PROTECTIA INSTALATIILOR ELECTRICE IMPOTRIVA UNDELOR DE SUPRATENSIUNE

Undele de supratensiune in instalatiile electrice apar datorita loviturilor directe de trasnet sau de comutatie.

Definitii:

Tensiunea nominala a unei retele trifazate (Un) este valoarea eficace a tensiunii prin care este denumita reteaua si la care se refera unele caracteristici de functionare ale acesteia.

Tensiunea cea mai ridicata a retelei (UMr) este valoarea eficace maxima a tensiunii intre faze care poate sa apara in conditii normale de functionare in orice punct al retelei, intr-un moment oarecare. Aceasta valoare nu tine seama de variatiile tranzitorii datorate de exemplu, manevrelor din retea si nici de variatiile temporare ale tensiunii datorata unor conditii anormale din retea, de tipul defectelor sau declansarilor bruste de sarcini importante.

Tensiunea cea mai ridicata pentru echipament (Um) este cea mai mare valoare eficace a tensiunii intre faze pentru care este proiectat sa functioneze echipamentul din punctul de vedere al izolatiei acestuia si al unor alte caracteristici ce pot fi legate de aceasta tensiune in documentele tehnice, normative specifice pentru fiecare echipament in parte. Aceasta tensiune este valoarea maxima a tensiunii celei mai ridicate a retelei pentru care poate fi utilizat echipamentul.

Supratensiunea este orice tensiune dependenta de timp, intre faza si pamant sau intre faze, a carei valoare sau valori de varf depasesc valoarea de varf , respectiv corespunzatoare tensiunii celei mai ridicate intre echipamente. Supratensiunile sunt intotdeauna fenomene tranzitorii. Ele se pot imparti in supratensiuni puternic amortizate si de

durata relativ scurta si supratensiuni neamortizate sau slab amortizate si de durata relativ lunga.

Supratensiunea de comutatie este supratensiunea faza-pamant sau intre faze, care apare intr-un punct dat al retelei, datorita unei operatii de comutare, unui defect sau altor cauze si a carei forma poate fi asimilata in ceea ce priveste coordonarea izolatiei cu cea a impulsurilor normalizate, utilizate pentru incercarile cu impuls de tensiune de comutatie. Supratensiunile de acest tip sunt de obicei puternic amortizate si de scurta durata.

Supratensiunea temporara este o supratensiune sub forma unor oscilatii neamortizate sau slab amortizate intre faza si pamant sau intre faze, care apare intr-un punct dat al unei retele, pentru o durata relativ mare. Supratensiunile temporare sunt provocate de obicei de comutatii sau de aparitia de defecte (deconectarea brusca a unor sarcini importante, defecte monofazate) sau de fenomene neliniare (ferorezonanta, armonici). Supratensiunile temporare se caracterizeaza prim amplitudinea, frecventa, durata totala sau coeficientul lor de amortizare.

Supratensiunea de trasnet este supratesiunea faza-pamant sau intre face care apare intr-un punct dat al retelei datorita unei descarcari atmosferice sau unei alte cauze si a carei forma poate fi asimilata in ceea ce priveste coordonarea izolatiei cu cea a impulsurilor normalizate, utilizate pentru incercarea cu impuls de tensiune de trasnet. Supratensiunile de acest tip sunt de obicei de o singura polaritate si de durata foarte scurta.

Tensiunea nominala de tinere la impuls de comutatie (trasnet) este valoare de varf a tensiunii de tinere la impuls de cumoutatie prescrisa pentru echipament, care caracterizeaza izolatia acestui echipament in ceea ce priveste incercarile de tinere.

Tensiunea nominala de tinere de scurta durata la frecventa industriala este valoarea eficace a tensiunii sinusoidale de frecventa industriala pe care echipamentul trebuie sa o suporte in timpul incercarilor efectuate in conditii specificate si pentru o durata specificata care in general nu depaseste 1 minut.

Factorii de protectie ai unui dispozitiv de protectie sunt valorile nivelurilor de protectie ale unui dispozitiv de protectie corespunzatoare

pentru impulsurile de comutatie respectiv de trasnet, raportate la valoarea de varf a tensiunii nominale ale acestui dispozitiv.

Izolatia externa este izolatia partilor exterioare ale echipamentului constand in distante de separare in aer si din suprafete in contatct cu aerul ale izolatiei solide ale unui echipament care sunt supuse la solicitari dielectrice si la influenta conditiilor atmosferice sau a altor agenti externi precum poluare, umiditate, animale etc.

Izolatia interna este izolatia partilor interioare, solide, lichide sau gazoase ale unui echipament, care nu este supusa influentei conditiilor atmosferice sau altor agenti externi precum poluare, umiditate, animale etc.

Izolatia externa pentru echipament de interior este o izolatie externa a unui echipament destinat sa functioneze in interiorul unei cladiri, care nu este expus influentelor conditiilor atmosferice.

Izolatia externa pentru echipament de exterior este o izolatie externa a unui echipament destinat sa functioneze in exteriorul cladirilor, care este expus influentei conditiilor atmosferice.

Izolatia autoregeneratoare este izolatia ale carei proprietati izolante se refac integral dupa o descarcare disruptiva produsa prin aplicarea unor tensiuni de incercare

Izolatia neautoregeneratoare este izolatia ale carei proprietati izolante se pierd sau nu se refac integral dupa o descarcare disruptiva produsa prin aplicarea unei tensiuni de incercare.

Poluarea atmosferica este starea aerului atmosferic impurificat cu substante (gaze, praf etc.) care in conditii de exploatare poate da nastere la suprafata izolatorului, unui mediu conductor electric. Din punct de vedere al tipului de poluare a izolatiei se deosebesc poluarea de tip granular si poluarea de tip electrolitic.

Lungimea liniei de fuga este lungimea minima masurata pe suprafata izolatiei externe intre partile metalice cu potential electric diferit. Cand izolatia este compusa din mai multe elem separate prin parti metalice, drept lungime a liniei de fuga a izolatiei, se considera suma lungimilor

liniilor de fuga ale diferitelor elemente, exclusiv partile bune conducatoare de electricitate.

Lungimea liniei de fuga specifica este raportul dintre lungimea totala a liniei de fuga a izolatorului, exprimata in centimetri si tensiunea cea mai ridicata a retelei intre faze exprimata in kilovolti.

Curentul de protectie al unei linii este valoarea amplitudinii curentului de trasnet minim capabil sa produca pe linia aeriana respectiva o supratensiune ce determina conturnarea izolatiei.

Aparate si dispozitive contra supratensiunilor in instalatiile electrice

Acestea sunt destinate sa protejeze echipamentul electric contra solicitarilor provocate de supratensiunile care depasesc nivelul nominal de izolatie al echipamentului

Paratrasnetul este un dispozitiv de protectie a constructiilor impotriva loviturilor directe de trasnet care este alcatuit din:

- elemente de captare – amplasate deasupra constructiei protejate - elemente de coborare - elemente de legare la pamant.Zona de protectie a unui paratrasnet vertical este spatiul cuprins in

jurul paratrasnetului in care un obiect este protejat cu un factor de risc de 10-3 impotriva loviturilor directe de trasnet, datorita orientarii trasnetului spre paratrasnet.

Zona de protectie a unui paratrasnet orizontal este spatiul cuprins in jurul paratrasnetului, in care un obiect este protejat cu un factor de risc de 10-3 impotriva loviturilor de trasnet.

