Ap el by Geo Croi

Cursul de ECHIPAMENTE ELECTRICE se adreseaz , în special studen ilor de la sec ia de Inginerie Electric , dar i celorlal i studen i ai facult ilor de profil tehnic care doresc s cunoasc fenomenele de comuta ie i protec ie electric . No iunea de echipament electric este foarte larg i se preteaz la numeroase interpret ri; de aceea trebuie s preciz m c în domeniul Electrotehnicii prin echipament electric în elegem dispozitivele destinate comuta iei electrice, protec iei consumatorilor electrici i unele dispozitive folosite în ac ion rile electrice. Transferul de energie electric de la locul de producere la locul de utilizare se realizeaz prin intermediul re elelor electrice. Atât la produc torii de energie electric cât i în re elele de transport, dar mai ales la consumatorii industriali sau casnici sunt utilizate aparate i echipamente electrice de comuta ie i protec ie. Definind un echipament de comuta ie ca un ansamblu de dispozitive electromecanice sau electrice cu ajutorul c rora se stabilesc sau se întrerup circuitele electrice, rezult c din punct de vedere structural echipamentele de comuta ie se împart în dou mari categorii: – echipamente de comuta iei mecanic , ce au cel pu in un element mobil pe durata efectu rii comuta iei. La rândul lor aceste aparate pot fi: a) neautomate, cum ar fi: întrerup toarele i comutatoarele cu pârghie, întrerup toarele i comutatoarele pachet, butoane de ac ionare, întrerup toare basculante, separatoare i controlere; b) automate din care amintim: contactoarele, întrerup toarele de joas i înalt tensiune i separatoare de scurtcircuitare; –echipamente cu comuta ie static , ce nu au componente în mi care iar conectarea sau deconectarea este comandat i realizat electronic. Aceast categorie de aparate de comuta ie se realizeaz cu dispozitive semiconductoare de putere ca: diode, tiristoare, triacuri sau tranzistoare de putere. În afara echipamentelor de comuta ie exist o categorie larg de echipamente electrice de protec ie, cu rolul de a proteja generatoarele electrice, liniile electrice, transformatoarele i consumatorii împotriva suprasarcinilor, supracuren ilor, scurtcircuitelor, supratensiunilor sau a oric ror regimuri anormale de func ionare. Din categoria echipamentelor electrice de protec ie fac parte: siguran ele fuzibile, releele de protec ie, declan atoarele, bobinele de reactan , eclatoarele i desc rc toarele.

ﾃ始 volumul doi alk cursului de Echipamente Electrice sunt prezentate principalele tipuri de aparate i echipamente electrice de comuta ie i protec ie de joas , medie i ﾃｮnalt tensiune, precum i echipamentele electrice pentru pornirea i reglarea tura iei ma inilor electrice. Mul umesc pentru sprijinul primit la realizarea acestui curs din partea colegilor i a colaboratorilor.

Autorul

CUPRINS 1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE 1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE 1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE 1.4. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE CU PÂRGHIE 1.5. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE TIP PACHET 1.6. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE BASCULANTE 1.7. LIMITATOARE DE CURS I MICROÎNTRERUP TOARE 1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND I L MPI 1.9. PRIZE, FI E, CUPLE I CONECTOARE 1.10. REOSTATE INDUSTRIALE 1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A MOTOARELOR TEST DE VERIFICARE A CUNO TIN ELOR 2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTA IE DE JOAS TENSIUNE 2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE 2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice 2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ 2.1.3. Contactoare de curent continuu 2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice 2.2. CONTACTOARE STATICE 2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ 2.2.2. Contactoare statice de curent continuu 2.2.3. Contactoare hibride 2.3. RELEE INTERMEDIARE 2.3.1. Relee miniaturizate 2.3.2. Relee Reed 2.4. ÎNTRERUP TOARE AUTOMATE DE JOAS TENSIUNE 2.4.1. Clasificarea întrerup toarelor automate de joas tensiune 2.4.2 Elementele construcxtive ale întrerup toarelor automate 2.4.3. Întrerup toare automate de c.a. 2.4.4. Întrerup toare automate de c.c. 2.5. DISJUNCTOARE TEST DE VERIFICARE A CUNO TIN ELOR

3. APARATE ELECTRICE DE PROTEC IE 3.1. SIGURAN E FUZIBILE 3.1.1. Principiul de func ionare al siguran elor fuzibile 3.1.2. M rimile caracteristice ale siguran elor fuzibile 3.1.3. Siguran e fuzibile de joas tensiune 3.1.4. Siguran e fuzibile de medie i ĂŽnalt tensiune 3.2. RELEE DE PROTEC IE 3.2.1. Clasificarea releelor de protec ie 3.2.2. Caracteristicile releelor de protec ie. 3.2.3. Relee termobimetalice 3.2.3.1. Principiul de functionare al releelor termobimetalice 3.2.3.2. Caracteristica de protec ie a releului termobimetalic 3.2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice 3.2.3.4. Calculul lamelei termobimetalice 3.2.4. Relee electromagnetice 3.2.4.1. Relee electromagnetice maximale de curent 3.2.4.2. Relee electromagnetice de tensiune 3.2.5. Relee de induc ie 3.2.5.1. Relee de induc ie cu rotor disc 3.2.5.2. Relee de induc ie cu rotor cilindric 3.2.6. Relee Buchholtz 3.3. DECLAN ATOARE. 3.4. DESC RC TOARE 3.4.1. Eclatoare electrice 3.4.2 Principiul de func ionare al desc rc toarelor electrice 3.4.3. Variante constructive de desc rc toare 3.4.4. M rimile caracteristice ale unui desc rc tor 3.5. RELEE DE TIMP 3.5.1.Clasificarea releelor de temporizare 3.5.2.Variante constructive de relee electromagnetice de temporizare 3.5.3. Relee de timp electrice 3.5.4. Relee electronice de temporizare TEST DE VERIFICARE A CUNO TIN ELOR 4 APARATE DE COMUTA IE DE MEDIE I Ă&#x17D;NALT TENSIUNE 4.1. SEPARATOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.1.1. Clasificarea separatoarelor. 4.1.2. Principalele variante constructive ale separatoarelor de medie tensiune

4.2. SEPARATOARE DE ÎNALT TENSIUNE 4.2.1.Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune 4.2.2. Separatoare rotative 4.2.3. Separatoare de transla ie 4.2.4. Separatoare pantograf 4.2.5.Separatoare de sec ionare i punere la p mânt 4.3. CONTACTOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.3.1. Contactoare de medie tensiune în vid 4.4. ÎNTRERUP TOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.4.1. Întrerup toare cu vid 4.4.2. Mecanisme de ac ionare a întrerup toarelor de medie tensiune 4.5. ÎNTRERUP TOARE DE ÎNALT TENSIUNE 4.5.1. Întrerup toare cu ulei 4.5.2. Întrerup toare cu hexafluorur de sulf TEST DE VERIFICARE A CUNO TIN ELOR 5. PROTEC IA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE 5.1. PROTEC IA MOTOARELOR ELECTRICE 5.1.1. Comanda i protec ia motoarelor asincrone cu conectare direct la re ea 5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protec ia unui motor asincron 5.1.3. Comanda i protec ia unui motor asincron cu pornire steatriunghi 5.1.4. Comanda i protec ia unui motor asincron cu pornire cu reostate statorice 5.1.5. Comanda i protec ia unui motor asincron pornit cu autotransformator 5.1.6. Comanda i protec ia unui motor asincron pornit cu rezisten e rotorice 5.1.7.Protec ia minimal de tensiune a motoarelor electrice 5.1.8. Protec ia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite polifazate 5.1.9. Protec ia diferen ial longitudinal a motoarelor sincrone de putere 5.2. PROTEC IA GENERATOARELOR SINCRONE 5.2.1. Protec ia diferen ial longitudinal a unui generator sincron 5.2.2. Protec ia împotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor sincrone 5.2.3. Protec ia maximal cu t iere de curent a unui generator sincron

5.2.4. Protec ia prin bobine de reactan a generatoarelor sincrone 5.3. PROTEC IA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE 5.3.1. Protec ia de gaze a transformatoarelor în ulei 5.3.2. Protec ia diferen ial longitudinal a unui transformator 5.3.3. Protec ia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim a unui transformator 5.4. PROTEC IA RE ELELOR ELECTRICE 5.4.1. Protec ia maximal de curent a liniilor electrice radiale 5.4.2. Protec ia maximal de curent temporizat a liniilor electrice radiale 5.4.3. Protec ia maximal de curent direc ional a liniilor electrice cu alimentare bilateral 5.4.4. Protec ia de distan a re elelor electrice complexe 5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ENERGETICE 5.5.1. Reanclan area Automazt Rapid (RAR) 5.5.2. Anclan area automat a Rezervei (AAR) 5.5.3. Desc rcarea Automat a Sarcinii la Sc derea Frecven ei 5.5.4. Desc rcarea Automat a Sarcinii la Sc derea Tensiunii 5.6. PROTEC II NUMERICE A RE ELELOR ELECTRICE 5.6.1. Func iile protec iilor numerice a re elor 5.6.1.1. Func ia „protec ie de distan “ 5.6.1.2. Func ia de supraveghere a circuitelor de tensiune 5.6.1.3. Func ia de accelerare a protec iei la conectarea pe defect 5.6.1.4. Func ia de protec ie maximal de curent instantanee 5.6.1.5. Func ia de protec ie homopolar de curent direc ionat 5.6.1.6. Func ia de locator de defecte 5.6.1.7. Func ia de înregistrator secven ial de evenimente 5.6.1.8. Func ia RAR 5.6.1.9. Func ia de protec ie maximal de tensiune 5.6.1.10. Func ii de supraveghere sistem 5.6.1.11. Func ia de interfa are cu operatorul 5.7. PROTEC IA INTEGRAT A RE ELELOR ELECTRICE 5.7.1 Protec ia integrat a unei linii electrice cu releul DIPA 100 5.7.2. Caracteristici tehnice generale ale DIPA 100 5.8. SISTEME SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION 5.8.1. Func iile de baz ale sistemului SCADA 5.8.1.1. Supravegherea i controlul de la distan 5.8.1.2. Alarmarea 5.8.1.3.Analiza post avarie 5.8.1.4.Urm rirea înc rc rii re elelor

5.8.1.5.Planificarea i urm rirea reviziilor i repara iilor ĂŽn scopul evit rii c derilor 5.8.2. Func ii EMS Energy Management System 5.8.3. Func ii DMS TEST DE VERIFICARE A CUNO TIN ELOR BIBLIOGRAFIE

1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE Aparatele electrice neautomate sunt destinate conect rii i deconect rii circuitelor electrice de curent continuu sau alternativ de joas tensiune. Ele au urm toarele caracteristici: – ac ionare manual atât la închidere cât i la deschidere; – nu au elemente de protec ie, m surare i reglaj; – nu pot întrerupe curen i de serviciu mai mici sau egali cu curentul nominal; – nu au rolul i nu pot s întrerup curen ii mari de suprasarcin sau de scurtcircuit; – au o manevrare rar , cu o frecven redus de conectare; – sunt ac ionate manual, atât la deschidere cât i la închidere. Din aceast categorie de aparate fac parte: – separatoarele, întrerup toarele i comutatoarele cu pârghie, întrerup toarele i comutatoarele pachet, prizele i fi ele industriale, conectoarele, limitatoarele de curs ; microîntrerup toarele; precum i echipamentul electric folosit la pornirea i reglarea manual a tura iei ma inilor electrice (inversoare de sens, comutatoare Stea – Triunghi, controlere, manipulatoare, limitatoare de curs i reostatele). 1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE Aparatele electrice de joas tensiune sunt aparate ce se construiesc pentru tensiuni nominale ce nu dep esc 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu. Se realizeaz într-o mare varietate de tipuri i se folosesc nu numai în centrale i sta ii electrice, ci i in sectorul casnic pe scara foarte larg . Clasificarea aparatelor neautomate de joas tensiune se poate face dup mai multe criterii: A) Dup func ia de utilizare aparatele electrice se pot clasifica astfel: a) Aparate electrice industriale, destinate instala iilor electrice industriale de putere: – pentru comanda motoarelor electrice: comutator Stea - Triunghi, inversor de sens, comutator de poli, reostat de pornire i reglaj, reostat de excita ie, controlere. 10

– pentru ac ion ri: butoane, chei, întrerup toare, comutatoare. – pentru semnalizare avem: l mpi, hupe, sonerii. b) Aparate pentru instala ii, aparate destinate instala iilor electrice de mic putere: – întrerup toare folosite în circuite de lumin , aparate de înc lzit sau motoare mici; – comutatoare folosite in circuite de lumin , de cap t, de hotel, cruce, scar ); – prize fixe i mobile; – cuple; – butoane pentru sonerii i lumin . B) Dup felul curentului: aparate de curent continuu i aparate de curent alternativ, iar cele de curent alternativ pot fi monofazate sau trifazate. C) Dup tensiunea nominal standardizat sub 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu sunt: – în curent alternativ: 24, 48, 127, 220, 400, 660, 1000 Vc.a. – în curent continuu: 24, 48, 125, 400, 800, 1200 Vc.c. D) Dup curen ii nominali standardiza i sunt: 3, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 160, 200, 315, 400, 630, 1600, 2000, 2500, 3150 A Din punct de vedere al protec iei muncii, aparatele cu tensiunea nominal mai mare de 48 V sunt considerate poten ial periculoase i deci trebuie s corespund normelor de protec ia muncii. Fiecare aparat din cele enumerate prezint o bogat varietate de tipuri constructive ap rute ca urmare a func iilor pe care trebuie s le satisfac , precum i a condi iilor mediului în care va func iona. 1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE Func ionarea aparatelor electrice neautomate este posibil numai în condi iile tehnice date de parametrii electrici i mecanici nominali, pentru care aceste aparate au fost construite. Dac este necesar modificarea unuia dintre ace ti parametrii trebuie ales un aparat cu alte caracteristici electrice i constructive. Valorile pentru care au fost calculate aparatele se numesc valori nominale, iar valorile la care se folosesc aparatele i care sunt mai mici sau egale cu aceste valorile nominale se numesc valori de serviciu. Pentru a se evita îns construirea unei variet i prea mari de aparate, în func ie de valorile 11

necesare s-a standardizat o gam de valori care satisfac cerin ele industriei. Cele mai importante caracteristici tehnice ale aparatelor electrice sunt: A. Tensiunea nominal : este tensiunea la care este posibil func ionarea aparatului sau tensiunea maxim a re elei la care func ionarea are loc f r pericol de distrugere a aparatului. Aceast condi ie determin materialele electroizolante folosite la construc ia aparatului, distan a dintre contacte etc. Din acest punct de vedere aparatele vor putea lucra i la tensiuni mai mici, adic la tensiuni de serviciu. Valorile nominale ale tensiunilor sunt: – în curent continuu: 24, 48, 110 (125), 230 (250), 440, 600, 800 (750), 1200 Vc.c. – în curent alternativ: 24, 36, 48, (42), 110, (127), 230 (250), 400, 660 (500), 1000 Vc.a.. B. Curentul nominal reprezint valoarea intensit i curentului care poate trece prin aparat un timp nedefinit de lung f r deteriorarea acestuia, sau pentru care func ionarea aparatului este optim (în cazul bobinelor de ac ionare etc.). Intensitatea curentului determin sec iunea conductoarelor i a contactelor aparatului. Din aceast cauz utilizarea aparatului la intensit i ale curentului de serviciu cu mult mai mici decât valoarea nominal este ira ional . În standarde se stabilesc urm toarele valori ale intensit ilor curen ilor electrici pentru care se construiesc aparatele electrice de joas tensiune: 6, 10, 16, 32, 40, 80, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 630, 1000, 1600, 2000, 2500, 3150A. În general aparatele admit o suprasarcin care este limitat valoric ( i în timp) de condi iile de r cire. Aceast suprasarcin se nume te curent limit termic i se refer la o durat de o secund (sau alt valoare precizat ). C. Rezisten a la uzur mecanic este o caracteristic pur mecanic i determin num rul de manevr ri pentru care func ionarea este garantat , deci i timpul dup care un aparat va trebui s fie înlocuit Rezisten a mecanic este indicat sub forma num rului de cicluri sau manevr ri (conectaredeconectare). Aceast caracteristic este indicat pentru principalele tipuri de aparate, dup cum urmeaz : – întrerup toare i comutatoare rotative 20.000 cicluri – întrerup toare pachet 10.000 cicluri – prize i fi e industriale 1.000 cicluri – comutatoare stea-triunghi manuale 10.000 cicluri D. Frecven a de conectare reprezint num rul maxim posibil de manevr ri la tensiune i intensitatea nominal , în unitatea de timp (or , 12

minut). Aparatele electrice sunt împ r ite dup frecven a de conectare în 5 clase, dup cum urmeaz : – clasa I - pân la 30 ac ion ri pe or ; – clasa II- pân la 150 ac ion ri pe or ; – clasa III - pân la 600 ac ion ri pe or ; – clasa IV - pân la 1200 ac ion ri pe or ; – clasa V - pân la 3000 ac ion ri pe or . E. Durata de func ionare reprezint timpul, exprimat în procente, din durata total a unui ciclu de lucru în care aparatul se g se te sub tensiune. Aceast durat condi ioneaz înc lzirea aparatului. Sunt normalizate urm toarele durate relative de func ionare: 15%, 25%, 40%, 60%, 100%. Din punct de vedere al duratei de conectare deosebim trei servicii de func ionare: – serviciul de scurt durat (temporar), corespunz tor conect rii pentru scurt timp i deconect rii îndelungate (cazul reostatelor de pornire, butoanele de comand etc.); - serviciul intermitent (conect ri i deconect ri frecvente); - serviciul de durat , când aparatul este conectat vreme îndelungat (cazul separatoarelor) F. Capacitatea de rupere reprezint valoarea maxim (efectiv ) a curentului pe care îl poate întrerupe aparatul f r a se deteriora. Ea poate fi nul (separatoare), egal cu curentul nominal (întrerup toare cu pârghie) sau mai mare decât curentul nominal. G. Capacitatea de închidere este curentul maxim care se poate stabili prin aparat. Deoarece majoritatea consumatorilor de curent electric absorb la pornire un curent mare, aparatele vor trebui s suporte curen i de scurt durat mai mari decât curen ii nominali. Din acest punct de vedere aparatele pot fi:cu capacitate de închidere mai mic , egal , sau mai mare decât curentul nominal. În general, capacitatea de închidere este mai mare decât cea de rupere. H. Gradul de protec ie în cazul aparatelor electrice, reprezint gradul de siguran împotriva p trunderii corpurilor str ine sau a apei în interiorul lor. Acest lucru se men ioneaz printr-un indicativ format din literele I.P. urmate de trei cifre: prima se refer la protec ia contra atingerilor pieselor sub tensiune, a doua la protec ia contra p trunderii apei, iar a treia la protec ia împotriva deterior rilor mecanice. În cazul în care utilajul prezint protec ie special (de exemplu protec ie antiexploziv ), se face o men iune special în acest sens. Dac unele p r i ale aparatului electric, sau ale ma inii electrice se execut la un alt grad de protec ie, se indic mai întâi gradul de protec ie pentru întregul ansamblu 13

urmat de gradul de protec ie pentru partea diferit protejat , men ionându-se i partea constructiv la care se refer aceast indica ie. Cea de-a treia cifr se indic doar în cazul aparatelor electrice (de exemplu I.P.332). Tabelul 1.1. Gradele de protec ie împotriva atingerii pieselor sub tensiune i a p trunderii corpurilor str ine Simbol Protec ia contra atingerilor Protec ia contra p trunderii corpurilor str ine 0 F r protec ie F r protec ie 1 Protec ie împotriva atingerii F r protec ie pentru corpuri str ine cu o suprafa mare a minii mari (sub 50 mm) 2 Protec ie la atingerea cu Idem pentru mijlocii (sub 12 mm) degete 3 Protec ie contra atingerii cu F r protec ie la corpuri sub 2,5 mm unelte peste 2,5 mm 4 Protec ie contra atingerii cu F r protec ie contra corpurilor sub obiecte peste 1 mm 1 mm 5 Protec ie contra atingerii cu Protec ie par ial contra prafului orice fel de mijloace 6 Idem Protec ie total contra prafului În tabelele 1.1. i 1.2. sunt prezentate cele mai utilizate grade de protec ie împotriva atingerii i p trunderii corpurilor str ine i a apei, precum i tabelul cu gradele de protec ie împotriva deterior rilor mecanice (numai pentru aparate electrice). Indica ia referitoare la gradul de protec ie se plaseaz într-un loc vizibil, de regul pe pl cu a indicatoare, al turi de alte caracteristici ale aparatului. Tabelul 1.2. Gradele de protec ie contra p trunderii lichidelor Simbol Gradul de protec ie 0 F r protec ie 1 Protec ie contra pic turilor de ap condensat 2 Protec ia contra pic turilor de lichide ce cad sub un unghi de maxim 15° fa de vertical 3 Protec ie contra ploii 4 Protec ia contra stropirii cu lichide 5 Protec ia contra apei sub form de jet 6 Protec ia împotriva condi iilor de pe puntea navelor 7 Protec ia împotriva scufund rii în lichid 8 Protec ia împotriva scufund rii în ap sub presiune

1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE Separatoarele de joas tensiune servesc la separarea vizibil a unui circuit, pentru efectuarea unor opera iuni de revizie sau repara ii ce nu se pot executa sub tensiune. Ele pot întrerupe doar circuite aflate sub tensiune, dar neparcurse de curent. Deoarece în pozi ia închis separatoarele sunt parcurse de curent nominal, presiunea de contact realizat de contactul fix pe cu itul de contact trebuie s asigure o rezisten de contact cât mai redus . Întrucât separatoarele se închid i se deschid când prin circuit nu trece curent, nu se formeaz arc electric între contactele separatorului i de aceea nu sunt prev zute cu camere de stingere. Separatoarele nu pot asigura protec ia la supracurent a consumatorilor, drept care este necesar un aparat suplimentar (siguran fuzibil sau întrerup tor automat).

Figura 1.1. Separator tip cu it 1 - cadru metalic; 2 - izolatoare suport; 3 - borne de leg tur ; 4 - contact fix; 5 - contact mobil; 6 - urechea de ac ionare; 7 – ax; 8 – born de legare la p mânt. Separatoarele de joas tensiune sunt de regul de tip interior, se monteaz vertical i se ac ioneaz manual. Separatoarele lucreaz în pozi ie închis în regim de lung durat (adic durata relativ de conectare este 100%), fiind echipate cu contacte inoxidabile de mare presiune. Pentru a compensa for ele de repulsie dintre contacte, la valori semnificative ale curentului (în caz de scurtcircuit) unele separatoare sunt prev zute cu mai multe cu ite (c i de curent) în paralel. Separatoarele de joas tensiune monopolare, bipolare i tripolare de construc ie româneasc au urm toarele caracteristici: UN = 500 i 1000V; IN = 200, 350, 600 sau 1000 A. 15

1.4. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE CU PÂRGHIE Întrerup toarele i comutatoarele cu pârghie sunt aparate neautomate care se utilizeaz în circuite de iluminat sau for , de curent continuu i alternativ. Piesa mobil de contact este de forma unui bra de pârghie, de unde le provine i numele (se mai numesc i hebluri). Comuta ia are loc sarcin i sunt necesare camere de stingere, construite din azbociment i prev zute cu gr tare din materiale feromagnetice (care folosesc principiul diviz rii arcului, în cazul aparatelor de curent alternativ) sau cu icane electroizolante (care folosesc principiul deion în cazul aparatelor de curent continuu). Cu itele de contact sunt ac ionate direct sau printr-un sistem de pârghii. La întreruperea curen ilor inten i, viteza de deplasare a arcului electric are loc sub ac iunea autosuflajului electrodinamic, for a fiind propor ional cu p tratul curentului din circuit ( i nu este influen at de alungirea mecanic ). În cazul curen ilor de intensitate redus , viteza de deplasare a pieselor mobile de contact are un rol determinant, pentru c for ele electrodinamice au valori reduse. În acest caz, trebuie m rit viteza de îndep rtare a pieselor de contact i se folosesc contacte de rupere, în paralel cu contactele principale. Întrerup toarele cu curen i nominali mai mici de 500 A au piesele mobile ale contactelor de rupere în form de cu it ac ionate prin resoarte prinse de piesele mobile ale contactelor principale. În figura 1.2. este prezentat un întrerup tor cu pârghie i respectiv un comutator cu pârghie.

Figura 1.2. Întrerup tor i comutator cu pârghie 1, 6-bome; 2-piesa fix de contact; 3-cu it principal; 4-ax; 5-portpies de contact; 7-mâner; 8-platou; 9-cu it de rupere; 10-resort 16

Dup deschiderea f r arc electric a contactelor principale, resoartele se întind i determin accelerarea pieselor mobile ale contactelor de rupere. Comutatoarele au dou rânduri de piese fixe de contact, astfel încât deschiderea primului rând de contacte este urmat de închiderea celuilalt rând de contacte i invers. La întrerup toarele cu pârghie tripolare, de multe ori maneta de ac ionare este pozi ionat lateral a a cum este prezentat în figura 1.3.

Figura 1.3. Întrerup tor cu pârghie tripolar: l-piese mobile de contact; 3-piese fixe de contact; 4-portpiese fixe de contact cu ax; 5-platou; 8-maneta de ac ionare; 9-dispozitiv de stingere a arcului electric. Ac ionarea acestor aparate se face manual, putând fi direct (când întrerup torul este a ezat în fa a tabloului), sau indirect , când întrerup torul este a ezat în spatele tabloului. Întrerup toarele se fixeaz pe tablou astfel ca deschiderea circuitului s se fac prin ac ionarea în jos a manetei. Re eaua de alimentare se leag la bornele de sus, iar receptorul la bornele de jos. Întrerup toarele i comutatoarele cu pârghie monopolare, bipolare i tripolare de construc ie româneasc au urm toarele caracteristici: – pentru aparatele de curent alternativ: UN= 400 V, 500 V sau 660 V; IN = 25 A, 63 A, I00A, 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A – pentru aparatele de curent continuu: UN, =175 V, 230 V, 440V; IN = 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A. Dup modul de protejare a aparatului, exist urm toarele tipuri de întrerup toare cu pârghie a. Întrerup toare în execu ie neprotejat , utilizate pân la 230 V. b.Întrerup toare în execu ie protejat contra atingerilor accidentale, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i curen i de peste 400 A. Aceste întrerup toare sunt protejate printr-un capac de protec ie din material electroizolant (carton, pre pan sau bachelit ). 17

c. Întrerup toare în execu ie închis în cutii metalice, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i curen i de pân la 400 A. Cutiile de distribu ie pot con ine pe lâng întrerup tor i siguran e fuzibile, relee, diferite aparate de m sur ca ampermetre, voltmetre, wattmetre. d. Întrerup toare în execu ie capsulat , care se folosesc în aer liber, în înc peri umede, în atmosfer înc rcat cu diferi i vapori combustibili (amoniac, acizi etc.), în înc peri cu praf i murd rie sau cu pericol de explozie. La aceste întrerup toare, capacele cutiilor i intr rile conductoarelor în cutie sunt etan ate ermetic. 1.5. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE TIP PACHET Întrerup toarele i comutatoarele pachet (cu came) sunt aparate neautomate care se utilizeaz în circuitele de comand (în care intensit ile curen ilor sunt mai mici decât 100 A), de curent continuu sau alternativ i în circuitele de automatizare unde se cer func ii de comutare complexe.

Figura 1.4. Întrerup tor pachet tripolar 1- maneta de ac ionare; 2-ax de ac ionare; 3-mecanism de sacadare; 4-borne; 5-disc electroizolant; 6-tiran i; 7-plac metalic de fixare; 8-piese mobile de contact; 9-izola ie de pertinax; 10-distan or din pertinax. 18

Întrerup toarele i comutatoarele pachet se folosesc la joas tensiune i sunt ac ionate manual. Ele se caracterizeaz prin faptul c ansamblul aparatului se ob ine prin în iruirea pe acela i ax a unui num r variabil de elemente (pachete) de construc ie similar , fiecare element cuprinzând o cale de curent. Întrerup toare i comutatoarele cuprind o serie de discuri de bachelit suprapuse pe care sunt montate contactele fixe. Contactele mobile din material conductor, sunt a ezate pe un ax central i se deplaseaz solidar cu aceasta în timp ce un sistem de sacadare realizeaz întreruperea brusc , independent de viteza cu care este ac ionat maneta. Deoarece aceste întrerup toare au avantajul unei construc ii compacte i fiabile sunt folosite pentru comanda circuitelor electrice ale ma inilor, ca întrerup toare i comutatoare pe panouri i pupitre de comand i ca întrerup toare capsulate împotriva prafului i umidit ii. Întrerup toarele i comutatoarele pachet au urm toarele caracteristici tehnice: – tensiunea nominal i tensiunea de lucru în c.a. 400V i c.c.230V – curentul nominal în c.a. i c.c. 6A, 10A, 25A, 40A, 63A i 100A. – frecven a re elei în c.a. 50Hz, – durata de via mecanic în c.a. i c.c. 20 000 schimb ri de pozi ie. – frecven a de conectare în c.a. i c.c. 30 conect ri/h. – tensiunea de încercare în c.a. 418 V iar c.c. 242 V. – pauzele între dou cicluri în c.a. i c.c. 10s. – tipul protec iei I.P.000. – pozi ia de montare: oarecare. Principalele avantaje tehnice ale acestor întrerup toare sunt: flexibilitatea func iilor de comuta ie, puterea de rupere suficient de mare la un gabarit relativ redus, posibilitatea de capsulare, func ionarea în orice pozi ie, stabilitatea la vibra ii i ocuri.

Figura 1.5. Întrerup toare pachet

Figura 1.6. Reprezentarea desf urat a unui întrerup tor pachet. 1-maneta de ac ionare, 2-placa de marcaj, 3-placa raster, 4-placa de acoperire, 5-suport de solidarizare, 6- tift, 7, 8, 9,- dispozitivul de sacadare cu resort i bil , 10-cilindru de comand , 11-camera de stingere, 12-sfer de sticl , 13-tachet, 14-plac de acoperire, 15- ina de contact, 16-puntea de contact mobil , 17-resort pentru asigurarea presiunii pe contact. Întrerup toarele i comutatoarele pachet de construc ie româneasc (corespund STAS 5414-83) au urm toarele caracteristici tehnice: – pentru aparatele de curent alternativ: UN = 400 V; la IN = 10A, Irup = 6IN; la IN = 25 A, 63 A, Irup = 1,5IN, la cosϕ > 0,4; – pentru aparate de curent continuu: UN = 250 V; IN = 10A, 25 A, 63 A, lrup = IN. Aceste întrerup toare se realizeaz în construc ie normal , etan i antiexploziv . 20

1. 6. ÎNTRERUP TOARE I COMUTATOARE BASCULANTE Întrerup toarele i comutatoarele basculante (cump n ) realizeaz închiderea sau deschiderea circuitelor (în general de iluminat), prin ap sarea pe extremit ile unui buton (cump n ) sau pe o mic manet (basculant). Cu aceste aparate se pot realiza diferite scheme de conectare. Întrerup toarele i comutatoarele cump n montate sub tencuial se utilizeaz în instala iile electrice interioare de iluminat cu incandescen sau fluorescen . Se monteaz îngropat prin fixare în dozele de aparat. Un astfel de întrerup tor basculant este prezentat în figura 1.7.

