


electroizolante i de stingere cucaracteristici foarte diferite sunt

puse n joc: o gamde presiuni cese ntinde de la zero pn la 100at; utilizarea de gaze cu densitimici (hidrogenul) sau foarte mari(hexafluorura de sulf).

Existena acesteidiversiti se explic prin motiveistorice i prin necesitatearealizrii unor tehnici adecvate

pentru domenii prescrise aletensiunii.

O prezentare sintetic a tehnicilor specifice comutaiei de putere, nordinea minimizrii energiei disipate n coloana arcului pe durata ntreruperiieste datn Fig.1.2.

Fiind printre primele utilizate i avnd o construcie foarte simpl,aparatele cu comutaie n aer normal permit disiparea sub formde cldurn coloana arcului a circa 50% din energia nmagazinatn circuitul ntrerupt.

Dacn prezent se mai poate constata supremaia acestor aparate, atunci

aceasta este restrns doar la construciile de joas tensiune, care secaracterizeazprin simplitate, indicatori de fiabilitate superiori i grad ridicat desecuritate; extinderea la tensiuni superioare este blocatde dezavantaje majore,cum ar fi dimensiunile de gabarit exagerat de mari, corespunztoare distanelorde izolaie n aer. Sunt totui construite i utilizate contactoare electromagneticede medie tensiune, caracterizate ns prin capacitate redus de deconectare itensiune nominalde numai 6 kV.

Creterea capacitii de vehiculare a fluxurilor de energie electricprincreterea tensiunii nominale a instalaiilor a impus o nou tehnic, aceea acomutaiei n ulei mineral, mediu electroizolant i de stingere cu proprietisuperioare aerului normal.

Analiza atenta fenomenelor care au loc la stingerea arcului electric n

ulei justific aseriunea potrivit creia, uleiul este mediu electroizolant i doar"furnizor" de mediu de stingere care, n acest caz, este de fapt hidrogenul.

Cantitatea procentual mare de hidrogen obinut prin descompunereauleiului i proprietile termice remarcabile ale acestui gaz exercit asupracoloanei arcului electric, prin rcirea acesteia, un puternic efect deionizant.

Energia

Tehnicade

comutaie

Nivelul de tensiune, [kV]

1 3 12 24 36 121 245 765

0,1

0,5

0,02

0

UleiAer comprimat

Aer

SF6Vid avansatStatic

Ideal Utopie

Fig.1.2.Principalele tehnici n comutaia de putere


8/174


Sub raportcronologic, primeletipuri de ntreruptoarecu comutaie n uleisunt cunoscute subnumele dentreruptoare cu uleimult (Fig.1.3) care, n

pofida dimensiunilor degabarit i a unorcantiti enorme, de

zeci de tone de ulei pe pol, au fost fabricate la parametri atingnd valoriperformante n epoc(330 kV/25 kA).

Urmtoarea generaie, cea a ntreruptoarelor cu ulei puin, a fostextins la tensiuni foarte nalte prin construcia camerelor de stingere pe

principiul modulului (Fig.1.4) i realizarea de ntreruperi multiple pe pol.Progresele nregistrate n construcia ntreruptoarelor cu ulei au fcut caacestea scunoasco lungperioadde monopol, extinspnspre anii 1930-1940.

Comutaia n ulei reprezintn mod incontestabil prima tehnicn care

se utilizeazun mediu de stingere caracterizat prin valori mici ale constantei detimp a arcului electric, fapt care a permis ca aceste echipamente sfacfacusucces dificultilor care nsoesc ntreruperea curenilor sub tensiuni tot maimari; ele au ajuns s fie utilizate n instalaii cu tensiunea de 765 kV, avnd

capabilitatea s ntrerup cureni descurtcircuit de 40 kA.

ntreruptoarele cu ulei puinconstituie nc o tehnic decomutaie existentazi n exploatarei pe piaa aparatelor cu caracteristicimodeste i medii.

Nu exist nici o ndoial ns c

progresele nregistrate n dezvoltareatehnicilor moderne vor conduce ladispariia lor. Dup datele furnizatede firma Merlin Gerin, din numrultotal al ntreruptoarelor de medietensiune produse i vndute n CEE,cele cu ulei puin au sczut de la

Fig.1.3ntreruptor cu ulei mult

Fig.1.4ntreruptor cu ulei puin


9/174


67,8% n 1980 la 23,7% n 1990, tendina de scdere pstrndu-se.Bazele tehnicilor de comutaie n gaze sub presiune se pun n jurul

anilor 1930, cnd apar primele ntreruptoare cu aer comprimat. nainte deorice, acestea au ncercat s rspund unor cerine de securitate, n contextulunor incendii i explozii ale ntreruptoarelor cu ulei mult, care atinseserapogeul.

n construcia ntreruptoarelor cu aer comprimat, drept mediuelectroizolant i de stingere se folosete aerul la presiune mai mare dect ceaatmosferic. La multe construcii, energia acumulat n aerul sub presiuneservete i pentru acionarea ntreruptorului.

Stingerea arcului electric de deconectare se obine prin suflarea acestuiacu aer comprimat, deionizarea coloanei avnd loc n principal prin difuzie.

Procesul de stingere depinde de mai muli parametri, dintre care semenioneaz presiunea i viteza aerului n ajutajele camerei de stingere,seciunea ajutajelor de eapare i orientarea jetului de aer n raport cu coloanaarcului electric, lungimea acestei coloane la un moment dat, viteza de cretere atensiunii tranzitorii de restabilire. Spre deosebire de ntreruptoarele cu ulei,intensitatea suflajului, datn principal de presiunea i viteza n ajutaj a aeruluicomprimat, este independent de energia arcului electric, fiind condiionatnumai de construcia dispozitivului de stingere; de aici necesitatea unor msuri

suplimentare privind evitarea consecinelor tendinei de funcionare cu tiere(smulgere) de curent, n special la ntreruperea curenilor de mic intensitate.Creterea presiunii aerului are ca efect creterea rigiditii dielectrice, n acelaitimp obinndu-se i ameliorarea condiiilor de stingere a arcului, prin scdereaconstantei de timp a acestuia.

Corespunztor curbelor lui Paschen, pentru o valoare data tensiunii destrpungere, creterea presiunii conduce la distane de izolaie mai mici, deci lamicorarea dimensiunilor de gabarit; la aparatele construite, n funcie decaracteristicile specifice variantei, valorile de lucru ale presiunii sunt de ordinul2...3 MPa (20...30 at).

ntreruptoarele cu aer comprimat se deosebesc prin particularitileconstructive ale camerelor de stingere i prin modul n care se asigurnivelul de

izolaie ntre contactele deschise.n general, ntreruptoarele construite sunt echipate cu camere de

stingere funcionnd cu suflaj longitudinal, pentru medie tensiune existnd nsi variante prevzute cu camere de stingere avnd suflaj transversal. Acestea dinurm se caracterizeaz printr-o eficien superioar a suflajului, dar audezavantajul unui consum sporit de aer comprimat, eaparea acestuia fcndu-sen atmosfer.


10/174


Deoarece lungimeaarcului electric, optim subraportul stingerii, rezult ngeneral mai mic dectdistana de izolaie dintrecontactele deschise,ntreruptoarele cu aercomprimat sunt prevzute cuseparatoare de secionare,avnd rolul s realizezedistanele de izolaie necesare.n funcie de tipul constructiv,separatoarele de secionare pot

fi amplasate n aer liber (aparate de medie tensiune) sau n incinte umplute cuaer comprimat (nalti foarte nalttensiune).

Progresele nregistrate de tehnica comutaiei n aer comprimat aucondus la obinerea unor aparate cu parametri electrici notabili, care nsnu mai

pstreazn momentul de fadect urmtoarele doudestinaii: ntreruptoarede generator i ntreruptoare de exterior (Fig.1.5), ce pot fi folosite n zone cuclimat deosebit de aspru. Acestea sunt capabile sfuncioneze satisfctor i la

temperaturi de -40oC, graie absenei tendinei de lichefiere a aeruluicomprimat. Admisia aerului comprimat n camera de stingere poate fi

temporar, numai pe durata stingerii arcului electric sau permanent.Construciile avnd camere de stingere permanent umplute cu aer comprimat secaracterizeaz prin distane de izolaie mai mici ntre contacte i deci prindimensiuni de gabarit reduse.

Alte tehnici de comutaie convenionale, utiliznd medii de stingerediverse (apa, gazele de descompunere a unor materiale electroizolante solideetc.) au avut arie de rspndire restrnsi existenefemer.

1.3. ntreruptoare cu ulei puin

1.3.1. ntreruptoare de medie tensiune de tip IO

ntreruptoarele cu ulei puin conin o cantitate foarte redus de ulei,deoarece acesta servete numai ca mediu de stingere a arcului electric dedeconectare. Izolaia ntre elemente aflate la poteniale diferite este realizatatt

prin aer, ct i cu materiale electroizolante solide (porelan, rini etc.).

Fig.1.5ntreruptor cu aer comprimat de nalttensiune


11/174


ntreruptorul cu ulei puin de medietensiune de tip IO se fabric n construcietripolar, cei trei poli fiind aplasai pe un asiucomun pe care se gsete de asemenea imecanismul de acionare.

Fiecare pol este constituit dinelementele constructive de baz ale unuintreruptor i anume: calea de curent, camerade stingere, dispozitivele electroizolante,elementele de transmisie a micrii la contactulmobil i de rezistenmecanic.

Componentele unei ci de curent, carefuncioneaz n uleiul coninut ntr-o cuvcilindricdin steclotextolit rulat, consolidat curini epoxidice, sunt reprezentate n Fig.1.6.

