MARl eEL ADAMADRIAN BARABOIIIRI EEDITURA "GH. ASACHI"IASI2002

Capitolul 1NTRERUPTOARE TRADIIONALE N COMUTAIADE PUTERE1.1. Cerine funcionaleMijloacele 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 realizat prin simpla separare acelor dou contacte la o distan suficient de mare pentru ca arcul electric s sesting. 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 s rspund corespunztor exigenelor reelelor electrice.Evoluia echipamentelor de comutaie n decursul timpului a fostimpus de 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.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II2U[kV]1600n prezent nivelurile detensiuni ale reelelor deSUAinterconexiunesuntde1400ordinul sutelor de kVURSS1200ajungnd i chiar depind10001000 kV n cazul liniilor deSUAlungime mare;800Canada-interconexiunii600URSSbuclricomplexealeSuedia400SUAreelelor. n cursul timpului,200topologia reelelor a evoluatprin introducerea de noi linii,1900 1920 1940 1960 1980 2000 Anprin creterea numrului i aFig.1.1capacitiistaiilordeEvoluia nivelului maxim al tensiunii n reeleleelectricetransformare;-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 s furnizeze mai multe zeci de mii de MW).Acest evoluie 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-i

conferi 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 aparensimpl, cere echipamentului electric multiple caliti i aptitudini,indispensabile pentru a putea face fa la o funcionare ntr-o gam variat desituaii, ce pot apare n funcionarea unei reele electrice.Din punct de vedere pur electric, ntreruptorul posed dou stri 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 s suporte, ntre contactele sale, diferitelesolicitri datorate tensiunii de frecven industrial, respectiv supratensiunilor

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere3tranzitorii (de comutaie, atmosferice). Aceste solicitri se aplic izolaiei dintrecontactele deschise, celei dintre faze, ct i celei fa de pmnt, n ultimilecazuri indiferent de poziia echipamentului.n poziia "nchis" el trebuie s suporte n permanen curentul nominal,fr a 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, asigur comutaia circuitului.La nchidere el trebuie s fie apt s stabileasc curentul 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 (fr a fi el nsui responsabil de supratensiuni preamari).La deschiderea pe defect valorile foarte mari ale curenilor descurtcircuit duc la solicitri deosebite pe care acesta trebuie s le poat suportacu 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 apropiereabornelor 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 nrealizarea unui asemenea obiectiv trebuie s fie compensat prin ctigurile carerezult din:-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 dac se evit sau ntrzieastfel construcia de noi linii.

4ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIn 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 eventual cretere 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 nparalel cu camera de stingere).Din punct de vedere mecanic, modul de funcionare este destul deneobinuit. Pe majoritatea duratei sale de existen, ntreruptorul ocup una 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 arat c echipamentul trebuie spoat aciona n orice moment, eventual dup un lung timp de inactivitate.ntreruptoarele trebuie deci s fie realizate pentru a oferi o fiabilitatemaxim 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 meninut dei unii factori acioneaz n sensinvers:-creterea performanelor (diminuarea timpului de eliminare adefectelor, reanclanarea automat etc.) introduce limitri suplimentare;-reducerea duratei i a numrului de ntreineri ale echipamentului;-dezvoltarea rapid (concepii noi, materiale moderne) se opuneprincipiului c se va ajunge la un minim de schimbri.1.2. Evoluia tehnicii de comuaiePentru 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

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere5ntreruperea curentului n momentul n care energia electromagneticnmagazinat n circuit este nul.ntreruptorul ideal trebuie deci s posede urmtoarele caracteristici:-rezisten nul, ct timp este parcurs de curent;-conductan nul n momentul ntreruperii curentului i rigiditatedielectric suficient pentru a suporta tensiunea de la bornele sale;-aptitudinea de trecere dintr-o stare n alta instantaneu i sincronizat cutrecerea prin zero a curentului.Din pcate, dac elementele foarte bune conductoare sau foarte buneizolatoare 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 pn ce condiiile favorabile stingerii definitivesunt reunite. i astfel, din fericire, arcul electric prezint caracteristici care seapropie de cele dorite:-prin mecanismul deionizrii este posibil trecerea din starea de plasmaconductoare n cea de mediu electroizolant;-aceast trecere se efectueaz natural la trecerea prin zero a curentului intr-un mod foarte rapid, datorit ineriei termo-electrice reduse a mediuluiionizat.Arcul electric, dei aliat pe plan funcional (se spune c este un runecesar), trebuie stins pentru a se asigura succesul comutaiei. Aceasta serealizeaz dac se asigur urmtoarele 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 disipat de circulaia curentului post-arc nutrebuie s fie suficient pentru a provoca o reaprindere a arcului);-tensiunea tranzitorie de restabilire nu trebuie s fie superioar tensiuniide 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

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II6TehnicaNivelul de tensiune, [kV]deEnergiacomutaie 1 3 12 24 36 121 245 7650,5 AerUleiAer comprimatSF6Vid avansat0,02 StaticIdeal00,1UtopieFig.1.2.Principalele tehnici n comutaia de putereelectroizolante i de stingere cucaracteristici foarte diferite suntpuse n joc: o gam de presiuni cese ntinde de la zero pn la 100at; utilizarea de gaze cu densitimici (hidrogenul) sau foarte mari(hexafluorura de sulf).Existenaacesteidiversiti se explic prin motiveistorice i prin necesitatearealizrii unor tehnici adecvatepentru domenii prescrise aletensiunii.O prezentare sintetic a tehnicilor specifice comutaiei de putere, nordinea minimizrii energiei disipate n coloana arcului pe durata ntreruperiieste dat n Fig.1.2.Fiind printre primele utilizate i avnd o construcie foarte simpl,aparatele cu comutaie n aer normal permit disiparea sub form de cldurn coloana arcului a circa 50% din energia nmagazinat n circuitul ntrerupt.Dac n prezent se mai poate constata supremaia acestor aparate, atunciaceasta este restrns doar la construciile de joas tensiune, care secaracterizeaz prin simplitate, indicatori de fiabilitate superiori i grad ridicatdesecuritate; extinderea la tensiuni superioare este blocat de 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 nominal de numai 6 kV.Creterea capacitii de vehiculare a fluxurilor de energie electric princreterea tensiunii nominale a instalaiilor a impus o nou tehnic, aceea acomutaiei n ulei mineral, mediu electroizolant i de stingere cu proprietisuperioare aerului normal.Analiza atent a 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.

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere7Subraportcronologic,primeletipuri de ntreruptoarecu comutaie n uleisunt cunoscute subnumeledentreruptoare cu uleimult (Fig.1.3) care, nFig.1.3pofida dimensiunilor dentreruptor cu ulei multgabarit i a unorcantiti enorme, dezeci 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 peprincipiul modulului (Fig.1.4) i realizarea de ntreruperi multiple pe pol.Progresele nregistrate n construcia ntreruptoarelor cu ulei au fcut caacestea s cunoasc o lung perioad de monopol, extins pn spre anii 19301940.Comutaia n ulei reprezint n mod incontestabil prima tehnic n carese utilizeaz un mediu de stingere caracterizat prin valori mici ale constantei detimp a arcului electric, fapt care a permis ca aceste echipamente s fac fa cusucces dificultilor care nsoesc ntreruperea curenilor sub tensiuni tot maimari; ele au ajuns s fie utilizate n instalaii cu tensiunea de 765 kV, avndcapabilitatea s ntrerup cureni descurtcircuit de 40 kA.ntreruptoarele cu ulei puinconstituie nc o tehnic decomutaie existent azi n exploatarei pe piaa aparatelor cu caracteristicimodeste i medii.Nu exist nici o ndoial ns cprogresele 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 laFig.1.4ntreruptor cu ulei puin

8ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II67,8% n 1980 la 23,7% n 1990, tendina de scdere pstrndu-se.Bazele tehnicilor de comutaie n gaze sub presiune se pun n jurulanilor 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, dat n 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 msurisuplimentare 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 dat a 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 asigur nivelul deizolaie ntre contactele deschise.n general, ntreruptoarele construite sunt echipate cu camere destingere 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.