Figura 1.7. Întrerup tor sau comutator cump n montat sub tencuial . Caracteristicile tehnice ale întrerup toarelor i comutatoarelor cump n sau basculante de fabrica ie româneasc sunt prezentate mai jos. – curentul nominal în c.a. 10A iar în c.c. 4A, – frecven a re elei în c.a. 50Hz, – tensiunea nominal în c.a. 250V iar în c.c. 36V, – durata de via mecanic i electric în c.a. i c.c. 50.000 manevre, – curentul de conectare i deconectare în c.a. 10A iar în c.c. 4A, – tensiunea de lucru în c.a. 230V iar în c.c. 36V – tensiunea de încercare în c.a. 242V iar în c.c. 36V, – tipul de protec ie I.P.301, – conductoare de leg tur în c.a. min 1mm2 iar în c.c. min 2,5mm2, – pozi ia de montare vertical .

1.7. LIMITATOARE DE CURS

I MICROÎNTRERUP TOARE.

Din categoria aparatelor pentru automatiz ri unele dintre cele mai des utilizate sunt limitatoarele de curs i microîntrerup toarele. Limitatoarele de cursa se folosesc pentru reglarea lungimii cursei organelor mobile ale 21

ma inilor-unelte sau ale altor utilaje similare. Ele se monteaz fie în circuitul principal, fie în cel de comand . Dup forma constructiv a elementului palpator limitatoarele de curs pot fi: cu tij , cu rol , cu bil , cu pârghie sau rotative. Constructiv. ele pot fi de tipul cu contact mobil având un contact (NI sau ND) sau dou contacte (NI i ND), ori cu microîntrerup tor încorporat, în construc ie capsulat sau deschis . De obicei contactele sunt în aer, dar se construiesc i limitatoare de curs pentru puteri mari în ulei. Pentru varianta în aer curentul nominal este de circa 6 A (la 500 V), iar în al doilea caz poate ajunge pân 1a 60 A.

Figura 1.8. Variante constructive ale limitatoarelor de curs . Dac viteza de deplasare a contacte1or mobile depinde de viteza de deplasare a organului mobil care ac ioneaz asupra palpatorului atunci limitatorul este simplu. Dac viteza de deplasare a organu1ui care ac ioneaz asupra palpatorului nu inf1uen eaz viteza de comutare a contactelor, limitatorul este cu ac iune instantanee, adic el intr în ac iune instantaneu în momentul în care for a exercitat asupra lui atinge o anumit valoare. Toate limitatoarele care au încorporate microîntrerup toare sunt cu ac iune instantanee.

Figura 1.9. Limitator de curs cu ac ionare instantanee. Pentru limitatorul de curs din figura 1.9. ac ionarea elementului mobil al limitatorului de curs se face direct de c tre organul mobil sau de c tre o cam fixat pe organu1 mobil a c rui pozi ie se poate regla. Unghiu1 α este 22

de circa 60 ... 65°. Limitatorul este prev zut eu dou perechi de contacte, 1 NI i 1 ND care pot conecta curen i de maximum 6A la o tensiune de 500V. Microîntrerup toarele sunt aparate neautomate foarte des utilizate în schemele de automatizare datorit gabaritului redus (adesea sub 20⋅15⋅6 mm), vitezei mari de r spuns la comanda primit , num rul mare de manevr ri sub sarcin (5 ... 10 milioane), cursei mici a elementului mobil (0,2 ... 1,5 mm), for ei mici de ac ionare (0,5 ... 3,7 N) etc. Microîntrerup toarele suport curen i nominali de 2 ... 8 A i tensiuni de 125, 220, 380 V c.a. sau 48, 110 Vc.c.. Din punct de vedere constructiv un microîntrerup tor se prezint sub forma unei carcase prismatice din material electroizolant în interiorul c reia se g sesc contactele fixe i contactul mobil dublu care se afl pe un cadru elastic. Trecerea brusc dintr-o pozi ie în alta a contactului mobil se face cu ajutorul unui resort.

Figura 1.10. Variante constructive de microîntrerup toare.. Ac ionarea asupra lamelei elastice se face fie direct, fie prin intermediul unei tije, bra e, etc. Microîntrerup toarele se realizeaz i în construc ie capsulat , în carcase din silumin sau zamac.

1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND

I L MPI

Butoanele de comand sunt aparate neautomate cu o singur pozi ie de repaus, care se utilizeaz în circuitele de comand ale ac ion rilor electrice. Ele sunt prev zute cu unul sau mai multe grupuri de contacte normal închise (de oprire) i normal deschise (de pornire). Butoanele de comand se folosesc în instala iile de comand i atomatizare fiind destinate comenzii de la distan în special a contactoarelor i releelor intermediare. Ele pot avea dou butoane care închid sau deschid 23

contactele normal deschise NI, respectiv normal închise ND sau un singur buton. Butoanele care au atât contacte NI cât i ND, pot fii astfel folosite ca butoane de pornire sau/ i ca butoane de oprire. Butoanele de comand pot fi cu revenire sau cu re inere. Butoanele cu re inere r mân în pozi ia comandat i dup încetarea comenzii. Exist o varietate foarte mare de butoane. Dintre acestea cele mai utilizate sunt: – buton de comand cu re inere – buton cu pip – buton ciuperc – buton ciuperc cu re inere – buton cu lamp etc. Butoanele de comand pot avea contactele neprotejate (vizibile) sau închise într-un corp de forma paralelipipedic . Ultima variant este cea mai des întâlnit . Se construiesc butoane pentru curen i de pân la 6 A i tensiuni pân la 500 V c.a. Butoanele pot avea una din urm toarele culori: ro u, galben, verde, negru i alb (sau albastru deschis). Acela i standard prevede i func iile corespunz toare fiec rei culori (de exemplu: ro u-oprire sau oprire rapid , verde-pornire etc.). Exist variante constructive speciale care au dou pozi ii de repaus. Starea normal a unui contact este starea în care se afl acel contact în absen a for ei de ac ionare. Butoanele de comand se execut în dou variante constructive: pentru montaj aparent i pentru montaj îngropat.

Figura 1.11. Variante constructive de butoane de comand . 24

Din punct de vedere al ac ion rii se disting urm toarele construc ii: butoane de comand la care ac ionarea se face prin ap sarea unui buton îngropat; butoane tip ciuperc (cu sau f r re inere) la care ac ionarea se face cu ajutorul unui buton aparent; butoane cu re inere la care ac ionarea se face prin ap sarea unei chei, iar re inerea prin rotirea cheii cu 90°; butoane cu pip la care ac ionarea se face prin ap sarea unei manete (de forma unui pipe), iar re inerea prin rotirea pipei cu 90°. Exist numeroase alte tipuri de butoane de comand unele prev zute cu o lamp de 24 V care lumineaz prin corpul transparent al butonului. Exist situa ii în care func ionarea unei ma ini-unelte sau a unui agregat într-un anumit regim este periculoas sau nu este permis s fie modificat . În aceste cazuri sunt folosite cheile de comand .

Figura 1.12. Chei de comand . Construc ie i schema electric . În figura 1.12. este prezentat o astfel de cheie cu trei pozi ii i diagrama de închidere a contactelor. Cheia pozate fi folosit pân la 2 A (la 400 V c.a.). Cheia de comand are opt perechi de contacte (exist variante constructive i cu patru perechi) montate în socluri de bachelit , i un mecanism de ac ionare a contactelor mobile. lntroducând cheia (tip yalle) în broasca mecanismului i rotind-o spre stânga sau spre dreapta cu 600 se închide o pereche sau alta de contacte. Contactele r mân blocate în pozi ia ac ionat i dup scoaterea cheii. Revenirea la pozi ia ini ial se poate face numai prin introducerea cheii în broasc i rotirea ei. L mpile de semnalizare se monteaz pe panouri i pupitre de comand i se utilizeaz pentru semnalizarea luminoas a pozi iei de func ionare a aparatelor de comand , pentru a indica regimurile normale sau anormale (de avarie) din instala ia supravegheat . L mpile pot fi alimentate la tensiunea re elei (110 - 230 V) sau la tensiune redus (24 V, fiind prev zute ce 25

rezisten e sau transformatoare de adaptare a tensiunii).

Figura 1.13. L mpi de semnalizare Codul culorilor la l mpile de semnalizare este acela i ca la butoanele de comand i se pot monta pe panouri metalice sau electroizolante ĂŽn func ie de inelul de gard .

Figura 1.14. L mpi de semnalizare

1.9. PRIZE, FI E, CUPLE I CONECTOARE. Prizele i fi ele se utilizeaz pentru conectarea la re elele de joas tensiune a anumitor consumatori mobili. Prizele i fi ele bipolare au contact de protec ie, atunci când sunt destinate racord rii unor aparate care necesit legarea la instala ia de protec ie în scopul evit rii pericolului de electrocutare. Aparatele care sunt prev zute cu contact de protec ie au o born în plus, care se leag la conductorul de nul de protec ie al instala iei sau direct la instala ia de legare la p mânt. Piciorul de contact destinat racord rii utilajului la conductorul de protec ie este mai lung sau astfel dispus încât, la introducerea fi ei în priz , contactul de protec ie s se stabileasc înaintea contactelor de lucru. Construc ia prizelor i fi elor corespunz toare este asimetric , astfel încât introducerea fi ei s se poat face într-o singur pozi ie.

Figura 1.15. Prize bipolare montate aparent pe tencuial . Acest tip de priz se utilizeaz în instala iile electrice interioare în execu ie aparent . Capacul aparatului este prev zut cu loca uri ce se pot decupa pentru introducerea conductoarelor, a tuburilor I.P. sau a altor tuburi similare (IPY, PEL, etc.).

Figura 1.16. Priz bipolare sub tencuial . 27

Cuplele sunt prize mobile care au o construc ie asem n toare cu cea a prizelor fixe, f r a avea ĂŽns elementele de fixare ci o carcas ĂŽnchis . Dintre numeroasele variante constructive de prize, fi e i cuple ĂŽn figurile urm toarele sunt prezentate cele mai des utilizate.

Figura 1.17. Prize R/TV i R/TV Satelit

Figura 1.18. Fi e bipolare Se utilizeaz pentru racordarea receptoarelor mobile la prize cu contact de protec ie; se poate conecta de asemenea i la prizele normale de 10 A (f r contact de protec ie).

Figura 1.19. Variante constructive de prize i fi e tripolare. Prizele, fi ele i cuplele industriale nu sunt prev zute cu dispozitive de stingere a arcului electric i de aceea la curen i nominali de intensitate mare trebuie evitat cu orice pre deschiderea sub sarcin . Din aceast cauz prizele fi ele i cuplele sunt prev zute cu dispozitive de blocare mecanic menite s evite deschiderea accidental sub sarcin sau s avertizeze utilizatorul asupra pericolului la care se expune la deschiderea sub sarcin .

Figura 1.20. Prize i fi e industriale Pe lâng construc iile normale, exist i construc ii protejate în carcase de bachelit i carcase metalice. Prizele bipolare protejate în carcas din bachelit , destinate înc perilor cu umiditate sporit sau instala iilor electrice exterioare realizate aparent i protejate împotriva p trunderii corpurilor str ine. Intrarea conductelor electrice în manta de cauciuc sau de plumb sau în tuburi etan e se face prin presetupe. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil ac ionat de un resort. Prizele bipolare protejate în carcas metalic se utilizeaz în instala iile industriale interioare i exterioare realizate aparent. Carcasa metalic se leag la p mânt. Conductele se 29

protejeaz ĂŽn tuburi IPE. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil ac ionat de un resort. Conectoarele se folosesc la realizarea leg turilor electrice ĂŽntre aparatele electrice din panourile de distribu ie. Exist variante constructive ĂŽn func ie de sec iunea conductoarelor.

Figura 1.21 Conector de leg tur pentru conductoare de 2,5 sau 4 mm.

Figura 1.22 Conector de leg tur pentru conductoare de 1,5 mm. 30

1.10. REOSTATE INDUSTRIALE Reostatele de pornire sunt utilizate pentru a mic ora curentul absorbit la pornire de motoarele electrice. Din punct de vedere al înc lzirii, reostatele de pornire se pot dimensiona pentru o durat scurt de func ionare, caz în care nu pot fi folosite i pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele de pornire, construite pentru regim de scurt durat , pân la 30 s, i reostatele de pornire i reglare, construite pentru regim de lung durat , sunt comandate prin controlere. Exist variante constructive de reostate de pornire în c.c. (pentru 110 Vcc; 1,7 ... 12,5 kW) i de curent alternativ (pentru 500 Vca; 17 ... 200 kW). Exist i variante constructive de reostate de pornire i reglare de curent continuu (pentru 110 Vcc; 2 ... 4 kW) i de curent alternativ (pentru 500 V), construite special pentru anumite tipuri de motoare. Constructiv se deosebesc reostate plane i reostate cu controler. Un reostat plan sau cu ploturi se compune din elemente rezistoare (ca în figura 1.23. a) Borna L se leag la re ea, borna M se leag la inductorul motorului direct sau prin intermediul reostatului pentru modificarea curentului de excita ie, iar borna R se leag la indusul motorului. Reostatul este astfel construit încât circuitul de excita ie s nu se poat întrerupe. În figura 1.23. b) este prezentat schema unui reostat plan pentru pornirea unui motor asincron trifazat cu rotor bobinat. Acesta este format dintr-un rezistor trifazat la care varia ia simultan a rezisten elor pe faz se ob ine prin rotirea manetei. iar în pozi ia (a, b, c) rezisten a are valoarea minim , iar în pozi ia (x. y, z) rezisten a are valoare maxim .

a) b) Figura 1.23. Reostatul plan cu 3 borne. a)pentru pornirea unui motor de c.c., b)pentru pornirea unui motor asincron cu rotor bobinat. 31

Figura 1.24. Reostate de excita ie pentru generatoare de c.c. a) pentru excita ie deriva ie; b) pentru excita ie separat . 1- rezistoare, 2-placa suport; 3, 4, 5-borne; 6-contact glisant; 7-manet ; 8-ax; i 9-perie. Reostatele de pornire pot fi comandate i prin controlere. Reostatele cu controler se folosesc la un num r mai mare de 20 porniri pe or . Reostatele de reglare sunt reostate pentru reglarea tensiunii generatoarelor i reostate pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele pentru reglarea tensiunii generatoarelor servesc la modificarea curentului de excita ie a generatoarelor. Se construiesc ca reostate plane i au dimensiuni relativ mici, fiind parcurse de curentul de excita ie care are intensitate mic . Periile sunt mai late decât distan a dintre dou ploturi succesive astfel încât circuitul de excita ie s nu fie niciodat întrerupt. Reostatele pentru reglarea vitezei motoarelor se utilizeaz la motoarele de curent continuu i alternativ. La motoarele de curent continuu cu excita ie deriva ie, reglarea vitezei se face prin modificarea excita iei i deci reostatul este asem n tor cu un reostat pentru reglarea tensiunii generatoarelor. De obicei, se construiesc aparate complexe, care con in atât reostatul de reglare a tura iei cât i reostatul de pornire. La motoarele de curent continuu cu excita ie serie i la motoarele asincrone, reostatele de reglare sunt calculate pentru a func iona în regim de lung durat , i se pot folosi i ca reostate de pornire. Pentru asigurarea comuta iilor se utilizeaz controlere. Introducerea unor rezisten e de reglare în circuitul rotoric al motorului asincron este înso it de pierderi de energie i din aceast cauz se limiteaz la durate scurte de timp, în condi ii speciale, ca de exemplu la ac ionarea electric a mecanismelor de ridicat i transportat (macarale i poduri rulante) unde este nevoie de o varia ie lin a vitezei de ridicare a sarcinii. 32

1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A MOTOARELOR Aparatele pentru comanda manual a motoarelor electrice sunt aparate cu contactele în aer sau ulei care servesc la comanda manual a pornirii, schimb rii sensului de rota ie, modificarea vitezei de rota ie i pentru reglarea excita iei generatoarelor. Cele mai utilizate aparate electrice neautomate folosite în acest scop sunt: comutatoarele stea-triunghi, inversoarele de sens, autotransformatoarele, reostatele de pornire i reglare, controlerele i electromagne ii de frânare. Comutatoarele stea-triunghi se utilizeaz pentru reducerea curentului de pornire al motoarelor asincrone mari cu rotorul în scurtcircuit, care au tensiunea nominal a înf ur rii statorice conectate în triunghi, egal cu tensiunea de linie a re elei. Comutatoarele stea-triunghi manuale au trei pozi ii de func ionare: zero, stea i triunghi, manevra fiind imposibil din pozi ia zero în pozi ia triunghi. În pozi ia stea, curentul absorbit de la re ea este de trei ori mai mic decât cel din pozi ia triunghi. Din punct de vedere al variantei constructive exist mai multe variante de comutatoare stea-triunghi manuale: de 32 A în aer (utilizate pentru motoare cu puteri pân la 7,5 kW la 230V i pân la 10 kW la 380 V sau 500 V), de 63 A în aer (utilizate pentru motoare cu puteri pân la 10 kW la 230V i pân la 17 kW la 380 V sau 500 V), în ulei pentru curen i nominali de 100 A i 200 A, la tensiunea nominal de 500 V (utilizate pentru motoare de 50 kW i respectiv 100 kW, la 500 V).

Figura 1.25. Varia ia curentului i momentului la pornirea stea-triunghi. 33

Comutatoarele stea-triunghi se realizeaz cu comutatoare tip tambur, sau cu came cu controlere sau comutatoare pachet.

Figura 1.26. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu came.

Figura 1.27. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu tambur. 34

Inversoarele de sens se utilizeaz pentru a comanda inversarea sensului de rota ie al motoarelor asincrone trifazate prin inversarea a dou faze sau prin inversarea curentului rotoric sau de excita ie la motoarele de c.c. Inversoarele de sens cu comanda manual direct pot fi realizate în urm toarele variante constructive: cu came, pachet sau cu tambur. Ele au trei pozi ii: stânga, zero i dreapta i permit inversarea sensului de rota ie al unui motor aflat în mi care, având o capacitate de conectare i deconectare de 6IN. Se construiesc pentru curen i nominali de 32 A i se utilizeaz pentru motoare cu o putere pân la 7 kW la 230 V, pân la 10 kW la 400 V i pân la 14 kW la 500 V. Conform figurii 1.28 pe tambur patineaz periile fixe 1 ... 6 legate la re ea i respectiv la înf ur rile motorului. Când periile se afl în pozi ia 0 motorul nu este alimentat. Prin rotirea tamburului în pozi ia I, se realizeaz unul din sensurile de rota ie. Pentru inversarea sensului de rota ie al motorului se aduce maneta de ac ionare în pozi ia 0 i apoi în pozi ia II.

Figura 1.28. Schema electric a unui inversor de sens de tip tambur. Electromagne ii de frânare servesc la decuplarea automat a frânei la pornirea unui motor electric i la cuplarea ei automat la oprirea motorului. Ace ti electromagne i de frânare se folosesc la macarale i ascensoare, în special pentru frânarea automat a mecanismului de ridicare a sarcinii la deconectarea motorului sau la dispari ia tensiunii de alimentare. Electromagne ii de frânare se construiesc în variante monofazate sau trifazate. Cei trifaza i se pot conecta în stea sau triunghi i se leag în paralel 35

cu ĂŽnf urarea statorului motorului electric de antrenare.

Pentru a verifica modul de însu ire a cuno tin elor prezentate în acest capitol r spunde i pe scurt la urm toarele întreb ri: 1. Defini i un aparat electric neautomat. 2. Cum sunt ac ionate aparatele electrice neautomate? 3. Ce aparate electrice neautomate se folosesc la ac ion ri cu frecven mare? 4. Ce curen i comut aparatele electrice neautomate? 5. Ce tipuri de întrerup toare neautomate cunoa te i? 6. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent alternativ? 7. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent continuu? 8. Cum se clasific aparatele electrice neautomate dup domeniul de utilizare? 9. Cu ce dispozitive de protec ie sunt dotate aparatele electrice neautomate? 10. Defini i curentul de serviciu al unui aparat electric. 11. Ce este frecven a de conectare a unui aparat electric? 12. În câte clase se împart aparatele electrice neautomate dup frecven a de conectare? 13. Defini i capacitatea de rupere a unui aparat electric. 14. Defini i capacitatea de închidere a unui aparat electric. 15. Explica i codul I.P.45. 16. Explica i codul I.P.334. 17. Defini i un separator electric. 18. La ce se folosesc întrerup toarele i comutatoarele cu pârghii? 19. Cum se mai numesc întrerup toarele cu pârghii? 20. Unde se folosesc întrerup toarele i comutatoarele pachet? 21. Ce rol are mecanismul de sacadare al unui întrerup tor pachet? 22. Ce avantaje prezint întrerup toarele pachet? 23. Ce func ii pot îndeplini comutatoarele pachet? 24. Ce tipuri de întrerup toare basculante cunoa te i? 25. La ce se folosesc limitatoarele de curs ? 26. Ce tipuri constructive de limitatoare de curs cunoa te i? 27. Ce este un limitator de curs cu ac iune instantanee? 28. La ce se folosesc microîntrerup toarele? 29. Ce tipuri de butoane de comand cunoa te i? 30. Ce este un contact NI? 31. Ce este un contact ND? 32. Ce culoare are un buton de pornire? 33. Ce culoare are un buton de oprire? 34. Unde se folosesc butoanele tip ciuperc ?

35. Când se folosesc cheile de comand ? 36. Ce semnalizeaz o lamp aprins de culoare ro ie? 37. Ce tipuri de prize i fi e cunoa te i? 38. Ce tipuri de reostate cunoa te i? 39. Ce aparate se folosesc la comanda manual a motoarelor? 40. Cu ce aparate electrice neautomate pute i realiza un comutator Y–∆? 41. Cu ce aparate electrice neautomate pute i realiza un inversor de sens? 42. Cum se realizeaz inversarea sensului de rota ie a unui motor asincron? 43. Cum se poate realiza inversarea sensului de rota ie a unui motor de c.c.? 44. De ce folosim pornirea Y–∆ a unui motor? 45. La ce motoare se poate folosi pornirea Y–∆? 46. De câte ori scade curentul de pornire la pornirea Y–∆? 47. De câte ori scade momentul de pornire la pornirea Y–∆? 48. Cum se clasific reostatele în func ie de durata relativ de func ionare? 49. Ce rol au electromagne ii de frânare? 50. Ce rol au irurile de cleme?

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTA IE DE JOAS TENSIUNE Aparatele electrice de comuta ie servesc la închiderea i deschiderea circuitelor electrice, realizând sau suprimând leg turile electrice dintre bornele aparatelor, ma inilor sau echipamentelor electrice. Aparatele de conectare se consider automate când cel pu in una dintre ac ion ri poate avea loc automat. De obicei deschiderea este automat (eventual comandat de c tre protec ii) iar închiderea este fie automat fie comandat manual. Din categoria echipamentelor automate de conectare la joas tensiune fac parte: contactoarele electromagnetice sau statice, întrerup toarele automate i releele intermediare. 2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE Contactorul electromagnetic este definit ca un aparat de comuta ie electromecanic , ac ionat altfel decât manual (de un electromagnet la joas tensiune), cu o singur pozi ie de repaus, capabil s stabileasc , s suporte i s întrerup curen i nominali i curen i mai mari decât cei nominali, dar care apar în mod normal (nu curen i de scurtcircuit). Este destinat efectu rii unui mare num r de comuta ii în sarcin (105 – 106) i unui num r i mai mare de comuta ii f r sarcin (107). Contactoarele sunt aparate de comuta ie care pot realiza opera iile de închidere, deschidere i comutare a unor circuite ca urmare a unei comenzi date de un releu, de un traductor sau de operatorul uman, la anumi i parametri electrici prestabili i. Ele pot fi ac ionate de un operator, prin utilizarea unui buton de comand montat în apropierea aparatului sau de la distan . Contactoarele se caracterizeaz prin faptul c ele conecteaz un circuit sub ac iunea comenzii i men in închis circuitul atâta vreme cât dureaz aceast comand (adic au contactele principale normal deschise – ND). Astfel de aparate au func ia de ruptor. Mai pu in utilizate sunt contactoarele cu func ie de conjunctor (care au contactele de for normal închise –NI). Contactoarele trebuie s poat suporta trecerea prin ele, un timp scurt, a curentului de scurtcircuit i s deconecteze supracuren ii de ordinul 4-6 ori curentul nominal. Contactoarele i ruptoarele au capacitatea de rupere redus îns au rezisten a mecanic foarte bun , asigurând un num r mare de manevre 39

cu frecven de comutare ridicat . Aceste aparate pot fi de curent continuu, curent alternativ sau mixte. La aparatele în regim mixt, contactele principale func ioneaz în curent continuu, iar bobina de excita ie în curent alternativ sau invers. 2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice Exist mai multe criterii de clasificare a contactoarelor electromagnetice. Dintre acestea cele mai importante sunt: A. Dup felul curentului comutat (din circuitul c ilor principale de curent): -- contactoare de curent alternativ, monofazate sau trifazate. - contactoare de curent continuu. ie):

B. Dup felul curentului din circuitul de comand (curent de excita- comandate în curent continuu; - comandate în curent alternativ monofazat sau trifazat. C. Dup num rul polilor: - monopolare; - multipolare. D. Dup sistemul de ac ionare: - electromagnetice; - electropneumatice.

aer);

E. Dup cinematica mi c rii contactelor: -cu mi care de transla ie pe orizontal (cazul contactoarelor de c.a. în

-cu mi care de rota ie (cazul contactoarelor de c.c.); -cu mi care combinat , de rota ie i transla ie (cazul contactoarelor de c.a. de curen i mari); -cu mi care de transla ie pe vertical (cazul contactoarelor în ulei). F. Dup tipul sarcinii (conform recomand rii CEI 158/1 i STAS 4479/74): Contactoarele de curent alternativ se clasific în 4 grupe: • AC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive • AC2 – pentru pornirea motoarelor cu inele de contact i la frânarea prin contracurent; • AC3 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit i la oprirea acestora în plin mers; • AC4 – pentru pornirea motoarelor în scurtcircuit la mersul cu locuri i 40

la inversarea sensului de rota ie al motoarelor. Contactoarele de curent continuu se clasific în 5 grupe: • DC1 – pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive; • DC2 – pentru pornirea motoarelor cu deriva ie sau pentru pornirea acestora în plin mers; • DC3 – pentru pornirea motoarelor deriva ie la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rota ie al motoarelor; • DC4 – pentru pornirea motoarelor serie i oprirea acestora în plin mers; • DC5 – pentru pornirea motoarelor serie la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rota ie în plin mers al motoarelor. G. Din punctul de vedere al rezisten ei mecanice la uzur a contactelor, contactoarele se clasific în func ie de durata de serviciu în gol (f r sarcin ), exprimat prin num rul de ac ion ri minime, astfel: Tabel 2.1. Num rul minim de ac ion ri. Clasa I II II IV

Num rul de ac ion ri minime 250.000 1.000.000 5.000.000 10.000.000

Din punct de vedere constructiv, contactorul electromagnetic este alc tuit din urm toarele elemente: organul motor (electromagnetul), resortul antagonist, polii principali, c ile de curent, camerele de stingere, contacte auxiliare (contacte normal închise i deschise, necesare automen inerii, semnaliz rii i interblocajului) i carcasa aparatului, ca suport material pentru elementele active. 2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ. Aceste contactoare sunt destinate conect rii motoarelor care lucreaz în regim intermitent (conect ri repetate de scurt durat ), pentru conectarea reostatelor de pornire i pentru diverse comuta ii în re ele de for i iluminat de curent alternativ. Au bobina de ac ionare alimentat în majoritatea cazurilor în curent alternativ i circuitul magnetic se execut din tole de 0,35 ... 1 mm grosime, pentru limitarea curen ilor turbionari. Pentru amortizarea vibra iilor arm turii datorit pulsa iei for ei de atrac ie polii miezului sunt par ial ecrana i cu spire în scurtcircuit. 41

La contactoarele ac ionate cu electromagne i în curent alternativ, inductivitatea bobinei variind invers propor ional cu întrefierul, curentul absorbit de bobin în momentul anclan rii (când inductivitatea are valoarea cea mai redus ) poate lua valorii de cca. 10- 15 ori mai mari decât în cazul când arm tura este complet atras la cap t de surs . Acest oc de curent se mic oreaz treptat, pe m sur ce arm tura se deplaseaz i atinge valoarea sa minim când întrefierul δ=0. Raportul dintre ocul de curent i valoarea minim (de regim permanent) depinde de întrefierul ini ial i de forma circuitului magnetic. Contactoarele cu ocuri mari de curent în momentul anclan rii nu pot fi utilizate la frecven e mari de conectare, de aceea bobinele de ac ionare se recomand a fi alimentate în curent continuu. Contactoarele de curent alternativ este construiesc în dou variante, i anume: cu simpl mi care de transla ie i cu dubl mi care de transla ie. Contactorul cu mi care simpl de transla ie este reprezentat schematic în figura 2.1.

Figura 2.1 Elementele constructive ale contactorului cu mi care de transla ie Conform figurii 2.1. organul motor este un electromagnet monofazat cu spir în scurtcircuit (reperele 1, 2, 3). Resorturile antagoniste 4 asigur starea de repaus. Pe calea de curent 5 sunt plasate elementul fix de contact i una din borne. Calea de curent are dou locuri de rupere, în zone plasate între pl cile feromagnetice 6. Piesele mobile de contact sunt lipite de puntea 7. Resortul 8, asigur fo a de ap sare pe contacte i este plasat în caseta 9. Camera de stingere are ca principiu efectul de electrod i ni . Prin 42

efectul de ni , arcul dintre piesele de contact este introdus în camera de stingere i apoi este divizat într-un num r de segmente egal cu num rul de intervale dintre pl cile feromagnetice sub forma literei V. În acest mod apare efectul de electrod, adic de divizare a tensiunii dintre anod i catod.

Figura 2.2. Diagrama for ei rezistente în func ie de întrefier la contactorul cu mi care simpl de transla ie. Pentru determinarea num rului de segmen i ai camerei de stingere pornim de la expresia c derii de tensiune pe arcul electric. Pentru un arc electric scurt, tensiunea de ardere este: Ua = n·αi

(2.1)

unde n este num rul de intervale, αi ≈25V – tensiunea pe interval, iar Ua este tensiunea arcului electric. Ca urmare trebuie îndeplinit condi ia: Us < n·αi

(2.2)

unde Us este tensiunea sursei. Procesul de stingere este în realitate u urat de faptul c în curent alternativ curentul trece prin valoarea 0 i, pe de alt parte, îngreunat de apari ia tensiunii de restabilire care are o amplitudine mai mare decât tensiunea sursei. Pentru a se aprecia valoarea tensiunii de restabilire este necesar s se cunoasc momentul trecerii prin 0 a curentului deoarece în acest moment apare tensiunea de restabilire. Pentru ca întreruperea s fie reu it este necesar ca tensiunea de refacere a rigidit ii electrice Ud sa fie mai mare decât tensiunea de restabilire Ur, adic : Ud > U r (2.3) 43

Num rul de intervale dintre pl cile feromagnetice se calculeaz cu rela ia: ni = 0,866·kn·ks·Un/Udi

(2.4)

în care s-a notat: kn – factorul de neuniformitate a repartiz rii tensiunii de restabilire, ` kn≈1,1; ks – coeficient de siguran , ks≈1,1; Udi – tensiunea pe interval în func ie de curentul limit întrerupt; Un – tensiunea nominal a re elei (între faze). Contactorul cu mi care dubl de transla ie. Pentru intensit i mari ale curentului nominal (100... 400A), masele în deplasare fiind mai mari, energia cinetic corespunz toare este important . În aceste cazuri este necesar mic orarea vitezei de închidere a contactelor, iar cinematica aparatului comport o mi care de transla ie dubl : a contactelor i a electromagnetului. Schema cinematic este prezentat în figura 2.2. Conform figurii 2.3. un pol al aparatului este reprezentat prin conductoarele 1, 2 pe care sunt plasate contactele fixe i bornele aparatului A, B. Pe puntea conductoare 3 sunt plasate contactele mobile. în caseta 4 se afl resortul precomprimat 5. Electromagnetul de ac ionare este figurat prin arm tura mobil 7, bobina 8 i arm tura fix 9. Transmiterea mi c rii de la arm tura mobil 7 la puntea 3 cu contactele mobile se realizeaz cu sistemul de pârghii 10, 11, 12. Resortul precomprimat 6 asigur for a necesar men inerii contactorului deschis.