Tija 1 a contactului mobil se realizeazdin cupru, care se arginteaz pe suprafaalateral, n zonele de contact. Piesa de contact2, din aliaj Cu-W rezistent la uzur electric,are rolul s preia extremitatea arcului electric

de deconectare. Contactul fix, de obicei de tiptulip, este compus din degetele 3 de contact,arcurile presoare 4, caseta metalicde protecie5 i armtura 6, din Cu-W, care preiaextremitatea arcului electric.

Calea de curent este ntregit princontactele alunectoare 7 i bornele de racord8, ultimile situate n exteriorul cuvei; cu 9 s-anotat camera de stingere.

Construcia detaliat a contactului detip tulipeste reprezentatn Fig.1.7, unde s-anotat: 1-tij mobil de contact, 2-armtur de

protecie din Cu-W, 3-puni de contact dincupru argintat, 4-resorturi lamelare, 5-casetcilindricdin aluminiu, 6-inel de protecie dinCu-W, 7-tija contactului fix.

O construcie particular a cilor decurent este ntlnit la ntreruptoarele IO-15kV/2500 A i IO-12 kV/4000 A, care au, n

paralel cu polul principal (ntreruptor),

5

4

3

2

1

9

8

4

6

7

8

Fig.1.6Calea de curent a unui

ntreruptor de medie tensiunede tip IO

7

5

3

2A A

4

6

1

4

3

5

Sectiunea A - A

Fig.1.7Contact de tip tulip


12/174


conectat un pol separator.Cei doi poli, ntreruptor i separator, funcioneazn cuve cu ulei separate, cucamer de stingere fiind prevzut doar polul ntreruptor. Un dispozitiv de

echilibrare electromagnetic, cutransformatoare de curent, asigur repartizareauniform a curentului pe cele dou ci decurent conectate n paralel. Corelareaoperaiilor de comutaie se face pe calemecanic, astfel nct polul separator poate fiacionat numai dac polul ntreruptor arecontactul nchis.

n comparaie cu alte varianteconstructive, structura prezentatn Fig.1.6 areavantajele deplasrii de sus n jos, ladeconectare, a tijei contactului mobil 1, faptcare permite dezvoltarea liber a arculuielectric. Pe aceast acle este posibil activarea

deionizrii coloanei arcului precum inlocuirea conexiunii flexibile (mai puinrezistentla obosealmecanic) prin contactelealunectoare 1.Stingerea arcului electric de deconactare seobine ntr-un volum limitat de ulei coninut ncamera de stingere, care funcioneaz pe

principiul expandrii uleiului, Fig.1.8a.

6

5

1

4

3

2

Fig.1.9Structura de principiu a unei

camere de stingere

2 1 3 4 5

p (t)

i (t)

p[at]

t [ms]10 20 30

0

10

20

30

a bFig.1.8

Expandarea uleiului


13/174


Sub aciunea arcului electric 1, care arde n volumul de ulei limitat depereii 2 ai camerei de stingere, are loc descompunerea wi evaporarea uleului,presiunea p(t) a gazelor 3 din vecintatea coloanei arcului fiind cresctoare ntimp. La trecerea prin valoarea zero a intensitii i(t) a curentului care trebuientrerupt, cldura dezvoltatde arc este nuli presiunea p(t) scade, Fig.1.8b. naceste momente are loc expandarea (evaporarea) la suprafaa 4, a uleiuluisupranclzit 5. Vaporii antreneazi cureni turbuleni de ulei, care activeazdeionizarea. Contactul coloanei arcului electric cu mase de ulei proasptfavorizeazdeionizarea, fapt pentru care camerele de stingere nu se construiesccu perei interiori netezi.

7

118

22

10

3

10

36

544

1

1

59

9

1212

a bFig.1.10

Seciune prin polul separator (a) i polul ntreruptor (b) ale unui ntreruptorIO: 1, 2-borne de conexiuni, 3-contact fix de tip tulip, 4-contact alunector, 5-

tijcontact mobil, 6-camerde stingere, 7-camerde detent, 8-jiclor deeapare, 9-tijelectroizolant, 10-vizor nivel ulei, 11-ecran electroizolant, 12-

axul manivelei de transmisie a micrii.


14/174


n Fig.1.9 este prezentat structura de principiu a unei camere destingere care echipeaz ntreruptoarele tip IO de medie tensiune i n care,stingerea arcului electric, avnd la bazprincipiul expandrii uleiului, se obine

prin autosuflaj combinat (longitudinal i transversal) de gaze i ulei.Camera de stingere, amplasatntre contactele 1-fix i 2-alunector, este

confecionat din plci electroizolante mbinate cu buloane, de asemeneaelectroizolante, astfel nct n interior se obin niele circulare 5, avnd orificiulcentral strbtut de tija 3 a contactului mobil.

Uleiul 4 umple cavitatea camerei de stingere, nivelul acestuia fiindcontrolat din exterior prin vizorul 6. n intervalele de timp care coninmomentele anulrii intensitii curentului prin arc, datorit scderii presiunii

p(t), Fig.1.8b, uleiul reinut n niele 5 vine sub formde cureni turbuleni, ncontact cu coloana arcului electric, activnd deionizarea acesteia. Durata deardere a arcului electric este de 20...40 ms. Dispunerea nesimetric a nielor

produce la deconectare un suflaj combinat, longitudinal i transversal, vaporiirezultai n urma expandrii uleiului i gazele de descompunere deplasndu-se

pe traseele indicate prin sgei n Fig.1.9.Vaporii i gazele ionizate prsesc volumul uleiului i ptrund ntr-o

camer de detent unde vaporii condenseaz, iar uleiul rezultat este trimis ncamera de stingere, gazele fiind eapate.

O seciune prin partea activa unui ntreruptor de medie tensiune, detip IO cu pol separator este prezentatn Fig.1.10.

1.3.2. ntreruptoare de nalttensiune de tip IO

ntreruptoarele de tip IO de nalttensiune se caracterizeazprintr-unnalt grad de tipizare, ntreaga serie (Un=110, 220, 400 kV) avnd la baz osingur camer de stingere modul, cu parametrii: Un=85 kV, In=1600 A,Ipr=31,5 kA. Sunt echipamente cu comand unipolar, fiind realizate cu poliindependeni, fiecare pol avnd mecanism de acionare propriu. Pentrutensiunea nominalde 110 kV existvariante att bipolare ct i tripolare, cu unsingur mecanism de acionare fiind posibilcomutarea a doi, respectiv trei poli.

Mecanismul de acionare este cu comandoleopneumatic, de tip MOP.Stingerea arcului electric n camera modul se obine pe seama

expandrii uleiului, deionizarea coloanei arcului fiind activat sub aciuneasuflajului combinat, longitudinal i transversal, produs de cureni turbuleni deulei i vapori de ulei.

La deconectare, prin deplasarea tijei 1 a contactului mobil, Fig.1.11,extremitile arcului electric sunt preluate de inelul 3, respectiv de vrful tijei 1,ambele confecionate din aliaj Cu-W rezistent la uzurelectric, asigurndu-se


15/174


astfel protecia suprafeelorcontactului de lucru. Alungireaarcului electric n camera destingere conduce la expandareauleiului, proces care iniiaz unautosuflaj longitudinal intens degaze i vapori de ulei, dirijat nsens contrar deplasrii tijei

contactului mobil. Aceti compuiprsesc volumul uleiului trecndprin jiclorul de eapare 5 n camerade detant 6, incint n care gazelese rcesc, parial fiind eapate natmosfer, iar vaporii condenseaz,uleiul rezultat find recirculat, prinvalva cu sens unic 7, n camera destingere.

Dup ce contactul mobil 1elibereaz orificiile transversale 13,

prin acestea se produce detentagazelor care nsoesc arcul electric,

presiunea acestora scznd brusc.Drept urmare are loc expandareauleiului reinut n niele circulare

14, arcul electric fiind supus astfel unui suflaj transversal de cureni turbuleniconinnd ulei i vapori, sub aciunea cruia se obine stingerea definitiv.Durata de ardere a arcului este de 10...30 ms.

ntreruptoarele de nalt tensiune tip IO sunt prevzute cu pistondiferenial anticavitaie, cu rol de prentmpinare a fenomenului de cavitaie,care const n formarea unei pungi vidate n urma tijei contactului mobil, pe

durata deplasrii acestuia la deconectare. Prezena cavitaiei mpiedic accesululeiului la extremitatea arcului electric.

Dispozitivul anticavitaional, Fig.1.11, este constituit din pistonul 12care, sub aciunea resortului 11, urmrete pe o curslimitatdeplasarea tijei 1 acontactului mobil, injectnd ulei proaspt la extremitatea arcului electric.

Camerele de stingere modul sunt susinute de ctre ansamblulmecanism, Fig.1.12, aflat n construcia ntreruptorului. Acest ansambluconine dou mecanisme biel-manivel 9 care transmit micarea de la

9 6

5

8

7

4

2

314

13

10

1

11

12

4

13

axaverticala

ulei

gaze sivapori de ulei

Fig.1.11Camera modul a ntreruptoarelor de nalt

tensiune de tip IO


16/174


dispozitivul cu dublu efect2, la tija 1 a contactuluimobil i un mecanism dezvorre, prevzut curesortul tumbler 4.La sfritul cursei dedeschidere, micarea tijei 1este frnatde amortizorul

de deschidere 1. Celelaltenotaii au urmtoarelesemnificaii: 3, 5-buoanede umplere, respectiv degolire, 6-carter, 8-vizor,10-tijde ghidare.

Gamantreruptoarelor tip IO de

nalt tensiune se obine prin conectarea n serie a unui numr convenabil decamere modul avnd configuraia celei din Fig.1.10, asigurndu-se prin coloaneelectroizolante, de asemenea de tip modul, izolaia corespunztoare fa de

pmnt.

Astfel, pentru ntreruptorul de 110 kV, Fig.1.13a, sunt utilizate doucamere destingere, 1 i 2, avnd contactele nseriate i prevzute cu bornele de racord 3.