Eclatorul este aparatul constituit din doi electrozi separati printr-un interval de amorsare dimensionat in vederea unei amorsari intr-un domeniu de tensiune dat.

Descarcatorul cu coarne este aparatul constituit din unul sau mai multe eclatoare in aer; functia de protectie de realizeaza prin reducerea nivelului supratensiunilor. Stingerea arcului curentului de insotire nu este sigura intrucat aparatul nu dispune de dispozitive de stingere fortata a arcului.

Descarcatorul cu rezistenta variabila este aparatul constituit din unul sau mai multe eclatoare si unul sau mai multe rezistoare cu rezistenta variabila (neliniara); functia de protectie se realizeaza prin reducerea nivelului supratensiunilor si stingerea arcului curentului de insotire. Acestea sunt:

- descarcatorul cu rezistenta variabila fara suflaj la care stingerea arcului curentului de insotire se produce in mod natural in momentul trecerii tensiunii prin valoarea zero, curentul de insotire fiind limitat in prealabil de rezistenta neliniara.

- Descarcatorul cu rezistenta variabila cu suflaj la care stingerea arcului curentului de insotire se produce in mod fortat, curentul fiind limitat de rezistenta neliniara si de alungirea arcului; alungirea arcului este efectul interactiunii dintre curentul de insotire si campul creat de magnetii permanenti sau bobinele de inductanta dispuse in vecinatatea eclatoarelor.

Zona de protectie a unui descarcator cu rezistenta variabila estelungimea considerata de-a lungul caii de curent, cuprinsa intre descarcator si obiectul protejat, care corespunde la o crestere a tensiunii la bornele aparatului de protejat ramasa in limite corespunzatoare, intre tensiunea nominala de intere la impuls de trasnet a izolatiei si nivelul de protectie, in cazul amorsarii descarcatorului.

Condensatoarele de protectie sunt conecttate in scopul reducerii amplitudinii, a pantei sau a frecventei fenomenului de oscilatie a supratensiunii.

Priza de pamant este un ansamblu de elemente conductoare in contact cu pamantul. Priza de pamant naturala este constituita din elemente

conductoare in contact permanent cu solul ale unor constructii sau instalatii destinate diferitelor scopuri, dar care pot fi folosite in acelasi timp pentru trecerea curentului de defect. Priza de pamant artificiala este priza de pamant ale carei elemente componente sunt constitiute special pentru trecerea curentului de defect. Rezistenta la impuls a unei instalatii de legare la pamant este definita prin produsul dintre rezistenta calculata sau masurata in regim stationar si coeficientul de impuls.

Retea cu neutru izolat este o retea al carei punct neutru nu are nici o legatura voita cu pamantul cu exceptia celei realizate prin aparate de masurat, de protectie, sau semnalizare avand o impedanta foarte mare.

Reteaua compensata prin bobina de stingere este o retea al carei punct neutru este legat la pamant printr-o bobina a carei reactanta are o astfel de valoare, incat, in cazul unui defect intre o faza si pamant, curentul inductiv de frecventa industriala care circula intre locul de defect si bobina compenseaza in mare parte componenta capacitiva de frecventa industriala si curentul de defect. Intr-o retea compensata prin bobina de stingere, curentul rezultat la locul de defect este limitat in asa fel incat arcul electric de punere la pamant se stinge spontan.

Reteaua cu neutrul legat la pamant este o retea al carei punct neutru este legat la pamant fie direct, fie printr-o rezistenta sau reactanta suficient de mica pentru a reduce oscilatiile tranzitorii si a imbunatati conditiile de functionare selectiva a protectiei contra defectelor la pamant.

Protectia liniilor aeriene impotriva supratensiunilor de trasnet

Liniile electrice aeriene de 110, 220, 400kV trebuie sa fie protejate pe toata lungimea lor impotriva loviturilor directe de trasnet, prin conductoare de protectie.La aceste linii electrice aeriene conductoarele de protectie se leaga la pamant la fiecare stalp in parte iar priza de pamant poate fi artificiala sau naturala.Liniile electrice de medie tensiune nu trebuie sa se protejeze in mod special impotriva loviturilor directe de trasnet.ele fiind tratate prin rezistente de tratarea neutrului in statiile de transformare.

Rezistenta de dispersie a prizei de pamant a fiecarui stalp din beton armat sau metalic cu conductoare de protectie legate la pamant se verifica

cu relatia:

In care;Ut- este tensiunea nominala de tinere la impuls de trasnet a izolatiei

liniei kVmax

It –este valoarea admisa a curentilor de trasnet, in cazul loviturilor directe de trasnet in stalp pentru a evita aparitia conturnarilor inverse, kA;

k- este coeficientul de cuplaj intre conductorul de protectie si cel mai indepartat conductor activ.

Ca mijloc de reducere a numarului de declansari ale liniilor electrice datorita supratensiunilor de trasnet se recomanda reanclansarea automata rapida trifazata sau monofazata.

Pentru reducerea numarului de declanseri la lovituri de traznet ale liniilor electrice aeriene de 110kV este necesar sa se realizeze prize de legare la pamint a stilpilor,astfel incit rezistenta acestora sa fie de 5-10 ohmi.

Protectia instalatiilor electrice exterioare si a cladirilor impotriva loviturilor directe de traznet.

Instalatiile electrice exterioare avind tensiuni nominale mai mici sau egale cu 20kV (statii de conexiuni,cabine de sectionare sau posturi de transformare cu supafata redusa) nu se protejaza special impotriva loviturilor de traznet.

Instalatiile electrice exterioare avind tensiuni mai mari 20kV trebuie protejate impotriva loviturilor directe de traznet prin paratraznete legate la centura de legare la pamint a statiei de transformare.

In instalatiile cutensiuni de 110,220, 400kV paratraznetele verticale se monteaza pe cadrele instalatiei respective.

Nu se admite montarea paratraznetelor pe cadrele transformatoarelor din statiile de transformare. Se monteaza descarcatoare cu rezistenta variabila la bornele de medie tensiune ale transformatoarelor

Protectia posturilor de transformare de medie tensiune cu intrare aeriana se realizeaza prin descarcatoare cu rezistenta variabila (DRV) sau descarcatoare cu coarne (DC) .

Protectia posturilor de transformare cu intrare jn cablu se realizeaza cu descarcatoare cu rezistenta variabila care se vor monta in postul de transformare.

Protectia instalatiilor electrice de medie tensiune

Protectia instalatiilor electrice din zonele cu indicele cronocheraunic mai mare de 160 de ore de furtuna pe an care alimenteaza consumatorii de categoriile 0 si 1 trebuie sa se realizeze dupa cum urmeaza:

- se monteaza descarcatoare cu rezistenta variabila la bornele transformatoarelor

- se monteaza intre faza si pamant pe primul stalp de pe linie descarcatoare cu coarne

- se monteaza intre faza si pamant la distanta de 100-200 metri de primul stalp descarcatoare cu coarne

- se leaga la pamant suporturile izolatoarelor liniilor pe stalp de lemn.