Figura 2.3. Cinematica contactorului cu mi care dubl de transla ie 44

Figura 2.4. Diagrama for ei rezistente în func ie de întrefier la contactorul cu mi care dubl de transla ie. Dup cum se observ în figura 2.5. calea de curent este contorsionat în zona contactelor, în vederea form rii unei bucle la dispari ia arcului electric i deci în vederea împingerii acestuia din urm în camera de stingere.

Figura 2.5. Calea de curent i camera de stingere cu efect de electrod i ni Aceast camer de stingere este format din pl ci feromagnetice cu ni e simple sau cu ni e multiple. În execu ie normal , contactorul nu este aparat de protec ie. Dac îns în serie cu polii principali se conecteaz un bloc de relee termice, contactorul îndepline te i func ia de protec ie împotriva suprasarcinii. 45

Contactoarele de curent alternativ au vitez de ac ionare mult mai mare decât la cele de curent continuu, deoarece la începutul mi c rii curentul i fluxul cresc foarte rapid. În ipoteza unei varia ii sinusoidale a fluxului acesta produce for a maxim dup T/4 adic dup un timp de 0,005 s (la 50 de Hz) de la conectarea bobinei. Durata conect rii depinde mai ales de masa echipajului mobil, rezultând o temporizare proprie la închidere între 0,05 – 0,1 s i la deschidere între 0,02-0,1 s. În conformitate cu recomandarea CEI 158/1 fiec rei categorii de utilizare a contactoarelor de c.a. îi corespund condi ii tehnice prin care se stabile te sarcina comutat (tabelul 2.2.). Standardele mai prev d i clasa de uzur prin care se precizeaz durata relativ de conectare i num rul de conect ri pe or . Semnifica ia, m rimilor din tabel: • I – curent stabilit m surat ca valoare efectiv ; • Ic – curent stabilit i întrerupt m surat ca valoare efectiv ; • Ie – curent de folosire; • U – tensiune aplicat ; • Ur – tensiune de restabilire la frecven a industrial ; • Ue – tensiunea de folosire la frecven industrial . Tabelul 2.2. Condi iile tehnice ale contactoarelor de c.a. Categoria AC1 AC2 AC3* AC4* AC5a AC5b AC6a AC6b AC7a AC7b AC8a AC8b

Ur/Ue 1,5 4,0* 8,0 10,0 3,0 1,5* * * 1,5 8,0 6,0 6,0

1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 * * 1,05 1,05 1,05 1,05

Condi ii de închidere i deschidere Cos ϕ Durata trecerii Durata de Num rul de ciclucurentului [s] pauz [s] ri de manevr 0,8 0,05 * 50 0,65* 0,05 * 50 * 0,05 * 50 * 0,05 * 50 0,45 0,05 * 50 * 0,05 60 50 * * * * * * * * 0,8 0,05 * 50 * 0,05 * 50 * 0,05 * 50 * 0,05 * 50

2.1.3. Contactoare de curent continuu Contactoarele de curent continuu au circuitul magnetic de tip clapet , cu arm tura mobil de tip clapet i cu arm tura mobil sprijinit pe o prism pentru asigurarea unei rezisten e la uzur mai mare. Uneori aceste contactoare sunt prev zute cu rezisten e economizoare, legate în serie cu bobina de ac ionare. În pozi ia deschis aceste rezisten e sunt scurtcircuitate de un contact auxiliar (normal închis – NI) i curentul care parcurge bobina de ac ionare are o valoare mare, fiind limitat numai de rezisten a bobinei. În pozi ia închis a contactorului, se deschide contactul auxiliar i curentul se mic oreaz , deoarece în acest caz el este limitat de rezisten a bobinei i de rezisten a economizatoare, legate în serie pe surs . Circuitele magnetice ale contactoarelor de curent continuu au întrefier de lucru la pozi ia închis foarte mic, pentru mic orarea solena iei necesare ob inerii for ei portante dorite. Întrefierul este de cca 4-10 mm. Contactorul de curent continuu este folosit în trac iunea electric i în instala iile de ac ion ri electrice. Din punct de vedere constructiv, exist dou variante, în func ie de principiul de stingere a arcului electric i anume: A. Contactorul cu mi care de transla ie cu întrerupere dubl , la care se folose te efectul de electrod pentru stingerea arcului electric. Acesta este introdus în camera de stingere prin efectul de bucl al c ii de curent i efectul de ni B. Contactorul cu mi care de rota ie, întrerupere simpl , la care se folose te principiul contactului arcului electric cu pere i reci în vederea r cirii i stingerii lui (efectul deion). Arcul electric este introdus în camera de stingere cu ajutorul suflajului magnetic. Contactorul cu mi care de transla ie folose te ruperea arcului electric în dou locuri iar camera de stingere este identic cu aceea a contactorului de curent alternativ. Principiul de stingere a arcului electric este cel al efectului de ni asociat cu efectul de electrod. Contactorul cu mi care de rota ie este prezentat în figura 2.6. Acest tip de contactor se realizeaz în trei variante de camere de stingere i anume: -cu pere i reci de azbociment; -cu pere i reci din azbociment sau material ceramic, cu fant îngust ; -cu pere i reci din ceramic cu fant îngust icanat . Dup separarea pieselor de contact 1, 2, se formeaz arcul electric ce se dezvolt într-o zon în care este dirijat fluxul magnetic al bobinei de suflaj 4 cu ajutorul t lpilor polare 5. Fluxul magnetic dezvoltat de bobina de suflaj 47

este dirijat transversal pe direc ia arcului electric.

Figura 2.6. Contactorul cu un loc de rupere i mi care de rota ie, de c.c. 1-element fix de contact; 2-element mobil de contact; 3-miezul magnetic al bobinei de suflaj; 4-înf urarea bobinei de suflaj; 5-pol magnetic; 6- resort pentru asigurarea Sub ac iunea for ei Lorentz: F=JxB arcul electric este dirijat în camera de stingere alungit apreciabil între rampele 8 i 10, pus în contact cu pere ii reci i apoi stins. În figurile urm toare sunt prezentate câteva variante constructive de contactoare de curent alternativ i curent continuu.

Figura 2.7. Contactor CRF1 – AC3. Contactor cu ac ionare magnetic tri i tetrapolar pentru comanda motoarelor (circuitul de comand este alimentat in c.a. i c.c.). Imax=150A, tensiunea 48V, frecven a 40.. 400Hz. 48

Figura 2.8. Contactor LP4 D (DC, AC3) Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 9-25A (comanda în curent continuu). Contactorul, alimentat în curent continuu nu necesit nici o interfa , consumul redus îl recomand la comanda direct a p r ilor statice. Este ideal pentru coexisten a circuitelor de putere i cele electronice. Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 115800A (comanda în curent alternativ).

Figura 2.9. Contactor LP4 K (DC, AC3) 6-12A Minicontactor tripolar pentru comanda motoarelor (circuit de comand în curent continuu)

Figura 2.10. Contactor pe bar tripolar LC1 B (AC, AC3) 750-1800A pentru comanda motoarelor. 2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice Pentru comanda contactoarelor electromagnetice se folose te de obicei un buton dublu de ac ionare, cu revenire (format din înserierea a dou contacte unul NI i unul ND). Alimentarea bobinei contactorului se face de la o surs de curent alternativ, de la o surs de curent continuu sau de la un redresor. Dac butonul de comand este cu revenire trebuie s se foloseasc un contact auxiliar ND a contactorului pentru memorarea comenzii (contact de automen inere). Acest contact este în paralel cu contactul ND al butonului de pornire. Rezult c pentru comanda cu butoane cu revenire a contactoarelor electromagnetice, Acestea vor fi prev zute cu cel pu in un contact auxiliar (ND). Reprezentarea grafic a schemelor electrice se poate face conform standardelor na ionale prin: - scheme de lucru (complet ), în care aparatele electrice i p r ile lor componente sunt reprezentate a a cum sunt plasate în realitate (conform leg turilor lor fizice), -scheme electrice desf urate (func ionale) în care elementele componente ale aparatelor sunt reprezentate în mod logic, separând circuitele de for i cele de comand i control. Deoarece sunt mai sugestive i mai u or de utilizat se recomand utilizarea în documenta iile tehnice a schemelor 50

electrice desf urate.

Figura 2.11. Schema de lucru (complet ) de alimentare i comand u unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a. În figura 2.11. este prezentat schema de comand a unui contactor trifazat ac ionat de un electromagnet de c.a.. Comanda contactorului se face printr-un buton dublu sau prin dou butoane simple (S1, S2). Prin ap sarea butonului de pornire S2 se alimenteaz bobina contactorului K (0-1) de la faza R i nulul re elei O, ceea ce duce la închiderea contactelor principale K (2-4, 6-8, 10-12), ceea ce duce la alimentarea consumatorului conectat la bornele A, B, C, cu tensiunile fazelor R, S, T. Concomitent se închide contactul auxiliar K (14-16), de automen inere care asigur men inerea sub tensiune a bobinei contactorului dup ce butonul de comand (cu revenire) revine la starea ini ial . Întreruperea aliment rii consumatorului se face de la butonul de oprire S1, care întrerupe alimentarea bobinei contactorului ceea ce conduce la deschiderea contactelor principale. Aceea i schem de comand a contactorului este reprezentat sub forma unei scheme electrice desf urate (func ional ) în figura 2.12. Din aceast reprezentare a schemei electrice, mai clar i mai simpl reiese juste ea afirma iei c reprezentarea desf urat a schemelor electrice este recomandabil .

Figura 2.12. Schema electric desf urat de alimentare i comand a unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a. Pentru cazul contactoarelor de c.c. ac ionate de electromagne i de c.c., alimentarea se face de la o surs de c.c.. În figura 2.13. este prezentat atât schema electric desf urat cât i cea de lucru pentru alimentarea i comanda unui contactor de c.c.. Func ionarea schemei este similar celei precedente. La ac ionarea butonului S2 este alimentat bobina contactorului K (0-1) i se închid contactele principale K (2-4, 6-8) alimentându-se cu de la sursa de tensiune continu consumatorul racordat la bornele A, B. Comanda de pornire este memorat de contactul de automen inere K (10-12). Oprirea se face de la butonul S1 care întrerupe alimentarea bobinei contactorului. La electromagne i de ac ionare de c.c. se poate dimensiona economic bobina electromagnetului deoarece în pozi ia închis a contactorului for a dezvoltat de electromagnet este maxim i mult superioar celei necesare asigur rii presiunii pe contacte. Se poate deci folosi o rezisten economizatoare R, înseriat cu bobina contactorului i scurtcircuitat de contactul auxiliar NI al acestuia K (3-5). La ac ionarea butonului de pornire S2 bobina va fi parcurs de un curent mare, limitat doar de rezisten a bobinei iar dup ac ionarea contactorului contactul K (3-5) deschizându-se rezisten a R este înseriat cu bobina contactorului reducând mult valoarea curentului ce parcurge bobina. Scade astfel solicitarea termic a bobinei i consumul.

Figura 2.13. Schema complet (de lucru) i Schema electric desf urat (func ional ) pentru alimentarea i comanda unui contactor bipolar de c.c. ac ionat de un electromagnet de c.c. Pentru contactoare de c.a. care alimenteaz consumatori cu ocuri mari de curent ĂŽn momentul anclan rii nu se pot face conect ri la frecven e mari i de aceea se recomand ac ionarea cu electromagne i de c.c. alimenta i prin pun i redresoare.

Figura 2.14. Schema complet i Schema electric desf urat pentru alimentarea i comanda unui contactor trifazat ac ionat de un electromagnet de c.c.

În figura 2.14. este prezentat schema de lucru i schema electric desf urat pentru alimentarea i comanda unui contactor trifazat ac ionat de un electromagnet de c.c.. Func ionarea schemei este similar schemei precedente doar c alimentarea bobinei de c.c. a electromagnetului de ac ionare se face prin puntea redresoare V de la tensiunea de faz a re elei trifazate. Rolul rezisten ei economizatoare R este acela i ca la schema precedent . Toate schemele prezentate pot fi completate cu circuite de semnalizare formate din becuri înseriate cu contacte auxiliare NI sau ND ale contactorului i care semnalizeaz pozi ia ac ionat sau neac ionat a contactorului. 2.2. CONTACTOARE STATICE Odat cu dezvoltarea unor componente semiconductoare pentru curen i inten i i la pre uri accesibile, a ap rut posibilitatea introducerii lor în tehnica comuta iei ca înlocuitoare pentru contactoarele electromagnetice. Contactoarele statice folosesc dispozitive semiconductoare de putere cum sunt dioda, tiristorul diacul sau triacul. Structura circuitului energetic al contactoarelor statice de c.c. i c.a. este asem n toare cu a variatoarelor, diferind doar dispozitivul de comand ce are de regul o structur mai simpl în concordan cu regimul de comuta ie. Contactoarele statice pot întrerupe i conecta sarcini la comenzi individuale sau periodice. Deoarece contactoarele statice pot fi privite ca variatoare ce func ioneaz în regim închis-deschis, func ionarea lor poate fi dedus prin analogie cu func ionarea variatoarelor statice. 2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ Pentru analiza fenomenelor ce au loc în cazul comuta iei statice de c.a. consider m un contactor static de c.a. monofazat cu tiristoare ideale, legate în antiparalel alimentat cu o tensiune sinusoidal . Consider m parametrii sarcinii R, L constan i. Pentru ca circuitul consumatorului (R, L) s fie parcurs de curent se comand cele dou tiristoare T1 i T2 fiecare semiperioad , în mod alternativ. La întreruperea comenzilor se va întrerupe i curentul din circuit.

Figura 2.15. Schema de principiu a unui contactor static de c.a. monofazat Dac se ia ca origine momentul trecerii prin „0“ spre valori pozitive a tensiunii de alimentare, ecua ia diferen ial a circuitului din figura 2.15. este: L⋅

di + Ri = 2 ⋅ U ⋅ sin ωt dt

(2.5.)

Solu ia acestei ecua ii este suma dintre termenul corespunz tor regimului permanent i cel corespunz tor regimului tranzitoriu. (2.6.) i = ip + it unde: ip =

2⋅U R + (ωL ) 2

sin (ωt − ϕ)

în care: tgϕ =

(2.7.)

ωL R

(2.8.)

Solu ia pentru it se deduce din ip luând în considerare condi iile ini iale. Astfel, dac comanda tiristorului T1 se face la momentul ωt = α, datorit inductivit ii circuitului în primul moment, curentul total este 0. Rezult : i t = i p (α ) e

−

ωt − α ωT

=−

2⋅U R 2 + (ω ⋅ L )

⋅e

−

ωt − α ωT

⋅ sin (α − ϕ)

(2.9.)

Am notat cu T constanta electric a circuitului: T=

ω⋅ L R

(2.10.)

Solu ia general are deci forma urm toare: 55

2⋅U R 2 + (ω ⋅ L )

sin (ωt − ϕ) − e

−

R ( ωt − α ) ω⋅L

sin (α − ϕ)

(2.11.)

Se observ c în cazul particular α =ϕ, termenul tranzitoriu din solu ia general (2.11.) dispare i deci în circuit se stabile te de la început regimul permanent. În cazul în care α<ϕ, termenul tranzitoriu este pozitiv i deci dup comanda contactorului static primele amplitudini pozitive sunt mai mari decât cele negative, iar în cazul α>ϕ situa ia este invers . Se mai constat c la un circuit puternic inductiv ϕ ≈ π /2 i la α = 0, primul maxim al curentului are valoarea dubl fa de valoarea maxim din regimul permanent ce are loc pentru ωt = π / 2. Schema prezentat în figura 2.15. de i simpl prezint urm toarele dezavantaje: necesit dou dispozitive de comand izolate galvanic între ele iar în cazul apari iei unei supratensiuni dinspre re ea sau datorate sarcinii tiristoarele se pot distruge. Dac la apari ia unei supratensiuni tiristorul care este polarizat direct nu amorseaz cel lalt tiristor se poate str punge.

Figura 2.16. Contactor static de c.a. cu punte redresoare semicomandat Pentru eliminarea acestui defect se poate folosi schema din figura 2.16. în care catozii tiristoarelor sunt lega i direct la o punte redresoare semicomandat i în antiparalel cu fiecare tiristor s-a montat câte o diod care nu permite apari ia unor tensiuni inverse (se asigur astfel protec ia la supratensiuni. Schema din figura 2.16. utilizeaz un singur dispozitiv de comand deoarece tiristoarele au catodul comun. Dac dorim s reducem num rul de tiristoare putem utiliza schema unui contactor static cu un singur tiristor montat în bra ul unei pun i cu diode prezentat în figura 2.17.

Figura 2.17. Contactor static de c.a. cu un singur tiristor. În aceast schem folosim patru diode i facem economie de un tiristor. Tiristorul trebuie îns s conduc în ambele alternan e ale curentului alternativ, de aceea comanda lui trebuie s fie permanent sau sincron la începutul fiec rei semiperioade, ceea ce face ca solicitarea termic a tiristorului T s fie chiar mai mare decât dubl (lipse te pauza de curent pe o semiperioad ) fa de schemele anterioare. Un dezavantaj al schemei este acela c , la func ionarea contactorului cu sarcin rezistiv-inductiv , în momentul ie irii din conduc ie a tiristorului, pe tiristor apare brusc tensiunea sursei ceea ce poate duce la pierderea controlului asupra comenzii tiristorului, acesta r mânând în conduc ie tot timpul. Contactoarele statice de curent alternativ se pot realiza i cu ajutorul unui triac care înlocuie te cele dou tiristoare montate în antiparalel. O astfel de schem este prezentat în figura 2.18.. Triacul îndepline te func ia a dou celor dou tiristoare în antiparalel iar grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de cre tere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilor puternic inductive.

Figura 2.18. Contactor static de c.a. cu triac. Dintre schemele de contactoare statice de c.a. prezentate cea mai mare c dere de tensiune pe tiristor este în cazul schemei din figura 2.17. Structura dispozitivelor de comand ale contactoarelor de c.a. depinde de natura ventilelor semiconductoare folosite (tiristoarele sau triacuri) i de 57

regimul de func ionare. Dac trebuie s comut m o sarcin trifazat vom folosi contactoare statice trifazate. În cazul consumatorilor trifaza i se pot folosi contactoare statice monofazate pentru fiecare faz , sau contactoare statice cu o structur proprie specific contactoarelor statice trifazate. În figura 2.19. am prezentat schema electric a unui contactor trifazat. Schema prezentat în figura 2.19. utilizat în cazul conect rii motoarelor asincrone cu puteri mici (200-1000 W), cu o frecven de conectare mare (2000-10.000 conect ri/h) i durata relativ de ac ionare DA = 25 - 60%.

Figura 2.19. Schema unui contactor trifazat ce utilizeaz triacuri. În aceast schem ventilul semiconductor este triacul. Protec ia împotriva scurtcircuitelor este asigurat de siguran ele fuzibile F1, F2, F3, iar inductivit ile L1, L2, L3 au rolul de reducere a pantei di/dt a curentului de scurtcircuit. Filtrele RC asigur protec ia împotriva supratensiunilor. Ac ionarea contactorului este comandat de un releu reed K trifazat excitat la 24 V c.c., iar semnalizarea închiderii se face prin dioda luminiscent D2. 2.2.2. Contactoare statice de curent continuu Spre deosebire de contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc în mod natural la trecerea prin zero a curentului comutat, contactoarele de c.c. func ioneaz cu comuta ie for at fiind necesare circuite speciale pentru 58

stingerea tiristorului care a condus curentul. În schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe grila, în structura contactoarelor de c.c. este existen a prezen a unei ramuri de comuta ie. La majoritatea contactoarelor de c.c. folosite în industrie, blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse pe tiristorul principal ob inute de la un condensator. În momentul în care se dore te blocarea tiristorului principal, ramura de comuta ie este conectat în paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel încât tensiunea condensatorului s for eze prin tiristorul principal un curent invers care anuleaz curentul ini ial blocând tiristorul. În func ie de modul în care se realizeaz înc rcarea condensatorului din ramura de comuta ie, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de c.c. prezentate schematic în figurile urm toare. În figura 2.20. este prezentat schema unui contactor static de curent continuu, cu circuit de înc rcare R, C. Aplicând un impuls de comand polarizat pozitiv pe poarta tiristorului principal T1, aceasta intr în conduc ie i curentul alimenteaz consumatorul Zs. Tiristorul auxiliar T2 fiind blocat, condensatorul C se încarc prin rezisten a R cu tensiunea sursei i polaritatea pozitiv . Pentru a întrerupe alimentarea sarcinii se comand intrarea în conduc ie a tiristorului auxiliar T2, care descarc condensatorul C peste tiristorul principal T1. Prin anularea curentului prin tiristorul principal T1 (polarizat invers de condensatorul C) acesta se blocheaz , iar condensatorul C se încarc prin impedan a sarcinii Zs i tiristorul T2 la polaritatea invers fa de situa ia anterioar (polaritatea prezentat în parantez ). Tiristorul T2 continu s conduc un curent mic, limitat de rezisten a R de valoare mare. La o nou comand a tiristorului principal T1, acesta intr din nou în conduc ie, condensatorul C este legat în paralel pe tiristorul T2 polarizându-l în sens invers i determinând ie irea lui din conduc ie.

Figura 2.20. Contactor static de c.c. cu circuit de înc rcare R, C. 59

Prin tiristorul T1 se alimenteaz consumatorul Zs i prin rezisten a R condensatorul C se încarc cu polaritatea ini ial , schema revenind la situa ia ini ial . Acest contactor de c.c. se folose te la frecven e de comuta ie reduse datorit timpului necesar înc rc rii condensatorului. Pentru a asigura blocarea tiristoarelor este necesar ca valoarea condensatorului C s fie suficient de mare, astfel ca procesul de înc rcare al condensatorului s aibe o durat suficient de mare, asigurând polarizarea invers a tiristorului care se blocheaz pe un interval de timp mai mare decât timpul de revenire a tiristorului. Din teoria variatoarelor de c.c., (contactorul de c.c. fiind un caz particular al unui variator de c.c.) rezult c pe rezisten a i inductivitatea de sarcin , dup comanda de blocare a tiristorului principal, apare o tensiune tranzitorie ce poate atinge valoarea 2U, motiv pentru care se folose te dioda de mers în gol D pentru amortizarea supratensiunilor ce apar.

Figura 2.21. Contactor static de c.c. cu circuit de înc rcare L, C. Pentru frecven e mari de comuta ie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de înc rcare L, C,. Un exemplu de contactor static de c.c. folosit la frecven e mari de comuta ie este prezentat în figura 2.21.. Func ionarea acestui contactor este condi ionat de aplicarea primului impuls de comand , tiristorului auxiliar T2. În caz contrar func ionarea contactorului nu este posibil , deoarece la comutarea direct a tiristorului principal, condensatorul este desc rcat. Astfel prin comanda lui T2 condensatorul C se încarc la tensiunea sursei i polaritatea din figura 2.21.. Conduc ia este asigurat prin sarcina Zs. La sfâr itul procesului de înc rcare a condensatorului curentul ia valoarea 0, iar conduc ia prin tiristorul T2 înceteaz . Condensatorul C fiind înc rcat la tensiunea de la borne U, la comutarea tiristorului T1, circuitul de sarcin Zs este legat la sursa de alimentare, iar în

circuitul oscilant T1, D2, L, C, curentul variaz sinusoidal conform rela iei: ic =

unde:

ω=

U sin ωt ωL

(2.12.)

1 ; Tc = 2π LC LC

(2.13.)

Deoarece dioda D2 nu permite trecerea curentului în sens invers, curentul se anuleaz dup o semiperioad (T/2), iar tensiunea pe condensator î i schimb polaritatea (conform polarit ii din parantez ). Pentru deconectarea consumatorului se aplic un impuls de comand tiristorului auxiliar T2, care conecteaz în paralel peste tiristorul T1 condensatorul C cu polaritatea invers fa de sensul de conduc ie al tiristorului T1. Curentul principal este anulat prin tiristorul principal T1, iar condensatorul se descarc i se încarc apoi cu polaritatea ini ial . Dup terminarea procesului de înc rcare tiristorul T2 se blocheaz , iar schema este preg tit pentru o nou conectare. Dioda D1 are rolul de a elimina supratensiunile de comuta ie, în cazul sarcinilor inductive. La frecven e de comuta ie mici exist pericolul desc rc rii condensatorului prin rezisten a invers a ventilelor semiconductoare i prin rezisten a dielectricului. Desc rcarea condensatorului are ca urmare imposibilitatea bloc rii tiristorului principal. Pentru evitarea acestui fenomen s-a introdus în circuit rezisten a R. Urm toarea schem de contactor static de c.c. prezentat în figura 2.22. folose te un condensator montat în bra ul unei pun i de tiristoare.

Figura 2.22. Contactor static de c.c. cu condensatorul montat în bra ul unei pun i cu tiristoare. La început se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2 i condensatorul C se încarc la polaritatea din figur , dup care cele dou tiristoare se blocheaz . Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Zs este str b tut de curentul de sarcin . Oprirea func ion rii consumatorului se face prin comanda 61

tiristoarelor auxiliare T3 si T4, când condensatorul C se polarizeaz invers tiristorul principal T provocând blocarea lui. Un timp circuitul se închide prin T3, C i T4, înc rcând condensatorul cu polaritatea invers (din paranteze). Dup înc rcarea condensatorului, tiristoarele T3 i T4 se blocheaz . Pentru o nou ac ionare se comand tiristorul T, iar pentru o nou oprire se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2. Procesul se reia la fiecare comuta ie. Din analiza modului de func ionare a contactoarelor statice de c.a. i a celor de c.c. rezult avantajele i dezavantajele folosirii lor în aplica iile industriale i domeniile în care este recomandat utilizarea lor. Subliniem câteva caracteristici ale regimului de func ionare a contactoarelor statice. Recapitulând cele mai importante aspecte legate de func ionarea contactoarelor statice de c.a. i c.c. rezult c spre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c. func ioneaz cu comuta ie for at fiind necesare circuite speciale pentru stingerea tiristorului principal, în schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. La majoritatea contactoarelor de c.c. în structura lor este necesar prezen a unei ramuri de comuta ie. La contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse ob inute de la un condensator. În momentul în care se dore te blocarea tiristorului principal, ramura de comuta ie este conectat în paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel încât tensiunea condensatorului s for eze un curent invers prin tiristorul principal pentru al stinge. Pentru frecven e mari de comuta ie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de înc rcare L, C. La frecven e de comuta ie mici existând pericolul desc rc rii condensatorului prin rezisten a invers a ventilelor i prin rezisten a dielectricului se introduce o rezisten suplimentar pentru evitarea acestui fenomen. Contactoarele statice de c.c. se pot realiza i cu punte redresoare comandat pentru evitarea fenomenului de blocare a tiristorului principal. În acest sens, se utilizeaz un condensator montat în bra ul unei pun i de tiristoare. Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare semicomandat , la care catozii tiristoarelor sunt lega i direct, iar fiecare tiristor are montat în antiparalel cu câte o diod care nu permite apari ia unor tensiuni inverse pe tiristoare i deci asigur protec ia la supratensiuni. La contactoarele statice de c.a. cu doua tiristoare în antiparalel structura este simpl i fiabil permi ând utilizarea unui singur dispozitiv de comand , 62

deoarece tiristoarele au catodul comun.

Figura 2.23 Contactoare statice Contactoarele statice de c.a. se pot realiza i cu un triac care înlocuie te cele dou tiristoare montate în antiparalel. Grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de cre tere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil în cazul sarcinilor puternic inductive. 2.2.3. Contactoare hibride Din dorin a de a elimina dezavantajele i a p stra avantajele folosirii contactoarelor statice sau electromagnetice au fost fabricate contactoare hibride, realizate prin conectarea unui contactor static cu un contactor electromagnetic. Contactoarele hibride sunt utilizate pentru curen i inten i, ele fiind compuse din elemente semiconductoare pentru preluarea regimului tranzitoriu la închidere i un contactor electromagnetic pentru pozi ia închis (în regim permanent). Pe fiecare faz a contactorului se folose te un tiristor i o diod în antiparalel, ca la contactoarele statice de c.a. monofazate i contactul normal deschis al unui contactor electromagnetic K. Cum alimentarea i întreruperea func ion rii contactorului hibrid se realizeaz prin intermediul tiristoarelor, contactorul func ioneaz f r arc electric nefind prev zut cu camere de stingere ca la contactoarele electromagnetice de c.c. si c.a., ceea ce elimin uzura termic a contactelor.

Figura 2.24. Contactor trifazat hibrid. Impulsul de comand necesar intr rii în conduc ie a tiristoarelor T1, T2, T3 se ob ine de la pun ile redresoare montate în trei înf ur ri secundare ale transformatorului T. Pentru a realiza pozi ia închis (alimentarea motorului M), se apas pe butonul de pornire S2, se alimenteaz , astfel primarul transformatorului T, iar tiristoarele primesc comenzile de conduc ie de la cele trei înf ur ri secundare ale transformatorului, prin intermediul pun ilor redresoare. În acest fel motorul electric este alimentat, iar la bornele K (0-1) se ob ine tensiunea necesar excit rii contactorului electromagnetic K. Acesta î i închide contactele principale K (2-4, 6-8, 10-12) prin care se scurtcircuiteaz tiristoarele i prin închiderea lui K (14-16) se realizeaz automen inerea aliment rii contactorului, dup revenirea butonului de pornire S2. Pentru realizarea pozi iei deschis (oprirea motorului) se apas pe butonul de oprire S1, oprindu-se alimentarea bobinei contactorului K, care î i deschide contactele principale K (2-4, 6-8, 10-12). Cum contactul de automen inere K (14-16) este prev zut cu o temporizare la deschidere, pentru un scurt timp alimentarea motorului se face prin tiristoare i diode, pân când tensiunea de comand a tiristoarelor este anulat , moment în care motorul M r mâne nealimentat. Cum alimentarea i întreruperea func ion rii acestui contactor hibrid se realizeaz prin intermediul tiristoarelor, el func ioneaz f r arc electric, nefind prev zut cu camere de stingere.

2.3. RELEE INTERMEDIARE Când în circuitele de comand sunt necesare mai multe contacte auxiliare sau amplificarea unui curent de ie ire a unor circuite electronice se folosesc relee auxiliare care de i nu sunt ni te aparate electrice de comuta ie propriu-zise, pot fi folosite în acest scop. Aceste relee se utilizeaz în special în instala iile de automatizare, comand i semnalizare, ca elemente amplificatoare cu o func ionare discontinu i ac ionate de electromagne i.