1 2 3

4

5

6

78

9

10

Fig.1.12Ansamblul mecanism al ntreruptorului IO de nalt

tensiune

3

1 2 1

3

4

5

3

2

3

1

5

4

3 2 2

1 1 1

4 4 5

a b cFig.1.13

Gama ntreruptoarelor de nalttensiune de tip IO


17/174


Izolaia fade pmnt este asiguratprin coloana electroizolant4, cu 5 fiindnotat mecanismul de acionare cu comandoleopneumaticde tip MOP.

n Fig.1.13b,c sunt reprezentate construciile corespunztoare unui polpentru ntreruptoarele IO-220 kV/1600 A (cu patru camere de stingere i totattea locuri de ntrerupere pe pol), respectiv IO-400 kV/1600 A, avnd asecamere modul nseriate.

n paralel cu camerele modul se conecteazcondensatoare avnd roluls uniformizeze cderile de tensiune pe acestea, n diferite regimuri de

funcionare.


18/174

Capitolul 2

ECHIPAMENTE DE COMUTAIE CUHEXAFLUORURDE SULF

2.1. Generaliti

Progresele nregistrate n tehnica echipamentelor de comutaie suntstrict condiionate de descoperirea i utilizarea convenabil a unor mediielectroizolante care, n acelai timp s posede i ct mai bune proprieti destingere a arcului electric.

n paralel cu ntreruptoarele de putere realizate n tehnici tradiionale(ulei puin, aer comprimat etc.) firmele specializate au fabricat, n ultimele treidecenii, echipament de comutaie bazat pe o tehnicnou, cea a comutaiei nhexafluorurde sulf.

n prezent, datoritperformanelor atinse, aceste aparate cunosc o totmai larg utilizare i tinds nlocuiasc tehnica decomutaie tradiional.

Costruciilentreruptoarelor de puterecu comutaie nhexafluorur de sulf pot figrupate n cteva variantede baz, dup tehnicautilizat pentru obinereasuflajului n camera de

stingere.n Fig.2.1, se redauschematic diferitele soluiiutilizate de-a lungultimpului n realizareaechipamentelor decomutaie cu SF6 pentru ase asigura stingerea arculuielectric i obinerea de

a b

c dFig.2.1

Procedee de stingere a arcului electric utilizate nechipamentele cu SF6


19/174


performane superioare celor ce pot fi obinute prin comutaia liber, Fig.2.1a.Un prim sistem utilizat a fost cel n care arcul "primar" dnatere la o

presiune necesarpentru a fora trecerea unui debit de gaz printr-un numr deduze de suflaj, Fig.2.1b. Acest principiu, utilizat de primele ntreruptoarefabricate de firma Westinghouse (ale cror caracteristici sunt: tensiuneanominal115 kV, curentul nominal 400 A, puterea de rupere 1000 MVA) a fostrapid abandonat pentru a face loc sistemului cu dubl presiune (numit i

pneumatic), Fig.2.1c, apoi sistemului cu autocompresiune (numit iautopneumatic), Fig.2.1d.

2.2. Echipamente n tehnicpneumatic

Pionieratul n dezvoltarea tehnicilor de comutaie n hexafluorur desulf revine firmelor americane. Producia industriala acestui gaz a nceput nSUA n anul 1947 i tot aici, n 1953, s-a propus pentru prima datutilizarea san realizarea tehnicii de comutaie destinate instalaiilor de mare putere; n 1959,firma Westinghouse realizeaz, n tehnicpneumatic, primele ntreruptoare cuhexafluorurde sulf. n construciile de acest tip, stingerea arcului electric se face prinsuflarea cu hexafluorurde sulf comprimatla presuni relativ ridicate, principiu

mprumutat de la ntreruptoarele cu aer comprimat. Circuitul de gaz este nchisi conine dourezervoare, de joaspresiune (circa 0,3 MPa), respectiv de naltpresiune (1,5 MPa), ntre care este amplasat un compresor, Fig.2.2. Datoritacestui aranjament, echipamentele realizate n tehnic pneumatic suntcunoscute ca funcionnd cu dou presiuni. Hexafluorura de sulf la joas

presiune umple n ntregimeconstrucia ntreruptorului,realiznd izolaia intern.

La deconectare,gazul stocat n rezervorul denalt presiune strbateajutajele camerei de stingere

exercitnd suflajul necesarstingerii arcului electric,dup care se destinde nrezervorul de joaspresiune.Presiunea n rezervorul denalt presiune este refcut

prin intrarea n funciune acompresorului de

Presiune nalt

Presiune joas

Contact fix

Contact mobil

Arc electric

Fig.2.2Principiul cumutaiei pneumatice (dublpresiune)


20/174

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorurde sulf 19

hexafluorurde sulf.Construciile de acest tip, ca de altfel i cele din generaiile urmtoare,

sunt realizate n douvariante, cunoscute n literatursub denumirile de dead-tank, respectiv live-tank, diferite prin modul de realizare a izolaiei cilorconductoare fade pmnt.

Un ntreruptor de tip dead-tank are partea activa polului nchisntr-o cuvmetalic funcionnd la potenialul pmntului, umplut cu gaz SF6 la

joaspresiune, cu rol de realizare a izolaiei. Ieirile la bornele de conexiune cuexteriorul se fac prin izolatoare de trecere pe care, n unele cazuri, suntamplasate transformatoare de curent. Acest aranjament are multe elementecomune cu cel ntlnit la ntreruptoarele cu ulei mult i la unele variante dentreruptoare cu aer comprimat.

Pentru exemplificare, n Fig.2.3a,b se prezint schia de ansamblu iseciunea transversalprintr-un ntreruptor dead-tank realizat de Westinghouse

a b

c d

6 7

2

1 5 6 7

2 3 4 8

Fig.2.3ntreruptor dead-tank n tehnicpneumatic: a-ansamblu; b-seciune prin pol; c, d-

schie funcionale.


21/174


Electric Corporation-SUA, destinat instalaiilor de 220 kV; cu trei locuri dentrerupere pe pol (Fig.2.3b), aparatul poate deconecta cureni de scurtcircuit de

pnla 40 kA.Construcia unei camere de stingere este reprezentat detaliat n

Fig.2.3c,d.Indiferent de starea nchis sau deschisa contactelor ntreruptorului,

Fig.2.3c, supapa 6 este nchisastfel nct, n aval de aceasta, gazul se afl lajoaspresiune.

La deconectare, Fig.2.3d, contactul mobil tubular 2 prsete contactulfix de lucru 5 i extremitatea arcului electric 3 este imediat preluatde contactulfix de rupere 4. n acest moment, prin transmisia electroizolant8, se comanddeschiderea supapei 6 i, pe o duratfoarte scurt, hexafluorura de sulf aflatlanaltpresiune n compartimentul 7, este admisn zona contactelor. Se obineastfel un suflaj longitudinal unilateral intens, care produce stingerea arculuielectric. Prin conducta electroizolant 1, gazul sub presiune este dirijat spreurmtoarea camerde stingere modul.

Hexafluorura de sulf utilizat pentru exercitarea suflajului este apoifiltratcu ajutorul unor elemente active din alumini recomprimatla valoarea

presiunii nalte de funcionare a ntreruptorului.n construciile de tip live-tank izolaia fa de pmnt se obine cu o

coloan electroizolant din porelan, care susine camera de stingere. Seexemplifictehnica pneumaticprin ntreruptoarele de nalttensiune tip SFA(Westinghouse Electric Corporation-SUA), avnd intensitatea curentuluinominal de 2000 A i capacitatea nominalde rupere la scurtcircuit de 63 kA.

Construcia ntreruptorului, corespunztoare unei tensiuni nominale de362 kV, este prezentat n Fig.2.4. Notaiileutilizate au urmtoarele semnificaii:1-camer de stingere modul, 2-izolator detrecere, 3-borne de conexiuni, 4-izolatorsuport, 5-compresor de hexafluorurde sulf,6-rezervor cu gaz SF6 la presiune nalt.

Camera de stingere modul, Fig.2.5a,

este constituitdin incinta metalic1, n careeste amplasat ntreaga construcie,funcionnd n hexafluorur de sulf la

presiunea p2, de 0,4 MPa. Calea decurent conine tijele 2 ale izolatoarelor detrecere 3, terminate la exterior cu bornele deconexiuni, iar n interior cu contactele fixetubulare 4. Tensiunile pe cele doulocuri de

12

35

4

Fig.2.4ntreruptor live-tank n tehnic

pneumatic


22/174


ntrerupere nseriate pe pol sunt uniformizate cu ajutorul condensatoarelor 5,conectate fiecare n paralel cu cte un contact.

Acionarea ntreruptorului se obine pe seama energiei acumulate nbara de torsiune 8, micarea fiind transmis la contactele mobile rotative 6.Comanda acionrii se face pe cale mecanic, prin intermediul tijei 9.

n poziia nchis, contactele de lucru (Fig.2.5b) se stabilesc ntresuprafaa exterioarpiesei tubulare 4 a contactului fix i degetele de contact 10,dispuse pe circumferina piesei tubulare 11 a contactului mobil.

Pentru deconectare se comand acionarea contactului mobil 6, careexecuto micare de rotaie de circa 400, simultan cu care se deschide valva12 (Fig.2.5a), prin care se face admisia hexafluorurii de sulf din rezervorul denalt presiune 7, n incinta 1. Dup separarea contactelor 4, 10, stingereaarcului electric de deconectare se obine sub aciunea suflajului intens cuhexafluorurde sulf (Fig.2.5b), care se destinde de la presiunea p

1

, de 1,7 MPa(existent n rezervorul auxiliar 7, Fig.2.5a), la presiunea p2. Extremitilearcului electric se sprijin pe suprafeele interioare ale pieselor tubulare decontact 4, 11, suprafaa contactului de lucru fiind astfel protejat laelectroeroziune.