Protectia instalatiilor electrice din zonele cu indicele cronocheraunic mai mare de 160 de ore de furtuna pe an care alimenteza consumatori de categoriile 2 si 3 se realizeaza astfel:

- se monteaza descarcatoare cu rezistenta variabila pe barele colectoare ale staiilor de transformare, distanta pe calea de curent dintre descarcatorul cu rezistenta variabila si transformatoare nu trebuie sa depaseasca zona de protectie a descarcatorului

- se monteaza descarcatoare cu coarne pe primul stalp la iesirea liniilor din statie precum si la o distanta de 100-200 metri de primul stalp,

Protectia instalatiilor electrice din zonele cu indicele cronocheraunic mai mic de 160 de ore de furtuna pe an indiferent de importanta consumatorilor de realizeaza astfel:

- se monteaza decarcatoare cu rezistenta variabila pe barele statiilor de transformare

- se monteaza pe intrarile liniilor electrice aeriene in statii la o distanta de 100-200 de metri de primul stalp descarcatoare cu coarne.

Autotransformatoarele din retele de medie tensiune se protejeaza impotriva supratensiunilor de traznet, de regula cu un singur set de

descarcatoare cu rezistenta variabila, rezultatul inserierii a doua descarcatoare. Protectia instalatiilor electrice in statiile de 110-400 KV impotriva supratensiunilor de traznet se realizeaza cu descarcatoare de rezistenta variabila. Alegerea numarului de descarcatoare cu rezistenta variabila precum si locul de amplasare a acestora in statie trebuie sa se faca respectandu-se conditiile de coordonre a izolatiei. Stabilirea oportunitatii protejarii cu descarcatoare a imfasurarii de medie tensiune a transformatoarelor de interconexiune se va face si pe baza coeficientului de transmitere asupra tensiunii din infasurarea de inalta tensiune in cea de medie tensiune indicat de constructor.

In statiile de transformare de 220-400 KV descarcatoarele cu rezistenta variabila trebuie sa se monteze la bornele transformatoarelor si auotransformatoarelor. In cazul in care aceste descarcatoare nu asigura protectia intregului echipament al statiei, trebuie montate seturi suplimentare de descarcatoare pe unele linii.

Descarcatoarele cu rezistenta variabila ce urmeaza sa se monteze pe sistemul de bare trebuie sa fie prevazute cu supape antiexplozive, pentru evitarea aparitiei defectelor pe bare ca urmare a deteriorarii descarcatoarelor. Descarcatoarele cu resitenta variabila trebuie sa fie legate pe calea cea mai scurta la centura de legare la pamant a statiei.

Descarcatoare electrice

1. Generalitati

Limitarea supratensiunilor care pot aparea intr-o instalatie electrica, poate fi posibila prin practicarea de masuri tehnice. Una din masurile tehnice esta introducerea de descarcatoare electrice.

Decarcatoarele electrice au fost concepute initial pentru a face fata supratensiunilor de origine atmosferica, ca si fenomenelor conexe privind propagarea si reflexia simpla sau multipla undelor de supratensiune, in puncte in care linia isi modifica impedanta caracteristica (cablu/linie aeriana, sfarsit de linie). In stadiul actual descarcatoarele au capacitatea termica suficienta pentru a face fata si supratensiunilor de comutatie.

Descarcatoarele sunt echipamente electrice care asigura protectia izolatiei instalatiilor electrice impotriva supratensiunilor. Solicitarile electrice la care este supusa izolatia echipamentelor electrice sunt date de urmatoarele tensiuni:

- tensiunea de serviciu (50Hz): solicitari de lunga durata cu valori maxime prescrise

- Supratensiuni temporare: solicita izolatia pe durata scurta si au valori mai mari decat tensiunea de serviciu

- Supratensiuni de comutatie: solicitari de scurta durata de regula sub forma unor oscilatii amortizate

- Supratensiuni externe: de origine atmosferica, care sunt supratensiuni cu durate foarte mici avand valori de varf foarte mari

Izolatia echipamentelor electrice se caracterizeaza in functie desolicitarile mentionate prin:

- tensiune nominala - tensiune nominala de tinere la supratensiuni de frecventa industriala- tensiune nominala de tinere la supratensiuni de comutatie si

atmosfericePentru proiectarea descarcatoarelor electrice se porneste de la o serie

de parametri legati de: - datele de izolatie a retelei electrice in care urmeaza sa se monteze

descarcatoarele- performantele materialelor componente ale descarcatoarelorAcesti parametri sunt: - tensiunea nominala Un sau clasa de izolatie egala cu tensiunea

compusa nominala cea mai mare intre fazele retelei in care se monteaza descarcatorul

- tensiunea maxima de exploatare mai mica decat Un masurata intre faze si pamant

- valorile maxime si minime ale tensiunilor de amorsare la frecventa industriala si la impuls cu definirea explicita a parametrilor undei de impuls de tensiune, indicandu-se eventual raportul acestor tensiuni care este numit factor de impuls, precum si tensiunea de

amorsare pe frontul undei de impuls standardizate (valoare mai mare ca Uamorsare impuls)

- tensiunile reziduale la diverse valori maxime ale curentului de descarcare la impuls cu indicarea parametrilor undei de impuls de curent (cu cat creste curentul de descarcare cu atat cresc si tensiunile reziduale)

- capacitatea nominala de trecere sau scurgere reprezentata prin valori maxime ale curentilor si numarul de impulsuri succesive, indicarea parametrilor undelor respective de impuls de curent pe care trebuie sa le poata suporta descarcatorul fara defectiuni.

- exponentul de neliniaritate- conditiile de tratare a neutrului retelei - conditiile climatice si in special cele legate de indicele Kerannic al

zonei de montaj. Indicele Kerannic indica numarul mediu de zile cu furtuna si descarcari electrice pe an

- proprietatile dielectrice ale materialelor electroizolante utilizate

Clasificarea descarcatoarelor

- descarcatoare cu coarne (eclatoare)- descarcatoare cu coarne si cu dispozitive sau cu tija antipasare- descarcatoare tubulare, cu materiale gazogeneratoare- descarcatoare cu rezistenta variabila- descarcatoare cu rezistenta variabila si cu suflaj magnetic

Descarcatoare cu coarne

Aceste descarcatoare se utilizeaza impotriva supratensiunilor a liniilor electrice

si posturilor de transformate aeriene de medie tensiune, de putere mica (maxim 250KVA) si de inalta tensiune. Se monteaza si pe izolatoarele lant de 110 kV si 220 kV pentru a uniformiza gradientul de potential in lungul izolatorului, asigurandu-se astfel protectia suprafetei izolatorului impotriva efectelor termince ale arcului electric. Se construiesc trei tipuri de descarcatoare cu coarne si anume:

- cu coarne de protectie- cu tija- cu inele ecran

Functionarea descarcatorului cu coarne consta in strapungerea spatiului disruptiv dintre electrozi, prin care sarcinile electrice ale supratensiunii sunt dirijate spre pamant sub forma unui curent de impuls numit curent de descarcare. Dupa descarcarea energiei undei de impuls, la tensiunea de serviciu prin coloana de arc sircula curentul de insotire, care se stinge prin alungire pe rampele electrozilor la trecerea curentului prin 0.

Parametrii principali functionali

Descarcatoarele cu coarne tip (dc) se executa pentru tensiuni nominale de 6, 20, 110 si 220kV, intreruperea fiind asigurata pentru curenti de insotire ce circa 10A. Eclatoarele acestor aparate care realizeaza intervalul de strapungere asigura separarea fata de pamant a bornei aflate sub tensiune si asigura amorsarea la supratensiuni.