Figura 2.25. Schema de principiu a unui releu intermediar În figura 2.25. este reprezentat schematic un releu intermediar cu mi care de transla ie, având un contact normal deschis (12-14) i unul normal închis (11-13). La primirea unui semnal la bornele bobinei de excita ie 1-2, releul ac ioneaz cvasi-instantaneu (în aproximativ 0,04 s) provocând închiderea contactului ND i deschiderea celui NI. Releele intermediare sunt în general relee secundare ac ionate de alte relee primare, de curent sau de tensiune.

Figura 2.26. Reprezentarea în schemele electrice a unui releu intermediar i a unui releu intermediar conectat la ie irea unui releu maximal de curent. 65

De obicei releele intermediare au în circuitul de ie ire au mai multe contacte normal deschise i normal închise (pân la 32 contacte). Din punct de vedere constructive se pot realiza cu arm tura basculant , sau cu mi care de transla ie pe vertical i pot fi realizate cu ac iune instantanee sau temporizat . 2.3.1. Relee miniaturizate Nevoia miniaturiz rii aparatelor electrice a ap rut atât din nevoia economisirii energiei electrice cât i a reducerii gabaritului echipamentelor electrice, mai ales a celor ce intr în componen a circuitelor electronice.

Figura 2.27. Variante constructive de relee electromagnetice miniaturizate. Acest lucru este evident atât la noile variante constructive ale releelor electromagnetice clasice, cât mai ales la releele electronice, ca urmare a dezvolt rii circuitelor integrate. Releele au devenit parteneri importan i în realizarea montajelor electronice. Ele îndeplinesc pe lâng func ia clasic de interfa are i protec ie i un rol de separare galvanic între circuitele de intrare i de ie ire, adic între bobine i contacte. Conectarea acestor relee în circuitele imprimate se face prin intermediul unor picioru e care se introduc în socluri special construite. Forma constructiv a unui releu miniaturizat de tip clapet , pentru curen i nominali de pân la 6 A, este prezentat în figura 2.26. unde sunt prezentate principalele sale elemente componente. Pentru a evita murd rirea contactelor, releul este introdus într-o carcas izolant . Pentru a se evita oxidarea contactelor se realizeaz variante constructive de relee electromagnetice miniaturizate capsulate, având în interior un gaz protector. Releele sunt capsulate într-o carcas din r in epoxidic . Forma constructiv a circuitului magnetic permite o reducere major a fluxurilor de dispersie i prin aceasta reducerea consumului de 66

energie absorbit de bobina releului. 2.3.2. Relee Reed Gradul maxim de miniaturizare a releelor electromagnetice îl reprezint releele Reed. Derivate din releele electromagnetice, releele reed constau dintr-un tub de sticl închis în care se g sesc dou lamele elastice. În zona contactului, pe suprafa a lamelelor este dispus un strat de iridiu, platin sau aliaje ale acestora. Tubul de sticl este vidat sau este umplut de un gaz inert (azot, argon). Ac ionarea contactului se face cu ajutorul unui câmp magnetic creat de un magnet permanent sau de o bobin parcurs de curentul i.

Figura 2.28. Releu Reed. 1-Born , 2-Tub de sticl , 3-Bobinaj, 4-Contact. Condi ia de ac ionare a releului Reed este: Fa =

/2µ 0 A > Fr = /2

(2.14.)

În care: Fa = for a activ ; Fr = for a rezistent ; = fluxul care str bate spa iul dintre lamele; A = aria suprafe ei pe care lamelele se suprapun; = distan a dintre lamele; = coeficientul de elasticitate al materialului lamelelor. În prezent, releele Reed se realizeaz sub form de elemente capsulate paralelipipedice din mase r inoase, în care se introduc tubul i bobina releului, la exterior aflându-se doar picioru ele metalice pentru conexiuni. Pelicula de metal nobil i atmosfera inert protejeaz contactele de oxidare, fapt care le confer o rezisten de contact foarte sc zut . Releele reed au un consum de energie neglijabil, timp de ac ionare mic, de ordinul unei milisecunde, frecven a de comutare mare (500 comut ri pe secund ), durata de via ridicat (108-1012comuta ii). Ele pot avea unul sau mai multe contacte, normal deschise sau normal închise i au o func ionare mono sau bistabil . Cu toate c au dimensiuni foarte mici aceste relee au performan e deosebite i sunt compatibile cu circuitele logice TTL. Ac ionarea releelor reed poate fii comandat i prin intermediul unui magnet permanent, caz în care arm tura feromagnetic , sub ac iunea 67

câmpului magnetic dat de polii unui magnet permanent, basculeaz ducând la modificarea pozi iei contactelor sale. Pentru a m ri i mai mult performan ele acestor relee s-au realizat relee reed polarizate. La aceste relee pe lâng înf urarea de excita ie se utilizeaz i un magnet permanent al c rui câmp magnetic înt re te câmpul magnetic al bobinei de ac ionare, astfel încât permite atingerea for ei de ac ionare, cu un curent de excita ie mai mic i f r satura ia circuitului magnetic. Eficien a releelor Reed polarizate este de aproximativ 10 ori mai mare decât a celor nepolarizate. Releele Reed de construc ie modern au în interiorul lor i un getter, cu rol de absor ie a gazelor pentru a p stra atmosfera de gaz inert un timp cât mai îndelungat. Miniaturizarea releelor continu prin implicarea componentelor electronice discrete (diode, tranzistoare), circuite integrate (amplificatoare opera ionale), circuite digitale i circuite specializate. 2.4. ÎNTRERUP TOARE AUTOMATE DE JOAS TENSIUNE Întrerup toarele automate sunt aparate electrice de comuta ie, care în regim normal de func ionare permit conectarea i deconectarea cu frecven redus a circuitelor electrice, iar în caz de suprasarcin , scurtcircuit, sc derea sau dispari ia tensiunii, asigur protec ia prin intermediul declan atoarelor, întrerupând automat circuitele aflate în regim de avarie. Întrerup toarele automate se folosesc la protec ia instala iilor de iluminat, a motoarelor electrice, a re elelor de distribu ie, tablourile de distribu ie din centrale electrice i din posturile de transformare sau a altor consumatori. Ele sunt folosite împreun cu siguran e fuzibile cu mare putere de rupere ce asigur un efect de limitare a curen ilor de scurtcircuit. Întrerup toarele automate se folosesc în instala ii de curent continuu i curent alternativ i comparativ cu siguran ele fuzibile au func iuni multiple i permit reglarea mai exact a curentului la care întrerup circuitul în regim de avarie. Fiind destinate protec iei transformatoarelor, motoarelor i liniilor electrice de distribu ie, întrerup toarele sunt solicitate intens termic i mecanic sub ac iunea curen ilor de scurtcircuit. Ruperea curen ilor de scurtcircuit este asigurat atât prin dispozitive adecvate de stingere a arcului electric (camere de stingere performante) cât i prin deschiderea rapid a contactelor mobile cu ajutorul unor arcuri puternice. Întrerup toarele automate de joas tensiune sunt aparate electrice cu cel pu in un element mobil pe durata efectu rii comuta iei. Variantele constructive actuale sunt de tipul disjunctor, numai cu

declan are automat , închiderea f cându-se manual, fie prin ac iune direct , fie prin comand de la distan . În cazuri speciale se construiesc întrerup toare automate de joas tensiune de tipul disjunctor-conjunctor, adic cu reanclan are automat , func iune specific întrerup toarelor automate de înalt tensiune. Spre deosebire de contactoare, întrerup toarele automate sunt men inute în pozi ia anclan at de un mecanism de z vorâre (broasc ), mecanic sau electromecanic, asupra c ruia ac ioneaz declan atoarele: termobimetalice (cu ac iune temporizat ), electromagnetice (cu ac iune instantanee) sau declan atoarele minimale de tensiune. 2.4.1. Clasificarea întrerup toarelor automate de joas tensiune Întrerup toarele automate de joas tensiune se pot clasifica dup mai multe criterii. A. Dup func iile de protec ie, care determin declan rile automate, întrerup toarele se împart în: – întrerup toare automate de curent maxim, – întrerup toare automate de curent minim, – întrerup toare automate de curent invers, – întrerup toare automate de tensiune minim , – întrerup toare automate de tensiune maxim . Exist întrerup toare automate care cumuleaz mai multe func ii de protec ie: de exemplu, pentru curent maxim, curent invers i tensiune minim . B. Dup num rul polilor, întrerup toarele automate pot fi: – monopolare, – bipolare, – tripolare sau – tetrapolare. C. Dup felul curentului comutat: – întrerup toare de c.c. – întrerup toare de c.a. monofazate, – întrerup toare trifazate. D. Dup mediul de stingere a arcului pot fi: – în ulei, – în aer. E. Din punctul de vedere al timpului propriu de declan are întrerup toarele se clasific în: 69

ms,

– întrerup toare limitatoare (ultrarapide), cu timpi de declan are td < 4 – întrerup toare automate rapide, cu td < 40 ms – întrerup toare automate selective, cu td < 0,5 s – întrerup toare automate temporizate td> 1 s.

F. Din punct de vedere func ional i constructiv întrerup toarele automate se clasific : - întrerup toare universale (în execu ie deschis ), - întrerup toare capsulate (în carcas din material plastic). 2.4.2 Elementele constructive ale întrerup toarelor automate

nare);

tice);

Principalele p r i constructive ale întrerup toarelor automate sunt: – organul motor (format dintr-un electromagnet sau un motor de ac io– contactele principale (fixe i mobile); – camera de stingere; – contactele auxiliare (cuplate mecanic cu contactele principale); – declan atoare cu func ie de protec ie (termobimetalice, electromagne-

– carcasa aparatului cu sisteme de fixare; – mecanismul de z vorâre sau broasca întrerup torului; Elementul caracteristic, în plus fa de contactoare îl reprezint tocmai acest din urm element i anume z vorul sau broasca întrerup torului, care este un mecanism cu liber deschidere. Acest mecanism asigur men inerea în pozi ia anclan at a contactelor întrerup torului i deschiderea automat a acestora sub ac iunea declan atoarelor. De asemenea mecanismul trebuie s permit deschiderea contactelor la ac ionarea acestora, la comanda operatorului sau a declan atoarelor i s men in întrerup torul ferm în pozi ia deschis pentru evitarea închiderii accidentale a contactelor. Denumirea de liber deschidere a mecanismului de z vorâre provine de la faptul c deschiderea contactelor, sub ac iunea declan atoarelor, nu poate fi blocat printr-o ac iune din afara sistemului de ac ionare. Cele mai utilizate variante constructive de z voare sunt: – mecanisme cu cliche i rotativi; – mecanisme cu pârghii articulate i genunchi; – mecanisme combinate cu pârghii, genunchi i clichet. În figura 2.28. este prezentat un mecanism cu clichet rotativ, des utilizat la întrerup toarele automate de joas tensiune. Func ionarea lui prezentat în figur const în trei etape: 70

a) pozi ia armat a mecanismului; b) pozi ia închis a întrerup torului; c) pozi ia deschis a întrerup torului.

Figura 2.29. Func ionarea unui mecanism de z vorâre cu clichet rotativ. Z vorul este format dintr-o caset 2, care cuprinde în interior cliche ii 4, 5 i 6. În pozi ia armat a) clichetul 4 solidarizeaz axul contactelor 10 cu caseta 2. Pentru a ajunge la pozi ia închis a întrerup torului b), se rote te caseta în jurul axului 1, în sensul s ge ii, pân când ag torul 7 blocheaz caseta. Pozi ia axului 10 corespunzând în acest caz pozi iei închis a contactelor. Pentru închiderea întrerup torului c), declan atorul 8 ac ioneaz asupra clichetului 6, care prin rotirea în jurul axului s u, permite clichetului 5 s se roteasc . Prin rotirea clichetului 4, sc pat de interac iunea cu clichetul 5, se elibereaz axul contactelor 10, care sub ac iunea resoartelor revine în pozi ia ini ial a). Ag torul 7 se elibereaz i prin rotirea manual se revine la pozi ia armat a). O variant des utilizat de mecanism de z vorâre o reprezint mecanismul cu 71

clichet care are o construc ie simpl

i fiabil

i este prezentat în figura 2.30.

Figura 2.30. Mecanism de z vorâre cu clichet. For a de declan are a resortului 4 este z vorât de sistemul de clichet format din piesele 5 i 6. Presiunea pe contactul electric (format din piesele 1 i 2) este realizat prin intermediul resortului 3. Pentru deschiderea întrerup torului i deci eliberarea for ei resortului 4 (ini ial comprimat), se ac ioneaz pârghia 5 cu for a F. Raportul bra elor pârghiei 5 este 1: 1 0, pentru ca for a F dezvoltat de declan ator s nu trebuiasc s aib o valoare prea mare. Pentru a ob ine performan e mai bune ale mecanismelor de z vorâre se folosesc mecanisme combinate, cu cliche i i pârghii genunchi ca cel prezentat în figura 2.30. Schema cinematic a unui astfel de mecanism folosit la întrerup toarele automate prezint cele trei pozi ii ale mecanismului: a) pozi ia armat a mecanismului; b) pozi ia închis a întrerup torului; c) pozi ia deschis a întrerup torului. Pozi ia a), adic întrerup torul armat se ob ine prin imobilizarea articula iei C cu ajutorul clichetului de decuplare Z (de forma unui semicilindru). Pentru a ajunge în pozi ia închis a întrerup torului b), for a de ac ionare aplicat în punctul B se transmite printr-un sistem patrulater articulat CBA01, pârghiei 01A care are pe prelungirea ei contactul mobil ce se închide peste contactul fix. Pârghiile AB i BC realizeaz pozi ia de punct mort. Pentru a ajunge în pozi ia deschis c) se rote te clichetul rotativ de decuplare Z în sensul ar tat în figur . Sub ac iunea resortului R, pârghia 02C se rote te în jurul punctului de articula ie 02, determinând deplasarea pârghiilor BC i AB iar prin rotirea pârghiei 01A în jurul punctului 01 se ajunge la deschiderea contactelor. Pentru a reveni în pozi ia armat, mecanismul de ac ionare deplaseaz punctul B în pozi ia ini ial , dup care prin rotirea cli72

chetului Z se blocheaz tija 02C împotriva tensiunii resortului antagonist R.

Figura 2.31. Mecanism de z vorâre combinat. Mecanismele de z vorâre cu pârghii articulate i genunchi constau din dou pârghii 1 i 2 articulate prin genunchiul G conform figurii 2.32. În pozi ia a) mecanismul este armat. Pentru a trece din pozi ia a) în pozi ia b) adic cu întrerup torul închis se ac ioneaz manual asupra pârghiei 3, genunchiul G ocupând în cele din urm pozi ia care face ca contactul mobil 4 s se închid peste contactul fix 5, comprimând resortul de declan are 6. Pentru a ajunge în pozi ia deschis a întrerup torului c) declan atorul va ac iona asupra pârghiei 8 în sensul s ge ii din figur , împotriva resortului 7. Astfel se dez vor te pârghia 9 i sub ac iunea resortului 6 contactele mobile 4 se deschid.

Figura 2.32. Mecanism de z vorâre cu pârghii articulate i genunchi. Pentru o nou anclan are trebuie s se treac prin pozi ia armat a) în urma rotirii manuale spre stânga a manetei 3. Astfel genunchiul G revine în pozi ia ini ial a), iar pârghiile 8 i 9 se z vor sc. Dac declan area întrerup toarelor se realizeaz prin ac ionarea asupra z vorului prin intermediul unor declan atoare, anclan area întrerup toarelor automate poate fi manual , prin intermediul unei manete de ac ionare de pe aparat, sau comandat de la distan printr-un electromagnet de anclan are, servomotor sau dispozitiv pneumatic. Electromagne ii de ac ionare a întrerup toarelor automate se deosebesc de cei care ac ioneaz contactoarele prin faptul c trebuie s dezvolte o for mare într-un timp scurt, fiind dimensiona i corespunz tor acestei cerin e. Dup închiderea contactelor întrerup torului acestea r mân blocate prin intermediul z vorului mecanic i electromagnetul trebuie decuplat de la re ea în mod automat. 2.4.3. Întrerup toare automate de c.a. Întrerup toarele automate de c.a. se realizeaz în dou forme constructive: – întrerup toare automate universale (în construc ie deschis ). – întrerup toare automate de tip compact (în construc ie capsulat ). Întrerup toarele automate universale se clasific în: – întrerup toare automate pentru instala ii interioare, având curen ii nominali In=6÷16 A i capacitatea de rupere Ir=1÷2 kA. – întrerup toare automate de putere, cu In=1000÷4000 A i Ir=50÷55 kA. 74

Întrerup toare automate limitatoare, având timpi de ac ionare ta < 10 ms, In=16÷2500 A i Ir=25÷100 kA. Dintre întrerup toarele automate de putere fabricate la noi în ar amintim pe cele de tip OROMAX, AMRO, AMT i DITA. În toate aceste aparate întreruperea arcului electric se realizeaz în camere de stingere care folosesc principiul efectului de electrod combinat cu efectul de ni . Pentru alimentarea consumatorilor de mic putere cele mai utilizate întrerup toare automate de tip compact produse în ar sunt cele din gama întrerup toarelor automate AMRO. Acestea se realizeaz în patru variante constructive: AMRO 25; AMRO 40; AMRO 100 i AMRO 250. Ele func ioneaz în curent alternativ la o tensiune de 500V i o frecven de 50Hz. Variantele AMRO 100 i AMRO 250 pot func iona i în curent continuu la o tensiune de 220V.

Figura 2.33. Întrerup tor automat capsulat AMRO 25. Dintre numeroasele variante de întrerup toare automate de tip capsulat care se g sesc pe pia a româneasc unele dintre cele mai performante sunt cele produse de firma Moeller prezentate în figura 2.34. Întrerup toarele de tip compact (în construc ie capsulat ) se utilizeaz pentru comanda i protec ia la suprasarcin i scurtcircuit a instala iilor electrice industriale fiind caracterizate prin: capacitate ridicat de închidere i rupere la gabarit redus; variante multiple de execu ie; dispozitive de blocaj i semnalizare ce asigur securitatea personalului i siguran a în func ionare.

Figura 2.34. Variante constructive de întrerup toare automate de tip compact. Întrerup toarele din clasa USOL se realizeaz pentru curen i nominali de 100, 250, 500 i 800 A. Închiderea i deschiderea contactelor principale ale acestor întrerup toare se face brusc cu ajutorul unui mecanism cu genunchi i clichet, cu anclan are i declan are rapid , independent de viteza de manevrare a operatorului. Camera de stingere este construit pe principiul efectului de electrod i ni . Aceste întrerup toare sunt prev zute cu declan atoare maximale de curent, termice i electromagnetice i declan ator minimal de tensiune. Puterea de rupere ridicat se ob ine prin marea rapiditate de r spuns a declan atoarelor, viteza mare de deplasare a echipajului mobil, distan a mare între contactul mobil i cel fix în pozi ia deschis i utilizarea unor camere de stingere performante.

Figura 2.35. Sec iune prin întrerup torul automat capsulat de tip USOL. 1-maneta de ac ionare, 2-clichetul principal, 3-clapeta de armare, 4,5-biele, 6-echipajul mobil, 7-contactul mobil, 8-contactul fix, 9-resort principal, 10-clapet ax declan ator, 11-declan ator termic, 12-buton de reglaj, 13-arm tura fix a declan atorului electromagnetic, 14-axul suport al echipajului mobil, 15-carcasa aparatului, 16-plac de prindere, 17-borne de racordare, 18-camer de stingere cu pl ci feromagnetice, 19-arm tura mobil a declan atorului electromagnetic, 2o-axul declan atorului, 21-clichet auxiliar. Pentru închiderea întrerup torului se deplaseaz în sus maneta 1, resortul 9 fiind puternic tensionat. Deschiderea întrerup torului se face manual prin deplasarea în jos a manetei ceea ce conduce la desfacerea clichetului principal sau prin ac ionarea declan atoarelor asupra clapetei 3. Dup cum se constat din figur , în cazul ac ion rii manuale maneta de ac ionare poate avea trei pozi ii: pozi ia intermediar (de mijloc), corespunz toare figurii a) care indic declan area întrerup torului prin declan atoare termice, electromagnetice sau de tensiune minim ; pozi ia din figura b) care corespunde pozi iei armat a întrerup torului i pozi ia din figura c) corespunz toare pozi iei închis a întrerup torului. 77

În afara ac ion rii manuale întrerup toarele capsulate USOL pot fi ac ionate prin electromagne i de ac ionare sau prin motoare de ac ionare. În figura 2.36. am reprezentat schema electric de ac ionare i comand a întrerup toarelor de tip USOL în varianta cu electromagnet de ac ionare.

Figura 2.36. Schema electric de ac ionare cu electromagnet de ac ionare a unui întrerup tor compact de tip USOL. La ac ionarea butonului de pornire (cu revenire) S2 se alimenteaz bobina contactorului auxiliar K1 în serie cu contactul normal închis K2 (3-5) al releului de blocaj K2. În acest fel contactorul î i închide contactul principal K1 (2-4) i se automen ine prin contactul auxiliar K1 (6-8), permi ând punerea sub tensiune a înf ur rii electromagnetului de ac ionare Q1 (0-1) care comand închiderea întrerup torului, care r mâne z vorât prin z vorul mecanic Z. Contactele principale ale întrerup torului permi ând alimentarea consumatorului racordat la bornele A, B, C în serie cu declan atorul electromagnetic F1 i cel termobimetalic F2. Prin închiderea contactului auxiliar al întrerup torului Q1 (14-16) se alimenteaz bobina releului de blocaj K2 (0-1), care prin deschiderea contactului s u normal închis K2 (3-5) opre te alimentarea bobinei contactorului K1. Ca urmare a revenirii acestuia se deschide contactul K1 (24) care scoate de sub tensiune bobina electromagnetului de ac ionare. 78

Se observ c în cazul ac ion rii din nou a butonului S2 electromagnetul Q1 (0-1) nu poate fi pus sub tensiune din cauz c releul de blocaj K2 este ac ionat i contactul s u K2 (3-5) este deschis. Declan area voit se face prin butonul S1 care întrerupe alimentarea declan atorului minimal de tensiune F3 (U<) i care ac ioneaz mecanic asupra z vorului Z. În cazul unor curen i de suprasarcin declan area este comandat de declan atoarele F1, iar n cazul unor supracuren i mai mari de declan atoarele F2 ce ac ioneaz asupra z vorului Z. În cazul în care întrerup torul este ac ionat printr-un motor electric, schema electric cuprinde un i un limitator de curs i o frân electromagnetic . Întrerup torul automat de tip OROMAX se realizeaz pentru curen i nominali de la 1000 la 4000 A, fiind destinat comuta iei i protec iei liniilor electrice, a motoarelor de putere, generatoarelor i transformatoarelor mari. Ac ionarea se face prin maneta proprie sau prin motor de ac ionare, printr-un mecanism de ac ionare cu acumulare de energie în resoarte (cu resoarte pretensionate). O vedere de ansamblu a unui întrerup tor de tip OROMAX este prezentat în figura 2.37. Acest întrerup tor este prev zut pentru protec ie cu declan atoare de tip H (declan atoare combinate termice i electromagnetice), cu curentul de declan are instantanee reglat la 8Ir. Pentru a face fa curen ilor de scurtcircuit mari, acest întrerup tor este echipat cu contacte de lucru, contacte de rupere (de arc) i rampe (coarne) de introducere a arcului electric în interiorul camerei de stingere. Elementele constructive ale c ilor de curent ale unui întrerup tor tip OROMAX sunt prezentate în figura 2.38.

. Figura 2.37. Întrerup tor automat tip OROMAX Un întrerup tor de tip OROMAX poate efectua cca. 20000 de manevre de închidere - deschidere în sarcin i nu necesit prea multe opera iuni de între inere.

Figura 2.38. C ile de curent ale unui întrerup tor de tip OROMAX. l-contactul principal (de lucru); 2-contactul de rupere (de arc); 3a i 3brampele (coarnele); 4- separator de flam ; 5- piesa suport pentru elementele mobile de contact; 6- resort antagonist; 7- pies intermediar ; 8- leg tur flexibil ; 9- calea de curent. 80

Schema electric a unui întrerup tor automat universal de tip OROMAX este reprezentat în figura 2.39.. Ac ionarea întrerup torului se poate face fie cu un electromagnet, cu un motor electric sau cu un dispozitiv pneumatic. În momentul în care dispozitivul de ac ionare i-a terminat cursa, contactele întrerup torului Ql r mân închise prin intermediul z vorului Z, iar dispozitivul de ac ionare este deconectat automat. Prin închiderea contactelor principale ale lui Ql se alimenteaz consumatorul între bornele A, B, C, în serie cu declan atoarele termice F5 i electromagnetice F4 si siguran ele fuzibile F1, F2, F3. La dep irea curentului reglat ac ioneaz dup caz declan atorul termic sau cel electromagnetic care prin lovirea z vorului provoac declan area întrerup torului. În caz de scurtcircuit întreruperea aliment rii consumatorului se realizeaz prin ac iunea siguran elor fuzibile. Declan atorul minimal de tensiune F6 este alimentat prin contactul Ql (14-16) i butonul S1 (l-3). În cazul sc derii sau dispari iei tensiunii declan atorul F6 ac ioneaz mecanic asupra z vorului Z, provocând declan area întrerup torului. Pentru declanarea voit a întrerup torului se folose te butonul S1.

Figura 2.39. Schema electric desf urat a unui întrerup tor de tip OROMAX. 81

Protec ia la suprasarcini este realizat de releele termobimetalice F5, la supracuren i de releele electromagnetice F4 iar la sc derea tensiunii de c tre releul electromagnetic F6. Protec ia la scurtcircuit se face i ĂŽn acest caz prin siguran ele fuzibile F1, F2 i F3.

Figura 2.40. Schema electric a unui ĂŽntrerup tor cu protec ia prin relee.

Figura 2.41. Caracteristica de protec ie a unui ĂŽntrerup tor. 82

Caracteristica de protec ie a întrerup torului este prezentat în figura 2.41. Caracteristica din figur este reprezentat în coordonate logaritmice. Por iunea 1 din caracteristic reprezint caracteristica dependent corespunz toare declan atoarelor termobimetalice, por iunea 2 reprezint caracteristica independent corespunz toare declan atoarelor electromagne-tice iar por iunea 3 corespunde zonei de protec ie a siguran elor fuzibile în cazul curen ilor de scurtcircuit. Caracteristica 4 reprezint curba de stabilitate termic a instala iei protejate. 2.4.4. Întrerup toare automate de c.c. Întrerup toarele automate de c.c. pot fi normale sau ultrarapide. Întrerup toarele automate normale nu necesit caracteristici de protec ie rapide i sunt utilizate mai ales în trac iunea electric . Ele au un mecanism de z vorâre cu pârghii genunchi cu cliche i i sunt prev zute cu declan atoare electromagnetice. La întrerup toarele folosite în trac iunea urban (AV-2) bobina declan atorului electromagnetic se poate regla la valori apropiate de curentul absorbit de motor (adic protec ia este selectiv ). Întrerup toarele automate ultrarapide au ap rut ca urmare a necesit ii de a proteja instala iile de curent continuu echipate cu redresoare cu vapori de mercur iar în prezent sunt folosite la protec ia dispozitivelor semiconductoare de putere, caracterizate printr-o capacitate redus de a suporta curen ii de suprasarcin i mai ales curen ii de scurtcircuit. Întrerup toarele ultrarapide se realizeaz în dou variante: a) Electromagnetice, la care sistemul de z vorâre mecanic a fost înlocuit de z voare electromagnetice (prin utilizarea unui electromagnet de re inere), declan area fiind comandat electromagnetic (printr-un electromagnet de declan are). b) Electrodinamice, la care asupra z vorului mecanic (clichet) ac ioneaz declan atoare ultrarapide electrodinamice (ce utilizeaz efectul for elor electrodinamice). Întrerup toarele ultrarapide electromagnetice se realizeaz sub mai multe variante constructive. Astfel în figura 2.42. este reprezentat un întrerup tor ultrarapid electromagnetic produs de firma AEG, care permite ob inerea unor timpi de declan are sub 10 ms. Pentru ac ionarea întrerup torului se trece comutatorul C în pozi ia din figur , alimentându-se bobina electromagnetului de re inere ER. în acest fel arm tura mobil 5 este atras de arm tura fix 4, împotriva ac iunii resortului antagonist i odat cu acesta se închide contactul mobil 2 peste cel fix 1. 83

Figura 2.42. Întrerup tor automat de c.c. ultrarapid electromagnetic. 1-contactul fix, 2-contactul mobil principal, 3-contactul de arc, B-bobina de suflaj, R-rezisten a pentru limitarea supratensiunilor pe contacte, ERelectromagnetul de re inere (z vorul), ED- electromagnetul de declan are. Curentul din circuitul de lucru str bate contactele de lucru, bobina de suflaj B i bobina electromagnetului de declan are ED. Fluxul magnetic dat de bobina ED se închide, conform liniei de câmp a, pe por iunea de reluctan magnetic minim , str b tând polul ecranat cu spira în scurtcircuit K. La apari ia unui curent de scurtcircuit fluxul determinat de electromagnetul de declan are ED se închide pe calea reprezentat punctat (curba b), din cauza reac iei produse de spira în scurtcircuit (flux variabil în timp). În acest fel for a ce se exercit asupra arm turii mobile 6 adunat cu for a F a resortului, înving for a dezvoltat de electromagnetul ER determinând deschiderea contactului mobil 2. Arcul electric ce apare între contacte este atras în interiorul unei camere de stingere cu fante înguste, sub ac iunea bobinei de suflaj B, unde este deionizat, alungit i stins rapid. O alt solu ie constructiv de întrerup tor ultrarapid cu unt magnetic, este prezentat în figura 2.43.. Acest întrerup tor utilizeaz pentru declan are un impuls de curent propor ional cu panta de varia ie a curentului în timp (di/dt). Pentru ac ionare se alimenteaz bobina electromagnetului de re inere 4 astfel încât fluxul magnetic dat de aceasta (linia continu din figur ) determin atragerea arm turii mobile feromagnetice 3. În acest fel se închid contactele întrerup torului, calea de curent realizându-se de la A la B. Electromagnetul de re inere 5, legat în paralel cu o inductivitate L nu este parcurs de curent în regim normal de func ionare. 84

Figura 2.43. Întrerup tor automat de c.c. ultrarapid cu unt magnetic. 1 - contactul mobil; 2- contactul fix; 3-arm tura mobil solidar cu contactul mobil; 4- electromagnetul de declan are; 6- bobina de suflaj. La apari ia unui curent de scurtcircuit, pe inductivitatea L apare o tensiune electromagnetic indus Ue care determin apari ia prin înf urarea de comand a electromagnetului de declan are 5 a unui curent de impuls: i=k⋅L

di dt

(2.15.)

Prin arm tura mobil se închide un flux magnetic a c rui linii de câmp (linia punctat ) se opun celor determinate de electromagnetul de re inere 4 i sub ac iunea resortului antagonist arm tura mobil se îndep rteaz i odat cu ea i contactul mobil 2 care întrerupe circuitul.