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere9Deoarecelungimeaarcului electric, optim subraportul stingerii, rezult ngeneral mai mic dectdistana de izolaie dintrecontacteledeschise,ntreruptoarelecuaercomprimat sunt prevzute cuseparatoare de secionare,avnd rolul s realizezedistanele de izolaie necesare.Fig.1.5ntreruptor cu aer comprimat de nalt tensiune n funcie de tipul constructiv,separatoarele de secionare potfi amplasate n aer liber (aparate de medie tensiune) sau n incinte umplute cuaer comprimat (nalt i foarte nalt tensiune).Progresele nregistrate de tehnica comutaiei n aer comprimat aucondus la obinerea unor aparate cu parametri electrici notabili, care ns nu maipstreaz n momentul de fa dect urmtoarele dou destinaii: ntreruptoarede generator i ntreruptoare de exterior (Fig.1.5), ce pot fi folosite n zone cuclimat deosebit de aspru. Acestea sunt capabile s funcioneze satisfctor i latemperaturi de -40 oC, graie absenei tendinei de lichefiere a aeruluicomprimat. Admisia aerului comprimat n camera de stingere poate fitemporar, 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 restrns i existen efemer.1.3. ntreruptoare cu ulei puin1.3.1. ntreruptoare de medie tensiune de tip IOntreruptoarele 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 realizat attprin aer, ct i cu materiale electroizolante solide (porelan, rini etc.).

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II1054834261798Fig.1.6Calea de curent a unuintreruptor de medie tensiunede tip IO7532AA46Sectiunea A - A1435Fig.1.7Contact de tip tulipntreruptorul 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 rezisten mecanic.Componentele unei ci de curent, carefuncioneaz n uleiul coninut ntr-o cuv

cilindric din 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 electricde deconectare. Contactul fix, de obicei de tiptulip, este compus din degetele 3 de contact,arcurile presoare 4, caseta metalic de 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 tulip este reprezentat n Fig.1.7, unde s-anotat: 1-tij mobil de contact, 2-armtur deprotecie din Cu-W, 3-puni de contact dincupru argintat, 4-resorturi lamelare, 5-casetcilindric din 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, nparalel cu polul principal (ntreruptor),

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere1130p[at]p (t)2010i (t)02134510a2030t [ms]bFig.1.8Expandarea uleiuluiconectat un pol separator.Cei doi poli, ntreruptor i separator, funcioneaz n cuve cu ulei separate, cucamer de stingere fiind prevzut doar polul ntreruptor. Un dispozitiv deechilibrareelectromagnetic,cu6transformatoare de curent, asigur repartizareauniform a curentului pe cele dou ci decurent conectate n paralel. Corelareaoperaiilor de comutaie se face pe cale1mecanic, astfel nct polul separator poate fiacionat numai dac polul ntreruptor arecontactul nchis.n comparaie cu alte varianteconstructive,structura prezentat n Fig.1.6 are5avantajele deplasrii de sus n jos, ladeconectare, a tijei contactului mobil 1, fapt

care permite dezvoltarea liber a arculuielectric.Pe aceast acle este posibil activarea4deionizrii coloanei arcului precum i3nlocuirea conexiunii flexibile (mai puinrezistent la oboseal mecanic) prin contactelealunectoare1.2Stingerea arcului electric de deconactare seobine ntr-un volum limitat de ulei coninut ncamera de stingere, care funcioneaz peFig.1.9principiul expandrii uleiului, Fig.1.8a.Structura de principiu a uneicamere de stingere

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II12Sub 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 dezvoltat de arc este nul i presiunea p(t) scade, Fig.1.8b. naceste momente are loc expandarea (evaporarea) la suprafaa 4, a uleiuluisupranclzit 5. Vaporii antreneaz i cureni turbuleni de ulei, care activeazdeionizarea. Contactul coloanei arcului electric cu mase de ulei proasptfavorizeaz deionizarea, fapt pentru care camerele de stingere nu se construiesccu perei interiori netezi.78221110103365441159912a12bFig.1.10Seciune 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, 5tijcontact mobil, 6-camer de stingere, 7-camer de detent, 8-jiclor deeapare, 9-tij electroizolant, 10-vizor nivel ulei, 11-ecran electroizolant, 12axulmanivelei de transmisie a micrii.

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere13n 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 baz principiul expandrii uleiului, se obineprin autosuflaj combinat (longitudinal i transversal) de gaze i ulei.Camera de stingere, amplasat ntre contactele 1-fix i 2-alunector, esteconfecionat 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 presiuniip(t), Fig.1.8b, uleiul reinut n niele 5 vine sub form de cureni turbuleni, ncontact cu coloana arcului electric, activnd deionizarea acesteia. Durata deardere a arcului electric este de 20...40 ms. Dispunerea nesimetric a nielorproduce la deconectare un suflaj combinat, longitudinal i transversal, vaporiirezultai n urma expandrii uleiului i gazele de descompunere deplasndu-sepe traseele indicate prin sgei n Fig.1.9.Vaporii i gazele ionizate prsesc volumul uleiului i ptrund ntr-ocamer de detent unde vaporii condenseaz, iar uleiul rezultat este trimis ncamera de stingere, gazele fiind eapate.O seciune prin partea activ a unui ntreruptor de medie tensiune, detip IO cu pol separator este prezentat n Fig.1.10.1.3.2. ntreruptoare de nalt tensiune de tip IOntreruptoarele de tip IO de nalt tensiune se caracterizeaz printr-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 nominal de 110 kV exist variante att bipolare ct i tripolare, cu unsingur mecanism de acionare fiind posibil comutarea a doi, respectiv trei poli.Mecanismul de acionare este cu comand oleopneumatic, de tip MOP.Stingerea arcului electric n camera modul se obine pe seamaexpandrii 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 uzur electric, asigurndu-se

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II146astfelproteciasuprafeelorcontactului de lucru. Alungireagaze si5arcului electric n camera devapori de uleistingere conduce la expandareauleiului, proces care iniiaz unuleiautosuflaj longitudinal intens de8gaze i vapori de ulei, dirijat n117senscontrardeplasriitijei12contactului mobil. Aceti compuiprsesc volumul uleiului trecnd4prin jiclorul de eapare 5 n camera42de detant 6, incint n care gazele13se rcesc, parial fiind eapate n314atmosfer, iar vaporii condenseaz,13uleiul rezultat find recirculat, prin10valva cu sens unic 7, n camera destingere.Dup ce contactul mobil 1elibereaz orificiile transversale 13,axaverticala1prin acestea se produce detentagazelor care nsoesc arcul electric,Fig.1.11presiunea acestora scznd brusc.Camera modul a ntreruptoarelor de nalt Drept urmare are loc expandareatensiune de tip IOuleiului reinut n niele circulare14, 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 piston

diferenial anticavitaie, cu rol de prentmpinare a fenomenului de cavitaie,care const n formarea unei pungi vidate n urma tijei contactului mobil, pedurata 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 curs limitat deplasarea 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 la9