12 7 5 6 1 2 3

13 14 4 6 9 8 4 13

4

6

1011

a b

Fig.2.5Partea activa unui ntreruptor live tank realizat n tehnicpneumatic: a-camera de

stingere; b-sistemul de contacte.


23/174


Ca i n cazul ntreruptoarelor cu aercomprimat, limitarea supratensiunilor decomutaie este posibil prin utilizareaunor rezistoare liniare de untare acontactelor principale; schema electricde principiu este datn Fig.2.6. La deconectare, se deschid mainti contactele principale I de pe caleade curent A-B a polului, urmate n

ordine de contactele auxiliare I1, I2; n acest fel,rezistena introdus n circuitul deconectat cretesecvenial la valorile R1, (R1+R2), dupcare are locntreruperea completa circuitului.Acest mod de funcionare confer tensiuniitranzitorii de restabilire un caracter aperiodic, cuvalori relativ sczute ale factorului de oscilaie.

Rezistoarele de untare i contacteleauxiliare sunt amplasate n camera de stingere(Fig.2.5a) corespunztor reperelor 13, 14.

Circuitul principal de gaz SF6, nchis i

funcionnd la cele doupresiuni, este reprezentat nFig.2.7. Gazul la presiunea joasasigurizolaia attn camera de stingere modul 1, ct i n coloanasuport electroizolant 2; hexafluorura de sulf la

presiune nalt este stocat n rezervoarele principal 3 i auxiliar 7. Dupfuncionarea ntreruptorului, presiunea n rezervoare este readus la valoareanominal prin intrarea n funciune a compresorului 5. Pentru reinereafluorurilor rezultate din descompunerea gazului SF6sunt prevzute filtrele 4(de joas presiune) i 6 (de nalt presiune), ambele realizate din alumin(Al2O3). Lichefierea nedorit a hexafluorurii de sulf la scderea temperaturiimediului este prentmpinat prin punerea n funciune a unor elemente denclzire cu rezistoare termostatate, amplasate n pereii electroizolani ai

rezervorului 3.Pe baza construciei de tip modul prezentate n Fig.2.4, ntreruptoarele

SFA sunt extinse i la tensiunile nominale de 550 i 800 kV.Dei permite obinerea unor valori ridicate pentru parametrii electrici,

tehnica pneumatic sau cu dou presiuni are o serie de inconveniente, dintrecare se menioneaz: prezena compresorului necesar recomprimrii gazului,riscul unei rate ridicate a pierderilor de gaz, necesitatea unor dispozitive

I

I

1I

2R R1 2

A B

Fig.2.6Rezistene de untare

1

2

3

56

7

4

Fig.2.7Circuitul principal de gaz


24/174


suplimentare de nclzire n construcia echipamentelor de exterior pentruprevenirea lichefierii.

2.3. Echipamente n tehnica autopneumatic

Tehnica suflajului autopneumatic (puffer circuit breakers), preconizatde GEC Alsthom i aplicatcu succes mai nti n instalaiile de medie tensiune(1958) i apoi la nalt tensiune (1966) a fost progresiv generalizat pn latensiuni de 765 kV.

ncepnd cu a doua jumtate a deceniului al aselea, competiia ntremarile firme productoare de echipament n tehnic autopneumatic are dreptobiective creterea parametrilor electrici (valori nominale pentru tensiune icurent), extinderea limitelor superioare ale capacitii de deconectare lascurtcircuit i, nu n ultimul rnd, micorarea dimensiunilor de gabarit aleaparatelor produse.

n acest context se nscriu i eforturile orientate spre realizarea unorconstrucii tipizate, utiliznd camere de stingere modul, cu tendina de reducerea numrului acestor dispozitive nseriate pe pol.

Evoluia cronologic a capacitii de deconectare la scurtcircuit i atensiunii pe camera de stingere modul a ntreruptoarelor tip autopneumatic de

nalttensiune este ilustratn Fig.2.8.Datorit perfecionrilor, bazate n special pe cunoaterea i modelarea maiprecisa fenomenelor de comutaie i pe experiena acumulatde laboratoarele

marilor firme, s-a ajuns lapunerea la punct a tehniciibazate pe principiul camerei destingere modul, care permiterealizarea unor serii unitare deaparate.Tehnica autopneumatic a fostadoptat de constructori iacceptatde utilizatori deoarece

permite obinerea unorperformane electrice nalte,cum sunt: capacitate dedeconectare la scurcircuitatingnd 63 kA, tensiunenominal de pn la 800 kV,timp de deconectare de valorimici (circa 40 ms).

Anul

050100

150200250300350400450

1965 1970 1975 1980 1985 1990

20 31,5 4063 63 63

40

160

240

300

420

160

I, [kA]

U, [kV]

Fig.2.8Evoluia capacitii de deconectare i a tensiunii

pe camera de stingere modul


25/174


Fig.2.9Principiul cumutaiei autopneumatice (autocompresie)

Presiune joas

Contact fix

Contact mobil

Arc electricSuprapresiune de

naturmecanic

ntreruptoarele deputere realizate n tehnic

autopneumaticfuncioneaz cuhexafluorur de sulf la osingur presiune, avndvalori de 0,5...0,7 MPa.

Suflajul necesaractivrii stingerii arculuielectric se obine ladeconectare prinautocompresie, pe duratadeplasrii echipajului

mobil, Fig.2.9. Aceste ntreruptoare se mai numesc cu autocompresie sau cu osingurpresiune (monopresiune).

Fra afecta performanele, tehnica autopneumaticaduce simplificrinotabile n construcia ntreruptoarelor cu hexafluorurde sulf, dintre care semenioneaz:

-eliminarea compresorului i a valvelor pentru comanda suflajului;-renunarea la sistemul de nclzire a gazului deoarece, la presiunile mai

sczute de funcionare, specifice acestei tehnici, lichefierea hexafluorurii de sulfse poate produce doar la temperaturi foarte sczute, de -40 0C.Simplitatea constructiv, indicatorii nali de fiabilitate, mentenabilitatea

ridicati cheltuielile de exploatare reduse fac din aparatele realizate n tehnicaautopneumaticcele mai rspndite dintre cele cu comutaie n hexafluorurdesulf.

Aparatele autopneumatice de nalt tensiune cu comutaie nhexafluorur de sulf sunt de tip monopolar, realizate obinuit n variatlive-tank (cu camere de stingere izolate fa de pmnt prin coloaneelectroizolante).

Pentru domeniul tensiunilor foarte nalte i al capacitilor de ruperemari, se fabric aparate de tip dead-tank, prevzute cu anvelop exterioar

metalic, funcionnd la potenialul pmntului. ntreruptoarele de medietensiune, frexcepie, sunt realizate n construcie tripolar.

2.3.1. ntreruptoare de nalttensiune

Se exemplific tehnica autopneumatic de nalt tensiune prinntreruptorul tip LWE (Westinghouse Electric Corporation, SUA), avnd


26/174


parametrii nominali 362 kV/2000-2500-3000 A/63 kA; arhitectura unui pol este

reprezentatn Fig.2.10.

Construcia este constituitdin camerele de stingere modul 1, prevzutecu rezistoarele de untare 2 i din coloana electroizolant3; ntreaga construcieeste amplasatpe asiul metalic 4, pe care se gsete i dispozitivul pneumaticde acionare 5, prevzut cu rezervorul 6, de aer comprimat.

Partea activ a ntreruptorului, format din camerele de stingere isistemul de contacte, este reprezentatn Fig.2.11.

Calea de curent a unui pol conine bornele de conexiuni 1, contactelefixe 2 i contactele mobile 3.

Sistemul autopneumatic este constituit din pistonul fix 4 care acioneazn interiorul cilindrului mobil 5, solidar cu contactul mobil 3; cilindrul 5 este

prevzut, n zona contactului, cu ajutajul electroizolant 6.Construcia este protejat i etanat n anvelopa de porelan 7,

coninnd hexafluorur de sulf la presiunea de 0,5 MPa; la aceeai presiune,gazul se gsete i n coloana electroizolant3, Fig.2.2. Transmisia micrii dela dispozitivul de acionare la contactele mobile se face prin intermediul tijei 2.

Funcionarea camerei de stingere n sistem autopneumatic poate fiurmrit n Fig.2.12. Cu ntreruptorul nchis, conducia este asigurat princontactul electric realizat ntre piesa 2 a contactului tubular fix i contactulmobil 3. Presiunea gazului, att n interiorul ct i n exteriorul cilindrului 5, areaceeai valoare.

1

2

23

4 5

6

1

2

3

4

5

6

7

8

Fig.2.10 ntreruptor autopneumatic Fig.2.11 LWE (WEC SUA) Partea activa polului


27/174


La deschiderea ntreruptorului, prin deplasarea tijei contactului mobil,contactele 2, 3 se separi ntre ele se amorseazarculelectric de deconectare.

Simultan cu contactul mobil 3, fiind solidare cuacesta, se deplaseaz cilindrul 5 i ajutajulelectroizolant 6.