Figura 2.44. Întrerup tor automat de c.c. ultrarapid electrodinamic. 1, 2 - contactele principale; 3- tija mobil ; 4- bobina declan atorului; 5-disc nemagnetic; 6- resort; 7 –declan ator electromagnetic; 8-declan ator electrodinamic; 9- clichet; 10- resort antagonist. 85

Stingerea arcului este asigurat de bobina de suflaj 6. Lipsa unor pârghii i z voare intermediare determin o ac iune ultrarapid a întrerup torului în caz de avarie (de ordinul 5 ms). În pozi ia închis întrerup torul este z vorât prin clichetul 9, calea de curent închizându-se de la A la B. Esen ial în construc ia aparatului este declanatorul electrodinamic format din bobina fix 4 i un disc nemagnetic (Cu sau Al) 5, care este solidar cu elementul de contact 1 prin tija 3. Resortul 6 asigur presiunea de contact. La apari ia unui curent de scurtcircuit se transmite un impuls de curent (l-2 ms) în bobina 4 i sub ac iunea for elor electrodinamice discul 5 este respins comprimând resortul 6 i ducând la deschiderea contactelor 1 i 2. În acest fel apare un arc electric, dirijat spre camera de stingere (cu efect deion i suflaj magnetic), limitându-se în acela i timp valoarea curentului de scurtcircuit. Resortul 6 se comprim pân la o valoare prestabilit dup care revine spre pozi ia ini ial cu tendin a de a restabili contactul principal. Pentru a evita acest lucru clichetul mecanic 9 trebuie deschis într-un timp foarte scurt, permi ând resortului antagonist 10 s îndep rteze contactul 2. Aceast declichetare rapid este realizat fie prin intermediul unui declan ator electromagnetic 7 care î i atrage arm tura mobil 11, fie printr-un declan ator electrodinamic 8 (identic cu 4 i 5). Pentru a ob ine o declan are extrem de rapid (aproximativ 3 ms) impulsul de comand transmis înf ur rilor 4 respectiv 8, se ob ine de la un sistem de sesizare a supracuren ilor prezentat în figura 2.44. b. La varia ia brusc a curentului de supravegheat i, prin intermediul transformatorului de curent Tr se transmite un semnal unui comparator Co. Dac curentul a dep it valoarea reglat , la ie irea din comparator se d o comand pe poarta tiristorului T prin care se descarc condensatorul C peste bobinele declan atoarelor 4, respectiv 8. Din schem se observ c în prealabil condensatorul a fost înc rcat de la o surs de tensiune alternativ prin dioda D i rezisten a R. Datorit timpilor de comuta ie foarte redu i întrerup toarele de c.c. ultrarapide au cunoscut o l rgire a domeniului de utilizare i o diversificare a variantelor constructive. 2.5. DISJUNCTOARE Acest tip de echipamente de comuta ie au gabarit mai redus decât întrerup toarele automate de tip compact datorit mic or rii distan elor de str pungere i de conturare, izolarea complet a fazelor între ele, precum i limitarea spa iului de stingere a arcului electric. 86

Rolul disjunctoarelor este de a proteja consumatorii i circuitele electrice împotriva urm toarelor defec iuni: suprasarcini, scurtcircuite i dispari ia tensiunii din circuit prin intermediul declanl atoarelor termobimetalice i electromagnetice. Se asigur totodat , posibilitatea întreruperii sau stabilirii continuit ii în alimentare a consumatorilor. La disjunctoare func ia de comuta ie este asigurat de contactele principale i de dispozitivele de stingere cu care sunt echipate, iar func ia de protec ie este asigurat de declan atoare. Defec iunile din instala iile electrice i defectele lor, care trebuie diminuate prin func ionarea disjunctoarelor se refer la: a.) Scurtcircuite; b.) Suprasarcinile, I0=(1,05÷1,5)In, adic dep irea cu 5÷50 % a curentu-lui nominal, cu consecin e nefaste prin efectul termic ce-l produc în timp asupra utilajelor alimentate electric; c.) Dispari ia tensiunii (întreruperea aliment rii) produce neajunsuri prin înc lcarea nesimetric a consumatorilor, respectiv prin nefunc ionarea utilajelor ; d.) Apari ia unor curen i de defect, de punere la p mânt, produ i de stingerea accidental a p r ilor aflate sub tensiune de c tre operatorii umani, fapt ce ar putea produce electrocutarea acestora.

Figura 2.45. Elementele constructive ale unui disjunctor 87

Figura 2.46. Blocuri disjunctoare M rimile caracteristice ale disjunctoarelor sunt: curentul nominal, curentul de reglaj al declan atoarelor, tensiunea nominal de func ionare, tipul dispozitivului de ac ionare (manual), electromagnetic i tensiunea de comand a acestuia, capacitatea de rupere. Dup func iile de protec ie, care determin declan rile automate, disjunctoarele se împart în: – disjunctoare de curent maxim, – disjunctoare de curent minim, – disjunctoare de curent invers, – disjunctoare de tensiune minim , – disjunctoare de tensiune maxim . Exist disjunctoare care cumuleaz mai multe func ii de protec ie: de exemplu, pentru curent maxim, curent invers i tensiune minim . P r ile componente ale disjunctoarelor sunt prezentate în figura 2.45. Ruperea curen ilor de scurtcircut este asigurat atât prin dispozitive adecvate de stingere a arcului electric (camere de stingere performante) cât i prin deschiderea rapid a contactelor mobile cu ajutorul unor arcuri putemice. Evident c folosirea carcasei de material plastic reduce sim itor spa iul de montaj i de stingere a arcului electric, dar în acela i timp limiteaz i capacitatea de rupere a aparatului la valori mai mici decât în cazul întrerup -toarelor automate universale.

Pentru a verifica modul de însu ire a cuno tin elor prezentate în acest capitol r spunde i pe scurt la urm toarele întreb ri: 1. Ce este un aparat de comuta ie? 2. Când un aparat de comuta ie este automat? 3. Ce aparate electrice de comuta ie de joas tensiune cunoa te i? 4. Defini i un contactor electromagnetic? 5. Ce este un conjunctor? 6. Ce este un disjunctor? 7. Cum se clasific contactoarele electromagnetice dup cinematica lor? 8. În câte grupe se clasific contactoarele electromagnetice de curent alternativ dup tipul sarcinii? 9. În câte grupe se clasific contactoarele electromagnetice de curent continuu dup tipul sarcinii? 10. În câte clase se împart contactoarele electromagnetice în func ie de rezisten a mecanic ? 11. Care sunt elementele constructive ale unui contactor electromagnetic? 12. Ce tip de camer de stingere se folose te la contactoarele electromagnetice de curent alternativ? 13. Ce tip de camer de stingere se folose te la contactoarele electromagnetice de curent continuu? 14. Care este dispozitivul de ac ionare a unui contactor electromagnetic? 15. Care este condi ia de comuta ie sigur a unui contactor electromagnetic de curent alternativ? 16. De cine depinde num rul de pl ci feromagnetice ale camerei de stingere a unui contactor electromagnetic? 17. La ce tip de contactoare se utilizeaz rezisten a economizatoare? 18. Ce rol are rezisten a economizatoare înseriat cu bobina contactorului electromagnetic de curent continuu? 19. Ce tip de contact al contactorului comand rezisten a economizatoare? 20. Cum se clasific contactoarele electromagnetice de curent continuu dup cinematica lor? 21. Cum se clasific contactoarele de curent continuu dup tipul camerei de stingere. 22. La ce tip de ac ion ri se folosesc contactoarele electromagnetice? 23. Ce este un contactor mixt? 24. Ce rol are contactul de automen inere? 25. Ce tipuri de scheme electrice cunoa te i? 26. La ce tipuri de ac ion ri se recomand contactoarele electromagnetice ac ionate cu electromagnet de curent continuu? 27. Ce este un contactor static?

28. Ce dispozitive semiconductoare se utilizeaz pentru contactoare statice? 29. Care este momentul cel mai defavorabil pentru comuta ia unui circuit de curent alternativ? 30. Ce variante de contactoare statice de curent alternativ cunoa te i? 31. Ce dispozitiv semiconductor este echivalent cu dou tiristoare montate în antiparalel? 32. Ce asigur protec ia împotriva supratensiunilor la contactoarele statice? 33. Cum se blocheaz un tiristor? 34. Cum este comandat intrarea în conduc ie a unui tiristor? 35. Ce asigur stingerea tiristorului principal într-un contactor static de curent continuu ? 36. Cum putem reduce supratensiunile ce apar la comuta ia unui contactor static de curent continuu? 37. Ce variante constructive de contactoare statice de curent continuu cunoa te i? 38. Ce tip de contactor static de curent continuu poate fi folosit la frecven e mari de conectare? 39. Ce este un contactor hibrid? 40. Ce avantaje au contactoarele statice fa de contactoarele electromagnetice? 41. Ce dezavantaje au contactoarele statice fa de contactoarele electromagnetice? 42. Ce avantaje prezint contactoarele hibride? 43. Ce dezavantaje prezint contactoarele hibride? 44. Cum se reprezint un releu intermediar într-o schem electric ? 45. Ce variante constructive de relee miniaturizate cunoa te i? 46. Care este cel mai performant releu miniaturizat? 47. Care este elementul motor al unui releu Reed? 48. Cum este protejat anticoroziv un releu Reed? 49. Defini i un întrerup tor automat? 50. Care este elementul constructiv caracteristic al unui întrerup tor? 51. Unde se folosesc întrerup toare automate de curent alternativ de joas tensiune? 52. Cum se clasific întrerup toarele automate de joas tensiune dup func ia de protec ie? 53. Cum se clasific întrerup toarele automate de joas tensiune dup tipul de declan atoare? 54. Care sunt elementele constructive ale unui întrerup tor automat de joas tensiune? 55. Ce este un declan ator? 56. Cu ce tipuri de declan atoare sunt dotate întrerup toarele automate?

57. Ce declan ator asigur protec ia la suprasarcin ? 58. Ce declan ator asigur protec ia la supracuren i i scurtcircuit? 59. Ce declan ator asigur protec ia la sc derea tensiunii sau tensiune nul ? 60. Ce tipuri de z voare cunoa te i? 61. Ce rol are mecanismul de z vorâre al unui întrerup tor automat? 62. Cum se clasific dup varianta constructiv întrerup toarele automate de curent alternativ de joas tensiune? 63. Ce întrerup toare automate de curent alternativ i joas tensiune produse în ar cunoa te i? 64. Ce tip de camer de stingere se folosesc la întrerup toarele automate de curent alternativ de joas tensiune? 65. Cum este asigurat efectul de limitare a întrerup toarelor? 66. Ce variante de întrerup toare USOL cunoa te i? 67. Ce variante de întrerup toare OROMAX cunoa te i? 68. Care este m rimea de ie ire a unui declan ator? 69. Unde se folosesc întrerup toarele automate de curent continuu de joas tensiune? 70. Cum se clasific întrerup toarele automate de curent continuu de joas tensiune dup tipul de declan ator? 71. Cum se clasific întrerup toarele automate de curent continuu ultrarapide dup sistemul de z vorâre? 72. Ce tip de camer de stingere se folose te la întrerup toarele automate de curent continuu de joas tensiune? 73. Ce este un întrerup tor în construc ie universal ? 74. Ce este un întrerup tor în construc ie capsulat ? 75. Cum se face ac ionarea de la distan a unui întrerup tor automat de joas tensiune? 76. Care este frecven a de comuta ie a unui întrerup tor automat comparativ cu cea a unui contactor electromagnetic? 77. Care este timpul de declan are a unui întrerup tor automat comparativ cu cel al unui contactor electromagnetic? 78. Ce tipuri de electromagne i se folosesc la ac ionarea întrerup toarelor automate de joas tensiune? 79. Ce rol are bobina de suflaj a unui întrerup tor automat de c.c.? 80. Care sunt avantajele i dezavantajele folosirii disjunctoarelor?

3. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE PROTEC IE Defectele ce apar în instala iile electrice sunt foarte complexe, atât ca desf urare cât i din punct de vedere al efectelor pe care le pot produce în instala iile electrice. De i este posibil o împ r ire a defectelor dup cauza i natura lor, în practic este greu de distins c rei categorii îi apar ine defectul care a avut loc, dat fiind c cel mai adesea apar defecte combinate i nu se poate ti care a fost cauza i care efectul. Marea majoritate a defectelor constau în deteriorarea izola iei ceea ce conduce la apari ia unor scurtcircuite. Curentul de scurtcircuit având o valoare mare supune echipamentul electric i consumatorii la efecte termice i electrodinamice importante i în acela i timp provoac o cre tere a c derilor de tensiune pe toate impedan ele pe care le parcurge, provocând astfel o sc dere general a tensiunii în re ea. Echipamentele electrice de protec ie au rolul de a limita efectele regimurilor de avarie pentru a proteja atât echipamentul electric cât i consumatorii i generatoarele electrice. Cele mai importante echipamente de protec ie sunt: siguran ele fuzibile, releele de protec ie, declan atoarele i desc rc toarele. Aparatele de protec ie trebuie s sesizeze apari ia unui regim anormal de func ionare i s izoleze zona defect prin intermediul aparatelor de comuta ie. Pentru a fi eficient o protec ie trebuie s fie sensibil , rapid , selectiv i cât mai sigur în func ionare. 3.1. SIGURAN E FUZIBILE Siguran a fuzibil este un aparat de conexiune i protec ie a c rui func ie este de a întrerupe circuitul în care este conectat i de a întrerupe curentul, atunci când acesta dep e te un anumit timp o valoare dat , prin topirea unuia sau mai multor elemente fuzibile (destinate i proiectate în acest scop). Siguran a fuzibil este unul dintre cele mai vechi aparate de protec ie, care au ap rut înc din primele momente ale dezvolt rii electrotehnicii. Ac iunea unei siguran e se bazeaz pe topirea fuzibilului ei în caz de suprasarcini i de scurtcircuite. Fuzibilul siguran ei constituie punctul slab al circuitului. El trebuie s se topeasc înaintea conductoarelor, a înf ur rilor ma inilor sau a transformatoarelor, adic înainte ca curentul prin circuit s 92

poat atinge o valoare periculoas pentru izola ii. Siguran ele fuzibile se caracterizeaz printr-o construc ie foarte simpl i robust , care au încorporat ca element de protec ie un fir rotund sau o band conductoare, montate în serie cu obiectul de protejat. În cazul curen ilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confec ionat fuzibilul, având cea mai redus stabilitate termic din întreg circuitul, se tope te i întrerupe circuitul, realizând protec ia acestuia. Siguran ele fuzibile se folosesc atât în instala iile electrice de joas tensiune, cât i în cele de medie i înalt tensiune i de i din punct de vedere constructiv ele difer mult în func ie de domeniul de utilizare, func ia de protec ie este aceea i. 3.1.1. Principiul de func ionare al siguran elor fuzibile Siguran a fuzibil are dou regimuri de func ionare: când curentul care o str bate este mai mic decât curentul minim de topire (I<Imin top) i regimul tranzitoriu condi ionat de curen ii de scurtcircuit sau de suprasarcin , curen i ce dep esc curentul minim de topire (I > Imin topire).

Figura 3.1. Principiul de func ionare al siguran ei fuzibile Elementul fuzibil este înglobat într-o mas de nisip de cuar

i se 93

tope te la dep irea Imin top, ap rând arcul electric, a c rui stingere este determinat de preluarea c ldurii de c tre granulele de nisip. Din momentul în care firul ajunge în stare lichid , masa de lichid nu mai p streaz forma geometric a firului, fiind supus deform rii cauzate de for ele electrodinamice în bucla parcurs de curent 1 i de for ele Lorentz în masa de lichid. Fuzibilul se tope te apoi se evapor , din stare solid trece în stare lichid apoi în stare de vapori. Procesul de schimbare a acestor st ri difer esen ial dup cum se efectueaz încet sau repede, adic dac fuzibilul siguran ei se tope te la intensitate mic a curentului de suprasarcin sau la intensitate mare a unui curent de scurtcircuit. Se constat c pe durata 0…t1 are loc înc lzirea elementului fuzibil, conform curbei din figur , pân la temperatura θ1 corespunz toare temperaturii de topire (θ1=θtop). Durata t1este de 1…5 ns i ca urmare se poate considera c într-un interval atât de scurt nu exist schimb de c ldur cu mediul ambiant, procesul fiind adiabatic. În intervalul t1-t2 materialul fuzibilului se tope te în întregime, iar temperatura se p streaz constant în timpul procesului de topire la valoarea θ1=θtop. În acest interval exist atât metal solid, cât i lichid, care ocup ipotetic forma geometric a elementului în stare solid . În intervalul de timp t2 - t3 metalul lichid se înc lze te la temperatura θ1la temperatura θ2 când se ajunge la temperatura de vaporizare (θ2=θvap), dup care ar urma formarea arcului electric. Intervalul de timp scurs între momentul apari iei curentului de scurtcircuit i momentul apari iei arcului electric se nume te durata de prearc. Caracteristic pentru func ionarea la scurtcircuit a siguran elor fuzibile este procesul de limitare a curentului electric ca durat i amplitudine. Dup topirea complet a elementului fuzibil i deci dup apari ia arcului electric, curentul mai cre te pu in, deoarece rezisten a arcului este înc mic . Efectul limitativ al siguran elor fuzibile este cu atât mai pronun at cu cât valoarea nominal a siguran ei este mai mic i curentul de scurtcircuit mai mare (supratensiunile ce apar în circuit sunt mai mari). În cazul unui curent mic, distrugerea fuzibilului începe în anumite poriuni, nu prea mari. Astfel în aceste por iuni, datorit topirii i evapor rii metalului, ia na tere un arc sau mai multe arcuri mici. Aceste arcuri distrug fuzibilul pe lungimea total , necesar stingeri arcului. Dar metalul fuzibilului r mâne în zona unde se g sea ini ial fuzibilul. Dac acesta este înconjurat de nisip, metalul topit umple spa iul dintre firele de nisip i formeaz un canal semiconductor. Stingerea arcului dup topirea fuzibilului, în cazul curen ilor redu i, este îngreunat datorit acestui fapt. În cazul unui curent mare 94

fuzibilul se tope te, practic, simultan pe toat lungimea. Efectul topirii i evapor rii metalului are un caracter de explozie, în care metalul fuzibilului este aruncat cu putere în l turi i se condenseaz pe firele de nisip. La trecere din stare lichid în stare de vapori, conductan a devine practic nul i curentul se întrerupe brusc, aceasta ducând la supratensiuni apreciabile, care de obicei cresc pân la o valoare la care apare str pungerea mediului siguran ei plin cu metal sub form de vapori. Dup str pungerea mediului, se stabile te un arc, a c rui durat de ardere i caracter al stingerii depind de construc ia dispozitivului de stingere al arcului cu care este prev zut siguran a. Valoarea supratensiunii care ia na tere în siguran dup evaporarea fuzibilului, depinde de lungimea acestuia. Cu cât lungimea este mai mare cu atât supratensiunea care ia na tere este mai înalt . Pentru reducerea supratensiunii care ia na tere în siguran la scurtcircuit, se încearc reducerea lungimi fuzibilului. De exemplu, în siguran ele tubulare dup topirea fuzibilului i formarea arcului, unul dintre electrozi este tras din canalul de stingere, astfel supratensiunile sunt practic imposibile. La siguran ele umplute cu nisip unde nu se poate m rii distan a dintre electrozi, se folosesc fuzibile în trepte. Fuzibilul este construit din sârme de diferite sec iuni. În cazul unui astfel de fuzibil topirea i evaporarea se produc întâi în por iunea de sec iunea minim . Dup ce este str puns aceast sec iune urmeaz cea cu sec iune mai mare, arcul se stabile te pe toat lungimea. Este clar c în cazul str pungerilor în trepte, supratensiunile trebuie s aib valori mai mici decât siguran a care nu are fuzibilul în trepte, deoarece lungimile diferitelor sec iuni se mic oreaz .

Figura 3.2. Efectul de limitare a curentului prin siguran a fuzibil . a) Regim sinusoidal, b) Regim aperiodic. Arcul care ia na tere într-o siguran dup topirea i evaporarea fuzibilului, trebuie stins într-un timp cât mai scurt. În func ie de condi iile de func ionare a siguran ei, de puterea scurtcircuitului i de valoarea tensiunii de serviciu, se folosesc diferite metode de stingere a arcului, începând de la întreruperea simpl în aer i terminând cu dispozitive complicate. Siguran ele fuzibile limitatoare de curent sunt siguran ele care dup topirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, înainte s ating valoarea maxim . Toate construc iile de siguran e se pot împ r i în: 1) cu limitare de curent; 2) f r limitare de curent. În figura 3.2. s-au reprezentat m rimile standardizate i notate conform recomand rilor CEI: – ip curentul prezumat, definit ca acel curent care ar trece prin circuit dac siguran a fuzibil ar fi înlocuit cu un conductor de impedan nul ; – ipt curentul prezumat t iat, definit ca valoarea instantanee a ip în momentul apari iei arcului electric; – il curentul limitat este curentul care trece prin siguran a fuzibil dup amorsarea arcului electric; – ilt curentul limitat t iat este valoarea instantanee maxim a curentului limitat; – tpa este durata de prearc; – ta este durata de ardere a arcului electric. Rezult c durata de ardere a arcului electric este tpa + ta. 96

Din figura 3.2. se constat c în regim aperiodic efectul de limitare este mai pronun at dar durata de ardere a arcului electric este mai mare. Siguran ele fuzibile limitatoare de curent sunt siguran ele care dup topirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, înainte s ating valoarea maxim . La curentul i, fuzibilul se evapor i au loc str pungerea intervalului i amorsarea arcului. În siguran ele limitatoare de curent, curentul din circuit nu atinge valoarea maxim Im ci, dimpotriv , începând de la valoarea I, scade tinzând c tre zero. Astfel de propriet i remarcabile au de exemplu siguran ele umplute cu o substan cu granula ie mic . În cazul acesta, arcul se g se te în astfel de condi ii, încât rezisten a sa cap t , dintr-o dat o valoare mare care apoi cre te repede. Proprietate siguran elor, umplute cu substan e granuloase de a reduce for at curentul la zero înainte de trecerea sa normal prin zero, indic posibilitatea utiliz rii acestui fel de siguran e i în curent continuu, lucru confirmat în practic . Siguran ele fuzibile f r limitare de curent aproape c nu reduc curentul dup evaporarea fuzibilului. În acest caz, curentul din arc dup evaporarea fuzibilului trece prin maxim i, în cazul cel mai bun se întrerupe la prima trecere prin zero, îns poate s se întrerup i dup trecerea câtorva semiperioade. Majoritatea siguran elor fuzibile nu sunt siguran e limitatoare de curent. În siguran ele fuzibile se folose te pe scar larg stingerea arcului cu ajutorul descompunerii unei substan e solide de stingere. Astfel de siguran e sunt de exemplu, sunt siguran ele tubulare la care stingerea are loc într-un curent de gaz longitudinal, ce ia na tere în tubul executat din material generator de gaz. Astfel de siguran e de înalt tensiune de curent alternativ sunt utilizate în special în instala ii exterioare. O r spândire i mai mare a c p tat metoda de stingere a arcului electric în siguran ele fuzibile cu ajutorul unei substan e de umplutur cu granula ie mic . Acest principiu de stingere a arcului este folosit pe scar larg , atât la siguran ele de înalt tensiune pentru instala ii interioare (pân la 35 kV) cât i la siguran ele de joas tensiune. Siguran ele cu umplutur granuloas au efect limitator de curent i pot fi utilizate pentru întreruperea curen ilor mari de scurtcircuit. 3.1.2. M rimile caracteristice ale siguran elor fuzibile Propriet ile i performan ele siguran elor fuzibile sunt definite prin mai multe m rimi caracteristice general acceptate, cum ar fi: curentul nominal al 97

soclului; curentul nominal al elementului fuzibil; tensiunea nominal ; felul curentului; frecven a tensiunii; puterea nominal de rupere; caracteristica temporal de curent; curentul limit de topire; factorul de topire; caracteristica de limitare; tipul constructiv; consumul propriu, etc. Aptitudinea unei siguran e fuzibile de a întrerupe un anumit curent de scurtcircuit se poate exprima prin: – curentul de rupere (capacitatea de rupere) Ir al siguran ei, indicat prin valoarea maxim a curentului de scurtcircuit, pe care îl poate întrerupe siguran a, în condi ii de încercare precizate de norme, aceasta r mânând f r deterior ri; – puterea de rupere Pr a siguran ei la scurtcircuit ce se poate determina pentru circuite de curent alternativ din rela ia: Pr = 3 Un⋅Ir

(3.1.)

Prin curent de rupere se în elege curentul de scurtcircuit de oc simetric ce s-ar stabili în circuitul dat (deci f r componenta continu ), în cazul în care siguran a ar fi scoas din circuit prin untare. Caracteristica timp-curent (de protec ie) t = F(i), reprezentat prin varia ia timpului de ardere a siguran elor fuzibile în func ie de supracurent, se poate exprima în dou variante de caracteristici temporale: –caracteristica de topire a elementului fuzibil, care exprim dependen a dintre tipul de la începutul scurtcircuitului pân în momentul topirii fuzibilului (apari ia arcului), i valoarea prezumat a curentului de scurtcircuit, presupus constant; –caracteristica de întrerupere a elementului fuzibil care exprim dependen a dintre durata total pân la întrerupere (timpul de la începutul scurtcircuitului pân la începutul topirii fuzibilului, plus durata de ardere a arcului) i acela i curent de scurtcircuit prezumat. Durata de ardere a arcului (5 10-3s) se neglijeaz , iar pentru durate de topire mai mari de 2 10-2, cele dou caracteristici se pot considera identice în zona de scurtcircuit. Din aceast cauz în prospecte se indic numai caracteristica de topire. Prin exprimarea curentului de scurtcircuit prezumat, ca multiplu al curentului nominal (figura 3.3.) s-a reu it reprezentarea printr-o singur curb a tuturor caracteristicilor de protec ie a siguran elor de aceea i construc ie dar de curen i nominali diferi i. Protec ia instala iilor electrice prin siguran e fuzibile se face confruntând caracteristica termic a obiectului protejat cu caracteristica de protec ie a siguran ei fuzibile. 98

Figura 3.3. Caracteristica temporal de protec ie a siguran elor fuzibile Caracteristica termic a unui obiect din instala ia electric este o curb care reprezint dependen a dintre timpul în cursul c ruia temperatura p r ii celei mai înc lzite a obiectului atinge valoarea limit admisibil i valoarea supracurentului. Fa de întrerup toarele obi nuite siguran ele fuzibile cu mare putere de rupere, având un timp de comuta ie foarte mic, au marele avantaj, c pot limita considerabil valoarea unui curent de scurtcircuit, realizând ruperea acestuia înainte ca el s fi ajuns la valoarea maxim . Aceast aptitudine se ilustreaz prin caracteristica de limitare, care reprezint valoarea de vârf atins de curentul de scurtcircuit, limitat prin prezen a siguran ei, în func ie de valoarea efectiv a curentului de scurtcircuit prezumat. În regim stabil de înc lzire întreaga energie consumat de fuzibil este complet cedat mediului înconjur tor. Curentul maxim, care corespunde acestui regim de înc lzire a fuzibilului, se nume te curent minim de topire. Teoretic, timpul de topire sub ac iunea curentului minim de topire este infinit. Cu cre terea intensit ii curentului care trece prin siguran , timpul de topire a fuzibilului se reduce i devine foarte mic la scurtcircuite. Curba t = f(I) tinde asimptotic spre valoarea minim a curentului de topire Imin, pentru t . Intensitatea acestui curent dep e te de obicei, 2025% intensitatea curentului nominal al fuzibilului. Din punct de vedere al înc lzirii întregii siguran e, adic a patronului i a contactelor sale, cel mai greu este regimul curentului minim de topire.

3.1.3. Siguran e fuzibile de joas tensiune Siguran ele fuzibile sunt aparate cu întrerupere automat , care protejeaz circuitele de iluminat i de for împotriva efectelor termice i dinamice produse de curen ii de suprasarcin i scurtcircuit. Siguran ele fuzibile se caracterizeaz printr-o construc ie foarte simpl i robust , care au încorporat ca element de protec ie un fir rotund sau o band conductoare, montate în serie cu obiectul de protejat. În cazul curen ilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confec ionat fuzibilul, având cea mai redus stabilitate termic din întreg circuitul, se tope te i întrerupe circuitul, realizând protec ia. Din punct de vedere constructiv, siguran ele de joas tensiune se clasific în: – siguran e fuzibile de mare putere de rupere, utilizate în instala ii industriale, cu tensiuni nominale de pân la 1000 V i curen i nominali între 100 i 1000 A; – siguran e fuzibile cu filet utilizate în instala ii industriale i casnice la tensiuni pân la 1000 V i curen i nominali între 6 i 100 A i – siguran e fuzibile miniatur utilizate la redresoare, aparate de radio i televiziune, instala ii electronice, la tensiuni pân la 500 V i curen i nominali între 0,1 i 6 A. Reprezentarea tabelar a principalelor tipuri de siguran e fuzibile de joas tensiune i a parametrilor lor este dat în tabelul 3.1. Tabelul 3.1. Clasificarea siguran elor fuzibile de joas tensiune Nr. crt.

Denumire

Siguran fuzibil de mare putere Siguran fuzibil 2 cu filet 1

Siguran fuzibil miniatur

Tensiune nominal V

Curent Curentul nominal prezumat A întrerupt A

<1000 V 100…1000

<1000 V

16…100

<33

<550 V

0.1…10

Folosire

Instala ii industriale Instala ii industriale i casnice Aparate electrice (redresoare, aparate de radio i TV)

Se numesc siguran e fuzibile de uz industrial siguran ele la care elementul înlocuitor nu este accesibil i nu poate fi înlocuit decât de persoane 100

calificate; siguran ele fuzibile de uz casnic cele ce se utilizeaz în instala iile casnice, la cer elementul înlocuitor este accesibil.