1. ntreruptoare tradiionale n comutaia de putere11532dispozitivul cu dublu efect2, la tija 1 a contactuluimobil i un mecanism dezvorre, prevzut cu10resortul tumbler 4.La sfritul cursei de94 deschidere, micarea tijei 1este frnat de amortizoruldedeschidere 1. Celelalte8notaiiau urmtoarele75 semnificaii: 3, 5-buoanede umplere, respectiv de6golire, 6-carter, 8-vizor,Fig.1.1210-tij de ghidare.Ansamblul mecanism al ntreruptorului IO de naltGamatensiunentreruptoarelor tip IO denalt 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 depmnt.3122333321322

14411414555abcFig.1.13Gama ntreruptoarelor de nalt tensiune de tip IOAstfel, pentru ntreruptorul de 110 kV, Fig.1.13a, sunt utilizate dou camere destingere, 1 i 2, avnd contactele nseriate i prevzute cu bornele de racord 3.

16ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIIzolaia fa de pmnt este asigurat prin coloana electroizolant 4, cu 5 fiindnotat mecanismul de acionare cu comand oleopneumatic de 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 conecteaz condensatoare avnd roluls uniformizeze cderile de tensiune pe acestea, n diferite regimuri defuncionare.

Capitolul 2ECHIPAMENTE DE COMUTAIE CUHEXAFLUORUR DE SULF2.1. GeneralitiProgresele 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 tehnic nou, cea a comutaiei nhexafluorur de sulf.n prezent, datorit performanelor atinse, aceste aparate cunosc o totmai larg utilizare i tinds nlocuiasc tehnica decomutaie tradiional.Costruciilentreruptoarelor de puterecucomutaienhexafluorur de sulf pot figrupate n cteva varianteabde baz, dup tehnicautilizat pentru obinereasuflajului n camera destingere.n Fig.2.1, se redauschematic diferitele soluiiutilizatede-alungultimpului n realizareaechipamentelordecdcomutaie cu SF6 pentru aFig.2.1se asigura stingerea arculuiProcedee de stingere a arcului electric utilizate nechipamentele cu SF6electric i obinerea de

18ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIperformane superioare celor ce pot fi obinute prin comutaia liber, Fig.2.1a.Un prim sistem utilizat a fost cel n care arcul "primar" d natere la opresiune necesar pentru 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: tensiuneanominal 115 kV, curentul nominal 400 A, puterea de rupere 1000 MVA) a fostrapid abandonat pentru a face loc sistemului cu dubl presiune (numit ipneumatic), Fig.2.1c, apoi sistemului cu autocompresiune (numit iautopneumatic), Fig.2.1d.2.2. Echipamente n tehnic pneumaticPionieratul n dezvoltarea tehnicilor de comutaie n hexafluorur desulf revine firmelor americane. Producia industrial a acestui gaz a nceput nSUA n anul 1947 i tot aici, n 1953, s-a propus pentru prima dat utilizarea san realizarea tehnicii de comutaie destinate instalaiilor de mare putere; n 1959,firma Westinghouse realizeaz, n tehnic pneumatic, primele ntreruptoare cuhexafluorur de sulf.n construciile de acest tip, stingerea arcului electric se face prinsuflarea cu hexafluorur de sulf comprimat la presuni relativ ridicate, principiumprumutat de la ntreruptoarele cu aer comprimat. Circuitul de gaz este nchisi conine dou rezervoare, de joas presiune (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 joaspresiune umple n ntregimePresiune naltconstrucia ntreruptorului,realiznd izolaia intern.Ladeconectare,Presiune joasContact mobilgazul stocat n rezervorul denalt presiune strbateajutajele camerei de stingereexercitnd suflajul necesarstingerii arcului electric,dup care se destinde nrezervorul de joas presiune.Contact fixArc electricPresiunea n rezervorul denalt presiune este refcutFig.2.2Principiul cumutaiei pneumatice (dubl presiune) prin intrarea n funciune acompresoruluide

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf19

hexafluorur de sulf.Construciile de acest tip, ca de altfel i cele din generaiile urmtoare,sunt realizate n dou variante, cunoscute n literatur sub denumirile de deadtank, respectiv live-tank, diferite prin modul de realizare a izolaiei cilorconductoare fa de pmnt.Un ntreruptor de tip dead-tank are partea activ a polului nchis ntro cuv metalic funcla potenialul pmntului, umplut cu gaz SF6 lajoas presiune, 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 transversal printr-un ntreruptor dead-tank realizat de Westinghouseab67122c536748

dFig.2.3ntreruptor dead-tank n tehnic pneumatic: a-ansamblu; b-seciune prin pol; c, dschie funonale.

20ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIElectric Corporation-SUA, destinat instalaiilor de 220 kV; cu trei locuri dentrerupere pe pol (Fig.2.3b), aparatul poate deconecta cureni de scurtcircuit depn la 40 kA.Construcia unei camere de stingere este reprezentat detaliat nFig.2.3c,d.Indiferent de starea nchis sau deschis a contactelor ntreruptorului,Fig.2.3c, supapa 6 este nchis astfel nct, n aval de aceasta, gazul se afl lajoas presiune.La deconectare, Fig.2.3d, contactul mobil tubular 2 prsete contactulfix de lucru 5 i extremitatea arcului electric 3 este imediat preluat de contactulfix de rupere 4. n acest moment, prin transmisia electroizolant 8, se comanddeschiderea supapei 6 i, pe o durat foarte scurt, hexafluorura de sulf aflat lanalt presiune n compartimentul 7, este admis n zona contactelor. Se obineastfel un suflaj longitudinal unilateral intens, care produce stingerea arculuielectric. Prin conducta electroizolant 1, gazul sub presiune este dirijat spreurmtoarea camer de stingere modul.Hexafluorura de sulf utilizat pentru exercitarea suflajului este apoifiltrat cu ajutorul unor elemente active din alumin i recomprimat la valoareapresiunii nalte de funcionare a ntreruptorului.n construciile de tip live-tank izolaia fa de pmnt se obine cu ocoloan electroizolant din porelan, care susine camera de stingere. Seexemplific tehnica pneumatic prin ntreruptoarele de nalt tensiune tip SFA(Westinghouse Electric Corporation-SUA), avnd intensitatea curentuluinominal de 2000 A i capacitatea nominal de rupere la scurtcircuit de 63 kA.Construcia ntreruptorului, corespunztoare unei tensiuni nominale de362 kV, este prezentat n Fig.2.4. Notaiile21utilizate au urmtoarele semnificaii:1-camer de stingere modul, 2-izolator detrecere, 3-borne de conexiuni, 4-izolatorsuport, 5-compresor de hexafluorur de sulf,6-rezervor cu gaz SF6 la presiune nalt.Camera de stingere modul, Fig.2.5a,4esteconstituitdin incinta metalic 1, n care3esteamplasatntreagaconstrucie,5funcionnd n hexafluorur de sulf laCaleadepresiunea p2, de 0,4 MPa.curent conine tijele 2 ale izolatoarelor detrecere 3, terminate la exterior cu bornele deFig.2.4conexiuni, iar n interior cu contactele fixentreruptor live-tank n tehnictubulare 4. Tensiunile pe cele dou locuri depneumatic