Descarcatoarele cu coarne se executa cu eclatoare fixate pe izolatoare rigidizate, montate pe consola si cu eclatoare montate pe lant de izolatoare de intindere.

O alta varianta este formata din izolatoare de intindere care pot fi de tipul lant sau cu inima plina, care au montate pe cape tije suport cu eclatoare de descarcare executate din bare rotunde de otel avand diametru de circa 10mm, evazarea sub forma de coarne a acestor piese contribuie la ameliorarea conditiilor de intrerupere a curentilor de insotire, fiind parti active ale descarcatorului.

Descarcatoarele cu coarne si cu tija antipasare au interpusa intre coarne o tija metalica lunga si cu varf ascutit, ceea ce conduce la cresterea gabaritului si impiedica pasarile ca sa produca scurtcircuite intempestive in intervalul dintre coarne.

Problemele de proiectare se refera in principal la calculele de izolatie, intervalul de descarcare corespunzand unor date experimentale pentru electrozii varf-varf, dependente de parametri interpusi in special de tensiunile de amorsare la impuls si la frecventa industriala. Acestia se scot in principal din normele de coordonare a izolatiei care de altfel conditioneaza si calculul izolatoarelor suport, reprezentand izolatoare normale ca la orice aparat electric de acceasi tensiune nominala.

Intervalul se va dimensiona totdeauna acoperitor, adica cu rezerve la frecventa de 50Hzm asigurandu-se un domenui larg de reglaj in exploatare. Reglajul intervalului trebuie insa realizat astfel incat sa fie la limita pentru unda pozitiva de impuls de tensiune stiind ca electrozii varf-varf la izolatia

externa amorseaza mai repede la unda pozitiva de tensiune decat la cea negativa.

Constructia trebuie astfel realizata incat montajul in exploatare sa se faca numai cu coarnele in sus adica pe un plan orizontal.

Coarnele, electrozii si tija se realizeaza din otel zincat electrotehnic, cu diametru Φ8 pana la Φ16.

Curentul maxim de insotire la frecventa industriala, pe care il poate stinge descarcatorul cu coarne este foarte redus de obicei sub 15A, scazand chiar sub 5A pe masura ce creste tensiunea nominala. Descarcatoarele cu coarne se pot monta numai in retelele cu neutru izolat sau tratat in care curentul de defect de punele la pamant nu depaseste valorile de mai sus, cunoscand ca dupa functionarea descarcatorului apare totdeauna un astfel de curent intre coarnele sale. Oricum, lungind mai mult coarnele, se poate obtine o oarecare crestere a curentului de insotire garantat. Aceasta lungire si crestere nu se poate duce prea departe la fiecare descarcare pentru ca apare pericolul ca arcul dintre coarne sa fie suflat intempestiv de catre vant la fazele vecine putandu-se produce astfel o avarie de scurtcircuit intre faze.

Totodata apare eroziunea (termica) puternica a electrozilor (coarnelor) de catre arc cu cresterea intervalului si deci cu modificare parametrilor de baza ai descarcatorului.

Descarcatoarele cu coarne prezinta intarziere importanta la amorsare, unda normala de impuls 1,2/50 µs, fiind de obicei taiata pe coada. De aceea utilizarea acestor descarcatoare este indicata in acele instalatii la care unda de impuls are panta atenuanta redusa.

Descarcatoare tubulare

Din aceasta grupa fac parte descarcatoarele tubulare cu fibra pentru tensiuni nominale de 6, 20, 110, 220kV, folosite pentru protectia impotriva supratensiunilor la liniile electrice .

Descarcatoarele sunt formate din urmatoarele parti constructive principale:

- un tub de fibra vulcanica, care formeaza partea activa a descarcatorului, introdus intr-un tub de pertinax bine lacuit la exterior.

- la capetele acestui tub se gasesc 2 capace metalice, cel de la partea superioara este inchis, in el fiind fixat electrodul tija, iar cel de la partea inferioara este deschis si are montat pe el electrodul rozeta (cu orificii de evacuare a gazelor)

Intre cei doi electrozi se afla spatiul disruptiv, realizat in functie de tensiuneanominala a aparatului.

La partea superiara se gaseste borna de racord la retea care se face prin intermediul unor eclatoare tip tija montate in exterior cu un spatiu disruptiv intre ele, iar la partea inferioara se gaseste borna de racord a conductorului de legare la pamant.

Variantele constructive difera dupa tensiunea nominala si dupa curentul nominal de descarcare .

Aceste descarcatoare folosesc ca element activ un tub din material electroizolant gazogenerator sub actiune termica, actiunea termica a arcului electric, gazul acesta (H2) avand proprietati stingatoare de arc. Tuburile se fac din fibra electrotehnica fiind protejate intr-un invelis exterior din portelan, fie din hartie bachelizata, rulata, stratificata.

Gazele, sub presiune de 40-100 daN/cm2 care apar in tub, sting arcul electric al curentului de insotire la prima sau la a doua trecere prin 0 a acestuia. Ca si la descarcatorul cu coarne, are loc si la acest descarcator o intarziere la amorsare a curentului de impuls, taind unda normala de impuls de tensiune, pe coada sa.

Electrodul suplimentar din foita de staniol inclusa in rularea tubului stratificat, are rolul introducerii unei capacitati suplimentare care sa produca preionizarea intervalului de descarcare interior ai, reducand astfel intarzierea amintita mai sus. Totodata se uniformizeaza repartitia potentialului electric la unda de impuls.

Eliminarea gazelor ionizate se face sub forma de jet-evantai cuprinzand o zona de ionizare care trebuie lasata libera la montaj, fara nicio piesa straina, mai ales fara piese conductoare racordate la fazele vecine sau la pamant, fiind pericol de scurtcircuit. Orificiul sub forma de rozeta sau trefla din electrodul inferior asigura forma si dimensiunile acestui jet, iar volumul tampon din aer (30-50 cm3) din partea opusa a descarcatorului limiteaza presiunea la valori care sa nu produca explozia tubului, asigurand in acelsi timp ca dirijare a suflajului de stingere sa se faca spre sensul dorit. Totodata volumul tampon injecteaza aer proaspat pentru deionizarea intervalului de arc electricm in timpul valorilor instantanee mici ale curentului de insotire.

Pentru preintampinarea poluarii interiorului tubului se va tine cont de forma si dimensiunile orificiului rozeta.

Prevederea varfului de Wolfram la electrodul tija, reduce eroziunea acestuia. Realizarea varfului poate fi si sub forma de pastila sinterizata din

aliaj de Cupru-Wolfram, Tubul electroizolant de protectie exterioara se prevede a se lacui contra intemperiilor, datorita faptului ca descarcatoarele stau montate in retea in perioada cat au loc furtuni cu descarcari electrice.

Intervalul de descarcare exterior asigura reducerea solicitarii dielectrice de lunga durata a izolatiei descarcatorului.

Pentru eficienta stingerii arcului cu materialul gazogenerator, se poate conta ca ea cuprinde domeniul curentului de instire 350-7000A. In afara acestor limite, eficienta dispare la limita inferioara autosuflajul fiind ineficient (gaze prea putine si deci presiunea prea mica, adica domeniul critic,stingerea curentului de 350A nu se produce de la sine), iar la limita superioara, presiunea fiind prea mare si provocand explozia tubului.