Figura 3.4. Evolu ia variantelor constructive ale siguran elor de joas tensiune. a) – fir fuzibil în aer liber; b) fuzibil inclus într-un tub deschis; c) fuzibil inclus într-un tub închis; d) fuzibil inclus într-un tub de nisip; e) band fuzibil prev zut cu istmuri (stric iuni); Din punct de vedere constructiv siguran ele fuzibile de joas tensiune se prezint sub numeroase variante. În figura 3.4. este prezentat evolu ia variantelor constructive de siguran e fuzibile de la variantele primitive deschise când arcul electric era stins în aer liber, la variantele închise când arcul este stins într-un tub de sticl sau por elan închis la capete cu sau f r umplutur de nisip. Pentru a ob ine puteri de rupere mari, în timpul arderii fuzibilului trebuie s de reduc la minim cantitatea de vapori metalici. Utilizarea cuprului si argintului care comparativ cu plumbul au o foarte bun conductibilitate electric i punct de topire ridicat, a permis m rirea densit ii de curent în fuzibil i ob inerea unor sec iuni mai reduse, reducându-se astfel volumul de metal care se vaporizeaz . Siguran ele fuzibile umplute cu nisip pur i uscat (λ=6,512 Wm-1grd1 ), comparativ cu firele fuzibile în aer au o putere de rupere foarte mare având în anumite condi ii un accentuat efect de limitare a curen ilor de scurtcircuit. Elementele fuzibile executate din material cu punct de topire ridicat (cupru i argint), la suprasarcini mici i de lung durat solicit intens termic siguran a. Mic orarea acestei solicit ri s-a reu it pe baza fenomenului denumit efect metalurgic. Este cunoscut faptul c anumite aliaje eutectice de 101

staniu i plumb, u or fuzibile, dac vin în contact în stare topit cu unele metale greu fuzibile (cupru, alam , argint), sunt capabile s le dizolve. Pentru declan area acestui fenomen într-o siguran este nevoie ca pe elementul fuzibil, executat dintr-un metal cu punct de fuziune ridicat s se prind prin lipire o mic pic tur (bobi ) dintr-un metal cu punct de fuziune sc zut (staniu, eutecticul plumb-cadmiu, etc). În momentul în care elementul fuzibil, sub ac iunea supracurentului, atinge temperatura de topire a pic turilor, acestea se topesc i dizolv metalul elementului fuzibil în punctul de lipire la temperaturi inferioare temperaturii de topire a elementului. Procesul de difuzare a metalului pic turii se intensific o dat cu cre terea înc lzirii, producându-se o evolu ie în avalan . Arcul de întrerupere ia na tere chiar în zona pic turii, unde mas topit con ine un aliaj cu mare rezistivitate i deci unde înc lzirea este mai puternic . Acest arc tope te i restul lungimii elementului fuzibil. Siguran ele cu efect metalurgic au caracteristica de topire inert (cu întârziere). În instala iile electroenergetice se utilizeaz o larg gam de siguran e fuzibile cu capacit i de rupere medie si mare. Astfel, industria româneasc produce pentru medie putere siguran e cu filet tip LS, la care leg turile se fac în spatele panoului (la curen ii nominali: 25, 63, 100 A), LF i LFi la care leg turile se execut în fa a panoului pe care se monteaz soclul (25, 63, 100 A), cu i f r capac de protec ie. Elementele principale ale siguran elor fuzibile tip cu filet sunt soclul, patronul (care are încorporat elementul fuzibil i firul de semnalizare) i capacul (filetat pentru soclu). Pentru curen ii de scurtcircuit de valoare mai redus se execut siguran e tubulare de 30 si 69 A. În figura 3.5. sunt prezentate câteva variante constructive de siguran e fuzibile cu filet în construc ie normal sau mignon (miniaturizat )

Figura 3.5. Elementele constructive ale siguran elor fuzibile cu filet. 102

Pentru protec ia circuitelor la curen i de scurtcircuit mari se execut siguran e fuzibile cu mare putere de rupere MPR, alc tuite din patron (dou cu ite de contact), fuzibil (cu ac iune rapid i ultrarapid ) i suport cu furci de contact.

Figura 3.6. Siguran e fuzibile cu mare putere de rupere MPR. Introducerea i scoaterea patronului din furci se realizeaz prin intermediul unui mâner izolant deta abil. Aceast opera ie manual se face când prin barele circuitului nu exist curent. Astfel se realizeaz siguran e fuzibile cu mare putere de rupere tip MPR, pentru curent alternativ de 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 A i pentru curent continuu de 250, 400 A. 3.1.4. Siguran e fuzibile de medie i înalt tensiune Pentru instala ii interioare, la tensiunea de 3-35 kV, cele mai r spândite sunt siguran ele cu umplutur de mic granula ie (nisip cuar os cu con inut de siliciu de pân la 99,5%). Puterea de rupere maxim a acestor siguran e reprezint 300 MVA pentru toate tensiunile men ionate. Siguran ele fuzibile de medie i înalt tensiune se clasific dup mai multe criterii astfel: 1) Dup felul montajului a) de interior; b) de exterior; 2) Dup tensiunea nominal : 7,2; 12; 24; 42 kV; 3) Dup destina ie (felul circuitului): 103

- pentru circuite principale; - pentru circuite de m sur (transformatoare de m sur ); 4) Dup num rul de perechi de poli: a) monopolare; b) bipolare; c) tripolare; Firele fuzibile se execut în trepte, pentru a reduce supratensiunile în momentul întreruperii curen ilor de scurt circuit. În figura 3.7 este reprezentat o band fuzibil caracterizat de prezen a istmurilor i de prezen a unor por iuni cu aliaj eutectic (96,5% Sn + 3,5% Ag), ceea ce va îmbun t i comportarea elementului fuzibil la curen i de suprasarcin . B

A D e ta liu A

φ 1 ,2

0 ,2

D e ta liu B

Figura 3.7. Fuzibilul siguran elor de medie tensiune Datorit efectului apreciabil de limitare a curentului pe care-l au siguran ele umplute cu nisip cuar os, ele se pot folosi pentru protec ia transformatoarelor de tensiune. Astfel de siguran e se fabric pentru 3, 6 i 10 KV în patroane de dimensiuni identice, pentru 15 i 20 KV în patroane de dimensiunea a doua, i pentru 35KV în patroane de a treia dimensiune. În cazul tensiunilor de 35-110 kV, se folose te siguran tubular împu c toare, adic siguran a la care stingerea arcului se realizeaz cu ajutorul suflajului longitudinal în tubul generator de gaze.

Figura 3.8. Sec iune longitudinal printr-o siguran fuzibil de 35 kV În figura 3.8. este reprezentat o sec iune prin patronul unei siguran e de 35 kV, curent de serviciu 100 A i puterea nominal de rupere pân la 500 104

kVA (intensitatea curentului nominal de rupere 8500 A). Patronul se compune din tubul 1, executat din material generator de gaze (viniplast), în canalul c ruia se g se te fuzibilul 2, legat la un cap t de capsula 4, iar la cel lalt cap t de fuzibilul 3.

Figura 3.9. Siguran fuzibil tubular . Aspectul general al construc iei siguran ei tubulare pentru 35 kV a uneia dintre faze este reprezentat în figura 3.9.. Patronul 1 este fixat pe izolatorul 2. Pe un alt izolator 3, se g se te cu itul 5 de material izolant, prev zut cu un cu it care tinde s -l arunce în jos. Acest cu it este cuplat cu capsula 4 a leg turii flexibile 2 a patronului. La arderea fuzibilului 3 al siguran ei, cu itul trage leg tura flexibil din interiorul tubului i arcul este întins de-a lungul acestuia. Începe o generare intens de gaze i cre te presiunea din tub, ceea ce ajut la aruncarea complet a leg turii flexibile din tub. Când leg tura flexibil este aruncat afar din tub, ia na tere o puternic mi care a gazului i arcul se stinge. Cu cât curentul de scurtcircuit este mai mare, cu atât procesul se desf oar mai intens i cu atât arcul se stinge mai repede. Astfel de siguran a fost elaborat pentru o tensiune nominal de 110 kV i puterea nominal de rupere la 1000 MVA.

Figura 3.10. Fuzibilul unei siguran e de înalt tensiune. 105

Curba t = f(I) tinde asimptotic spre valoarea minim a curentului de topire Imin, pentru t . Intensitatea acestui curent dep e te de obicei, 2025% intensitatea curentului nominal al fuzibilului. Din punct de vedere al înc lzirii întregii siguran e, adic a patronului i a contactelor sale, cel mai greu este regimul curentului minim de topire. La aceast valoarea a curentului, fuzibilul se înc lze te pân la temperatura maxim i se tope te, îns acest proces dureaz mai mult timp, datorit c rui fapt înc lzirea tuturor elementelor siguran ei ajunge la valoare maxim . Au fost propuse multe mijloace de reducere a temperaturii la care fuzibilul este distrus la un curent de suprasarcin de durat . Un mijloc foarte eficace i ra ional const în acoperirea firului sau a lamei fuzibil printr-un dizolvant metalic. Se tie c unele metale u or fuzibile (plumbul, staniul) în stare topit sunt capabile s dizolve în ele metale mai greu fuzibile (cuprul, argintul). Astfel dac pe firul fuzibil de cupru sau de argint se prinde o bil de plumb sau staniu, topirea acestei bile produce un proces activ de distrugere a firului de cupru sau de argint, în punctul unde este prins bila se produce ruperea firului i formarea arcului, care continu distrugerea fuzibilului. În acest caz arcul se întinde pân când ajunge la lungimea critic i se stinge. În cazul unui curent de scurtcircuit bila de dizolvant nu are nici o influen . Aceast metod (a dizolvantului) este larg folosit în siguran ele de medie i înalt tensiune.

Figura 3.11. Caracteristica temporal de protec ie a siguran elor fuzibile inând seama de dispersia valorilor. 1- domeniul de protec ie al siguran elor normale; 2- domeniul de protec ie al siguran elor rapide. 106

Asigurarea selectivitatea unei protec ii realizate cu siguran e fuzibile se face pe baza caracteristicii temporale a acestora i const în func ionarea numai a siguran ei mai apropiate de locul defectului. Pentru o re ea ramificat selectivitatea este asigurat când pentru orice curent de scurtcircuit caracteristicile de protec ie ale siguran elor fuzibile nu se întretaie.

Figura 3.12. Asigurarea selectivit ii protec iilor cu siguran e fuzibile Dac caracteristica siguran ei F1 ar intersecta caracteristica siguran ei F2 (caracteristica punctat F1′ ) selectivitatea nu ar mai fi asigurat . Dar acest criteriu nu este suficient deoarece trebuie s se in seama de dispersia caracteristicilor temporale de protec ie care este de aproximativ 10%. Pentru aceasta siguran a F1 se adopt trecând peste o treapt nominalizat a valorilor standardizate ale siguran elor fuzibile. Folosirea siguran elor fuzibile ca elemente de protec ie prezint urm toarele avantaje: sunt cele mai ieftine aparate de protec ie; nu necesit între inere; nu prezint pericol de explozie sau incendiu; sunt cea mai rapid protec ie i deci au cel mai pronun at efect de limitare a curentului de scurtcircuit. Dintre dezavantajele utiliz rii protec iilor cu siguran e fuzibile amintim: caracteristica de protec ie este influen at de temperatura mediului ambiant; deconectarea se poate face doar pe o faz iar caracteristica de protec ie depinde de starea anterioar a circuitului. Rezult c folosirea siguran elor fuzibile pentru protec ia instala iilor electrice are în primul rând o justificare economic .

107

3.2. RELEE DE PROTEC IE Rolul releelor de protec ie este de a proteja instala iile electrice împotriva func ion rii în regimuri anormale, prin transmiterea unor semnale electrice ce determin izolarea locului defect prin intermediul aparatelor de comuta ie. De i exist o mare diversitate de relee, toate se compun din trei elemente func ionale distincte: elementul sensibil S, elementul comparator C i elementul executor E (figura 3.13.).

Figura 3.13. Schema bloc a unui releu de protec ie Dup cum se constat releul are un singur semnal de intrare (x) i oricâte semnale de ie ire (y1…yn). Elementul sensibil S prime te semnalul de intrare x i îl transform într-o m rime fizic necesar func ion rii releului. De exemplu, la un releu electromagnetic, acest rol este îndeplinit de un electromagnet ce transform tensiunea sau curentul într-o for sau cuplu ce permite func ionarea releului. Elementul comparator C compar m rimea transformat de elementul sensibil, cu o m rime de referin i la o anumit valoare a m rimii transformate trimite ac iunea asupra elementului executor. La releele electromagnetice acest rol îl îndepline te resortul antagonist. Elementul executor E, în urma comenzii primite ac ioneaz asupra semnalelor de ie ire y1…yn, ce constituie contactele releului. Releele electrice sunt aparate automate, care sub ac iunea parametrului electric de intrare produc varia ia brusc a parametrilor de ie ire, la o anumita valoare a parametrului de intrare. Ele func ioneaz pe baza ciclului DA-NU (deschis-închis), f când parte din categoria aparatelor cu comenzi discontinue. Releele de protec ie trebuie s îndeplineasc patru condi ii fundamentale: selectivitate, rapiditate, sensibilitate i siguran . Ac iunea releelor de protec ie este selectiv , dac acestea comand deconectarea numai a p r ii defecte din sistem, prin contactoarele respective, celelalte p r i ale 108

sistemului r mânând mai departe în func iune. Condi ia de rapiditate este necesar , deoarece deconectarea rapid a elementelor defecte din re ea prezint o serie de avantaje ca: m re te stabilitatea func ion rii în paralel a generatoarelor sincrone, reduce timpul de alimentare cu tensiune sc zut a consumatorilor, mic oreaz distrugerile elementelor defecte, permite folosirea reanclan rii automate rapide a liniilor aeriene, etc. Se face observa ia c cele dou condi ii de selectivitate i rapiditate nu se pot satisface întotdeauna simultan. Releele de protec ie trebuie s fie suficient de sensibile la defecte ca i la regimurile anormale de func ionare, ce pot ap rea în elementele protejate ale sistemelor electrice. In sfâr it, releele de protec ie trebuie s fie întotdeauna gata de ac iune i s func ioneze sigur în toate cazurile de defecte i regimuri anormale de func ionare. 3.2.1. Clasificarea releelor de protec ie Clasificarea releelor de protec ie se poate face dup mai multe criterii. A) Dup principiul de func ionare al mecanismului motor: – relee termice, – electromagnetice, – de induc ie, – magnetoelectrice, – electrodinamice, – electronice. B) Dup m rimea pe care o protejeaz : – relee de curent – relee de tensiune – relee de putere – relee de impedan – relee de frecven – relee de timp – relee de temperatur C) Dup felul în care este realizat ac iunea fa de o anumit valoare a m rimii de intrare: – relee maximale, care ac ioneaz dac m rimea protejat dep e te o anumit valoare – relee minimale, care ac ioneaz când m rimea protejat scade sub o anumit valoare (sau dispare) – relee direc ionale, care ac ioneaz dac se schimb sensul m rimii protejate (de exemplu: sensul de circula ie al puterii) 109

D) Dup modul în care ac ioneaz asupra aparatelor de comuta ie: – relee directe, la care elementul de protec ie ac ioneaz direct asupra aparatului de comuta ie – relee indirecte, la care ac iunea se transmite prin intermediul unor contacte din circuitul electric auxiliar al aparatului de comuta ie. E) Dup modul de conectare în circuit: – relee primare, la care înf urarea este parcurs de m rimea din circuitul de protejat – relee secundare a c ror înf urare este alimentat din secundarul unui transformator de m sur prin a c rui primar trece m rimea din circuitul de protejat. F) In func ie de valoarea timpului de ac ionare ta, definit ca timpul din momentul apari iei semnalului de intrare care ac ioneaz asupra elementului sensibil al releului i pân în momentul ac ion rii releului, releele se clasific în: – relee f r iner ie (ultrarapide), când ta<10ms – relee rapide, când ta<5*10-2s – relee normale, când 0,15s>ta>5*10-2s – relee lente, când 1s>ta>0,15s – relee temporizate, când ta>1s 3.2.2. Caracteristicile releelor de protec ie. Caracteristica de baz a releelor o constituie caracteristica intrare ie ire, y = f(x), care reprezint leg tura cu caracter discontinuu dintre m rimea de intrare x i m rimea de ie ire y.

Figura 3.14. Caracteristicile intrare-ie ire a releelor. a) Releu minimal, b) Releu maximal, c) Releu polarizat. 110

A a cum se vede din figur (3.14.a), dac m rimea de intrare cre te în intervalul de la 0 la 1, m rimea de ie ire r mâne nul . În momentul în care m rimea de intrare atinge valoarea xa, m rimea de ie ire variaz brusc la valoarea ymax. M rimea xd poart denumirea de parametru de ac ionare i reprezint valoarea m rimii de intrare la care sistemul mobil se pune în mi care i ac ioneaz contactele. În continuare dac x cre te m rimea de ie ire r mâne constant . În procesul de mic orare al m rimii de intrare pân la xr m rimea y r mâne constant i numai la x = xr variaz brusc pân la valoarea 0 (por iunea 4-5). M rimea xr poart denumirea de parametru de revenire i reprezint m rimea de intrare la care sistemul mobil începe s se deplaseze în sens contrar celui de ac ionare, spre pozi ia de repaus. Se mai define te parametrul reglat xR ca fiind valoarea reglat sau prescris pentru care se stabile te c trebuie s aib loc ac ionarea. Raportul: Kr=

xr xa

(3.2.)

se nume te factor de revenire. Cu cât kr este mai aproape de unitate cu atât releul este mai sensibil. Eroarea de reglaj se calculeaz : εr =

xa − xR ⋅ 100% xR

(3.3.)

Figura 3.15. Caracteristicile temporale ale releelor de curent. 111

Dac se noteaz cu Pa puterea de ac ionare, care este puterea absorbit de releu pentru a func iona i cu Pc puterea comandat , adic puterea din circuitul de ie ire, atunci se define te factorul de comand : Kc =

Pc Pa

(3.4.)

care este supraunitar i avantajos s fie cât mai mare. O alt caracteristic important a releelor o reprezint caracteristica temporal sau de func ionare, care ne d dependen a dintre durata de ac ionare i valoarea parametrului de ie ire. Astfel în figura 3.15. se reprezint diverse caracteristici temporale ale releelor de curent. Se deosebesc astfel: – relee cu caracteristic dependent , la care timpul de ac ionare scade pe m sura cre terii curentului din înf urarea releului (cazul releelor termice i de induc ie); – relee cu caracteristic independent , la care timpul de ac ionare nu depinde de valoarea curentului (cazul releelor electromagnetice); – relee cu caracteristic semidependent , la care timpul de ac ionare este func ie de curent numai pân la o anumit valoare a curentului Ia, de la care în sus timpul devine constant i independent de timp; – relee cu caracteristic limitat dependent sau mixt , la care timpul de ac ionare este în func ie de curent, îns la o anumit valoare mare a curentului Ia (curent de scurtcircuit) timpul de ac ionare devine foarte mic, aproape zero (cazul releelor RTp-C, sau combina ii de relee termice i electromagnetice). 3.2.3. Relee termobimetalice Releele sunt aparate de protec ie, care ac ionând asupra unui aparat de comuta ie, produc întreruperea aliment rii unui consumator, la o anumit temperatur a elementului sensibil al releului. Elementul sensibil sau senzorul este o lamel din bimetal. Releele termobimetalice sunt relee de curent i se utilizeaz mai ales pentru protec ia ma inilor electrice, împotriva înc lzirilor excesive ca urmare a func ion rii ma inilor la suprasarcini de lung durat . Curentul de suprasarcin al motorului, înc lze te mecanismul bimetalic al releului i când temperatura atinge valoarea maxim admis , releul termobimetalic trebuie s ac ioneze asupra unor contacte care provoac deconectarea motorului de la re ea. Releele termobimetalice nu asigur protec ia împotriva curen ilor de scurtcircuit, deoarece rezisten a de înc lzire a acestor relee se poate arde 112

înainte ce aceste relee s ac ioneze. De aceea la protec ia motoarelor electrice aceste relee termobimetalice se asociaz cu relee electromagnetice cu ac iune instantanee sau siguran e fuzibile cu rol de protec ie împotriva curen ilor de scurtcircuit. 3.2.3.1. Principiul de func ionare al releelor termobimetalice Lamela bimetalic este format din dou straturi de metal intim unit pe toat suprafa a de contact, prin sudur sau lipire. Cele dou metale au coeficien i de dilatare diferi i. Cum la înc lzire una din componente se dilat mai puternic ca cealalt , termobimetalul se curbeaz la înc lzire i anume cu atât mai mult, cu cât mai mare este diferen a dintre coeficien ii de dilatare ai ambelor componente. Componenta cu coeficient de dilatare mai mic constituie componenta pasiv , iar cea cu coeficient de dilatare mai mare reprezint componenta activ . Aliajele din fier-nichel, cu propriet ile lor specifice, stau la baza realiz rii termobimetalelor. Invarul (aliaj Fe-Ni cu 36% Ni), având coeficientul de dilatare minim se folose te în calitate de component pasiv , iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficien i de dilatare mari se folosesc drept componente active. Prin urmare, lamela bimetalic are proprietatea de a- i schimba forma în mod automat, func ie de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare este temperatura i parametrul de ie ire curbarea lamelei. Fa de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are avantajul c s geata care se ob ine la cap tul liber al lamelei este cu mult mai mare decât cea ob inut prin simpla dilatare termic . În esen la nivelul bimetalului se ob ine cea mai simpl transformare de energie termic în energie mecanic , cu multiple aplica ii în tehnic . 3.2.3.2. Caracteristica de protec ie a releului termobimetalic Aceast caracteristic exprim dependen a dintre timpul de ac ionare al releului i valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristic de protec ie dependent , constatându-se c o dat cu cre terea curentului ce parcurge bimetalul timpul de ac ionare al releului scade. În figura 3.16 s-a reprezentat prin curba 2 caracteristica de protec ie a bimetalului în stare rece, prin curba 3 caracteristica de protec ie a bimetalului preînc lzit i prin curba 1 caracteristica tehnic a obiectului de protejat (reprezentarea timpului este f cut la scar logaritmic ). 113

Figura 3.16. Caracteristicile temporale de protec ie a unui releu termobimetalic. O protec ie bun se realizeaz atunci când caracteristicile 2 i 3 se afl sub caracteristica 1, pentru toat gama curen ilor posibili. Datorit alurii dependente a caracteristicii de protec ie, releele termobimetalice sunt indicate pentru protec ia motoarelor electrice. Aceasta deoarece supracuren ii de scurt durat , de exemplu la pornirea motoarelor, nu sunt suficien i ca prin înc lzirea termobimetalului s produc declan area motorului de la re ea. În schimb, la supracuren i de durat , (de exemplu la r mânerea în dou faze) se ob ine o declan are dup un anumit timp, func ie de valoarea curentului. Caracteristica de protec ie poate fi ob inut prin calcul, sau se poate determina experimental pentru releele construite.

Figura 3.17. Modul de reprezentare în schemele electrice 114

Din punct de vedere al reprezent rii releelor termobimetalice în schemele electrice, se pot folosi modalit ile prezentate în figura 3.17. În toate cazurile se constat existen a a dou circuite: unul parcurs de curentul de protejat (contactele 1-2) i un contact aflat în alt circuit (de exemplu în circuitul bobinei de comand a contactorului), ce poate fi normal închis (contactul 11-13) sau normal deschis (contactul 12-14). 3.2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice Termobimetalele, au proprietatea transform rii unei varia ii de temperatur într-o mi care datorit deform rii. La realizarea releelor termobimetalice se folose te atât aceast proprietate cât i proprietatea de elasticitate a termobimetalelor. Prin aplicarea unei for e de sens contrar deform rii se pot ob ine tensiuni interne, propor ionale cu varia iile de temperatur . Din punct de vedere tehnic se pot utiliza urm toarele func ii ale termobimetalelor: efectul de deformare (curbare); efectul de for datorit tensiunilor interne; efectul combinat de deformare i for ; efectul de temporizare la transmiterea unei comenzi; efectul de compensare a temperaturii mediului ambiant. Aceste efecte pot fi realizate cu termobimetale de cele mai diferite forme ca: benzi drepte sau u or îndoite care se curbeaz , piese în form de U, spirale care se înf oar sau se desf oar , discuri a c ror curbur variaz . Dup modul de înc lzire al elementului sensibil bimetalic se deosebesc mecanisme bimetalice cu înc lzire direct , indirect sau combinat (mixt ). La înc lzirea direct , lamela se înc lze te prin efect electrocaloric datorit trecerii curentului electric prin îns î lamela bimetalic . Cum efectul de deformare al termobimetalelor încastrate la un cap t este cel mai frecvent folosit, se prezint în figura 3.18. dou solu ii constructive pentru releele cu înc lzire direct . Astfel în figura 3.18 a) se prezint un releu termobimetalic dintr-o band de bimetal f r pretensionare i în figura 3.18.b) cu pretensionare. Aceste relee sunt capabile s deschid un contact al unui circuit electric dac temperatura dep e te o anumit valoare limit .

115

Figura 3.18. Relee termobimetalice cu înc lzire direct , utilizând efectul de deformare. a)releu bimetalic din band bimetalic f r pretensionare. b) releu bimetalic din band bimetalic cu pretensionare.

Figura 3.19. Releu termobimetalic cu înc lzire direct utilizând efectul de deformare i for . Utilizarea concomitent sau succesiv a efectului de deformare i a efectului de for este exemplificat în construc ia din figura 3.19. Aici lamela bimetalic încastrat se deplaseaz întâi liber, propor ional cu temperatura, apoi ac ioneaz cu o for provocând deschiderea unui contact din circuitul electric al bobinei contactorului. Exist variante constructive de relee termobimetalice în care elementul bimetalic încastrat are forma literei U, ca în figura 3.20.

Figura 3.20. Tipuri constructive de relee termobimetalice. a) Releu termobimetalic în form de U. b) Înc lzirea indirect a releelor termobimetalice. În cazul folosirii înc lzirii indirecte bimetalul este înc lzit prin intermediul unui rezistor de înc lzire cu firul bobinat pe lamel sau sub forma unei pl cu e de mare rezistivitate. 116

În cazul înc lzirii combinate (mixte), lamela este înc lzit pe cale direct i indirect prin rezistor, curentul parcurgând lamela termobimetalic i rezistorul legate în serie ca în figura 3.21. Când curentul din circuitul de sarcin este prea mare, bimetalul se leag în circuit prin intermediul unui transformator de curent.

Figura 3.21 Releu termobimetalic cu înc lzire combinat Pentru a ob ine o temporizare a unei ac ion ri se poate folosi efectul de deformare al bimetalului, ob inându-se temporiz ri de la câteva secunde la câteva minute. Pentru protec ia motoarelor asincrone trifazate, releele termobimetalice sunt grupate în blocuri de relee. Elementul motor al acestor relee sunt lamelele termobimetalice 1, cu efect de deformare i for . Conform figurii 3.22. aceste blocuri cuprind i un mecanism format din pârghia 2, bimetalul de compensare 3, piesa 4 care împinge lamela elastic 5 i care basculeaz contactul mobil din pozi ia B în pozi ia C. Contactul mobil se afl conectat la borna A. Cele trei termobimetale sunt legate prin bornele R, S, T, la re eaua trifazat i prin U, V, W, sunt înseriate cu înf ur rile motorului trifazat, fiind parcurse de curentul de protejat.

Figura 3.22. Bloc de relee termobimetalice 117

Lamelele termobimetalice de pe orice faz se curbeaz în caz de suprasarcin deplasând pârghia 2 în sensul s ge ii. Reglarea curentului de ac ionare se face cu urubul 6, care poate fi rotit în fa a unei scale gradate. La dep irea curentului de reglaj, dup un timp ce depinde de valoarea supracurentului, piesa 4 prin împingerea resortului s ritor (lamela elastic 5), produce întreruperea contactului normal închis A-B înseriat cu bobina contactorului, respectiv închide contactul normal deschis A-C ce poate fi introdus într-o schem de semnalizare. În cazul supracuren ilor de scurt durat (pornirea motorului) sau a func ion rii îndelungate la curentul nominal, lamelele de bimetal se curbeaz dar nu suficient pentru a ac iona contactul.

Figura 3.23.Dispozitivul de compensare termic a blocului de relee termobimetalice. Pentru a face blocul de relee termobimetalice insensibil la modific rile temperaturii ambiante, acesta se echipeaz cu dispozitive de compensare termic , prin utilizarea unui bimetal de compensare. Conform figurii 3.23. la cre terea temperaturii mediului ambiant, bimetalul de compensare 3, care este un bimetal pasiv (neparcurs de curent), deplaseaz spre stânga pârghia 2 cu o distan s i deoarece i bimetalele principale 1 se curbeaz cu s în acela i sens, cursa ce urmeaz a o str bate bimetalele principale în cazul unui curent de suprasarcin , s, r mâne constant . Men ion m c dup ac ionarea blocului de relee de protec ie, oprirea motorului i r cirea lamelelor bimetalice, releul trebuie rearmat prin intermediul butonului 7 din figura 3.22., care readuce contactul mobil în pozi ia ini ial . Se remarc c se realizeaz i blocuri de relee cu posibilitatea de rearmare automat a contactului mobil dup ac ionare. Reprezentarea în schemele electrice a blocului de relee termobimetalice este ar tat în figura 3.24.

118

Figura 3.24. Reprezentarea blocului de relee termobimetalice în schemele electrice Bornele 1, 3, 5, se leag la ie irea din contactele principale ale contactorului; bornele 2, 4, 6, se leag la intrarea în motor; iar contactul 11-13 normal închis se înseriaz cu circuitul de comand al contactorului. Astfel dac curentul din circuitul de protejat dep e te valoarea reglat , se deschide contactul 11-13 întrerupându-se alimentarea bobinei contactorului i astfel se declan eaz motorul de la re ea. 3.2.3.4. Calculul lamelei termobimetalice Pentru a putea proiecta o lamel termobimetalic din componen a unui releu sau bloc de relee, ca i pentru reglarea acestor relee, trebuie s putem calcula s geata la cap tul liber a unei lamele încastrate la un cap t. Dac o asemenea lamel termobimetalic este parcurs de curent ea e curbeaz , determinând la cap tul liber s geata f, a a cum rezult din figura 3.25. La o varia ie de temperatur cu:

= -

(3.5.)

raza de curbur a lamelei termobimetalice variaz conform rela iei: 1 1 − = rθ r0

6(α 1 − α 2 )(1 + m )

1 3(1 + m) + (1 + mn ) m + mn 2

θ − θ0 δ

(3.6.)

unde s-a notat cu: r – raza de curbur la temperatura ; r0 – raza de curbur la temperatura 0; m = 1/ 2 este raportul grosimilor componentelor lamelei; n = E1/E2 este raportul modulelor de elasticitate al componentelor; α 1, α 2 sunt coeficien ii de dilatare liniar a componentei active, respectiv a celei pasive. 119

Figura 3.25.Calculul s ge ii lamelei termobimetalice La grosime egal a celor dou componente, ca în figura 3.25. avem δ1 = δ 2 = δ / 2

Considerând c

i E1=E2, cu m=1 i n=1, rela ia (3.6.) devine:

1 1 3(α1 − α 2 ) θ − θ 0 − = rθ r0 2 δ

(3.7.)

Expresia:

3(α1 − α 2 ) 2

(3.8.)

poart denumirea de coeficientul lui Villarceau i are semnifica ia curb rii liniei mijlocii, în direc ia lungimii, a unei benzi de termobimetal la o varia ie de temperatur cu un grad i o grosime unitar a benzii bimetalice. Dac banda a fost ini ial plan (r0= ∞ ), din rela iile (3.7.) i (3.8.) rezult :

1 δ rθ ∆θ

În calculele practice se folose te o constant specific i care constituie o constant de material: α=

1 δ rθ 2∆θ

(3.9.) =V/2, denumit curbura (3.10.)

Deoarece raza de curbur r este o m rime de determinat din m sur tori i deoarece ne intereseaz determinarea s ge ii la cap tul liber f, din triunghiul dreptunghic OAB se poate scrie: OB2=OA2+AB2 unde

(3.11.)

120

OB= rθ + δ

(3.12.)

OA= rθ +

δ −f 2

(3.13)

deoarece: AB ≅ L Avem: δ rθ + 2 δ rθ + 2

δ r0 + − f 2

= 2

δ = rθ + 2

− 2f rθ +

2f r0 +

+ L2

(3.14.)

δ + L2 + f 2 2

δ = L2 + f 2 2

δ L2 + f 2 r0 + = 2 2f

de unde:

1 2f = 2 rθ L + f 2 − fδ

(3.15.)

(3.16) (3.17) (3.18.)

i care înlocuit în (3.10.) determin : α=

2f δ ⋅ 2 L + f − fδ 2∆θ 2

(3.19.)

Deoarece s geata f << L i produsul f poate fi neglijat în raport cu L2, din rela ia (3.19.) se ob ine valoarea s ge ii sub forma: f=

αL2 ∆θ δ

(3.20.)

În aceast rela ie valoarea curburii specifice , dat în manuale, este cuprins între 3⋅10-6 ÷ 23⋅10-6[1/grad], iar varia ia de temperatur se poate determina din ecua ia bilan ului termic sub forma: Pt = cM∆θ I 2 Rt = cM∆θ

(3.21.) (3.22.)