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf12756122134613 14469a84131011bFig.2.5Partea activ a unui ntreruptor live tank realizat n tehnic pneumatic: a-camera destingere; b-sistemul de contacte.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 exterioar piesei 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, careexecut o 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 cuhexafluorur de sulf (Fig.2.5b), care se destinde de la presiunea p1, de 1,7 MPa(existent n rezervorul auxiliar 7, Fig.2.5a), la presiunea p2. Extremitile

arcului electric se sprijin pe suprafeele interioare ale pieselor tubulare decontact 4, 11, suprafaa contactului de lucru fiind astfel protejat laelectroeroziune.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II22ICa i n cazul ntreruptoarelor cu aercomprimat, limitarea supratensiunilor deR1R2I2comutaie este posibil prin utilizareaunor rezistoare liniare de untare aI1contactelor principale; schema electricde principiu este dat n Fig.2.6.La deconectare, se deschid maiFig.2.6nti contactele principale I de pe caleaRezistene de untarede curent A-B a polului, urmate n1ordinedecontacteleauxiliare I1, I2; n acest fel,7rezistena introdus n circuitul deconectat cretesecvenial la valorile R1, (R1+R2), dup care are locntreruperea complet a circuitului.2Acest mod de funcionare confer tensiuniitranzitorii de restabilire un caracter aperiodic, cuvalori relativ sczute ale factorului de oscilaie.3Rezistoarele de untare i contacteleauxiliaresunt amplasate n camera de stingere4(Fig.2.5a) corespunztor reperelor 13, 14.Circuitul principal de gaz SF6, nchis i56 funcionnd la cele dou presiuni, este reprezentat nFig.2.7. Gazul la presiunea joas asigur izolaia attFig.2.7ncamera de stingere modul 1, ct i n coloanaCircuitul principal de gazsuport electroizolant 2; hexafluorura de sulf lapresiune 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 SF6 sunt 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 airezervorului 3.Pe baza construciei de tip modul prezentate n Fig.2.4, ntreruptoareleSFA 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 dispozitiveAB

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf23suplimentare de nclzire n construcia echipamentelor de exterior pentruprevenirea lichefierii.2.3. Echipamente n tehnica autopneumaticTehnica suflajului autopneumatic (puffer circuit breakers), preconizatde GEC Alsthom i aplicat cu 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 denalt tensiune este ilustrat n Fig.2.8.Datorit perfecionrilor, bazate n special pe cunoaterea i modelarea maiprecis a fenomenelor de comutaie i pe experiena acumulat de laboratoarelemarilor firme, s-a ajuns lapunerea la punct a tehnicii420bazate pe principiul camerei de450stingere modul, care permite400I, [kA]350realizarea unor serii unitare de300U, [kV]300aparate.240250Tehnica autopneumatic a fost200160 160adoptat de constructori i150acceptat de utilizatori deoarece6363631004040permiteobinereaunor31,550 20performaneelectrice

nalte,0cum sunt: capacitate de1965 1970 1975 1980 1985 1990deconectarelascurcircuitAnulatingnd 63 kA, tensiunenominal de pn la 800 kV,Fig.2.8Evoluia capacitii de deconectare i a tensiunii timp de deconectare de valorimici (circa 40 ms).pe camera de stingere modul

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II24ntreruptoarele deputere realizate n tehnicautopneumaticfuncioneazcuhexafluorur de sulf la osingur presiune, avndvalori de 0,5...0,7 MPa.SuflajulnecesarArc electricContact fixSuprapresiune deactivrii stingerii arculuinatur mecanicelectric se obine ladeconectareprinFig.2.9Principiul cumutaiei autopneumatice (autocompresie) autocompresie, pe duratadeplasriiechipajuluimobil, Fig.2.9. Aceste ntreruptoare se mai numesc cu autocompresie sau cu osingur presiune (monopresiune).Fr a afecta performanele, tehnica autopneumatic aduce simplificrinotabile n construcia ntreruptoarelor cu hexafluorur de sulf, dintre care semenioneaz:-eliminarea compresorului i a valvelor pentru comanda suflajului;-renunarea la sistemul de nclzire a gazului deoarece, la presiunile maisczute 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, mentenabilitatearidicat i cheltuielile de exploatare reduse fac din aparatele realizate n tehnicaautopneumatic cele mai rspndite dintre cele cu comutaie n hexafluorur desulf.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 exterioarmetalic, funcionnd la potenialul pmntului. ntreruptoarele de medietensiune, fr excepie, sunt realizate n construcie tripolar.Contact mobilPresiune joas2.3.1. ntreruptoare de nalt tensiuneSe exemplific tehnica autopneumatic de nalt tensiune prinntreruptorul tip LWE (Westinghouse Electric Corporation, SUA), avnd

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf25parametrii nominali 362 kV/2000-2500-3000 A/63 kA; arhitectura unui pol este176234512542368Fig.2.10ntreruptor autopneumaticLWE (WEC SUA)Fig.2.11Partea activ a poluluireprezentat n Fig.2.10.Construcia este constituit din camerele de stingere modul 1, prevzutecu rezistoarele de untare 2 i din coloana electroizolant 3; ntreaga construcieeste amplasat pe 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 reprezentat n 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 esteprevzut, 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 electroizolant 3, 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.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II26La deschiderea ntreruptorului, prin deplasarea tijei contactului mobil,contactele 2, 3 se separ i ntre ele se amorseaz arculelectric de deconectare.2Simultan cu contactul mobil 3, fiind solidare cu6acesta, se deplaseaz cilindrul 5 i ajutajulelectroizolant 6.Ca urmare, hexafluorura de sulf dintre pistonul3fix 4 i cilindrul mobil 5 este comprimat, gazul fiinddirijat prin ajutajul 6, n suflaj asupra coloanei arcului.5Pistonul fix 4 este prevzut cu valve, nchise pe duratadeplasrii la deschidere a ntreruptorului, dar care sedeschid pe parcursul nchiderii acestuia, astfel nct4gazul de sub cilindrul mobil 5 s poat fi mprosptatprin recircularen timpul arderii arcului electric seciuneatransversal a 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 esteFig.2.12Ansamblu camer de denumit n literatura tehnic efect de buon, Fig.2.13.stingereDebitul 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:itContact fixArc electricContact mobilFig.2.13Efectul de buon

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf27- cnd ntreruptoruldeconecteaz un curentmare, el pstreaz iniialo cantitate de gaz nContacte nchiserezerv care apoi estefolosit cnd curentuladescretesprezero,realiznd astfel un suflajContactemai puternic dect ndeschiseMomentul deschideriicazuldeconectriicontactelor de ruperecurenilormici,Fig.2.14c.Deci,lacurenimarigazultrealizeaz un suflaj foarteseficient, n timp ce lacureni mici debitul deLimita efectului degaz sczut evit tiereabuon(smulgerea)curentului;b- ntreruperea unui curentmare conduce la o frnarea micrii contactelor latdeconectare, Fig.2.14a.dmAceast frnare limiteazdistana dintre contactepe durata deconectrii,ceea ce duce la limitareaclungimii arcului electrici deci a energiei disipateEfectul de buonn acesta.ntreruptoareletautopneumatice

cuDeconectare la 10% din puterea de ruperehexafluorur de sulfDeconectare la 100% din puterea de rupereproduse n Romnia suntFig.2.14cunoscutesubDeconectare fr i cu efect de buon: a) cursasimbolizarea H07, H14,contactelor mobile; b) seciunea arcului; c) debitul masicH17, H42 i se fabricrespectiv pentru gama detensiuni nominale de 72,5-145-170-420 kV, curent nominal de 2500 (3150) A icapacitate nominal de deconectare la scurtcircuit de maximum 40 kA.x