Ca urmare, hexafluorura de sulf dintre pistonulfix 4 i cilindrul mobil 5 este comprimat, gazul fiinddirijat prin ajutajul 6, n suflaj asupra coloanei arcului.Pistonul fix 4 este prevzut cu valve, nchise pe duratadeplasrii la deschidere a ntreruptorului, dar care sedeschid pe parcursul nchiderii acestuia, astfel nctgazul de sub cilindrul mobil 5 s poat fi mprosptat

prin recircularen timpul arderii arcului electric seciunea

transversala acestuia depinde de valoarea instantaneea curentului care l parcurge. La valori mari alecurentului, seciunea transversal a coloanei arculuielectric poate ocupa ntreaga seciune a duzei de suflaj,

blocnd astfel fluxul de gaz de rcire. Acest efect este

denumit n literatura tehnicefect de buon, Fig.2.13.Debitul masic de gaz de la baza duzei de suflajeste deci sczut la valori instantanee mari, dar el crete rapid atunci cndcurentul scade spre zero, Fig.2.14c. Efectul de buon este benefic datoriturmtoarelor motive:

2

6

3

5

4

Fig.2.12

Ansamblu camerdestingere

Fig.2.13Efectul de buon

i

t

Arc electric

Contact mobil

Contact fix


28/174


- cnd ntreruptoruldeconecteaz un curentmare, el pstreaz iniialo cantitate de gaz nrezerv care apoi estefolosit cnd curentuldescrete spre zero,realiznd astfel un suflajmai puternic dect ncazul deconectriicurenilor mici,Fig.2.14c. Deci, lacureni mari gazulrealizeazun suflaj foarteeficient, n timp ce lacureni mici debitul degaz sczut evit tierea(smulgerea) curentului;- ntreruperea unui curentmare conduce la o frnare

a micrii contactelor ladeconectare, Fig.2.14a.Aceast frnare limiteazdistana dintre contacte

pe durata deconectrii,ceea ce duce la limitarealungimii arcului electrici deci a energiei disipaten acesta.

ntreruptoareleautopneumatice cuhexafluorur de sulf

produse n Romnia suntcunoscute subsimbolizarea H07, H14,H17, H42 i se fabricrespectiv pentru gama de

tensiuni nominale de 72,5-145-170-420 kV, curent nominal de 2500 (3150) A icapacitate nominalde deconectare la scurtcircuit de maximum 40 kA.

Fig.2.14Deconectare fri cu efect de buon: a) cursa

contactelor mobile; b) seciunea arcului; c) debitul masi

x

t

Contacte nchise

Contacte

deschise Momentul deschideriicontactelor de rupere

t

s

Limita efectului debuon

a

t

dm

Efectul de buon

c

b

Deconectare la 10% din puterea de rupereDeconectare la 100% din puterea de rupere


29/174


Construcia (Fig.2.15) este constituit din trei poli monocoloanidentici i un mecanism de acionare cu comand pneumatic sauoleopneumatic.

Fixarea polilor, la baza crora sunt amplasate presostatele de control 4,se face pe suporii metalici 7. Polii se cupleazcu mecanismul de acionare 5

prin intermediul conductelor de naltpresiune 6.Fiecare pol este constituit din camera de stingere 1, coloana izolatorului

suport 2, mecanismul ntreruptor 3 i tija acestuia care, strbtnd coloana 2,transmite micarea la contactele mobile.

Detaliile constructive ale unui pol sunt reprezentate n Fig.2.16.Hexafluorura de sulf la presiunea de 0,65 MPa, existent n anvelopele de

porelan 1, 2, corespunztoare camerei de stingere i respectiv izolatoruluisuport, realizeaznivelul nominal de izolaie intern.Componentele camerei de stingere i modul de funcionare, sunt

prezentate n Fig.2.17. ntreruptorul este prevzut cu contacte specializate,Fig.2.17a, de rupere (1-fix, 2-mobil), respectiv de lucru (3-fix, 4-mobil).Echipajul mobil este format din contactele 2, 4, conectate electric ntre ele,ambele solidare cu ajutajul electroizolant 5 i cilindrul metalic 7. Conduciantre tija contactului mobil i borna fixde racord se stabilete prin intermediulcontactului alunector 9. La deconectare, Fig.2.17b, echipajul mobil coboar,

1

2

3

4

6

5 7

11

1

2

3

10

9

8

7654

Fig.2.15 Fig.2.16 ntreruptor autopneumatic tip H (Romnia) Construcia unui pol


30/174


arcul electric 10 fiind preluat de contactele 1, 2. Hexafluorura de sulf,comprimatntre cilindrul mobil 7 i pistonul fix 8 exercit, prin ajutajul 5, unsuflaj longitudinal bilateral, orientat dup sgeile din desen. Valvele 6 sedeschid la nchiderea ntreruptorului (Fig.2.17c) i permit recircularea gazuluinecesar pentru suflaj, coninut n spaiul dintre cilindrul 7 i pistonul 2.

Controlul presiunii se face cu presostatul 4 (Fig.2.15) care are rolul fies semnalizeze scderea presiunii, fie s comande blocajul general alfuncionrii sau deschiderea automat a ntreruptorului, dac presiunea delucru scade sub o valoare limit.

n realizarea acestor aparate s-a avut n vedere satisfacerea cerinelorprivind reducerea suprafeei ocupate n instalaii, toate fiind testate pentru asuporta solicitri seismice severe. Izolatoarele de trecere, de tip transformator de

2

6

5

1

3

4

7

8 9

5

10

87

1

2

6

b c

a

Fig.2.17Camerde stingere modul realizatn tehnicautopneumatic(ntreruptor tip

H-Romnia): a-ntreruptor nchis; b-funcionare la deconectare; c- funcionarela conectare.


31/174


curent, contribuie la micorarea gabaritelor i ofer importante faciliti pentrurezolvarea optimizata instalaiilor de protecie prin relee.

2.3.2. ntreruptoare de generator

Tehnica autopneumatic n hexafluorur de sulf a permis dezvoltareaconstruciilor de ntreruptoare pentru generator care, dei funcioneaz lamedie tensiune, se caracterizeazprin valori foarte mari ale curentului nominali ale capacitii de deconectare la scurtcircuit.

n configuraie tradiional funcionarea unui bloc generator-transformator (Fig.2.18a) necesit, pentru operaiile de pornire sau oprire ageneratorului, un transformator suplimentar T3prin care se face alimentarea, dinsistem sau de la o reea separat, a serviciilor interne. Dupatingerea turaiei desincronism, generatorul este conectat la sistem prin echipamentele de pe parteade nalttensiune a transformatorului principal T1. Alimentarea staiei este apoitrecutde pe transformatorul de pornire T3, pe transformatorul de serviciu T2.Dup cum se indic n Fig.2.18b, ncorporarea, ntre generator itransformatorul T1 a ntreruptorului de generator Ig, permite circulaia de

putere, la pornirea sau oprireagrupului, direct prin

transformatoarele T1, T2.Utilizarea ntreruptoarelorde generator conduce lasimplificarea funciilor operative ncentral (aranjament logic i simplual ntreruptorului n circuitul

principal al generatorului, reducereanumrului de manevre pe durataoperaiilor de pornire-oprire,definirea clar a responsabilitiimanevrelor n centrali n sistemulde nalt tensiune), mbuntirea

proteciei generatorului i atransformatoarelor T1, T2(Fig.2.18b), creterea securitii idisponibilitii centralei.

Protecia la scurtcircuit ageneratorului este asigurat dentreruptoarele de pe partea denalt tensiune a transformatorului

LEA 1 LEA 2 LEA

II

I

1

2

3

T

T T

T1

2 3

1

G

SI SI

G

Ig

~ ~

I

I

I

1

2

3

I

I

I

1

2

3

a b

Fig.2.18Scheme de conectare la sistem: a-bloc

generator-transformator frntreruptorde generator; b-cu ntreruptor de

generator.


32/174


principal T1 sau de ntreruptorul degenerator Ig.

ntreruperea defectelor idezexcitarea generatorului trebuie sfieorict de rapide, pentru a se prevenidefectrile grave ale instalaiei.

Funcionarea proteciei trebuietotui s in seama de posibilentrzieri, uneori substaniale (zeci desemiperioade, Fig.2.19) ale momentului

primei anulri a intensitii curentuluide scurtcircuit produse ca urmare asuprapunerii peste componenta decurent alternativ a unei componentecontinue de valori mari (dependente, la

rndul ei, de raportul X/R dintre reactana generatorului i rezistena statorului).Numai dacrezerva de stabilitate termica instalaiei permite, regimul

dificil de deconectare impus ntreruptorului n acest caz poate fi evitat printr-otemporizare adecvat a momentului separrii contactelor acestuia. n modobinuit se utilizeaz ntreruptoare de generator caracterizate printr-o cretere

rapid i la valori mari a rezistenei arcului electric, fapt care conduce lamicorarea constantei de timp a circuitului i la forarea anulrii rapide aintensitii curentului.

Un ntreruptor de generator ndeplinete urmtoarele funcii:-operaii de comutaie n regimuri normale, ntre generator i sistem;-operaii de comutaie la conectarea n paralel, chiar fr ndeplinirea

condiiilor de faz;-ntreruperea curenilor de scurtcircuit la defecte n zona generatorului;-ntreruperea curenilor de scurtcircuit la defecte n sistem.n hidrocentralele cu acumulare prin pompare i n instalaii cu turbine

cu gaz, ntreruptorul de generator trebuie sexecute de asemenea operaiile decomutaie specifice sincronizrii generatorului funcionnd n regim de

electromotor i s ntrerupcureni de scurtcircuit la frecvene mai mici de 50Hz.

ntreruptoarele de generator tradiionale au funcionat cu comutaie naer comprimat ajungnd n anii 1970, odatcu introducerea grupurilor de 1200MW, la curentul nominal de 50 kA, cruia i corespunde o capacitate dedeconectare la scurtcircuit de 275 kA. Proprietile deosebite ale hexafluoruriide sulf au impus, n urmtorul deceniu, acest mediu i n construciaechipamentului de comutaie pentru generatoare.

t

ik

0

Fig.2.19ntrzierea momentului primei anulri a

intensitii curentului de scurtcircuit


33/174


n funcie de tipul centralei i al generatorului, puterea unitarfurnizatla tensiuni de 16...24 kV, variazntre limitele 600...1650 MW; la aceste puteri,curentul de regim normal care traverseaz un ntreruptor de generator poateavea intensitatea n domeniul 10...50 kA.

Curenii de scurtcircuit au intensiti de ordinul 50...180 kA. Acestecondiii grele de exploatare, n care solicitarea complex (regimurile termice,electrodinamice, procesele fizice i chimice care afecteazstarea contactelor i acomponentelor camerei de stingere etc.) este deosebit de intens, impun soluiiconstructive speciale.