I 2 Rt ∆θ = cM

(3.23.) Rezult c rela ia (3.20.) ne determin univoc s geata la cap tul liber al unei lamele termobimetalice încastrate la un cap t, de rezistent R, de dimensiuni L i , executat dintr-un material având curbura specific a, în cazul parcurgerii ei de un curent I. 121

Tabelul 3.2. Calculul s ge ii lamelei termobimetalice Forma bimetalului

S geata la cap tul liber f=

aL2 ∆θ δ

aL2 ∆θ f= 4δ aL2 f= ∆θ 2δ f=

a 2 (d − e 2 + 4r 2 + 2ed + 2πrd )∆θ δ

α=

a 1L ∆θ δ

2a (D 2 − d 2 ) ∆θ f= 9δ f= f=

[

a 2 (y − 2xy − x 2 )∆θ δ

]

a 2 d + 4r 2 + 2πrd − (e 2 − 2ex − x 2 ) + 2d(e − x ) ∆θ δ

În mod similar, pentru alte forme ale lamelei termobimetalice, s geata la cap tul liber se poate calcula cu una din rela iile prezentate în tabelul 3.2. Blocurile de relee termobimetalice sunt des folosite la protec ia de suprasarcin a motoarelor electrice. La noi în ar se fabric gama de relee termice TSA 10-100 A care sunt destinate protec iei motoarelor la suprasarcin . Seria complet cuprinde relee având curen i de serviciu de la 0,4 la 100 A, caracterizate prin: – protec ia antibifazic pentru releele TSA 16, TSA 23, TSA 63 i TSA 100 – compensarea temperaturii mediului ambiant pentru releele TSA 63, TSA 100 (între limitele 0…-50°°C). 122

– posibilitate de trecere, dup preferin , pe pozi ia „rearmare manual “ sau „rearmare automat “ – posibilitate de utilizare la motoarele cu pornire grea. Elementele componente ale unui releu termobimetalic: – carcasa i capacul, din materiale izolante, cu rezisten termic ridicat ; relee pe baz de bimetal; cursorul, având o construc ie articulat , constituie dispozitivul de protec ie antibifazic ; contact s ritor; buton de rearmare; buton de reglaj. Tabelul 3.3. Caracteristicile tehnice ale releelor termice din gama TSA.

Tip

TSA 10 TSA 16 TSA 32 TSA 63 TSA 100

sunt:

Sec iunea Puterea GreDimensiconductorudisipat In Curen ii de utaunea ului de racord Cod pe o rubului (A) serviciu (Is) (A) tea (mm2) faz (Kg) bornei (W) Min. Max. 0,4; 0,55; 0,75; 1; 0,13 3670 10 2,3 1 2,5 M4 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 0 4,5; 6; 8; 11. 0,4; 0,55; 0,75; 1; 0,13 2,3 3671 16 1 2,5 M4 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 0 4,5; 6; 8; 11; 16. 0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 0,22 6 4 6 M5 3672 32 4,5; 6; 8; 11; 15; 5 20; 25; 32. 0,42 8 40; 60. 3674 63 10 16 M6 5 0,42 3647 100 8 80; 100. 16 25 M6 5 Caracteristici tehnice:

– Tensiune nominal : 660 V c.a. – Num r de poli: 3 – Frecven a de conectare: 15 conect ri pe or – Domeniul de reglaj al releelor: (0,67-1) Is – Gradul de protec ie: IP 000 – Contacte auxiliare: – Tensiunea nominal : 500 V c.a.; 220 V c.c. – Curentul nominal termic: 6 A, 10 A, 16 A, 63 A, 100 A, Valorile caracteristice ale curen ilor la un bloc de relee termobimetalice 123

– curentul nominal In, este curentul maxim care circul în regim de durata prin aparat i pe baza c ruia se dimensioneaz c ile de curent; – curentul de serviciu Is, corespunde valorii maxime a curentului reglat pentru care aparatul nu ac ioneaz : – curentul reglat Ireg, poate fi orice curent cuprins în scara de reglaj a aparatului, Ireg = (0,6 ÷ 1)Is, domeniu în care utilizatorul trebuie s - i încadreze curentul nominal al consumatorului. Pentru a se produce ac ionarea, releul termobimetalic trebuie s fie parcurs de un curent mai mare decât cel reglat, numit curent de suprasarcin . Conform normativelor na ionale, relee termice române ti de tip TSA trebuie s respecte condi iile prezentate în tabelul 3.4. Tabelul 3.4. Normative referitoare la releele termice din gama TSA. Curentul de suprasarcin ca multiplu al curentului reglat I=1.05⋅Ireg

Timpul de ac ionare

Stare ini ial

I=1.2⋅Ireg

S nu ac ioneze timp de 2h S ac ioneze sub 2h

I=1,5⋅Ireg

S ac ioneze sub 2 min

Pornind din stare rece Pornind din stare cald Pornind din stare cald

Prin stare rece se în elege acea stare la care temperatura releelor este egal cu temperatura ambiant : 20 ± 5o C. Prin stare cald se în elege starea în care temperatura releelor este egal cu temperatura de durat corespunz toare curentului reglat. În func ie de temperatura la care lucreaz un releu sunt necesare corec ii ale curen ilor de serviciu.

Figura 3.26. Blocuri de relee termobimetalice 124

Pentru curen i între 25 A i 250 A, blocurile de relee termobimetalice se alimenteaz prin transformatoare de curent toroidale (ca în figura 3.27). În cazul lipsei unei faze, mecanismul de decuplare diferen ial, asigurã decuplarea rapid . Conform standardelor, la sarcinã de 1,15·In decuplarea se realizeazã în câteva minute).

Figura 3.27. Blocuri de relee termobimetalice alimentate prin transformatoare de curent. Modul de revenire poate fi manual sau automat. Pentru revenirea rapid se selecteaz comanda manual a blocului de relee. Pentru revenirea automat se a teapt asigurând i r cirea motorului protejat.

r cirea lamelei termobimatalice

3.2.4. Relee electromagnetice Releele electromagnetice au ca element sensibil un electromagnet, ca element comparator un resort antagonist i ca element executor unul sau dou contacte (ND i N.I). Când parametrul de intrare dep e te valoarea reglat , se învinge tensiunea resortului antagonist i are loc ac ionarea instantanee a contactelor. Releele electromagnetice pot fi neutre, (când ac iunea mecanismului electromagnetic este independent de sensul solena iei bobinei) sau polarizate, când ac iunea depinde de sensul solena iei. Pe principiul releelor electromagnetice se construiesc o gam larg de relee de protec ie f r temporizare sau cu temporizare, de tipul: de curent, de tensiune, intermediare, etc., frecvent utilizate în centrale i sta ii electrice, precum i în protec ia la suprasarcini i scurtcircuite a motoarelor electrice i a consumatorilor industrial. 125

3.2.4.1. Relee electromagnetice maximale de curent Sunt relee cu ac iune instantanee, destinate protec iei instala iilor electrice împotriva suprasarcinilor sau scurtcircuitelor. Elementul constructiv caracteristic al releului maximal de curent (RC) este arm tura mobil de forma literei Z i se execut din tabl de o el foarte sub ire i u oar , pentru a mic ora timpul de ac ionare. Ea se satureaz repede la valori mici ale curentului din înf urare, astfel ca factorul de revenire al releului cre te i implicit i sensibilitatea releului. Curentul de supravegheat parcurge înf ur rile, ce pot fi legate în serie sau paralel, aflate pe miezul feromagnetic al electromagnetului. Dac curentul dep e te valoarea reglat , fixat pe scara de reglaj, arm tura se rote te rapid, învingând tensiunea resortului antagonist i închide contactele mobile peste cele fixe, lansând un semnal în circuitul comandat. Reglarea curentului de ac ionare se face printr-o pârghie, schimbându-se tensionarea resortului antagonist. De asemenea prin legarea în serie sau paralel a înf ur rilor se poate dubla domeniul de reglaj. Timpul de ac ionare al acestor relee este de câteva sutimi de secund (aproximativ 0.05 s) i nu poate fi reglat; caracteristica de protec ie a releului este o caracteristic independent . Dac valoarea curentului la care releul ac ioneaz este Ia i valoarea curentului la care releul revine este Ir, atunci factorul de revenire al acestor relee Kr =Ir/Ia 0,85. Cu cât factorul de revenire este mai apropiat de unitate cu atât releul este mai sensibil.

Figura 3.28. Releu electromagnetic maximal de curent RC2. 126

P r ile componente ale releului sunt:1 - miezul feromagnetic,2 - bobin , 3 - arm tura mobil , 4 - resort antagonist, 5 - buton de reglaj a arcului, 6,7 uruburi de reglaj care stabilesc pozi iile limit ale arm turii mobile. Schimbarea domeniului de reglaj se realizeaz prin comutatorul gamelor de reglaj 8 care modific num rul de spire al bobinei releului. Bra ul arm turii mobile ac ioneaz prin intermediul piesei izolante 9, sistemul de contacte 10. Indicatorul de func ionare 11 poate fi anulat de anulatorul 12.

Figura 3.29. Reprezentarea în schemele electrice a releelor maximale de curent, maximale de tensiune i minimale de tensiune. 3.2.4.2. Relee electromagnetice de tensiune Aceste relee pot func iona ca relee maximale de tensiune (RT-1) sau ca relee minimale de tensiune (RT-2) i au aceea i form constructiv ca i releele de curent RC (figura 3.28.) cu deosebirea c înf urarea lor este format dintr-un num r mare de spire sub iri i se leag în paralel cu instala ia de protejat. Releele maximale de tensiune ac ioneaz prin atragerea arm turii mobile dac tensiunea dep e te valoarea reglat , pe când releele minimale de tensiune ac ioneaz prin eliberarea arm turii mobile dac tensiunea scade sub valoarea reglat , sau la dispari ia tensiunii. De aceea releele maximale de tensiune au contactul normal deschis i se reprezint în schemele electrice ca în figura 3.29. iar releele minimale de tensiune au contactul normal închis. Factorul de revenire Kr = Ur/Ua este subunitar la releele maximale (Kr 0,85) i supraunitar (Kr 1,15) la releele 127

minimale de tensiune. Releele electromagnetice de protec ie sunt mai frecvent folosite la protec ia motoarelor electrice, deoarece sc derea tensiunii determin cre terea curentului absorbit. De asemenea, se utilizeaz la numeroase scheme de automatiz ri din sistemul energetic (DASU, AAR, etc.). 3.2.5. Relee de induc ie Releele de induc ie Ferraris sau wattmetrice cum li se mai spune sunt foarte r spândite în instala iile de produc ie, în special ca elemente de baz a protec iilor maximale de curent cu caracteristic dependent i ale protec iilor direc ionale; ele se folosesc de asemenea i în protec iile de distan . Func ionarea releelor de induc ie se bazeaz pe ac iunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile în timp create de m rimile electrice aplicate releului i curen ii indu i de acesta în elementul mobil al acestuia (discul sau rotorul cilindric).Rezult c ele pot fi folosite numai în curent alternative. Ca i contoarele electrice, pentru realizarea cuplului de rota ie Mrot, releele de induc ie folosesc cel pu in dou fluxuri magnetice alternative, decalate în spa iu i defazate în timp. Curen ii turbionari indu i în sistemul mobil creeaz împreun cu fluxurile, cuplurile de rota ie necesare acestuia. Se deosebesc dou tipuri de relee de induc ie: – releu de induc ie cu rotor disc (cu o singur înf urare) – releu cu rotor cilindric care se mai nume te i cu circuit profilat (cu dou înf ur ri). 3.2.5.1. Relee de induc ie cu rotor disc Releele de induc ie cu rotor disc sunt utilizate în cazul când este necesar ca mi carea rotorului s fie în func ie de o singur m rime electric (curentul sau tensiunea). Deoarece îns nu se poate produce mi care cu un singur flux, se recurge la introducerea unei spire în scurtcircuit pe o por iune a miezului de la marginea întrefierului. Astfel se ob ine un al doilea flux, decalat fa de primul în spa iu i defazat în timp, realizându-se un cuplu. Dup cum se observ în figura 3.30 fluxul magnetic principal str bate circuitul magnetic 2 i se împarte în dou fluxuri 1 i 2 în apropierea întrefierului. Aceste dou fluxuri sunt decalate în spa iu i defazate în timp cu un unghi (figura 3.31.) cu ajutorul spirei de cupru în scurtcircuit 3. Un disc de aluminiu 4 se poate roti o dat cu axul 5 în întrefierul circuitului magnetic 2. Tensiunile electromotoare E1 i E2, produse respective de fluxurile 128

magnetice 1 respectiv 2, nu depind de starea de mi care sau de repaus a discului. Ele sunt defazate cu 90° în urm fa de fluxurile 1 respectiv 2, i dau na tere în disc curen ilor turbionari I1 i I2. Liniile de curent incluse de un flux, trec par ial i prin por iunea de disc din dreptul axei celuilalt flux.

Figura 3.30. Releu de induc ie cu rotor disc. Por iunile de disc din dreptul axelor fluxurilor vor fi supuse prin urmare unor for e exercitate de câmpurile magnetice. Dac rezultanta sau momentul acestor for e sunt diferite de zero, discul se pune în mi care. Este de observat c mi carea este datorit ac iunii dintre un flux (de exemplu 1 i curentul Indus de cel lalt flux I2), deoarece for ele exercitate de curen ii indu i proprii au o rezultant nul . Faza acestor curen i este aceea i cu a tensiunilor electromotoare care i-au creat, întrucât rezisten a discului este de câteva ori mai mare decât reactan a. Cuplul de rota ie al unui aparat de induc ie se determin , dup cum se tie, cu formula: Mrot=k1·f· 1· 2·sin (3.24.) Unde k - coeficient de propor ionalitate 129

f - frecven a curentului alternativ - valori eficace ale fluxurilor magnetice - unghi de defazaj dintre fluxuri Deoarece la releul examinat fluxurile 1 i 2 sunt propor ionale cu curentul I (pân la satura ia miezului), cuplu de rota ie se poate scrie sub forma: (3.25.) Mrot=k2⋅f⋅I²⋅sin Pentru un anumit releu, m rimile f i Mrot=k·I²

sunt constante, deci: (3.26.)

Figura 3.31. Diagrama fluxurilor la releul de induc ie cu rotor disc. Sub ac iunea cuplului Mrot, discul releului tinde s se roteasc , îns este frânat de cuplu antagonist Mant creat de un magnet de frânare i de un resort. În cazul în care Mrot>Mant discul se rote te i dup un anumit timp, atinge cu contactul mobil (montat pe axul sau) contactul fix, deci releul ac ioneaz .

Figura 3.32. Caracteristica temporal de protec ie a releului maximal de curent i reprezentarea releului în schemele electrice. 130

Rezult c relee maximale de curent realizate cu relee de induc ie cu rotor disc au o caracteristic dependent . Prin combinarea releelor de induc ie cu releele electromagnetice se ob in relee cu caracteristic temporal limitat dependent . Partea caracteristicii între limitele c reia temporizarea depinde de curent se nume te parte dependent , iar cea între limitele c reia temporizarea nu depinde de curent se nume te parte independent (Figura 3.33.).

Figura 3.33. Caracteristica de protec ie limitat dependent a unui releu Curba 1, corespunde regl rii timpului la o valoare prestabilit i a curentului limitat (de ac ionare instantanee) la Il=8·Ir; Curba 2 corespunde unui reglaj tr=4s i Il=6·Ir ; Curba 3 corespunde la un reglaj tr=2s i Il=4·Ir. Se ob ine în acest fel o caracteristic de protec ie temporal mixt (limitat dependent ). Astfel dec relee sunt releele RTp-C. Dintre avantajele folosirii releelor de tip TRp-C cel mai important este faptul c releul permite t ierea de curent f r relee suplimentare. Releul se rote te i în regim normal de func ionare permite s se controleze permanent starea releului (în acest scop pe capacul carcasei releului, în fa a discului exist o fereastr cu geam) i a circuitului de curent. De asemenea nu ac ioneaz la varia ii scurte de sarcin . Deoarece viteza de rota ie a discului este dependent de valoarea curentului, releul poate indica calitativ sarcina liniei pe care este montat, fapt pentru care este denumit uneori i releu ampermetric. Aderarea bun a contactelor normal deschise nu depinde de valoarea curentului de defect care circul prin înf urarea releului. Coeficientul de revenire al sistemului de induc ie este relativ bun 131

kr =0,75…0,85 Folosirea releelor de induc ie de tip RTp-C are i unele dezavantaje, comparativ cu alte tipuri de relee de protec ie: – Sistemul mecanic destul de complicat face ca precizia s fie redus . – Coeficientul de revenire al sistemului electromagnetic este mai mic (kr = 0,4 ). – Eroarea în ceea ce prive te curentul de ac ionare al t ierii este mare. – Consumul de putere este relative mare (circa 30VA) 3.2.5.2. Relee de induc ie cu rotor cilindric La releele de induc ie cu rotor cilindric, mi carea rotorului se face sub ac iunea a dou m rimi electrice. În aceast construc ie ele se folosesc ca relee direc ionale, de distan i altele. În cazul în care releele ac ioneaz la schimbarea sensului puterii, se numesc direc ionale; cele care m soar impedan a sau reactan a liniei pân la locul defectului, deci m rimi propor ionale cu distan a pân la defect, se numesc relee de distan . Releele direc ionale bazate pe principiul induc iei se execut cu disc, cu rotor cilindric sau cu cadru mobil. În ultimul timp, date fiind condi iile pe care trebuie s le îndeplineasc protec ia, în special rapiditatea de ac ionare, s-au adoptat construc iile cu rotor cilindric i cu cadru mobil, care permit s se realizeze relee cu timp de ac ionare de ordinal a 0,01 s. O variant constructiv de releu direc ional realizat pe baza releului de induc ie cu circuit profilat (denumit i releu cu rotor cilindric sau releu de induc ie cu dou înf ur ri) este prezentat în figura 3.34.

Figura 3.34. Schema de principiu a unui releu de induc ie cu rotor cilindric. În principiu releul este format dintr-un circuit magnetic m cu poli apa132

ren i, un rotor cilindric de aluminiu r, înf ur rile de curent i tensiune pe circuitul magnetic i un contact normal deschis. Contactul mobil este fixat pe axul cilindrului de aluminiu. În interiorul cilindrului de aluminiu se g se te un alt cilindru, de fier, f, care serve te la reducerea reluctan ei circuitului magnetic total; Un magnet permanent, care cuprinde între polii s i cilindrul de aluminiu, serve te la amortizarea mi c rilor rotorului, iar un resort men ine contactele deschise Dup cum tim, func ionarea releelor de induc ie se bazeaz pe ac iunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile în timp i curen ii indu i de acestea în elementul mobil al releului. Cuplul de rota ie al unui releu de induc ie se determin cu rela ia general 3.24.. Înf urarea de curent este format din dou bobine legate în serie i a ezate pe doi poli, iar înf urarea de tensiune din patru bobine legate tot in serie i a ezate pe circuitul magnetic exterior. din circuitul secundar al transformatoarelor de tensiune.

Figura 3.35. Diagrama fazorial a m rimilor electrice i magnetice ale releului de induc ie cu rotor cilindric. Prin înf urarea de curent circul curentul Ir, din circuitul secundar al transformatoarelor de curent, iar înf ur rii de tensiune I se aplic tensiunea Ur Datorit tensiunii aplicate Ur prin înf urarea de tensiune circul curentul Iu. Curen ii Ir i Iu dau na tere fluxurilor i i u 90° ca în figura 3.35. Pân la satura ia circuitului magnetic, se poate considera c fluxul i este propor ional cu curentul Ir, iar fluxul u cu curentul Iu adic : i u =k3·Iu

=k2 ·Ir

= k3

Ur = k 3U r Zu=

(3.27.) (3.28.)

Unde: Zu - impedan a înf ur rii de tensiune k2,k3.k4 - coeficien i de propor ionalitate Înlocuind în rela ia (3.28.) valorile fluxurilor de mai sus i considerând 133

frecven a constant , rezult cuplul releului: Mrot = k·Ir·Ur· sin

(3.29)

Diagrama fazorial a releului este reprezentat în figura 3.35. Ea a fost construit luându-se ca m rimi ini iale tensiunea Ur, curentul Ir i unghiul de defazaj dintre ele r. Curentul Iu este defazat fa de Ur cu unghiul u, determinat de raportul dintre reactan i rezisten a înf ur rii de tensiune. Fluxurile i si u sunt defazate fa de curen ii Ir, respectiv Iu, cu unghiul determinate de pierderile în fier ale circuitului magnetic. S-au ob inut astfel dou fluxuri decalate în spa iu cu 90° i defazate în spa iu cu unghiul . În diagrama fazorial din figura 3.36. s-a notat cu u defazajul dintre Iu si Ur i cu complementul lui u (unghi de defazaj interior). Rezult : = u– r (3.30) inând seama de aceste nota ii, cuplul de rota ie al releului devine Mrot =k ·Ir· Ur· sin =k ·Ir· Ur ·cos(

+ )

(3.31)

Se observ c cuplul de rota ie al releului, la valori constante ale m rimilor Iu i Ur este maxim când r + =0. În func ie de unghiul de defazaj r, cuplul de rota ie poate fi pozitiv sau negativ, deci rotorul se rote te într-un sens sau în sens opus. La punerea în func ie a protec iei care folose te astfel de relee se determin prin schema de conectare a acestora, sensul în care se rote te rotorul pentru nu anumit sens al puterii. Pentru pornirea releului, cuplul de rota ie trebuie s fie mai mare decât cuplul antagonist, creat de resort i de frecarea p r ilor mobile. Cuplul de pornire este definit prin expresia: M r⋅p = k (U r ⋅ I r )p⋅r cos(ϕ r + α ) = M ant

(3.32.)

Notând (U r ⋅ I r )p⋅r cu Sp⋅r , care se mai nume te i putere de pornire, ob inem rela ia: S p ⋅ r = (U r ⋅ I r )p ⋅ r =

M ant [VA ] k cos(ϕ r + α )

(3.33.)

Sensibilitatea releului direc ional se caracterizeaz , de obicei prin valoarea minim a puterii de pornire Spr corespunz toare unghiului ϕr = −α , pentru care cos( r + ) = 1; unghiul r = - se nume te unghiul sensibilit ii maxime. Puterea de pornire maxim este: min

134

S p⋅rmin =

M ant k

(3.34.)

Puterea de pornire a releului direc ional depinde de unghiul sensibilit ii maxime i de curentul care circul prin înf urarea de curent.

Figura 3.36. Reprezentarea în schemele electrice a releului direc ional F2. F1-releu maximal de curent, K- releu intermediar. Releele direc ionale au timpi foarte scur i de ac ionare aproximativ 0,04 s la o putere de pornire de cinci ori mai mare decât cea nominal . La protec ia liniilor electrice se urm re te deconectarea cu atât mai rapid cu cât curentul de scurtcircuit este mai mare. Una din solu iile g site este cea a folosirii protec iei maximale de curent cu caracteristic dependent realizat cu ajutorul releelor de induc ie. În prezent protec ia maximal de curent i direc ional se realizeaz ca parte a protec iilor integrate a liniilor electrice. 3.2.6. Relee Buchholz Releul de gaze este cunoscut i sub denumirea de releu "Buchholz" i constituie principalul element de protec ie al transformatoarelor împotriva defectelor interne. Func ionarea releului se bazeaz pe faptul c orice defec iune intern (de exemplu: sl birea izola iei principale, sl birea izola iei dintre spire, defectarea miezului sau contacte imperfecte), constituie premize pentru înc lzirea suplimentar a uleiului de transformator. Temperatura ridicat , va conduce la descompunerea uleiului i apari ia de gaze. Releul Buchholz este montat pe conducta de leg tur dintre cuva transformatorului i conservatorul de ulei (figura 3.38) i este format din dou plutitoare ce au ata ate câte un microîntrerup tor cu mercur i care se pot roti în jurul axelor lor. În regim normal de func ionare releul este plin cu ulei i plutitoarele sunt în pozi ia superioar . Plutitorul superior ac ioneaz la defecte mai pu in grave prin semnalizare optic i acustic , prin închiderea contactelor. 135

La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea uleiului, gazele adunându-se în partea superioar a releului provocând coborârea plutitorului inferior care provoac declan area transformatorului i semnalizarea declan rii. Plutitorul inferior este prev zut cu o clapet de oc care produce bascularea instantanee a plutitorului sub ac iunea undei de presiune ce înso e te scurtcircuitele violente.

Figura 3.37. Releu Buchholz

Figura 3.38. Sec iune prin releul Buchholz 136

Exist i alte tipuri de relee de gaze, cum ar fi: – relee de gaze cu flotoare i posibilitatea regl rii sensibilit ii echipajului de declan are, printr-un magnet mobil; – relee de gaze cu flotoare deplasabile pe un ghidaj prev zut cu întrerup toare cu ac ionare magnetic (produs de firma ABB); – relee de gaze cu cup i contacte necapsulate; – relee de gaze tranzistorizate. Schema electric a protec iei de gaze prezentate în figura 3.39. cuprinde releul de gaze F1, releul de semnalizare a declan rii K2, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2, releul intermediar K4 cu rol de ac ionare a întrerup toarelor Q1 i Q2 i dispozitivul de deconectare S1 care permite func ionarea schemei doar pentru partea de semnalizare. La apari ia de gaze în cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun în partea superioar a releului gaze provocând coborârea plutitorului p1 ceea ce conduce la închiderea contactului superior al releului K1 ce are rol de semnalizare a producerii unei avarii. Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se închide contactul inferior al releului F1, comandând prin releul intermediar K3 declan area instantanee a întrerup toarelor din primarul i secundarul transformatorului i în acela i timp prin releul de semnalizare serie K1, semnalizeaz declan area.

Figura 3.39. Schema electric a protec iei de gaze cu releu Buchholz. Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de scurt durat , schema trebuie s permit prelungirea acestui impuls pân 137

la declan area întrerup toarelor, fapt asigurat de contactul cu temporizare la deschidere al releului intermediar K2. Dispozitivul de deconectare S permite func ionarea schemei doar pe semnalizare. Aceast opera ie se efectueaz în mod normal dup umplerea transformatorului cu ulei dup o revizie. Protec ia cu relee de gaze este folosit contra defectelor interne i poate fi aplicat numai la transformatoare în ulei i cu conservator pe ulei, ea ac ionând numai în cazul defectelor din interiorul cuvei. Arcul electric sau c ldura dezvoltat de scurtcircuitul din interiorul cuvei au ca urmare descompunerea uleiului i a materialelor organice ale pieselor izolate i formarea de gaze. Acestea fiind mai u oare ca uleiul se ridic spre conservator. Releul Buchholz sesizeaz formarea gazelor sau a curentului de ulei. Aceste relee se monteaz între cuv i conservator. La instalarea transformatoarelor, cuva acestuia trebuie înclinat cu 1-1,5% prin introducerea unor pene, astfel încât conducta spre conservator s aib o pant de 2÷4 % pentru a se u ura eventuala trecere a gazelor sau uleiului c tre conservator. La noi în ar se construiesc releele de gaze RB1 i RB2 cu 1 sau 2 flotoare. RB1 este folosit pentru semnalizare. Conform normativelor, RB1 este prev zut pentru a fi instalat la transformatoare cu puteri pân la 1000 KVA iar RB2 la transformatoarele cu puteri peste 1000 KVA. Sensibilitatea releelor de gaze la ac iunea jetului de gaze i ulei se regleaz în mod obi nuit prin varia ia suprafe ei active a paletei echipajului mobil inferior. Transformatoarele i autotransformatoarele mari, constituite din elemente monofazate, sunt prev zute cu relee de gaze i de semnalizare la fiecare cuv , impulsurile de dec1an are fiind aduse la un acela i releu intermediar. Principalele avantaje ale folosirii protec iei de gaze sunt: – simplitate constructiv i fiabilitate ridicat ; – sensibilitate mare (cea mai sensibil dintre protec ii la scurtcircuitele între spire); – rapiditate în declan are (comanda semnalizarea sau declan area au loc în func ie de caracterul defectului); – ac ioneaz practic la toate defectele din interiorul cuvei; Dintre dezavantajele utiliz rii acestei protec ii amintim: – aerul care este introdus în cuv odat cu uleiul se ridic în cazul cre terii temperaturii acesteia spre conservator i trecând prin releu poate determina ac ionarea lui. Pentru a se evita acest neajuns, primele trei zile dup repunerea în func iune a transformatorului, protec ia este comutat pe semnalizare; 138

– posibilitatea ac ion rii releului de c tre fluxul de ulei care se formeaz în transformator în urma unor scurtcircuite exterioare violente sau în urma pornirii i opririi pompelor din circuitul de ulei al transformatorului cu r cire în circuit închis. Pentru a se evita acest neajuns, se mic oreaz sensibilitatea elementului de declan are prin reglarea pozi iei paletei acestuia; – protec ia nu ac ioneaz la defectele transformatorului produse în afara cuvei lui (de exemplu la borne) i pe conductoarele de leg tur a transformatoarelor cu întrerup toarele. De aceea protec ia nu poate fi utilizat ca protec ie unic contra scurtcircuitelor interioare din transformator. 3.3. DECLAN ATOARE. Declan atoarele sunt aparate de protec ie, care sub ac iunea unei m rimi electrice de intrare, ac ioneaz printr-un impuls mecanic asupra z vorului întrerup toarelor automate, provocând dez vorârea acestora. Declan atoarele pot fi directe: – când curentul declan atoarele sunt parcurse chiar de m rimea electric supravegheat (circuitul de for parcurge bobina declan atorului în cazul declan atoarelor de curent iar bobina se leag direct la re eaua de supravegheat (la declan atoarele de tensiune); – indirecte, când bobina lor se alimenteaz prin intermediul traductoarelor (transformatoarelor de curent sau tensiune). Dup m rimea supravegheat declan atoarele se clasific în: a) declan atoare maximale de curent, care pot fi cu ac iune instantanee, cu ac iune temporizat dependent de curent sau cu ac iune temporizat independent de curent; b) declan atoare de tensiune, care pot fi declan atoare minimale de tensiune, declan atoare maximale de tensiune sau declan atoare de tensiune nul . Majoritatea întrerup toarelor sunt prev zute cu declan atoare minimale de tensiune, care trebuie puse ini ial sub tensiune pentru a permite ac ionarea întrerup torului i în a c rui circuit de alimentare se afl înseriat butonul de oprire manual a întrerup torului. Declan atoarele maximale de curent cu ac iune temporizat dependent de curent sunt formate din lamele termobimetalice, care se curbeaz în timp (cu o vitez ce depinde de intensitatea supracurentului) i cap tul lor liber ac ioneaz asupra z vorului întrerup torului. Declan atoarele maximale de curent cu ac iune instantanee sunt de tip electromagnetic, având acela i principiu de func ionare ca i al releelor electromagnetice maximale de curent, cu deosebirea c semnalul de ie ire este un semnal mecanic ce ac ioneaz asupra z vorului întrerup torului. 139

Principiul de func ionare a declan atoarelor este similar cu al releelor electrice de protec ie echivalente cu deosebirea c m rimea de ie ire a declanatorului este de natur mecanic (for a de dez vorâre). În multe cazuri se folosesc declan atoare combinate, electromagnetice i termice. Declan atoarele maximale de curent combinate cu ac iune temporizat dependent de curent, pot ac iona temporizat în cazul suprasarcinilor i instantaneu dac curentul dep e te valoarea reglat . Declan atoarele maximale de curent care necesit o caracteristic temporizat dar nu dependent de curent folosesc micromotoare sincrone pentru a realiza temporizarea în regim de suprasarcin . Declan atoarele de tensiune sunt electromagnetice. Ele au ca element motor un electromagnet monofazat de tip clapet . Dup func ia îndeplinit în circuit ele sunt de dou feluri: – declan atoare minimale de tensiune; – declan atoare maximale de tensiune. Declan atorul din figura 3.40. func ioneaz ca declan ator de tensiune nul sau minimal de tensiune în func ie de reglarea resortului antagonist 6.