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II28145678111295 74321063Fig.2.15ntreruptor autopneumatic tip H (Romnia)Fig.2.16Construcia unui polConstrucia (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 cupleaz cu mecanismul de acionare 5prin intermediul conductelor de nalt presiune 6.Fiecare pol este constituit din camera de stingere 1, coloana izolatoruluisuport 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 deporelan 1, 2, corespunztoare camerei de stingere i respectiv izolatoruluisuport, realizeaz nivelul nominal de izolaie intern.Componentele camerei de stingere i modul de funcionare, suntprezentate 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 fix de racord se stabilete prin intermediulcontactului alunector 9. La deconectare, Fig.2.17b, echipajul mobil coboar,

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf29512314102567698a87bcFig.2.17Camer de stingere modul realizat n tehnic autopneumatic (ntreruptor tipH-Romnia): a-ntreruptor nchis; b-funcionare la deconectare; c- funcionarela conectare.arcul electric 10 fiind preluat de contactele 1, 2. Hexafluorura de sulf,comprimat ntre 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 transformatorde

30ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIcurent, contribuie la micorarea gabaritelor i ofer importante faciliti pentrurezolvarea optimizat a instalaiilor de protecie prin relee.2.3.2. ntreruptoare de generatorTehnica autopneumatic n hexafluorur de sulf a permis dezvoltareaconstruciilor de ntreruptoare pentru generator care, dei funcioneaz lamedie tensiune, se caracterizeaz prin valori foarte mari ale curentului nominali ale capacitii de deconectare la scurtcircuit.n configuraie tradiional funcionarea unui bloc generatortransformator (Fig.2.18a) necesit, pentru operaiile de pornire sau oprire ageneratorului, un transformator suplimentar T3 prin care se face alimentarea, dinsistem sau de la o reea separat, a serviciilor interne. Dup atingerea turaiei desincronism, generatorul este conectat la sistem prin echipamentele de pe parteade nalt tensiune a transformatorului principal T1. Alimentarea staiei este apoitrecut de 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 deputere, la pornirea sau oprireaLEA 1LEA 2LEAgrupului,directprinI1,T.transformatoareleTI112I1Utilizarea ntreruptoarelorI2I2I2degeneratorconducelasimplificareafunciiloroperativenIII333central (aranjament logic i simplual ntreruptorului n circuitulprincipal al generatorului, reducereaT1

Tnumrului de manevre pe durata1operaiilordepornire-oprire,T3T2definirea clar a responsabilitiiIgmanevrelor n central i n sistemulde nalt tensiune), mbuntirea~~protecieigeneratoruluiiaGT2transformatoarelorT1 ,G(Fig.2.18b), creterea securitii iabSISIdisponibilitii centralei.Fig.2.18Protecia la scurtcircuit aScheme de conectare la sistem: a-blocgeneratorului este asigurat degenerator-transformator fr ntreruptorntreruptoarele de pe partea dede generator; b-cu ntreruptor denalt tensiune a transformatoruluigenerator.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf31principal T1 sau de ntreruptorul degenerator Ig.ntrerupereadefecteloridezexcitarea generatorului trebuie s fieorict de rapide, pentru a se prevenidefectrile grave ale instalaiei.Funcionarea proteciei trebuietotui s in seama de posibilentrzieri, uneori substaniale (zeci de0semiperioade, Fig.2.19) ale momentuluitprimei anulri a intensitii curentuluide scurtcircuit produse ca urmare aFig.2.19suprapunerii peste componenta dentrzierea momentului primei anulri acurent alternativ a unei componenteintensitii curentului de scurtcircuitcontinue de valori mari (dependente, larndul ei, de raportul X/R dintre reactana generatorului i rezistena statorului).Numai dac rezerva de stabilitate termic a instalaiei permite, regimuldificil 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 cretererapid 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 ndeplinireacondiiilor 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 turbinecu gaz, ntreruptorul de generator trebuie s execute de asemenea operaiile decomutaie specifice sincronizrii generatorului funcionnd n regim deelectromotor i s ntrerup cureni de scurtcircuit la frecvene mai mici de 50Hz.ntreruptoarele de generator tradiionale au funcionat cu comutaie naer comprimat ajungnd n anii 1970, odat cu 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.ik

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II32n funcie de tipul centralei i al generatorului, puterea unitar furnizatla tensiuni de 16...24 kV, variaz ntre 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 afecteaz starea 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 confecioneaz piesede contact cu suprafee mrite. Stingerea eficient a arcului electric traversat decureni foarte mari presupune, de asemenea, creterea diametrelor ajutajelor desuflaj.n Fig.2.20 se d un exemplu de ntreruptor cu autocompresie pentru1234567Fig.2.20ntreruptor de generator (Mitsubishi Japonia): 1-contact fix de rupere; 2-contactfix de lucru; 3-contact mobil; 4-cilindru; 5-piston; 6-conexiuni flexibile; 7mecanism de acionare.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf33generator, fabricat de firma Mitsubishi Japonia; acesta este capabil s ntrerupun curent de defect de 110 kA i s suporte sarcini de regim normal cuintensiti de pn la 13 kA doar cu rcire prin convecie natural i de pn la25 kA cu convecie forat de aer.2.3.3. ntreruptoare de medie tensiuneInstalaiile de distribuie de medie tensiune reprezint de asemenea undomeniu larg de aplicare a tehnicilor de comutaie n hexafluorur de sulf; unloc important ntre acestea l ocup tehnica autopneumatic. Spre deosebire deconstruciile de nalt tensiune, ntreruptoarele de medie tensiune sunt realizaten variant tripolar, acionarea obinndu-se cu mecanism unic.Exist o mare varietate de astfel de echipamente, numrul lor fiind ncretere, n detrimentul tehnicilor tradiionale. Acest aspect este evideniat nFig.2.21, unde este reprezentat repartiia procentual, dup Schneider Electric,a ntreruptoarelor de medie tensiune produse i vndute n Europa, n ultimeledou decenii.%8070Aer60UleiVidSF650403020100808284868890929496 AnulFig.2.21Evoluia pieei ntreruptoarelor de MT n EuropaDin totalul ntreruptoarelor de medie tensiune, o mare parte o reprezint cele

autopneumatice, cu meniunea c exist i aparate realizate n alte tehnici (suflajmagnetic, autoexpansiune, tehnici combinate etc.).