Durata suflajului este de 10-20ms, electrozii sunt din otel zincat si pasivizat. Diametrul tubului gazoregenator creste la fiecare actionare a descarcatorului, modificand astfel defavorabil capacitatea de stingere. Scade presiunea de suflaj, ceea ce conduce la cresterea curentului minim si la scaderea celui maxim, deci scade domeniul curentilor de insotire garantati. Presiunea P in tub se poate calcula cu relatia:

, unde:

- k = coeficient de material pentru tubul gazogenerator, dependent de unitatile de masura

- G = greutatea gazelor degajate- Vm = volumul unui kilogram de gaz la 1000°C in tub- S = sectiunea orificiului de suflaj- t = durata arculuiIntervalul de descarcare interior nu trebuie scazut mult, impunandu-

se o valoareoptima corelata cu cel exterior, deoarele la intervale interioare mici de descarcare se reduce volumul de gaze devoltate de arc, ceea ce reduce eficienta stingerii arcului si deci, curentul maxim de insotire trebuie redus.

Prin urmare, capacitatile mari de rupere impun intervale mari de descarcare interioare, ceea ce conduce la cresterea tensiunii de amorsare si deci, reducerea acestei tensiuni va trebuie obtinuta prin alte metode.

Coordonarea izolatiei si principiului de functionare impune ca tensiunea de conturnare pe suprafata exterioara a descarcatorului sa fie sensibil mai mare ca cea de descarcare a intervalului ai, acest interval se ca calcula cu datele pentru electrozii varf-placa.

Descarcatorul cu rezitenta variabila (DRV)

Descarcatorul cu rezistenta variabila este aparatul care limiteaza valoarea supratensiunilor la o valoare data, avand proprietatea de a reduce prin intermediul rezistentelor neliniare, dependente de tensiune, intensitatea curentului de insotire pana la o valoare la care poate fi intrerupt cu eclatoarele proprii in cel mult o semiperioada.

Partile principale ale unui descarcator (DRV) sunt:

- 1 coloana de eclatoare. Numarul acestora depinde de tensiunea nominala a retelei;

- 2 rezistente neliniare care asigura repartizarea tensiunii in mod uniform pe spatii disruptive;

- 3 rezistenta neliniara principala, formata dininserierea mai multor discuri realizate di ncarbura de siliciu sau oxid metalic;

- 4 anvelopa de portelan;- 5 A,B bornele aparatului.In principiu intr-o instalatie echipata cu descarcatoare corect

amplasate nu apar tensiuni periculoase, superioare nivelului de protectie.

Functionarea descarcatorului se initiaza prin amorsarea eclatorului la aparitia unei supratensiuni.

Relatia de dependenta intre curentul i si tensiunea u aplicata rezistentei neliniare este de forma: u=ciα, unde c~(650/700)V/Aα si α=0,16/0,3 pentru rezistente din carbura de siliciu si α=20/50 pentru rezistente din oxizi metalici. Dupa scurgerea sarinilor electrice, curentul scade, rezistenta neliniara creste foarte mult si eclatoarele se sting.

2. Locul descarcatorului intr-o retea electricaa. Intre neutrul unui transformator si pamantO unda de supratensiune, care ar patrunde in transformator se poate

reflecta in locul de modificare a impedantei adica in punctul neutru.

b. Intre linia aeriana si pamant, in posturile de transformare.

c. La intrarea unei linii aeriene intr-o statie de conexiuni sau de transformare.

d. La conexiunea prin cablu a unui motor electric.

3. Solutii constructive

- Pentru tensiuni joase (Un ≤1000V) descarcatorul are un singur eclator.

- Pentru tensiuni medii eclatorul este inglobat in rezistenta neliniara care intocmai unui divizor de tensiune, asigura o egala repartizare a tensiunii pe intervalele disruptive. La tensiunea nominala, in absenta unei supratensiuni din geometria constructiei si neuniforma intensitate a campului electric se realizeaza o stare de reionizare in zone imediat apropiate in zonele imediat apropiate intervalelor disruptive.

- Pentru tensiuni continue relativ joase (Un =1000-3000V), eclatorul este prevazut cuun sistem de suflaj magnetic care introduce arcul electric intr-o camera de stingere cu pereti reci si fante progresi inguste in vederea stingerii.

- Pentru tensiuni inalte si foarte inalte, descarcatorul este construit din module proiectate in serie. De exemplu, pentru un modul de circa 8-10 kV descarcatorul cuprinde mai multe eclatoare de amorsare si stingere conectate in serie cu un subansamblu format dintr-o bobina de suflaj L si cu rezistentele neliniare R1 si R2. fiecare modul este suntat de rezistenta neliniara R3 care asigura repartizarea uniforma a tensiunii pe module. La tensiunea Un > 245 kV, fiecare modul este prevazut cu un condensator C~50/100 pF, pentru a asigura o repartitie pe module conform schemei electrice urmatoare.

Functionarea descarcatorului este comform figurii. Ca referinta se ia diagrama tensiunii Ui. In absenta unei supratensiuni, prin R3 trece un curent de ordinul mA. In momentul t1 apare o supratensiune, iar la t2 amorseaza eclatoarele Eas la tensiunea Ua. Curentul de descarcare Id trece prin R1 de suntare a bobinei B. Curentul Id trece si prin R2. tensiunea cea mai mare, dupa amorsare, dupa bornele descarcatorului este tensiunea reziduala Ur. Dupa conducerea la pamant a sar5cinilor electrice ale descarcarii, eclatoarele isi conserva ionizarea iar prin decarcator va trece incepand din t3 curentul de insotire Ii. Acesta este linitat la cateva sute de amperi de catre rezistenta R3. curentul de insotire fiid de frecventa relativ redusa (50 sau 60 Hz) va trec eprin bobinele de suflaj magnetic L. Acestea determina inductia magnetica B in zona eclatoarelor si astfel se dezvolta forte Lorentz care imping arcul electric in camerele de stingere cu fante si pereti reci. Datorita racirii interne a arcului electric, tensiunea lui de ardere creste si in cele din urma arcul electric se stinge la momentul t4. In absenta descarcatorului, supratensiunea ajunge la o valoare mai mare, dupa linia punctata U stn. Tensiunea d eprotectie a descarcatorului Upd este practic tensiunea deamorsare sau cea reziduala.

Eficienta limtatoare a acestor descarcatoare rezulta din intertia redusa a raspunsului lor, curentul de descarcare aparand inainte ca tensiunea de impuls sa fi atins valoarea sa maxima, chiar la undele de front foarte abrupt.

Elemntele active ale acestor descarcatoare sunt discurile cu rezistenta neliniare (variabila) de lucru si pachetele de eclatoare.

Eclatoarele asigura in regim normal de functionare separarea fata depamant a bornei sub tensiune. La aparitia in instalatia electrica a unor supratensiuni periculoase pentru echipament, eclatoarele amorseaza la un nivel egal cu tensiunea de amorsare a descarcatorului. Dupa trecerea curentului de descarcare eclatoarele asigura stingerea curentului de insotire, limitat de reiztentele neliniare.

Eclatoarele sunt simple si cu suflaj magnetic.Eclatoarele simple sunt realizate dintr-o serie de discuri de alama, de

forma speciala, separate intre ele prin saibe de mica, carton electritehnic sau distantori ceramici. Pentru a se putea asigura stingerea curentului de insotire intervalul disruptiv trebuie sa fie divizat in cat mai multe intervale partiale cu o distanta intre electroni de circa 1mm.