Asigurarea regimurilor termice nominale pentru cile conductoarenecesit mijloace suplimentare de rcire, aceasta fcndu-se, la varianteleconstruite, prin convecie forat.

Regimul de lucru al contactelor, dependent de rezistena de contact,impune valori orict de mici (microohmi) pentru aceasta, care pot fi obinutedoar cu materiale avnd caracteristici adecvate, din care se confecioneazpiesede contact cu suprafee mrite. Stingerea eficienta arcului electric traversat decureni foarte mari presupune, de asemenea, creterea diametrelor ajutajelor desuflaj.

n Fig.2.20 se dun exemplu de ntreruptor cu autocompresie pentru

1 2 3 4 5 6

7

Fig.2.20ntreruptor de generator (Mitsubishi Japonia): 1-contact fix de rupere; 2-contact

fix de lucru; 3-contact mobil; 4-cilindru; 5-piston; 6-conexiuni flexibile; 7-mecanism de acionare.


34/174


generator, fabricat de firma Mitsubishi Japonia; acesta este capabil sntrerupun curent de defect de 110 kA i s suporte sarcini de regim normal cuintensiti de pnla 13 kA doar cu rcire prin convecie naturali de pnla25 kA cu convecie foratde aer.

2.3.3. ntreruptoare de medie tensiune

Instalaiile de distribuie de medie tensiune reprezintde asemenea undomeniu larg de aplicare a tehnicilor de comutaie n hexafluorurde sulf; unloc important ntre acestea l ocuptehnica autopneumatic. Spre deosebire deconstruciile de nalttensiune, ntreruptoarele de medie tensiune sunt realizaten varianttripolar, acionarea obinndu-se cu mecanism unic.

Existo mare varietate de astfel de echipamente, numrul lor fiind ncretere, n detrimentul tehnicilor tradiionale. Acest aspect este evideniat nFig.2.21, unde este reprezentatrepartiia procentual, dupSchneider Electric,a ntreruptoarelor de medie tensiune produse i vndute n Europa, n ultimeledoudecenii.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

80 82 84 86 88 90 92 94 96

Aer Ulei Vid SF6

%

Anul

Fig.2.21Evoluia pieei ntreruptoarelor de MT n Europa

Din totalul ntreruptoarelor de medie tensiune, o mare parte o reprezintceleautopneumatice, cu meniunea cexisti aparate realizate n alte tehnici (suflajmagnetic, autoexpansiune, tehnici combinate etc.).


35/174


Firma Schneider Electric (Merlin Gerin) a dezvoltat o ntreaggamdeechipamente de medie tensiune cu comutaie n hexafluorur de sulf, un locimportant ocupndu-l aparatele realizate n tehnica autopneumatic. Dintreacestea fac parte i ntreruptoarele tripolare de interior tip Fluarc FG2, utilizaten principal pentru manevre i protecie n reele de distribuie publice iindustriale cu tensiuni nominale de la 1 la 17,5 kV; aparatele se construiesc nvariant fix i debroabil, cu intensitatea curentului nominal n gama630...3150 A i capacitatea nominal de deconectare la scurtcircuit de 40...50kA. Pentru acionare, ntreruptoarelor le sunt asociate dispozitive cu acumularede energie n resorturi.

Schia unui aparat tip FG2 debroabil, cu dimensiunile principale, estedatn Fig.2.22.

Construcia camerei de stingere (Fig.2.23), este nchis n anvelopaelectroizolant1, prevzutcu capace frontale de etanare, n care hexafluorurade sulf se gsete la presiuni sczute, de 0,15...0,25 MPa.

Calea principal de curent a polului este constituit din bornele deconexiune 2 i contactele de lucru, 3-mobil i 4-fix. n paralel cu calea

principal de curent este conectat traseul de rupere, format din contactele derupere (5-fix, 6-mobil), tija conductoare 7 i conexiunea flexibil2.

260

427

320

816 300 1

2

34

5

6

7

8

910

11

12

13

14Fig.2.22 Fig.2.23

ntreruptor debroabil FG2 Polul ntreruptorului FG2Merlin Gerin Merlin Gerin


36/174


Fig.2.24Principiul cumutaiei prin suflaj magnetic (arc

de rotaie)

Presiune joas Contact fix

Contact mobil

Arc electric

Bobindesuflaj

Sensul de micare aarcului electric

Sistemul de suflaj autopneumatic este constituit din ajutajulelectroizolant 9, pistonul mobil 10 i camera de compresie 11. La acionare,micarea se transmite de la axul motor 12 la echipajul mobil (format dinreperele 3, 6, 7, 9, 10), prin intermediul prghiei electroizolante 13.

ntreruptoarele de medie tensiune cu autocompresie de tip Fluarcfabricate de Merlin Gerin, sunt utilizate i n construcia celulelor prefabricatede tip Fluair, destinate posturilor de transformare pentru instalaii de distribuiecu tensiuni nominale de 1...40 kV. Instalaii similare sunt produse i de firmaABB.

n Romnia, SC Electroputere SA fabric ntreruptoare cuautocompresie de medie tensiune de interior tip HF 12/24 kV, destinatecentralelor electrice, staiilor de transformare i instalaiilor de distribuie.Aceeai firm produce contactoarele electromagnetice tripolare de medietensiune cu comutaie n gaz SF6de tip HEXA CONT, utilizabile n instalaiilede comand a electromotoarelor de nalt tensiune, transformatoarelor i

bateriilor de condensatoare.ntreruptoarele cu hexafluorur de sulf realizate n tehnica

autopneumatic au dimensiuni de gabarit mai mici i nu necesito ntreineredeosebit.

Reviziile acestor echipamente se fac cu o periodicitate de civa ani, de

fiecare dat examinndu-se componentele constructive ale sistemului decontacte, garniturile de etanare mpotriva scurgerilor de gaz SF6 i nlocuindu-se filtrele sau sitele moleculare.

2.4. ntreruptoare cu suflaj magnetic

La ntreruptoarele cu hexafluorur de sulf realizate n tehnicpneumatic sau autopneumatic arcul electric de deconectare este supus unuisuflaj cu gaz sub presiune, n msursproducrcirea coloanei acestuia prinevacuarea cldurii n afara volumului camerei de stingere. Arcul electric este

practic fixat ntre contacte n timp ce hexafluorura de sulf, ca mediu de stingere,se deplaseazpe seama diferenelor de presiune.

Principiul de stingere pe care se bazeazfuncionarea ntreruptoarelorcu suflaj magnetic const n deplasarea rapida arcului electric ntr-un volumnchis de hexafluorur de sulf, aflat iniial n repaus, Fig.2.24. n acest caz,mediul de stingere este practic fix iar coloana arcului electric, sub aciunea unorfore de tip Lorentz, se deplaseazcu viteze comparabile cu cea a sunetului.

Cmpul magnetic necesarpunerii n micare a coloaneiarcului este produs de o bobin


37/174


parcursde curent pe durata deconectrii sau de magnei permaneni amplasain zona contactelor, energia necesar suflajului fiind deci furnizatde o sursexterioar. Suflajul magnetic se obine n sistem coaxial, respectiv axial.

n cazul sistemului coaxial, Fig.2.25a, arcul electric amorsat ladeconectare iniial ntre contactele 1-fix i 2-mobil, este imediat preluat ntreelectrozii 1, 3, astfel nct curentul care trebuie ntrerupt s traverseze spirele

bobinei de suflaj 4.n cmpul magnetic al acestei bobine, forele de tip Lorentz imprim

coloanei arcului o micare rapid de rotaie, dispunnd-o sub forma uneielicoide spaiale, cu extremitile mobile pe electrozii coaxiali 1, 3.Alungirea coloanei favorizeaz cedarea cldurii spre mediul de stingere, iardeplasarea rapida acesteia intensificdeionizarea prin difuzie.

La sistemul axial de suflaj magnetic (rotary-arc circuit breaker)contactele ntreruptorului (att cele de lucru, 1-fix, 2-mobil ct i cele derupere, 3-fix, 4-mobil) sunt inelare i amplasate fan fape aceeai ax, aa

cum se poate vedea n Fig.2.25b.

Arcul electric 5, preluat ntre contactele de rupere 3, 4, arde n cmpulmagnetic produs de bobina de suflaj 6, parcursde curent. Liniile de cmp senchid prin piesa polar7 i mantaua feromagnetic8, trasee care le imprimodistribuie radialn zona de ardere a arcului electric. n aceste condiii, foreleLorentz au orientare tangenial, nct coloana 5 a arcului electric este antrenatntr-o micare rapid de rotaie (arc turnant, rotating arc), deplasndu-se cuextremitile pe contactele circulare 3, 4.

153

i

i 42

F

i 7681

342

5

a bFig.2.25

Tehnica suflajului magnetic: a-sistem coaxial; b-sistem axial.


38/174


Pe lng simplitate constructiv, ntreruptorul cu suflaj magnetic secaracterizeazprintr-o slabelectroeroziune a contactelor deoarece, ca urmare adeplasrii extremitilor arcului electric, temperatura nalt nu se mailocalizeazn zone practic fixe pe suprafeele de contact.

Distana dintre contacte, dependentde nivelul nominal de izolaie i depresiunea static a hexafluorurii de sulf, rezult mai mic dect lantreruptoarele realizate n tehnic autopneumatic, energia necesaracionrii avnd valori de asemenea mai mici. Aceste particulariti permitdimensionarea, realizarea i funcionarea n condiii avantajoase a mecanismuluide acionare.

Se exemplifictehnica suflajului magnetic (sistem axial sau arc turnant)n gaz SF6prin echipamente de medie tensiune construite de firma Merlin Gerin

i anume: ntreruptoarele Fluarc FG1(1...15 kV/630...1250 A/20...29 kA) icontactoarele tip Rollarc 400, 400D (3...12kV/400 A).