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II34Firma Schneider Electric (Merlin Gerin) a dezvoltat o ntreag gam deechipamente 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, estedat n Fig.2.22.Construcia camerei de stingere (Fig.2.23), este nchis n anvelopaelectroizolant 1, prevzut cu 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 calea816130021032059611437427260Fig.2.22ntreruptor debroabil FG2Merlin Gerin8131412Fig.2.23Polul ntreruptorului FG2Merlin Gerinprincipal de curent este conectat traseul de rupere, format din contactele derupere (5-fix, 6-mobil), tija conductoare 7 i conexiunea flexibil 2.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf35Sistemul 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 SF6 de tip HEXA CONT, utilizabile n instalaiilede comand a electromotoarelor de nalt tensiune, transformatoarelor ibateriilor de condensatoare.ntreruptoarele cu hexafluorur de sulf realizate n tehnicaautopneumatic au dimensiuni de gabarit mai mici i nu necesit o ntreineredeosebit.Reviziile acestor echipamente se fac cu o periodicitate de civa ani, defiecare dat examinndu-se componentele constructive ale sistemului decontacte, garniturile de etanare mpotriva scurgerilor de gaz SF6 i nlocuinduse filtrele sau sitele moleculare.2.4. ntreruptoare cu suflaj magneticLa ntreruptoarele cu hexafluorur de sulf realizate n tehnicpneumatic sau autopneumatic arcul electric de deconectare este supus unuisuflaj cu gaz sub presiune, n msur s produc rcirea coloanei acestuia prinevacuarea cldurii n afara volumului camerei de stingere. Arcul electric estepractic fixat ntre contacte n timp ce hexafluorura de sulf, ca mediu de stingere,se deplaseaz pe seama diferenelor de presiune.Principiul de stingere pe care se bazeaz funcionarea ntreruptoarelorcu suflaj magnetic const n deplasarea rapid a 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 deplaseaz cu viteze comparabile cu cea a sunetului.Cmpul magnetic necesarBobin deSensul de micare apuneriin micare a coloaneisuflajarcului electricContact mobilarcului este produs de o bobinPresiune joasArc electricContact fixFig.2.24Principiul cumutaiei prin suflaj magnetic (arcde rotaie)

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II36parcurs de curent pe durata deconectrii sau de magnei permaneni amplasain zona contactelor, energia necesar suflajului fiind deci furnizat de 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 spirelebobinei de suflaj 4.n cmpul magnetic al acestei bobine, forele de tip Lorentz imprimcoloanei 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 rapid a acesteia intensific deionizarea 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 fa n fa pe aceeai ax, aa7681iF2i351ia43425bFig.2.25Tehnica suflajului magnetic: a-sistem coaxial; b-sistem axial.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, parcurs de curent. Liniile de cmp senchid prin piesa polar 7 i mantaua feromagnetic 8, trasee care le imprim odistribuie radial n 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.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf37Pe lng simplitate constructiv, ntreruptorul cu suflaj magnetic secaracterizeaz printr-o slab electroeroziune a contactelor deoarece, ca urmare adeplasrii extremitilor arcului electric, temperatura nalt nu se mailocalizeaz n zone practic fixe pe suprafeele de contact.Distana dintre contacte, dependent de 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 exemplific tehnica suflajului magnetic (sistem axial sau arc turnant)n gaz SF6 prin echipamente de medie tensiune construite de firma Merlin Gerini anume: ntreruptoarele Fluarc FG12 5 6 4 7 13(1...15 kV/630...1250 A/20...29 kA) i1contactoarele tip Rollarc 400, 400D (3...1211 kV/400 A).Partea activ a ntreruptorului12FG1, construit n variant debroabil, estereprezentat n Fig.2.26. Aceasta esteetanat n incinta electroizolant 1, n carehexafluorura de sulf se gsete la presiunea9de 0,25 MPa.8Calea principal de curent pe poleste constituit din 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, 6fix, 7-mobil.310Transmisia micrii la contacteleFig.2.26mobileseface de la arborele motor 8, prinntreruptor cu suflaj magneticintermediul sistemului biel electroizolantFluarc FG1 Merlin Gerin(9) - manivel (10).Pentru protecie la electroeroziune,contactele de lucru se deschid n avans fa de cele de rupere, nct arcul electricse amorseaz ntre acestea din urma; imediat extremitile coloanei sale suntpreluate 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.

38ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. IIFiind 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 eroziunearedus a pieselor de contact i energia mecanic de nivel sczut necesar pentruacionare. Toate acestea confer tehnicii de comutaie cu suflaj magnetic nhexafluorur de sulf o pronunat performabilitate, apreciat uneori ca depindcerinele actuale i de perspectiv apropiat din reelele de distribuie de medietensiune.2.5. ntreruptoare cu autoexpansiuneDe 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 construitepentru instalaii de medie tensiune, ca ntreruptoare de generator sau pentrureele de distribuie.n cazul celui de al treilea tip, care se refer la construcii pentrutensiuni 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 arculuiproducnd creterea presiunii hexafluorurii de sulf ntr-un volum nchis.Statisticile privind defectrile ntreruptoarelor de nalt tensiune aratc nu parametrii electrici ai acestora sunt decisivi n asigurarea fiabilitii, cicomportarea sistemului mecanic n general i a mecanismului de acionare nspecial.

1,22. Echipamente de comutaie cu30hexafluorur de sulf1250,8kJ/GVA0,6rel0,4APNAEX3920APNAEXGVA 151050,201970 1975 1980 1985 1990 199501970 1975 1980 1985 1990 1995AnulAnulFig.2.27Evoluia energiei mecanismului de acionareFig.2.28Puterea de rupereMecanismul 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 indic evoluia, 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 prinautoexpansiune a cptat n ultimul deceniu caracter competiional, n special cuprivire la atingerea performaelor de natur electric. n Fig.2.28 este prezentatpentru comparaie, dinamica puterii de rupere caracteriznd ntreruptoarelor cuautocompresie, APN respectiv cu autoexpansiune, AEX.n camerele de stingere ale acestorntreruptoare suflajul cuhexafluorur de sulf se obine prin dilatarea gazului sub aciunea cldurii cedatela temperatura nalt de 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 eficienasuflajului este foarte redus.Problema se rezolv prin ghidarea arcului electric, astfel nct acesta socupe o poziie ct mai aproapiat de 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.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II4023Prima soluie este foarterspnditirelativ5simpl, dar prezint ctevainconveniente, dintre care38se menioneaz:7-clduracedatde56coloana arcului spre gazul4SF6 este redus doar la15% din energia total;11 819 10 12 141-prezenaduzeic12 6baelectroizolanteproduceFig.2.29cmpuluiPrincipiul autoexpansiunii: 1-contact mobil, 2-contact perturbareafix, 3-incint etan, 4-jet de gaz SF6, 5,6-arc electric, electric;-electroeroziunea intens a7-duz izolant, 8-bobin sau magnetsuprafeelor de contact.Ghidareamagneticatenueazacesteinconveniente deoarece n acest cazduza lipsete, iar arcului electric,dezvoltat n cmpul magnetic produsde bobina traversat chiar de curentulcare trebuie ntrerupt, i se imprim omicare rapid de rotaie.135 7143

Din aceste motive energia cedatFig.2.30ntreruptor cu autoexpansiunesuprafeelor de contact se repartizeazaproape uniform pe acestea, creterea de temperatur este redus i intensitateaelectroeroziunii sczut. Transferul de energie spre hexafluorura de sulf dinincinta camerei de stingere atinge n acest caz pn la 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 duzelectroizolant 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 dup contactele de lucru2, 3, astfel nct arcul electric se amorseaz n camera de stingere 8, ntrecontactele de rupere. Atta timp ct contactul 6 obtureaz duza 7, sub aciuneatemperaturii nalte a arcului electric presiunea gazului din incinta 8 crete. Din