Eclatoarele cu suflaj magnetic sunt eclatoarele la care stingerea curentului de insotire este asigurata prin intinderea sau deplasarea arcului sub influenta unui camp magnetic, creat fie de magneti permanenti, fie de trecerea curentului de insotire prin bobine de suflaj.

Eclatoarele unitare se sorteaza incearca si asambleaza (se inseriaza) in pachete astfel incat tensiunea de amorsare a coloanei sa fie cuprinsa intre limitele impuse pentru descarcatorul respectiv. Asamblarea pachetelor se face prin suprapunerea electrozilor, intregul pachet introducandu-se intr-un tub cilindric de portelan, astfel ca diametrul exterior al electrozilor sa corespunda cu cel interior al tubului, cu toleranta stransa corespunzatoare ajustajului alunecator sau liber.

La descarcatoarele cu tensiuni nominale peste 10kV unde apar inseriate mai multe pachete de eclatoare unitare si deci de pot produce repartitii neuniforme ale tensiunii de impuls pe aceste pachete, se conecteaza adesea in paralel cu pachetele rezistentei neliniare de suntare. Acestea se prezinta ca niste pachete de degmente curbe, nituite, articulat la capete cu placute de cupru si care se conecteaza electric la electrozii externi ai pacheteleor de eclatoare unitare.

Rezistenele de suntare care au valori foarte mari, ocolesc peretii laterali ai cilindrilor din portelan in care se monteaza pachetele de eclatoare unitare.

Suprapunand modulele de tensiuni mai mici se obtin descarcatoare cu tensiuni nominale mari.

La tensiuni foarte inalte, peste 10kV, inaltimea mare a coloanei ne obliga la ancorarea acesteia de suportul de montaj cu ajutorul a 3 lanturi de

izolatoare cap-tija dispuse la 120°. Unele descarcatoare au la partea superioara supape de siguranta contra exploziei, in cazul aparitiei accidentale a unor tensiuni interioare excesive in timpul functionarii.

Eclatorul unitar joaca un rol esential in amorsarea descarcarii la impuls. Intervalul disruptiv, in aer, este regenerativ, rigiditatea dielectrica regenerandu-se rapid dupa incetarea solicitarii dielectrice.

Suprapunerea eclatoarelor unitare in pachete inseriate si cu rezistenta de suntare foarte mare asigura repartitia uniforma a tensiunii de frecventa industriala. In acelasi timp, aceasta inseriere de mai multe capacitati asigura o repartitie neuniforma a tensiunii de impuls cu efecte favorabile la amorsarea mai rapida a descarcarii, incepand cu capacitati elementare mici pe care se repartizeaza tensiunile cele mai mari. Se obtine astfel o tensiune reziduala redusa fiind foarte avantajos pentru protectie. Pachetul de eclatoare unitare ale descarcatorului trebuie sa fie astfel reglat incat tensiunea de amorsare la frecventa industriala sa aiba loc la (2,2-2,5)Un = tensiunea nominala a descaractorului.

Curentul de fuga (de scurgere) pe suprafata exterioara a izolatorului, in conditiile aplicarii pe descarcator a tensiunii nominale trebuie sa fie mai mic de 1 mA. Tensiunea de amorsare la impuls, principalul parametru tehnic al descarcatorului, este legat de curentul de amorsare prin relatia

unde:- C = coeficientul de conductibilitate de ordinul 650 - 750 - α = exponentul de neliniaritate de ordinul 0,16 - 0,3Aceste caracteristici de material depinde de performantele discurilor cu

rezistenta variabila. Intrucat curentul de insotire la frecventa industriala este aproape pur

rezistiv, tensiunea de restabilire care apare dupa aceasta are aproape exclusiv numai o componenta aperiodica amortizata. In aceste conditii, procesul stingerii (intreruperii) curentului de insotire nu depinde de valoarea acestui curent si nici de frecventa proprie a retelei.

Neexistand nici un mijloc de suflaj fortat al arcului, curentul de insotire se intrerupe la trecerea naturala prin 0 fara a fi „smuls” dupa ce acest curent este redus, limitat natural la valori sub 50 pana la 200 mA, prin interventia rezistentei neliniare a discurilor.

In functie de volumul discurilor cu rezistente neliniare de lcuru, curentul de insotire este mai mare sau mai mic in domeniul amintit mai sus, limitarea fiind determinata exclusiv de considerente tehnice.

Intrucat lipsa de umezeala si acuratetea din interiorul descarcatorului joaca un rol esential in functionarea corecta a descarcatorului, se pot prevedea uneori pungi cu silicagel in interiorul acestuia.

Valorile nominale garantate ale curentului de impuls In se normalizeaza in functie de capacitatea termica a discurilor de lucru cu rezistenta neliniara. Cu cat garantia se asigura pentru un curent mai mare, cu atat descarcatorul va functiona cu un coeficient de risc mai redus, stiindu-se ca numarul descrcarilor electrice care produc curenti de descarcare peste 10kA este foarte mic.

Numarul N de discuri cu rezistenta neliniara de lucru se obtine din tensiunea reziduala Un si curentul de descarcare nominal la impuls In :

Numarul de eclatoare unitare Ne se calculeaza cu relatia:

unde

- Uad = tensiune de amorsare la frecventa industriala a descarcatorului

- Uae = tensiune de amorsare la frecventa industriala a eclatorului unitar.

- k = coeficient mai mare ca 0 datorat repartitiei neuniforme a tensiunii de frecventa industriala.

Curentul de insotie la frecventa industriala I se determina cu relatia:

unde

- Un = tensiunea nominala a retelei in care se monteaza descarcatorul.

Se face calculul de rezistenta mecanica a coloanei descarcatorului lasolicitarea de incovoiere garantata, aparuta sub actiunea vantului si a conexiunii cu reteaua, tinand seama si de greutatea poleiului depus pe aceasta conexiune.

Rezistenta neliniara

Discurile cu rezistenta variabila se realizeaza din carborund electrotehnic, pe baza de carbura de siliciu aglomerata si presata, apoi

tratata electric prin descarcari repetate. Suprafetele frontale ale discurilor metalizeaza cu zinc, asigurand astfel un contact electric sigur. Impachetarea si lipirea discurilor in blocuri de rezistente trebuie facuta dupa incercare si sortare in functie de parametri caracteristici pentru rezistenta lor neliniara astfel ca pachetul trebuind sa asigure ca suna tensiunilor reziduale a discurilor inseriate sa nu depaseasca tensiunea reziduala maxima admisa pe descarcator pentru curentul normal de descarcare.

Se prezinta sub forma de discuri cu diametrul de 75-100mm si grosime 15-20mm. Caracteristic pentru disc este dependenta neliniara intre tensiune si curent. In figura s eprezinta caracteristica U=f(i) pentru un disc de carborundum.

Rezistentele neliniare se realizeaza dintr-un material semiconductor de regula carbura de siliciu sub forma unor discuri montate in coloana.

Rezistenta neliniara are o caracteristica tensiune-linie-curent neliniara care asigura urmatoarele proprietati:

- in domeniul supratensiunilor are o reztistenta ohmica foarte mic, astfel incat asigura o valoare coborata a tensiunii reziduale in timpul procesului de descarcare.

- In domeniul tensiunii de serviciu are o rezistenta ohmica foarte ridicata, limitand astfel curentul de insotire pana la o valoare care poate fi stinsa de eclatoare.