Partea activ a ntreruptoruluiFG1, construit n variantdebroabil, estereprezentat n Fig.2.26. Aceasta esteetanatn incinta electroizolant1, n care

hexafluorura de sulf se gsete la presiuneade 0,25 MPa.Calea principal de curent pe pol

este constituitdin bornele de conexiuni 2,3 i din contactele de lucru (4-fix, 5-mobil);n paralel cu contactele de lucru esteconectat sistemul contactelor de rupere, 6-fix, 7-mobil.

Transmisia micrii la contactelemobile se face de la arborele motor 8, prinintermediul sistemului biel electroizolant(9) - manivel(10).

Pentru protecie la electroeroziune,contactele de lucru se deschid n avans fade cele de rupere, nct arcul electricse amorseaz ntre acestea din urma; imediat extremitile coloanei sale sunt

preluate de electrozii inelari 11, 12, conectai respectiv la potenialelecontactelor de rupere 6, 7. n acest moment n circuitul curentului care trebuientrerupt este nseriat bobina de suflaj magnetic 13 care produce, n zona deardere a arcului, cmpul magnetic specific tehnicii suflajului magnetic.

1

2

3

5 4 76

8

9

13

1112

10Fig.2.26

ntreruptor cu suflaj magneticFluarc FG1 Merlin Gerin


39/174


Fiind obinuit folosite n reelele de distribuie publice i industriale,ntreruptoarele tip FG1 sunt adaptate cu deosebire la ntreruperea curenilormici inductivi.

ntreruptoarele cu suflaj magnetic ntrunesc o serie de avantajeimportante, dintre care se menioneaz simplitatea constructiv, sigurana nfuncionare i utilizarea practic fr mentenan, la care se adaug eroziunearedusa pieselor de contact i energia mecanicde nivel sczut necesarpentruacionare. Toate acestea confer tehnicii de comutaie cu suflaj magnetic nhexafluorurde sulf o pronunatperformabilitate, apreciatuneori ca depindcerinele actuale i de perspectivapropiatdin reelele de distribuie de medietensiune.

2.5. ntreruptoare cu autoexpansiune

De mai bine de un deceniu i jumtate, ntreruptoarele cuautoexpansiune (self-blast circuit breakers) funcioneaz cu bune rezultate nreele de distribuie i de transport al energiei electrice din multe ri. Pentrudiferite aplicaii, n acest interval de timp, au fost dezvoltate n principal treitipuri; dou dintre acestea i anume ntreruptoarele cu suflaj prinautoexpansiune cu arc rotativ, respectiv cu rezonator Helmholtz sunt construite

pentru instalaii de medie tensiune, ca ntreruptoare de generator sau pentrureele de distribuie.n cazul celui de al treilea tip, care se refer la construcii pentru

tensiuni de peste 72,5 kV (ntreruptoare de nalt tensiune), suflajului prinautoexpansiune i se asociaz o component obinut prin autocompresie, careintervine numai la ntreruperea curenilor de mic intensitate. Pentruntreruperea curenilor de scurtcircuit i, n general a curenilor de mareintensitate, funcioneaz numai suflajul prin autoexpansiune, energia arcului

producnd creterea presiunii hexafluorurii de sulf ntr-un volum nchis.Statisticile privind defectrile ntreruptoarelor de nalt tensiune arat

c nu parametrii electrici ai acestora sunt decisivi n asigurarea fiabilitii, cicomportarea sistemului mecanic n general i a mecanismului de acionare n

special.


40/174


Mecanismul de acionare al ntreruptoarelor cu autoexpansiune,eliberat de sarcina producerii presiunii necesare suflajului, este mult mai puinsolicitat, fapt care conduce la creterea indicatorilor generali de fiabilitate.Ilustrative n acest sens sunt datele din Fig.2.27 care indicevoluia, exprimatn uniti relative, a energiei necesare mecanismului de acionare pentrurealizarea puterii de rupere unitare n cazul ntreruptoarelor autopneumatice(APN) respectiv cu autoexpansiune (AEX).Dezvoltarea tehnicilor de comutaie n hexafluorur de sulf cu suflaj prin

autoexpansiune a cptat n ultimul deceniu caracter competiional, n special cuprivire la atingerea performaelor de naturelectric. n Fig.2.28 este prezentatpentru comparaie, dinamica puterii de rupere caracteriznd ntreruptoarelor cuautocompresie, APN respectiv cu autoexpansiune, AEX.

n camerele de stingere ale acestor ntreruptoare suflajul cuhexafluorurde sulf se obine prin dilatarea gazului sub aciunea cldurii cedatela temperatura naltde coloana arcului electric nsi.Acest principiu conduce la simplificarea construciei dispozitivelor de stingeredin care se elimin aciunea pistonului, util pentru comprimarea gazului ntehnica autopneumatic.n camera de stingere (Fig.2.29a) coloana arcului este instabil, aceasta ocupndrapid poziia 6, sub form de bucl la exteriorul contactului, unde eficiena

suflajului este foarte redus.Problema se rezolvprin ghidarea arcului electric, astfel nct acesta s

ocupe o poziie ct mai aproapiatde axa camerei de stingere. Ghidarea se poateface mecanic (Fig.2.29b), prin utilizarea duzei electroizolante 7 sau pe calemagnetic(Fig.2.29c), cu ajutorul bobinei sau a magnetului permanent 2.

Anul

kJ/GVArel

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1970 1975 1980 1985 1990 1995

APN

AEX

Anul

GVA

0

5

10

15

20

25

30

1970 1975 1980 1985 1990 1995

APN

AEX

Fig.2.27 Fig.2.28 Evoluia energiei mecanismului de acionare Puterea de rupere


41/174


Prima soluie este foarterspndit i relativsimpl, dar prezintctevainconveniente, dintre carese menioneaz:-cldura cedat decoloana arcului spre gazulSF

6

este redus doar la15% din energia total;-prezena duzeielectroizolante produce

perturbarea cmpuluielectric;-electroeroziunea intensasuprafeelor de contact.

Ghidareamagnetic atenueaz acesteinconveniente deoarece n acest cazduza lipsete, iar arcului electric,

dezvoltat n cmpul magnetic produsde bobina traversatchiar de curentulcare trebuie ntrerupt, i se imprim omicare rapidde rotaie.Din aceste motive energia cedatsuprafeelor de contact se repartizeaz

aproape uniform pe acestea, creterea de temperatureste redusi intensitateaelectroeroziunii sczut. Transferul de energie spre hexafluorura de sulf dinincinta camerei de stingere atinge n acest caz pnla 25% din energia coloaneiarcului, fapt care permite creterea capabilitii de ntrerupere. Construciacamerei de stingere care echipeaz un ntreruptor cu hexafluorur de sulffuncionnd cu autoexpansiune i ghidare a arcului electric prin duz

electroizolant este prezentat n Fig.2.30. Calea de curent este constituitdin bornele de conexiuni 1, contactele de lucru (2-fix, 3-mobil) i contactele derupere (5-fix, 6-mobil). La deschiderea ntreruptorului, micarea se transmitede la axul 12 al mecanismului de acionare 14, prin sistemul de prghii 10, 13,la echipajul mobil. Contactele de rupere 5, 6 se deschid dupcontactele de lucru2, 3, astfel nct arcul electric se amorseaz n camera de stingere 8, ntrecontactele de rupere. Atta timp ct contactul 6 obtureazduza 7, sub aciuneatemperaturii nalte a arcului electric presiunea gazului din incinta 8 crete. Din

1

3

4

5

2

6

7

8

3

a b c

5

1

Fig.2.29Principiul autoexpansiunii: 1-contact mobil, 2-contactfix, 3-incintetan, 4-jet de gaz SF6, 5,6-arc electric,

7-duzizolant, 8-bobinsau magnet

11 8 1 2 6 9 10 12 14

5 7 1 4 3 13Fig.2.30

ntreruptor cu autoexpansiune


42/174


momentul eliberrii acestei duze, coloana arcului este supus unui suflajlongitudinal unilateral, detenta gazului SF6producndu-se n incinta 9.

Destinat instalaiilor de medie tensiune, ntreruptorul este realizat nconstrucie tripolar, cele trei camere de stingere fiind nglobate n anvelopaunic 11, din rin epoxidic. Spre deosebire de tehnica autopneumatic,ntreruptoarele cu autoexpansiune pot fi considerate ca echipamente cucomutaie lin, energia necesarsuflajului fiind furnizatde arcul electric nsi;din acest punct de vedere, funcionarea se aseamn cu cea ntlnit lantreruptoarele cu ulei.

De la nceputul actualului deceniu, o nou generaie de ntreruptoarecu hexafluorur de sulf a fost realizat, prin asocierea avantajelorntreruptoarelor cu autoexpansiune, celor care caracterizeaz tehnicaautopneumatic; aceast tehnologie hibrid, funcionnd cu autoexpansiuneasistatde autocompresie, a permis reducerea substaniala energiei necesare

pentru acionare, cu efecte benefice asupra indicatorilor de fiabilitate.Principiul comutaiei prin autoexpansiune asistat de autocompresie

este ilustrat n Fig.2.31. Suflajul necesar ntreruperii curenilor de mareintensitate este obinut n principal prin expansiunea termica gazului coninutn volumul constant 5, nclzit de arc.

Un suflaj autopneumatic suplimentar, utiliznd gazul comprimat la

deconectare n volumul 7 (descresctor pe msura deplasrii contactului mobil),se exercitla ntreruperea curenilor de micintensitate, cnd autoexpansiuneaeste slab. Valva 6 a cilindrului mobil se deschide la nceputul deplasriiechipajului mobil i rmne deschis atta timp ct presiunea n volumulconstant 5 este excedatde presiunea din volumul 7. Valva 8 a pistonului fix sedeschide dacpresiunea n volumul 7 depete o valoare reglat.