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf41momentul eliberrii acestei duze, coloana arcului este supus unui suflajlongitudinal unilateral, detenta gazului SF6 producndu-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 necesar suflajului fiind furnizat de 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 asociereaavantajelorntreruptoarelor cu autoexpansiune, celor care caracterizeaz tehnicaautopneumatic; aceast tehnologie hibrid, funcionnd cu autoexpansiuneasistat de autocompresie, a permis reducerea substanial a energiei necesarepentru acionare, cu efecte benefice asupra indicatorilor de fiabilitate.Principiul comutaiei prin autoexpansiune asistat de autocompresieeste ilustrat n Fig.2.31. Suflajul necesar ntreruperii curenilor de mareintensitate este obinut n principal prin expansiunea termic a gazului coninutn volumul constant 5, nclzit de arc.Un suflaj autopneumatic suplimentar, utiliznd gazul comprimat ladeconectare n volumul 7 (descresctor pe msura deplasrii contactului mobil),se exercit la ntreruperea curenilor de mic intensitate, 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 excedat de presiunea din volumul 7. Valva 8 a pistonului fix sedeschide dac presiunea n volumul 7 depete o valoare reglat.Comparativ cu tehnica autopneumatic, ntreruptoarele de acest tipnecesit un 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 incipient a deconectrii (Fig.2.32a), gazul SF6 nclzit 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%.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II4211233245687495aFig.2.31Autoexpansiune asistat deautocompresie:1-contact fix; 2-ajutajprincipal; 3-contact mobil; 4-cilindru;5-volum constant; 6-valva cilindrului;7-volum comprimabil; 8-valvapistonului; 9-piston.bFig.2.32Principiul tehnicii hibride de comutaie nSF6: a-faza incipient a deconectrii; bfaza final; 1-contact fix; 2-contact mobil;3-arc electric; 4-cilindru mobil; 5-pistonfix.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 evideniaz c, n ipoteza funcionrii lagol (curbele 2), energia necesar pentru comprimarea gazului are valori maimari la ntreruptoarele autopneumatice. ntreruptoarele cu autoexpansiuneasistat de autocompresie, necesitnd un piston de diametru redus, consum maipuin 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 form de cldur n coloana arcului.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulfp5i43WA12134BFig.2.33Suprapresiunea la deconectare:1-acionare n sarcin; 2-acionare lagol; 3-autocompresie;4-autoexpansiune asistat deautocompresie; 5-curba curentului.t2dFig2.34Energia necesar pentru deconectare(GEC Alsthom):A-tehnic autopneumatic;B-autoexpansiune cu recuperare deenergie; 1-acionare n sarcin;2-acionare la gol.Exist soluii tehnice care permit utilizarea optimizat a acestei energii, pe de oparte pentru obinerea suflajului prin autoexpansiune, iar pe de alt parte 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 apermis construcia ntreruptoarelor tip FXT 14 (245 kV-31,5 kA) cu o singurcamer de 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 (camer de stingere modul unic).{i n acest caz utilizarea tehnicii hibride, autoexpansiune-autocompresie, esteavantajoas cu 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 la

deconectare.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 deplaseaza cu aceeai vitez n sensuriopuse, nct viteza de alungire a arcului electric practic se dubleaz.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II44231VVa12bcFig.2.35Creterea vitezei relative de deplasare a contactelor:a-ntreruptor nchis; b-ntreruperea curenilor de micintensitate; c-ntreruperea curenilor de scurtcircuit.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 nalt a 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 slab a contactelor.2.6. Instalaii capsulate cu izolaie n hexafluorur de sulfIdeea de baz a realizrii instalaiilor capsulate izolate n gaz SF6 constn 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

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf45continu 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 hexafluorur de 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 denalt 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 nalt tensiune realizat n variant capsulat cu izolaien hexafluorur de sulf ocup circa 10...20% din suprafaa unei staii tradiionalede tip deschis, mbinnd astfel avantajele injeciei de putere la tensiune nalt cucele care decurg din reducerea substanial a suprafeei ocupate cu echipament.b) Limitarea i chiar eliminarea solicitrilor produse de factorii demediu asupra echipamentului electric.n cazul instalaiilor capsulate izolate cu hexafluorur de sulf, efecteleaciunii factorilor de mediu sunt practic eliminate deoarece elementeleconstructive funcioneaz n 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. Influenelepolurii naturale sau chimice sunt complet eliminate.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II46abc) Creterea gradului de siguran nfuncionarea instalaiilor, prin eliminareaposibilitilor de producere a avariilor subaciuneaunorcauzentmpltoare.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 avantajcfoarte important, n special pentru instalaiileFig.2.36destinate funcionrii n medii exploziveGeneraii de instalaii blindate(minerit, industrie chimic, armament etc.).n SF6Caracterizarea diferitelor generaii deinstalaii capsulate poate fi fcut n raport cu urmtorii parametri: numrulpolilor coninui n fiecare blindaj (instalaii monopolare, respectiv tripolare) irealizarea separat sau grupat a 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 etanate fiecare ntr-o anvelop proprie, aa cum se poatevedea n Fig.2.36a.De la primele aplicaii de acest tip, realizate n anii 1960 pentru tensiuninominale de 66 kV, s-a ajuns la construcii de 500 kV (1975), extinse apoi latensiuni nominale de 800 kV. Evoluiile constructive s-au concretizat cudeosebire n compactizare i miniaturizare, ajungndu-se la instalaii tripolare(Fig.2.36b) i, n sfrit, la construcii n care funcionalitile sunt grupate(Fig.2.36c).Construciile i domeniul de utilizare al instalaiilor capsulate au fostextinse i spre medie tensiune, n prezent existnd echipament de acest tip careacoper domeniul tensiunilor nominale ntre limitele 7,2...800 kV.

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf35 447La tensiuni de pn la 170 kV,ieirea din instalaia blindat are locprin cablu; peste acest nivel de tensiune,conexiunea se face n mod obinuit la oreea aerian, printr-un izolator umplutcu gaz SF6 sub presiune.ntreruptorul de linie este1conectat la un sistem de bare realizat deasemenea de tip capsulat; pentru1niveluri mai sczute de tensiune, ceitrei poli ai ntreruptorului i barelecolectoare sunt capsulate n carcas2unic n timp ce, pentru tensiuninominale superioare nivelului de 170Fig.2.37kV, fiecare faz este prevzut cuCompartimentul ntreruptorului:blindajpropriu.1-izolatoare de trecere; 2-camer den instalaiile capsulate custingere; 3-mecanism de acionare;izolaien hexafluorur de sulf sunt4-transformator de curent; 5-supapamplasateechipamente de acelai tip cude siguran.celeutilizateninstalaiileconvenionale, cu adaptri mai mult sau mai puin importante, n vedereafuncionrii n condiii de etaneitate complet.Importante progrese au fost introduse n realizarea ntreruptoarelorconcretizate, n special, prin reducerea numrului de camere de stingere modul(locuri de ntrerupere) nseriate pe pol, pentru aceeai valoare a capacitiinominale de deconectare la scurtcircuit; de exemplu, pe durata a numai doudecenii, n construcia ntreruptoarelor de 245 kV/31,5 kA s-a trecut de la patrucamere de stingere modul pe pol la una singur, simplificarea conducnd lacreterea gradului de compactizare i a indicatorilor de fiabilitate.n construciile actuale, incinta ntreruptorului (Fig.2.37), etanat prinizolatoarele 1, conine camera de stingere 2, dispozitivul de acionarehidromecanic 3 i transformatorul de curent 4. n cazul unor defecte interne,protecia incintei mpotriva exploziei este asigurat prin supapa de siguran 5.ntreruptoarele utilizate funcioneaz cu autocompresie dar, nconstruciile de ultimul tip, Fig.2.38, se folosesc aparate cu autocompresieasistat de autoexpansiune.Partea activ a ntreruptorului (Fig.2.38a) este compus din contactelede lucru respectiv de rupere 1, 2, ajutajul electroizolant 3 i pistonul mobil 4;