Repartitia uniforma a tensiunii de frecventa industriala pe eclatoare este

realizata, de regula, prin rezistente de suntare, uneori utilizandu-se si capacitati.

1 - lanţ de eclatoare;2 - rezistenă neliniară;3 - carcasă de porţelan;4 - capace metalice de etanşare;5 - supapă mecanică.a) partea activă a unui descărcător curezistenţă variabil;b) schema electrică echivalentă a unui DRV;c)simbolul unui DRV.

Partea activă a descărcătorului este formată din spaţiile disruptive (eclatoarele) 1, inseriate cu rezistenţa variabilă 2, ce este alcătuită din mai multe discuri de carbură de siliciu înseriate.

Construcţia este protejată de anvelopa de porţelan 3, prevăzută cu capacele frontale metalice 4, având rol de etanşare a construcţiei şi de borne de conexiuni. În interiorul anvelopei se introduc substanţe higroscopice (clorură de calciu) sau azot uscat la presiune atmosferică.

În paralel cu eclatoarele E1 ÷ E4 sunt cuplate rezistenţele de egalizare R1 ÷ R4, având rolul de a asigura o distribuţie uniformă a tensiunii pe lanţul de eclatoare. Cu R0 s-a notat rezistenţa variabilă, a cărui rezistenţă depinde de tensiunea aplicată la borne (varistor).

Eclatoarele sunt formate din discuri de tablă de alamă ambutisate şi izolate între ele. La unele construcţii, în zona eclatoarelor se montează piese din titanat de bariu, care menţin o stare de preionizare, favorabilă amorsării descărcărilor între electrozi.

Distanţa dintre electrozi corespunde amorsării la tensiuni

de 3÷6 kV. Rezistenţa neliniară R0, este alcătuită din discurile 2, de carbură de siliciu (carborund), având diametre de 75÷100 mm şi grosimi de 20÷70 mm.

Caracteristica tensiune-curent a rezistenţei variabile (a discurilor de carbură de siliciu) se poate aproxima cu o relaţie de forma:i = k ⋅uαunde:u – valoarea instantanee a tensiunii aplicate rezistorului;k – constantă de material;α = 4÷6 – coeficient de neliniaritate.Pentru rezistenţa dinamică a discurilor de carborund:

Functionarea DRV-urilor

În regim normal de funcţionare, sub acţiunea tensiunii alternative de serviciu a liniei, us(t), prin descărcător circulă un curent de conducţie având intensitatea de 0,3÷1 mA, care se închide la pământ prin capacităţile dintre electrozii eclatoarelor.

Sub acţiunea unei unde de supratensiune u(t), în momentul t1, când se atinge tensiunea de amorsare la impuls uai, spaţiile disruptive ale eclatoarelor sunt străpunse şi prin descărcător circulă curentul de descărcare id, sarcinile electrice corespunzătoare undei de supratensiune fiind conduse la pământ.

Creşterea tensiunii u(t) determină scăderea rezistenţei dinamice R0d, unda de supratensiunefiind limitată în amplitudine. Valoarea maximă, ur, atensiunii la bornele descărcătorului după amorsare, se numeşte tensiune reziduală.

Începând din momentul t3, sub acţiunea tensiunii alternative de serviciu, us(t), a liniei, în canalele descărcării iniţiale dintre eclatoare se dezvoltă descărcări prin arc electric, parcurse de curentul de însoţire, ii. Intensitatea acestui curent este limitată prin creşterea rezistenţei R0d a discurilor de carbură de siliciu, încât în momentul t4, la prima sa anulare, se obţine stingerea definitivă a arcului electric amorsat la eclatoare şi revenirea descărcătorului înstarea iniţială.

Rezultă astfel, că în urma funcţionării descărcătorului, unda de supratensiune u(t), care ar fi solicitat izolaţia instalaţiei la valoarea de vârf um, este limitată în amplitudine la valoarea ur.

Caracteristica volt-amper specifică funcţionării unui descărcător DRV este reprezentată în figura urmatoare, unde, în acest caz: up = ur – nivelul deprotecţie; ur – tensiunea nominală a descărcătorului; uai – tensiunea de amorsare la impuls pe frontul undei; 1-caracteristica volt-amper a discurilor din carbură de siliciu.

Deoarece funcţionarea descărcătorului cu rezistenţă variabilă este foarte scurtă (sub 0,01[s]), protecţia prin relee a instalaţiei nu sesizează punerea la pământ produsă, şi deci nu acţionează.

Descărcătoare cu rezistenţă variabilă şi suflaj magnetic

Descărcătoarele electrice pentru tensiuni foarte înalte, care trebuie să facă faţă atât supratensiunilor atmosferice cât şi de comutaţie, se realizează cu suflaj magnetic pentru stingerea arcului electric.

Construcţia unui descărcător tip DRVM este dată în figura 13.7, unde R0, R1, R2, sunt elemente de tip varistor din carbură de siliciu, E1, E2, E3 eclatoare, Re – rezistor liniar de egalizare; bobinele de suflaj magnetic de inductanţe Ls1, Ls2 sunt conectate în paralel cu varistoarele R1, R2. În figura 13.7b este reprezentată schema electrică echivalentă a unui descărcător DRVM.

Până în momentul t3, figura 13.5, funcţionarea descărcătoarelor tip DRV şi DRVM decurge în acelaşi mod. Traseul pe care circulă curentul de descărcare, id, la descărcătoarele DRVM este reprezentat în figura de mai sus; acesta este justificat de faptul că rezistenţele dinamice ale rezistoarelor R1, R2 au valori mici (tensiunea are valori mari) în timp ce

reactanţele inductive ale bobinelor de suflaj magnetic sunt de valori mari (componentele spectrului armonic al curentului de descărcare sunt de frecvenţe înalte).

Începând din momentul t3, curentul de însoţire ii, produs de tensiunea de serviciu a liniei (având valorile mai mici decât cele ale undei de impuls incidente şi frecvenţa industrială) circulă în principal pe traseul reprezentat în figura 13.7d, parcurgând bobinele de suflaj magnetic. Astfel, în zona eclatoarelor se produce un câmp magnetic de inducţie B, figura 13.7e, arcul electric fiind supus forţelor electromagnetice F, care îl introduc în camera de stingere cu pereţi reci (nefiguate).

Se asigură în acest fel întreruperea curentului de însoţire la prima anulare a intensităţii acestuia. Caracteristica volt-amper corespunzătoare funcţionării unui descărcător tip DRVM este reprezentată grafic în figura 13.8, unde notaţiile au aceleaşi semnificaţii ca la figura 13.6.

Parametrii şi caracteristicile descărcătoarelor cu rezistenţă variabilă

Capacitatea de descărcare = proprietatea descărcătorului de a permite, fără să se deterioreze, circulaţia unor curenţi de impuls, specificaţi ca număr, formă şi amplitudine.

Verificarea capacităţii de descărcare se face trecând prin descărcător două impulsuri succesive de curent, undă 4/10 μs şi 20 de impulsuri dreptunghiulare de curent.

Curentul nominal = valoarea de vârf a intensităţii impulsului de curent 8/20μs, care se poate repeta fără deteriorarea descărcătorului.