Comparativ cu tehnica autopneumatic, ntreruptoarele de acest tipnecesitun piston de dimensiuni reduse, fapt care permite micorarea energieinecesare pentru acionare.

Un alt exemplu de concretizare a acestei idei este prezentat n Fig.2.32.n faza incipienta deconectrii (Fig.2.32a), gazul SF6nclzit de arcul electric3 este parial retrimis n volumul dintre cilindrul mobil 4 i pistonul fix 5,

contribuind la creterea presiunii n acest spaiu. n faza final(Fig.2.32b),presiunea crescut a gazului care exercit suflajul compenseaz o oarecarescdere a capacitii sale de rcire (datorat temperaturii mai ridicate),obinndu-se o cretere a capacitii de deconectare la scurtcircuit cu circa 20%.


43/174


n alte construcii de acest tip se utilizeaz un piston recuperator prinintermediul cruia se obine creterea energiei disponibile pentru acionare.n Fig.2.33 sunt reprezentate curbele suprapresiunii dezvoltate n camera destingere pe durata deconectrii, n cazul unui ntreruptor autopneumatic(curba1), respectiv hibrid (curba2). Se evideniazc, n ipoteza funcionrii lagol (curbele 2), energia necesar pentru comprimarea gazului are valori maimari la ntreruptoarele autopneumatice. ntreruptoarele cu autoexpansiuneasistatde autocompresie, necesitnd un piston de diametru redus, consummai

puin de o treime din energia necesar n cazul acionrii unui ntreruptorautopneumatic.

Extinderea tehnicii hibride de comutaie la tensiuni superioarepresupune rezolvarea problemei creterii importante a energiei cinetice aechipajului mobil, care poate fi acoperit ns parial de energia nmagazinatsub formde cldurn coloana arcului.

1

2

3

4

5

7

96

8

3

4

5

1

2

a bFig.2.31

Autoexpansiune asistatdeautocompresie:1-contact fix; 2-ajutaj

principal; 3-contact mobil; 4-cilindru;

5-volum constant; 6-valva cilindrului;7-volum comprimabil; 8-valva

pistonului; 9-piston.

Fig.2.32Principiul tehnicii hibride de comutaie n

SF6: a-faza incipienta deconectrii; b-faza final; 1-contact fix; 2-contact mobil;

3-arc electric; 4-cilindru mobil; 5-pistonfix.


44/174


Existsoluii tehnice care permit utilizarea optimizata acestei energii, pe de oparte pentru obinerea suflajului prin autoexpansiune, iar pe de altparte pentruaccelerarea echipajului mobil al ntreruptorului.

Un astfel de dispozitiv, pus la punct de GEC Alsthom, permitereducerea cu circa 30% a energiei necesare pentru acionare (Fig.2.34); acesta a

permis construcia ntreruptoarelor tip FXT 14 (245 kV-31,5 kA) cu o singurcamerde stingere modul pe pol.

Asocierea efectului termic al arcului electric pentru obinereaexpansiunii hexafluorurii de sulf cu autocompresia acesteia este utilizat i nrealizarea ntreruptoarelor destinate celulelor blindate, n special cnd estevorba de construcii cu parametri electrici ridicai, de exemplu 300 kV/50 kA iun singur loc de ntrerupere pe pol (camerde stingere modul unic).{i n acest caz utilizarea tehnicii hibride, autoexpansiune-autocompresie, esteavantajoascu deosebire n ceea ce privete minimizarea energiei disponibile amecanismului de acionare.

n Fig.2.35 se prezint un exemplu de acest tip, conceput n vedereaobinerii unei viteze sporite de alungire a coloanei arcului electric ladeconectare.

Soluia tehnic utilizat const ntr-un sistem special de contacte,Fig.2.35a, avnd ambele elemente (1, 2) mobile. La deconectare, prinintermediul angrenajului 3, acestea se deplaseazacu aceeai vitez n sensuriopuse, nct viteza de alungire a arcului electric practic se dubleaz.

i

1

2

3

4

5

t

p W

d

A

1

2B

Fig.2.33Suprapresiunea la deconectare:

1-acionare n sarcin; 2-acionare lagol; 3-autocompresie;

4-autoexpansiune asistatdeautocompresie; 5-curba curentului.

Fig2.34Energia necesarpentru deconectare

(GEC Alsthom):A-tehnicautopneumatic;

B-autoexpansiune cu recuperare deenergie; 1-acionare n sarcin;

2-acionare la gol.


45/174


La ntreruperea curenilor de mic intensitate (Fig.2.35b) cretereapresiunii n camera de stingere pe seama energiei arcului este redus.

Stingerea arcului are loc n principal sub aciunea suflajului produs prinautocompresia gazului din volumul V2. n cazul deconectrii unui curent descurtcircuit, Fig.2.35c, energia nalta arcului electric produce un puternic efectde expansiune a gazului din volumul V1, care se repartizeaz ntre exercitareasuflajului i suplimentarea energiei necesare pentru acionare.

ntreruptoarele cu autoexpansiune s-au impus n comutaia de putereprin avantaje specifice: energie de acionare redus, absena supratensiunilor decomutaie, insensibilitate la viteza de cretere a tensiunii de strpungere ncamera de stingere, funcionare corespunztoare la ntreruperea curenilorcapacitivi, electroeroziune slaba contactelor.

2.6. Instalaii capsulate cu izolaie n hexafluorurde sulf

Ideea de baza realizrii instalaiilor capsulate izolate n gaz SF6constn nchiderea ntregului echipament conectat la barele unei staii ntr-o incintmetalic etan i izolarea acestuia n hexafluorur de sulf. Prin proprietilesale electroizolante excepionale, acest gaz permite o reducere important adistanelor de izolaie i deci a dimensiunilor de gabarit ale staiei.

ncepnd cu anii 1960, data primelor realizri de acest gen n Japonia iEuropa, concepia instalaiilor capsulate n gaz SF6 a cunoscut o evoluie

1

23

V1

V2

a b cFig.2.35

Creterea vitezei relative de deplasare a contactelor:a-ntreruptor nchis; b-ntreruperea curenilor de mic

intensitate; c-ntreruperea curenilor de scurtcircuit.


46/174


continu i notabil, dimensiunile i solicitrile funcionale fiind permanentreduse, simultan cu creterile nregistrate n indicatorii de fiabilitate ifacilitile de exploatare.

n ceea ce privete terminologia, pe lng denumirea de instalaiicapsulate n hexafluorur de sulf sunt utilizate noiunile de celule blindate,staii (posturi) de nalt tensiune etanate metalic (postes haute tension sousenveloppe mtallique, PSEM) respectiv instalaii de comutaie cu izolaie n gaz(Gas Insulated Switchgear, GIS).

Construcia i introducerea n exploatare a instalaiilor capsulate, izolatecu hexafluorurde sulf, rspund urmtoarelor cerine:

a) Necesitatea transportului energiei electrice la tensiuni nalte pn ncentrele de consum (orae, ntreprinderi industriale etc.), cu respectarearestriciilor impuse privind reducerea accentuat a suprafeelor ocupate cuechipament.

Folosirea tensiunilor nalte pentru transportul energiei electrice pn laconsumatori prezint considerabile avantaje economice, constnd neconomisirea unor nsemnate cantiti de metale neferoase (cupru, aluminiu)care altfel ar trebui consumate pentru realizarea instalaiilor de distribuie demedie tensiune.

n tehnica tradiional, staiile de transformare sau de conexiuni de

nalt tensiune ocup un spaiu mult mai mare dect cele de medie tensiune,datorit necesitii asigurrii distanelor de izolaie n aer ntre elementeleconstructive funcionnd la poteniale diferite.

O instalaie de nalttensiune realizatn variantcapsulatcu izolaien hexafluorurde sulf ocupcirca 10...20% din suprafaa unei staii tradiionalede tip deschis, mbinnd astfel avantajele injeciei de putere la tensiune naltcucele care decurg din reducerea substaniala suprafeei ocupate cu echipament.

b) Limitarea i chiar eliminarea solicitrilor produse de factorii demediu asupra echipamentului electric.

n cazul instalaiilor capsulate izolate cu hexafluorurde sulf, efecteleaciunii factorilor de mediu sunt practic eliminate deoarece elementeleconstructive funcioneazn ntregime n incinte metalice din oel sau aluminiu,

n care se gsete hexafluorura de sulf la presiuni de 0,3...0,4 MPa. Deoareceblindajul metalic al acestor instalaii este legat la pmnt, se obine ecranareatotal a cilor conductoare, cu efecte benefice sub raportul cerinelor decompatibilitate electromagnetic n instalaiile de joas frecven. Influenele

polurii naturale sau chimice sunt complet eliminate.


47/174


a b

c) Creterea gradului de siguran nfuncionarea instalaiilor, prin eliminarea

posibilitilor de producere a avariilor subaciunea unor cauze ntmpltoare.Elementele constructive ale instalaiilorcapsulate sunt complet inaccesibile dinexterior, nct gradul de securitate mpotrivaelectrocutrilor este foarte ridicat. Deasemenea este nlturat orice pericol deexplozie, obinndu-se astfel un avantajfoarte important, n special pentru instalaiile

destinate funcionrii n medii explozive(minerit, industrie chimic, armament etc.).Caracterizarea diferitelor generaii de

instalaii capsulate poate fi fcut n raport cu urmtorii parametri: numrulpolilor coninui n fiecare blindaj (instalaii monopolare, respectiv tripolare) irealizarea separatsau grupata funcionalitilor.

Primele generaii de instalaii de acest tip au fost monopolare i cufuncionaliti separate; ntreruptoarele, separatoarele de bare i cele de legarela pmnt, transformatoarele de msur, sistemele de bare i restulechipamentelor erau etanat

curs echipmante electrice 2

Documents