sub acesta se delimiteaz volumul de gaz 5, care poate exercita suflaj n douetape asupra coloanei arcului electric.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II48312V1V254abcdFig.2.38Construcia ntreruptorului: a-ansamblu camer de stingere; b-contactenchise; c-deconectare n regim normal; d-deconectare n regim descurtcircuit; V1-volum constant; V2-volum comprimabil.Poziia relativ a componentelor camerei de stingere n cazul ntreruptoruluinchis este prezentat n Fig.2.38b. Volumele de gaz V1 i V2 au aceeaidestinaie, dar intervin n mod diferit. La ntreruperea curenilor de micintensitate, inclusiv a celor de regim normal (Fig.2.38c) suflajul asupra arculuielectric este obinut prin autoexpansiune (V1) completat, dac este cazul,printr-o component provenind din autocompresie (V2); la deconectareacurenilor de scurtcircuit (Fig.2.38d) suflajul se constituie numai ca urmare aautoexpansiunii gazului din volumul V1. Fiind posibil recuperarea parial aenergiei arcului electric prin autoexpansiunea gazului, acionarea acestorntreruptoare necesit dispozitive de acionare simplificate, cu nivel redus alenergiei nmagazinate i cu indicatori de fiabilitate ameliorai.Construcia separatoarelor utilizate n instalaiile capsulate cu izolaie nhexafluorur de sulf are elemente specifice, innd seama i de destinaia acestorechipamente n instalaiile tradiionale, anume aceea de a face nemijlocitvizibil separarea electric a anumitor circuite. Deoarece vizibilitatea ninteriorul blindajului nu este posibil, pentru controlul deschiderii complete acontactelor separatoarelor s-a recurs la diferite metode, unele ntre timp prsite(intercalarea de ecrane metalice legate la pmnt ntre contactele deschise aleseparatorului, practicarea unor hublouri n blindajul celulelor pentru controlulvizual al deschiderii complete a contactelor). n construciile actuale seutilizeaz indicatoare de poziie amplasate n exteriorul compartimentului

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulf49separatorului, legate lacontactelemobilealeacestuia i capabile ssemnalizezeframbiguitatestarea1aparatului la un momentdat.Posibilitateadeteriorrii nivelului de2izolaie dintre contactele41deschise ca urmare a unorabpierderi de gaz SF6 esteFig.2.39prentmpinatprinTransformatoare de msurare: a-transformator deutilizareamanometrelorcurent; b-transformator de tensiune: 1-izolator decompensate n temperatur,trecere i etanare; 2-miez feromagnetic;capabile s detecteze orice3-nfurare primar; 4-reglet de borne.scdereaccidentalapresiunii.Dispozitive de control similare sunt prevzute i pentru confirmareanchiderii ferme a contactelor separatoarelor de legare la pmnt.Transformatoarele de curent sunt de tip toroidal, adaptate pentru a puteafi amplasate direct pe cablurile de nalt tensiune, dac instalaia capsulat esteracordat la o reea n cablu; n alte variante, acestea sunt amplasate ncompartimentul ntreruptorului, Fig.2.37. Noi tipuri de transformatoare decurent sunt avute n vedere: transformatoare magnetice de putere redus,utilizarea efectului Faraday etc.12Transformatoareledetensiune pot fi de inducie saudivizor capacitiv, construciilefiind prezentate n Fig.2.39.Sistemul de gaz al uneiinstalaii capsulate este constituitdintr-osuccesiune

decompartimente, detaabile i3separate cu ajutorul unorizolatoare de etanare (Fig.2.40),fiecare coninnd elementele destructur necesare: jocurile debare, aparatajul de comutaie, deFig.2.40msurare, plecrile n cablu etc.Sistem de capsulare: 1- izolator de trecere i233etanare; 2-compartiment pentru bare;3-incinta ntreruptorului.

ECHIPAMENTE ELECTRICE vol. II50p [kPa]90080070060050042325 [g/dm3]a40bc30BAA4003002020010010-60 -40 -20 0 20 40 60 [C]1abFig.2.41Manomet u de contact i caracteristici de funcionarePentru ntreruptor compartimentarea este necesar n vederea limitrii,la un volum ct mai redus, a mprtierii substanelor de descompunere agazului SF6, produs sub aciunea arcului de deconectare. Pentru restulechipamentului, prin compartimentare se urmrete pe de o parte limitareaspaial a efectelor unor eventuale defecte interne, cu repercursiuni pozitive iasupra disponibilitii instalaiei, iar pe de alt parte posibilitatea de extinderefr cheltuieli excesive.Presiunea gazului n compartimentele unei instalaii capsulate estesupravegheat cu manometre de contact termocompensate (joje de densitate).Configuraia unei joje de densitate pentru hexafluorur de sulf i caracteristicilede funcionare ale acesteia, utilizabile i n construcia ntreruptoarelor, suntdate n Fig.2.41.Joja (Fig.2.41a) permite efectuarea msurrii pe baza principiului

comparaiei; densitatea gazului supravegheat, existent n compartimentul 5, estecomparat n permanen cu cea corespunztoare gazului din incinta de referin3. La temperatur variabil, punctul de funcionare normal (fr pierderi degaz) se situeaz pe curba a (Fig.2.41b); curba b corespunde densitii gazuluidin incinta de referin a jojei. Dac densitatea scade sub aceast valoare, unmicrocontact semnalizeaz necesitatea completrii cu hexafluorur de sulf. ncazul unor pierderi importante de gaz (densitate sub nivelul dat de curba c, unaldoilea semnal blocheaz funcionarea ntreruptorului sau a instalaiei capsulate.Anvelopele metalice ale modulelor unei instalaii capsulate cu izolaien gaz SF6 sunt realizate din aluminiu sudat, unele repere fiind turnate. Parteaactiv, funcionnd sub tensiune n interiorul acestor anvelope, este fixat

2. Echipamente de comutaie cu hexafluorur de sulfa51bFig.2.42Instalaii capsulate cu sistem dublu de bare; a-ieire n cablu; b-ieire n linie aerian.mecanic cu izolatoare din rin pe baz de siliciu. Anvelopa metalic a fiecruimodul este legat la pmnt n ambele capete.Instalaiile capsulate cu izolaie n hexafluorur de sulf se pot conecta ndiferite moduri la echipamentul instalaiei complexe din care fac parte; astfeleste posibil ieirea n linie fie subteran, fie aerian (Fig.2.42a,b) sauracordarea direct la transformatorul de putere.Fiind construite integral pe principiul modulului, instalaiile capsulatepot re