Precizia cu care se obţine amorsarea eclatoarelor şi stingerea arcului electric dintre electrozii acestora. Precizia tensiunii de amorsare se îmbunătăţeşte prin alegerea convenabilă a formei constructive a electrozilor şi printr-o repartizare uniformă a tensiunii pe lanţul de eclatoare, realizabilă cu ajutorul divizoarelor rezistive de tensiune. Cu toate aceste măsuri, abaterea tip a valorilor tensiunii de amorsare nu poate scădea sub 2 – 3%.

Tensiunea de amorsare la impuls pe frontul undei, uai, reprezintă valoarea maximă a tensiunii la bornele descărcătorului, înainte de trecerea

curentului de descărcare.Tensiunea de 100% amorsare la impuls de 1,2/50μs reprezintă

valoarea de vârf minimă a undei normale de impuls de tensiune care, aplicată repetat descărcătorului produce cel puţin 5amorsări consecutive ale acestuia.

Pentru un descărcător dat, tensiunea de amorsare la impuls pe frontul undei divizată prin 1,15, tensiunea de 100% amorsări la impuls de 1,2/50 şi tensiunea reziduală, ur, sunt de valori apropiate, cea mai mare dintre acestea constituind nivelul de protecţie, up.

Caracteristicile de protecţia ale unui descărcător sunt curbele tensiune–timp de amorsare la undă de impuls normală, la care, pentru descărcătoarele destinate serviciului intensiv, se adaugă curbele tensiune–timp de amorsare la supratensiuni de comutaţie.

Ridicarea caracteristicii tensiune–timp de amorsare la undă de impuls normală se efectuează utilizând polaritatea impulsului care prezintă tensiunea de amorsare cea mai ridicată. Datele necesare se obţin aplicând impulsuri cu valori de vârf progresiv crescătoare, figura 13.9, pentru fiecare amorsare înregistrându-se valoarea maximă a tensiunii înainte de amorsare şi durata până la amorsare, măsurată din originea convenţională.

Caracteristica tensiune-timp de amorsare la supratensiuni de comutaţie se ridică experimental printr-un procedeu similar, pentru acelaşi tip de descărcător, aceasta obţinându-se în prelungirea curbei tensiune-timp de amorsare la undă de impuls normală.

Diferenţele funcţionale existente între un descărcător cu coarne şi unul cu rezistenţă variabilă sunt evidenţiate cu ajutorul caracteristicilor tensiune-timp, în varianta amorsării pe frontul undei de impuls. Aceste caracteristici sunt prezentate grafic în figura 13.10, unde s-a notat:1– nivelul nominal de ţinere la undă de impuls normală, pentru izolaţia unui transformator;2– nivelul de protecţie, la acelaşi tip de undă, al unui descărcător DRV;3– curba tensiune–timp de amorsare la undă de impuls normală, pentru un descărcător cu coarne.

Din caracteristicile prezentate rezultă că în timp ce un descărcător de tip DRV asigură protecţia izolaţiei pentru unde de impuls cu pante mari, 4, 5, descărcătoarele cu coarne realizează protecţia numai pentru unde de impuls, 6, cu pante de valori mici.

Un inconvenient important al descărcătoarelor prezentate constă în existenţa eclatoarelor în construcţia acestora.

Prezenţa eclatoarelor favorizează producerea unor descărcări puternice pe suprafaţa exterioară a anvelopei de porţelan, mai ales când aceasta este poluată Aceste descărcări influenţează partea activă a descărcătorului, prin capacităţile parţiale C; datorită scurtcircuitării unor spaţii disruptive, apar creşteri ale potenţialelor pe altele, astfel încât devine posibilă amorsarea accidentală completă a descărcătorului.

Utilizarea tensiunilor foarte înalte în instalaţiile de transport a energiei electrice reclamă realizarea unor nivele de protecţie scăzute, astfel încât scumpirea izolaţiei, odată cu creşterea tensiunii nominale, să nu devină excesivă.Aceste cerinţe apropie nivelul de protecţie de cel al supratensiunilor temporare (la care descărcătorul nu trebuie să funcţioneze), încât este necesară asigurarea unei înalte selectivităţi în funcţionare pentru un astfel de descărcător. În acest context, dezvoltarea tehnicii descărcătoarelor trebuie să vizeze obiectivul obţinerii unor materiale cu proprietăţi de varistor, având caracteristica volt-amper cât mai aproape de cea ideală, reprezentată grafic în figura de mai sus.

Descărcătoare cu oxizi metalici

Construcţia şi funcţionarea descărcătoarelor cu oxizi metalici se bazează pe utilizarea, caelement cu caracteristică de tip varistor a unui material ceramic obţinut prin sinterizare din oxizi metalici (ZnO, Bi2O3, CoO, etc.). Structura masei sinterizate este aproape matricială, figura 13.12, conţinând granule de ZnO, cu o bună conductivitate electrică, înconjurate de o peliculă foarte fină din Bi2O3, care dă caracterul puternic neliniar al conducţiei electrice printr-un astfel de material.

Caracteristica volt-amper a discurilor astfel obţinute, reprezentată grafic în figura 13.13, este aproximabilă cu o relaţie de forma (13.1), coeficientul de neliniaritate având valori α > 20. În aceste condiţii, în construcţia descărcătorului nu mai sunt necesare spaţiile disruptive ale eclatoarelor şi nici rezistoarele de egalizare. Variantele constructive realizate, figura 13.14, conţin elementele de bază ale unui descărcător cu oxizi metalici: 1-borne de conexiuni, 2-discuri din oxizi metalici, 3-piesă metalică, 4-corp din răşină sintetică turnată.

Sub acţiunea tensiunii de serviciu, prin descărcător trece un curent capacitiv de mică intensitate (0,5÷3 mA), punctul de funcţionare situându-se pe porţiunea (1), de impedanţă maximă, a caracteristicii. La apariţia unei unde de impuls de tensiune, punctul de funcţionare se deplasează pe porţiunea de impedanţă mică (2), figura 13.13 şi supratensiunea este limitată la valoarea nivelului de protecţie up.

În comparaţie cu tehnica clasică (DRV, DRVM) descărcătoarele cu oxizi metalici prezintă importante avantaje, dintre care se menţionează:• simplitatea constructivă, gabarit redus şi fiabilitate sporită prin eliminarea eclatoarelor şi a rezistenţelor de egalizare;• nivelul de protecţie este cu circa 20% mai mic decât în cazul tehnicii clasice;

• stabilitate foarte bună a caracteristicii de protecţie tensiune–timp.Drept dezavantaje ale tehnicii pe bază de ZnO se poate menţiona:

• creşterea puterii consumate în regim normal de funcţionare odată cu mărirea temperaturii;• existenţa unui pericol de ambalare termică datorită trecerii continue a unui curent de ordinul 1÷2 mA prin varistoare.

Tijă filetată terminală din oţel inoxidabil

PiuliţăCapac din oţel inoxidabil

Electrod din aluminiu

Varistoare din metal oxid

Bandă din material sintetic

Plasă din fibră de sticlă

Carcasă din cauciuc siliconic

Procesul tehnologic de realizare a rezistentelor neliniare din oxizi metalici pe baza de oxid de zinc (ZnO), oxid de bismut (Bi2O3) oxid de cobalt (CoO), permit realizarea unui descarcator fara eclator. Dificultatea depasita a fost de a mentine curentul de regim permanent prin rezistente neliniare si valori acceptabile de cativa mA. La cresterea tensiunii, din cauza neliniaritatii accentuate a rezistentei, aceasta trece in stare de conductie si astfel se limiteaza tensiunea la borne.