Figura 3.40. Declan ator de tensiune electromagnetic. 1-arm tura fix , 2-suport declan ator, 3-ax, 4-arm tura mobil , 5-bobina electromagnetului, 6-resort antagonist, 7-perecutor. În regim normal de func ionare arm tura mobil 4 este atras . La sc derea tensiunii, sub ac iunea resortului antagonist 6, arm tura mobil este eliberat i ac ioneaz prin percutorul 7 asupra z vorului întrerup torului, declan ându-l.

140

Figura 3.41. Variant constructiv de declan ator de tensiune Exist i declan atoare electronice care sunt alc tuite din relee electronice ce ac ioneaz prin intermediul unor relee intermediare cu rol de element executor al declan atorului. 3.4. DESC RC TOARE Desc rc toarele sunt aparate de protec ie care pe lâng func ia principal de limitare a supratensiunilor sunt capabile s reduc curentul de înso ire la valori pentru care spa iul disruptiv devine izolant, fiind prev zute cu dispozitive speciale de stingere a arcului electric, imediat ce tensiunea a revenit la valori nepericuloase pentru instala ie . Rolul func ional al desc rc torului electric este de a limita supratensiunile atmosferice i de comuta ie într-o instala ie electric . Desc rc torul se monteaz la intrarea în sta iile electrice între faz i p mânt i în punctele în care linia î i modific impedan a caracteristic . Pentru protec ia la supratensiuni atmosferice a liniilor electrice se folosesc pe lâng desc rc toare i eclatoare care sunt mai simple constructiv ( i deci mai ieftine) dar nu con in elemente de stingere a arcului electric i deci utilizarea lor este posibil doar alternant cu desc rc toare.

141

3.4.1. Eclatoare electrice Eclatoarele sunt cele mai simple aparate de protec ie împotriva supratensiunilor. Ele se compun din 2 electrozi metalici, unul legat la partea aflat sub tensiune i cel lalt la p mânt, uneori cu posibilitatea regl rii intervalului disruptiv. Eclatoarele se folosesc la protec ia izolatoarelor de por elan pentru a evita conturarea lor i se pot realiza sub forma eclatoarelor cu coloane, eclatoare cu tij i cu inele de protec ie.

Figura 3.42. Variante constructive de eclatoare. a) Eclator cu coarne, b) Eclatoare cu tij de desc rcare, c) Eclatoare cu inele de protec ie. Eclatoarele sunt elemente componente ale desc rc toarelor constituind spa iul disruptiv al acestora i asigurând separarea p r ii sub tensiune de cea legat la poten ialul p mântului. Stingerea arcului electric datorit curentului de înso ire iS este natural , prin alungire, datorit interac iunii curentului din arcul electric cu propriul câmp magnetic. Eclatoarele, având o amorsare întârziat , unda de tensiune poate p trunde în instala ie înainte ca eclatorul s intervin . Din aceast cauz eclatoarele au o r spândire limitat în re elele de medie tensiune, mai ales pentru protec ia posturilor de transformare i în trac iunea electric în curent continuu. De asemenea eclatoarele au neajunsul c provoac scurtcircuite cu punere la p mânt, nefind capabile s întrerup curentul de înso ire. Acest lucru provoac scoaterea de sub tensiune a instala iei i taie unda de impuls a supratensiunii, producând i solicit ri dielectrice suplimentare. 3.4.2 Principiul de func ionare al desc rc toarelor electrice Principalele elemente constructive ale unui desc rc tor sunt prezentate în figura 3.43. 142

Figura 3.43. Principiul de func ionare a unui desc rc tor cu rezisten variabil 1-coloana de eclatoare; 2- rezisten a neliniar cu rol de divizor de tensiune; 3- rezisten a neliniar principal ; A,B- bornele aparatului. Coloana de eclatoare, a c ror num r depinde de tensiunea nominal a re elei. Pentru re elele de joas tensiune desc rc torul are un singur eclator. Rezisten ele neliniare, care asigur repartizarea tensiunii ĂŽn mod uniform pe spa iile disruptive. Rezisten a neliniar principal , format din ĂŽnserierea mai multor discuri realizate din carbur de Si sau oxid metalic (ZnO 90%; Bi2O3 ; CoO). Anvelopa din por elan, care con ine 1, 2, 3. 3.4.3. Variante constructive de desc rc toare Variantele constructive de desc rc toare depind de tensiunea nominal i de felul re elei. Pentru re elele de joas tensiune (Un<1000 V) desc rc torul are un singur eclator.

Figura 3.44. Eclatorul unui desc rc tor de joas tensiune. 1,3-electrozi de Am; 2- aib izolant pe baz de mic . 143

Pentru re elele de medie tensiune (1÷35 kV) eclatorul este înglobat în rezisten a neliniar , care func ioneaz ca un divizor de tensiune, asigurând o repartizare egal a tensiunii pe intervalele disruptive. În regim normal de func ionare, la tensiunea nominal , în absen a unei supratensiuni, datorit reparti iei neuniforme a intensit ii câmpului electric se realizeaz o stare de preionizare în zone imediat apropiate intervalelor disruptive.

Figura 3.45. Eclator cu rezisten e de uniformizare pentru un desc rc tor de medie tensiune. 1- electrod; 2-rezisten neliniar ; 3-canal de expandare; 4-spa iu preionizat. Pentru tensiuni înalte i foarte înalte desc rc torul e construit din module conectate în serie ca cel prezentat în figura 3.45. Modulul din figur este folosit la 8…10 kV i este prev zut cu suflaj magnetic. Un asemenea modul cuprinde mai multe eclatoare de amorsare i stingere Eas, conectate în serie cu subansamblul format din bobina de suflaj L i rezisten a neliniar R1 i cu rezisten a neliniar principal R2. Fiecare modul e untat de rezisten a neliniar R3, care asigur repartizarea uniform a tensiunii pe module. La tensiuni nominale Un ≥ 245 kV fiecare modul este prev zut i cu condensatori de capacitate C ≈ 50….100 pF, pentru a asigura o reparti ie înc mai uniform pe module. În principiu, prin construc ie este necesar s se asigure repartizarea uniform a tensiunii pe eclatoarele unui modul i scoaterea de sub influen a diferitelor cuplaje capacitive, a coloanei eclatoarelor în interiorul unui tub, care reprezint rezisten e. Func ionarea desc rc torului se poate în elege din figura 3.46. în care este prezentat schema electric i principiul de func ionare. În absen a unei supratensiuni, prin rezisten a R3 trece un curent de ordinul miliamperilor. În momentul apari iei unei supratensiuni se amorseaz arcul electric în eclatoarele Eas, la tensiunea de amorsare ua. Curentul de 144

desc rcare id trece prin rezisten a R1 de untare a bobinei B. Prin aceasta nu trece un curent important, deoarece impedan a ei este practic infinit pentru armonicele de frecven înalt ale curentului de desc rcare Id. Acest curent parcurge i rezisten a neliniar principal R2.

Figura 3.46. Principiul de func ionare a modului cu suflaj magnetic a unui desc rc tor de înalt tensiune. Tensiunea cea mai mare, dup amorsare, la bornele desc rc torului este tensiunea rezidual ur. Dup conducerea la p mânt a sarcinilor electrice, eclatoarele î i conserv ionizarea, iar prin desc rc tor va trece, curentul de înso ire Ii. Aceasta este limitat la câteva sute de amperi de c tre rezisten ele R2. Curentul de înso ire fiind de frecven relativ redus (50 sau 60 Hz), va trece prin bobinele de suflaj magnetic L. Acestea determin induc ia magnetic B în zona eclatoarelor i astfel se dezvolt for e Lorentz, care împing arcul electric în camerele de stingere cu fant îngust i pere i reci. Datorit r cirii intense a arcului electric, tensiunea de ardere cre te i în cele din urm arcul electric se stinge iar curentul de înso ire este determinat de tensiunea sursei si de impedan a buclei de scurtcircuit, în care intr i rezisten a arcului electric în eclatoare i rezisten a principal R2. 145

Rezisten ele variabile ale desc rc toarelor se realizeaz din carborund o carbur de Si (SiC) ob inut la temperatura arcului electric din reac ia carbonului (C) cu nisipul de cuar (SiO2). Materialul rezultat este sp lat de Fe cu ajutorul acizilor, m cinat, deferizat din nou cu ajutorul separatoarelor magnetice i sortat dup granula ie. În aceast stare materialul prime te un liant (sticl lichid ), este aglomerat sub form de discuri cu ajutorul presei hidraulice i apoi calcinat la aproximativ 600°C. Pentru a stabiliza neliniaritatea discurilor, se aplic câteva ocuri (impulsuri de 10/20 µs) de amplitudine egal cu intensitatea nominal .

Figura 3.47. Eclatorul desc rc torului de curent continuu. 1-magnet permanent, 2 i 3-electrozii eclatorului. Performan ele unui desc rc tor sunt determinate în mare m sur de neliniaritatea rezisten elor i precizia amors rii i stingerii eclatoarelor. Cu cât rezisten ele sunt mai neliniare, conduc ia sarcinilor electrice la p mânt, sub forma curentului de impuls, este mai rapid , iar în etapa final a vehicul rii sarcinilor electrice, când intensitatea curentului este redus , rezisten a ia valori mari, ceea ce favorizeaz stingerea arcului electric. Precizia la amorsare i stingere a eclatoarelor se ob ine printr-un control riguros al tensiunii ce revine fiec rui eclator. Practic, acest control se realizeaz cu ajutorul divizoarelor capacitive, rezistive sau mixte. Desc rc toare cu rezistenta variabila (DRVS), sunt aparate moderne pentru protec ia împotriva supratensiunilor externe cât i împotriva celor 146

interne.

Figura 3.48. Desc rc tor cu rezisten variabil DRVS. Conform figurii 3.48. elementele componente ale desc rc torului DRVS sunt: A – coloana de eclatoare în paralel pe care se g sesc rezisten ele de untare R1... Rk cu rolul de a realiza uniformizarea câmpului electric în eclatoare; B – coloana de rezisten e variabile formate din mai multe discuri din carbur de siliciu cu caracteristica volt-amperic mare; C – anvelopa de por elan ce protejeaz eclatoarele i rezisten ele neliniare de influen a temperaturii i altor factori atmosferici. Pentru a evita explozia anvelopei capacele de etan are se monteaz cu ifturi care se foarfec la apari ia unei presiuni prea mari desc rc torul func ionând ca o supap de siguran . Func ionarea desc rc torului DRVS const în amorsarea coloanei de eclatoare în cazul apari iei unei supratensiuni care dep e te nivelul de izola ie al desc rc torului, conducerea la p mânt a curentului de scurgere care limiteaz supratensiunea din instala ie iar în final stingerea arcului electric. Stingerea este determinat de rezisten a neliniar , a c rei valoare cre te pe m sur ce valoarea supratensiunii scade, permi ând întreruperea curentului de înso ire la prima sa trecere prin 0. Men ionez c curentul de conductibilitate prin coloana de rezisten de untare i rezisten a neliniar la tensiunea nominal este neglijabil (400…600µA). O alt variant modern de desc rc toare este Desc rc torul cu rezisten a nelinear din oxizi metalici pe baz de ZnO, Bi2O3 ,CoO care permit realizarea unui desc rc tor f r eclator. Dificultatea care a fost rezolvat a constat în men inerea curentului de regim permanent prin rezisten a nelinear la valori acceptabile (mA). La cre terea tensiunii 147

(supratensiuni atmosferice sau de comuta ie) din cauza nelinearit ii accentuate a rezisten ei, aceasta trece în stare de conduc ie i astfel se limiteaz tensiunea la borne. 3.4.4. M rimile caracteristice ale unui desc rc tor Conform normativelor principalele m rimi caracteristice ale unui desc rc tor sunt: Tensiunea nominal , care se alege în func ie de tensiunea de serviciu a liniei i de coeficientul de punere la p mânt. Tensiunea nominal a desc rc torului trebuie s fie u or superioar tensiunii fazelor s n toase în situa ia punerii la p mânt a unei faze. Tensiunea de amorsare la und 1,2/50 µs . Aceast tensiune poate fi definit prin rela ia:

ua =

n i =1

u ai ≈ nu a1

(3.35)

unde: n –numarul eclatoarelor conectate în serie, ua1- tensiunea de amorsare a unui eclator. Tensiunea rezidual , care este definit prin rela ia :

ur =

m i=1

uri

(3.36)

unde : uri- tensiunea rezidual individual a unui disc, m – num rul discurilor care formeaz rezisten ele desc rc torului. Tensiunea de amorsare pe frontul undei în 1,2/50 µs, adic aceea tensiune care divizat cu 1,15 are valori apropiate de tensiunea rezidual i constituie nivelul de protec ie. Raportul între nivelul de inere la unda 1,2/50 µs i nivelul de protec ie trebuie s fie minim 1,2. Pentru supratensiunea de comuta ie (unda 250/2500µs) acest raport este de 1,15. Curentul nominal este curentul maxim de impuls 10/20 µs, care se poate repeta f r a deteriora desc rc torul. Valori nominalizate pentru acest curent sunt de 5 kA i de 10 kA. La aceasta se asociaz curentul singular pe care îl suport un desc rc tor. Curentul de înso ire poate ajunge la 1000 A iar durata lui se poate prelungi pân la câteva ms. La desc rc toarele moderne tensiunea maxim ob inut la trecerea curentului de înso ire nu dep e te de 2÷3 ori din tensiunea nominal a desc rc torului. Tensiunea maxima de func ionare in regim permanent Uc, este cea mai mare tensiune pe care desc rc torul o poate accepta în regim permanent f r a suferi degrad ri func ionale. 148

Rezisten a la supratensiune temporar Us la frecven a industrial , definit prin: T =

Us >1 Uc

(3.37)

Capacitatea de absor ie de energie, definit prin rela ia: Es =

W [ kJ ] U c [ kV ]

(3.38)

s-a notat cu: W - energia total , transformat în c ldur de c tre rezisten a neliniar a desc rc torului. j) Tensiunea rezidual (de rest) este tensiunea care apare la bornele desc rc torului la trecerea unui curent de impuls de 8/20 µs i amplitudinea 10kA i reprezint i nivelul de protec ie. 3.5. RELEE DE TIMP Aceste relee nu au rol de protec ie propriu-zis, dar sunt folosite în schemele electrice de protec ie, ac ionare i automatiz ri al turi de aparatele electrice de comuta ie i protec ie. Aceste relee determin un semnal în circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp din momentul aplic rii sau întreruperii tensiunii din circuitul lor de intrare. Exist relee de timp cu temporizare la ac ionare, care determin un semnal în circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp (reglabil) din momentul aplic rii semnalului de intrare i relee de timp cu temporizare la revenire, care determin un semnal în circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp din momentul întreruperii semnalului de intrare.

Figura 3.49. Modul de reprezentare al releelor de timp în schemele electrice. 149

K1T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare deschis, K2T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare închis, K3T - releu de temporizare cu temporizare la revenire deschis, K4T - releu de temporizare cu temporizare la revenire închis.

i contact normal i contact normal i contact normal i contact normal

Modul de reprezentare în schemele electrice ale acestor relee este prezentat în figura 3.49. Astfel K1T este un releu de timp cu temporizare la ac ionare având un contact normal deschis (12-14) ce se închide dup un anumit timp din momentul aplic rii semnalului de intrare la bornele (0-1); K2T este un releu de timp cu temporizare la ac ionare având un contact normal închis (11-13) care se deschide dup un anumit timp din momentul aplic rii semnalului de intrare la bornele (0-1); K3T este un releu de timp cu temporizare la revenire având un contact normal deschis (12-14) care se deschide dup un anumit timp din momentul dispari iei semnalului de intrare (0-1) iar K4T este un releu de timp cu temporizare la revenire având un contact normal închis (11-13) care se închide dup un anumit interval de timp din momentul dispari iei semnalului de intrare. 3.5.1.Clasificarea releelor de temporizare Dup principiul de func ionare al ansamblului de temporizare releele de timp pot fi: - cu temporizare electromagnetic , când se folose te un electromagnet ce ac ioneaz un mecanism de ceasornic cu ro i din ate; - cu temporizare prin relee de induc ie care datorit caracteristicii temporale dependente a acestor relee pot îndeplinii i func ia de relee de temporizare pe lâng cea de relee maximale de curent sau direc ionale; - cu temporizare electric care prin folosirea unor circuite R,C pot realiza func ia de temporizare; - cu temporizare electronic , prin utilizarea elementelor semiconductoare, diode i tranzistoare; - cu temporizare electrotermic care folosesc efectul de deformare în timp a termobimetalelor; - cu temporizare realizat prin motoare electrice, care utilizeaz 150

micromotoare sincron-reactive; - cu temporizare pneumatic , etc. Aceste relee se folosesc în automatiz ri i în sistemele energetice, unde realizeaz temporizarea necesar unei protec ii selective. Ele sunt comandate în general de relee de curent sau tensiune i transmit un semnal unui releu intermediar. În figura 3.50. este reprezentat un releu de timp K1T, excitat de un releu maximal de curent F1 i care transmite un semnal pentru ac ionarea unui releu intermediar K2. Astfel la apari ia unui defect, acesta este sesizat de releul maximal de curent F1 care ac ioneaz releul de temporizare K1T , care fiind cu temporizare la ac ionare î i închide contactul dup un anumit timp reglat, provocând ac ionarea releului intermediar K2.

Figura 3.50. Conectarea releului de temporizare K1T într-un circuit electric. F1 - releu maximal de curent; K1T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare; K2 - releu intermediar. 3.5.2.Variante constructive de relee electromagnetice de temporizare Un releu de timp este deci format din circuitul de intrare, un ansamblu de temporizare i de circuitul de ie ire. Releele de temporizare electromagnetice au ca element de ac ionare un electromagnet. Ele sunt compuse dintr-un electromagnet solenoidal, care armeaz un mecanism de ceasornic i care închide temporizat un contact normal deschis. Schema de principiu a unui astfel de releu este prezentat în figura 3.51.

151

Figura 3.51. Schema de principiu a unui releu de temporizare cu mecanism de ceasornic 1 - electromagnet de ac ionare, 2-arm tura mobil , 2-pârghie, 4-sector din at, 5 - resort spiral antagonist, 6,7,8,9-ro i din ate, 10-ancor , 11-contragreut i, 12-contact mobil, 13-contacte fixe. La primirea semnalului de intrare, electromagnetul 1 atrage arm tura mobil 2 i mecanismul se pune în mi care i î i închide contactele din circuitul de ie ire dup un anumit timp. Modul de func ionare a acestor relee în figura 3.51. este prezentat schema de principiu a mecanismului de ceasornic care realizeaz temporizarea releului. De electromagnetul solenoidal 1, a c rui arm tur 2 este legat prin pârghia 3 este legat sectorul din at 4 care se poate roti în jurul articula iei O. Asupra sectorului din at mai ac ioneaz resortul spiral antagonist 5. Pornirea sectorului din at pune în mi care ro ile din ate 6, 7, 8 i 9. Roata 7 tinde s se roteasc în sensul indicat în figura 3.44. îns este oprit deoarece prin din ii s i oblici este blocat de clichetul 8 fixat de roata 6 i care nu permite mi carea liber decât în sens invers (la revenirea la pozi ia ini ial ). În acest mod deplasarea sectorului din at 4 determin pornirea ro ii 6, care la rândul ei este angrenat cu roata din at 9. Aceasta nu permite mi carea întregului angrenaj decât dup parcurgerea, dinte cu dinte, a danturii sale, datorit sistemului cu ancor 10 i a balansierului cu contragreut i 11. Astfel, sectorul din at 4 avanseaz cu o vitez constant , pân la sfâr itul cursei, când contactul mobil 12 închide contactele fixe 13. Temporizarea releului poate fi reglat în limite largi (0,5-10 s) prin modificarea pozi iei contactelor fixe i în limite restrânse prin modificarea pozi iei contragreut ilor 11 (pentru reglarea corect a timpului). În mod curent electromagnetul de ac ionare este de curent continuu, alimentat de la o surs cu tensiuni nominale de 12, 24, 48, 110 sau 220 V. 152

3.5.3. Relee de timp electrice Releele de timp cu temporizare electric se realizeaz cu module R,C care utilizeaz înc rcarea sau desc rcarea unui condensator. În figura 3.52. este reprezentat schema electric a unui releu cu temporizare electric la ac ionare.

Figura 3.52. Schema electric a unui releu electric cu temporizare la ac ionare. La aplicarea semnalului de intrare, prin închiderea contactului S, tensiunea la bornele condensatorului C i implicit tensiunea aplicat releului K, variaz în timp dup rela ia: Uc = U 1 − e

−

t T

(3.39.)

unde: T=R·C (3.40) este constanta electric de timp a circuitului. La atingerea tensiunii de prag Uc = Uk se produce ac ionarea releului, cu o temporizare dependent de constanta de timp a circuitului T i de tensiunea de alimentare U. Reprezentarea rela iei (3.39) pentru diferite valori ale tensiunii de alimentare este reprezentat în figura 3.53.a) rezultând metode de reglare a temporiz rii releului electric de timp prin modificarea tensiunii la borne. În figura 3.53.b) s-a reprezentat modul de varia ie a tensiunii Uc pentru diferite valori ale constantei electrice de timp T, la tensiune la borne constant . Rezult c dac se fixeaz nivelul tensiunii de prag Uk la care ac ioneaz releul, timpul de ac ionare scade cu cre terea tensiunii aplicate sau cu mic orarea constantei de timp a releului. 153

Figura 3.53. Modalit ile de reglare a timpului de ac ionare prin modificarea tensiunii de alimentare i a constantei electrice a circuitului. Un releu electric de timp cu temporizare la revenire este prezentat în figura 3.48.

Figura 3.53.Schema electric a unui releu electric cu temporizare la revenire Acest tip de releu la aplicarea semnalului de intrare, prin închiderea contactului S, se aplic releului întreaga tensiune la borne U iar releul ac ioneaz instantaneu la închidere. În acela i timp, prin rezisten a R, condensatorul C se încarc la tensiunea re elei. La deschiderea contactului S, condensatorul C se descarc peste R i K iar releul mai r mâne ac ionat un timp pân ce tensiunea aplicat releului scade sub tensiunea de prag Uk. i în acest caz reglarea timpului de revenire al releului se poate face fie prin modificarea constantei de timp a circuitului de desc rcare (modificarea rezisten ei R), sau prin modificarea tensiunii aplicate releului (figura 3.53.). Se ob ine astfel un releu cu temporizare la revenire i posibilitatea de reglare a temporiz rilor.

154

3.5.4. Relee electronice de temporizare Releele electronice de temporizare se pot clasifica dup principiul de func ionare în dou clase: relee electronice de timp analogice relee de timp digitale. La releele analogice temporizarea se realizeaz cu ajutorul circuitelor R,C elementul semiconductor putând fi o triod sau un tranzistor.

Figura 3.54. Releu electronic analogic (cu tranzistor) pentru temporizare la ac ionare Conform schemei din figura 3.54. releul de timp analogic cu tranzistor prezentat este un releu de timp cu temporizare la ac ionare. La închiderea contactului S, condensatorul C se încarc prin rezisten a R1 i când tensiunea la bornele sale atinge o valoare determinat tranzistorul T intr în stare de conduc ie i releul K ac ioneaz . Reglarea temporiz rii se face în limite relativ largi prin modificarea valorii rezisten ei R1, adic prin modificarea valorii constantei electrice de timp a circuitului. Rolul diodei D este de a evita supratensiunile ce pot ap rea pe tranzistorul T la comuta ia bobinei releului K. Schema unui releu analogic de timp cu temporizare la revenire este prezentat în figura 3.50. La închiderea contactului S, deoarece tensiunea aplicat în baza tranzistorului T este tensiunea U, tranzistorul intr în stare de conduc ie i releul K ac ioneaz instantaneu. În timpul conduc iei tranzistorului T, prin rezisten a R1, condensatorul C se încarc la tensiunea re elei. La întreruperea contactului S condensatorul se descarc peste R1, R2, T i R3 iar când tensiunea lui scade sub valoarea de prag, releu K revine, cu o anumit temporizare (a c rei valoare se poate regla prin valoarea rezisten ei R1) la starea blocat . 155

Figura 3.55. Releu electronic analogic (cu tranzistor) pentru temporizare la revenire Cele mai noi variante de relee de timp sunt integrate ce au în componen a lor un temporizator integrat format din dou comparatoare cu tensiuni de referin diferite, un divizor de tensiune rezistiv, un circuit basculant bistabil i un etaj amplificator de ie ire. Deoarece la temporiz ri mari, atât releele electrice cât i releele analogice au o precizie sc zut , se prefer utilizarea releelor digitale. Aceste relee de timp digitale se bazeaz pe divizarea frecven ei unui oscilator pilot sau a frecven ei re elei i au în componen a lor un oscilator de relaxare (TUJ), un circuit basculant bistabil, divizoare de frecven i condensatoare. Releele electronice au avantajul unui gabarit sc zut, consum propriu mic i gama de reglaj mare. În schimb releele electronice sunt sensibile la varia ii de temperatur , supratensiuni de comuta ie i deoarece au curentul de ie ire foarte mic necesit amplificatoare de ie ire sau relee intermediare.

156

Pentru a verifica modul de însu ire a cuno tin elor prezentate în acest capitol r spunde i pe scurt la urm toarele întreb ri: 1. Ce tipuri de defecte apar în instala iile electrice? 2. Ce regimuri de avarie cunoa te i? 3. Ce tipuri de aparate electrice de protec ie cunoa te i? 4. Care sunt principalele propriet i ale unei protec ii? 5. Ce în elege i printr-o protec ie selectiv ? 6. Ce în elege i printr-o protec ie rapid ? 7. Ce în elege i printr-o protec ie sigur ? 8. Ce în elege i printr-o protec ie sensibil ? 9. Ce propriet i ale unei protec ii au un caracter antagonist? 10. Defini i siguran a fuzibil . 11. Care sunt etapele de ardere ale unui fuzibil? 12. Clasifica i siguran ele fuzibile dup tensiunea nominal . 13. Clasifica i siguran ele fuzibile dup timpul de ardere. 14. Ce tipuri de siguran e de joas tensiune cunoa te i ?. 15. Ce în elege i printr-o siguran fuzibil de uz industrial? 16. Ce m rimi caracteristice au siguran ele fuzibile? 17. Defini i curentul de rupere. 18. Defini i puterea de rupere. 19.Ce principii de stingere a arcului electric se folose te la siguran ele fuzibile? 20. Ce tip de caracteristic temporal de protec ie are siguran a fuzibil ? 21. Din ce materiale se realizeaz fuzibilele siguran elor de joas tensiune? 22. Din ce materiale se realizeaz fuzibilele siguran elor de medie tensiune? 23. În ce const efectul de limitare a unei siguran e fuzibile? 24. Ce este efectul metalurgic? 25. Ce fel de leg turi pot avea siguran ele fuzibile cu filet? 26. Ce este un M.P.R.? 27. Ce avantaje prezint folosirea siguran elor fuzibile? 28. Ce dezavantaje prezint folosirea siguran elor fuzibile? 29. Defini i curentul prezumat. 30. Defini i curentul prezumat t iat. 31. Defini i curentul limitat. 32. Defini i curentul limitat t iat. 33. Ce timpi constituie durata de arc? 34. De ce este necesar efectul de limitare a siguran elor fuzibile? 35. Clasifica i siguran ele fuzibile dup timpul de ardere. 36. Clasifica i siguran ele fuzibile de înalt tensiune dup modul de montaj. 37. Cum se asigur selectivitatea protec iilor cu siguran e fuzibile?

157

38. Defini i un releu de protec ie. 39. Care este schema bloc a unui releu de protec ie. 40. Ce rol are elementul sensibil al unui releu? 41. Ce rol are elementul comparator al unui releu? 42. Ce rol are elementul executor al unui releu? 43. Cum se clasific releele de protec ie dup principiul de func ionare? 44. Cum se clasific releele dup m rimea de protejat? 45. Cum se clasific releele de protec ie dup ac iunea fa de o anumit valoare a m rimii de intrare? 46. Care este m rimea de ie ire a unui releu electric de protec ie? 47. Ce este un releu maximal de protec ie? 48. Ce este un releu minimal de protec ie? 49. Ce este un releu direc ional de protec ie? 50. Cum se clasific releele de protec ie dup modul de conectare în circuit? 51. Cum se clasific releele de protec ie dup modul în care ac ioneaz asupra aparatelor de comuta ie? 52. Ce este caracteristica intrare–ie ire a unui releu de protec ie? 53. Desena i caracteristica intrare–ie ire a unui releu maximal. 54. Desena i caracteristica intrare–ie ire a unui releu minimal. 55. Desena i caracteristica intrare–ie ire a unui releu polarizat. 56. Defini i coeficientul de revenire a unui releu. 57. Defini i eroarea de reglaj a unui releu. 58. Defini i factorul de comand a unui releu. 59. Cât este coeficientul de revenire a unui releu maximal? 60. Ce m rime cuantific sensibilitatea unui releu de protec ie? 61. Defini i caracteristica temporal de protec ie a unui releu. 62. Ce tipuri de caracteristici temporale de protec ie ale releelor exist ? 63. Desena i o caracteristic temporal de protec ie dependent . 64. Desena i o caracteristic temporal de protec ie independent . 65. Desena i o caracteristic temporal de protec ie semidependent . 66. Desena i o caracteristic temporal de protec ie limitat-dependent (mixt ). 67. Cum se clasific releele de protec ie dup timpul de ac ionare? 68. Care este elementul motor al unui releu termobimetalic? 69. Ce aliaje se folosesc la realizarea lamelelor termobimetalice? 70. Clasifica i releele termobimetalice dup modul de înc lzire a lamelei. 71. Ce tip de caracteristic temporal de protec ie are un releu termobimetalic? 72. Ce este caracteristica la rece a unui releu? 73. Ce este caracteristica la cald a unui releu? 74. Ce este s geata lamelei termobimetalice?

158

75. Cum se reprezint în schemele electrice un releu termobimetalic i contactele sale? 76. Cum se reprezint în schemele electrice un bloc de relee termobimetalice? 77. Ce tipuri de blocuri de relee termobimetalice se produc în ar ? 78. Ce rol are lamela compensatoare a unui bloc de relee termobimetalice? 79. Ce rol are dispozitivul de sacadare a unui bloc de relee termobimetalice? 80. Ce m rimi caracteristice are un bloc de relee termobimetalice? 81. Ce avantaje prezint folosirea releelor termobimetalice? 82. Ce dezavantaje prezint folosirea releelor termobimetalice? 83. Ce echipamente se protejeaz prin releele termobimetalice? 84. Ce regimuri anormale elimin releele termobimetalice? 85. Care este elementul motor al unui releu electromagnetic? 86. Clasifica i releele electromagnetice dup m rimea protejat . 87. Cum deosebi i un releu electromagnetic de tensiune de unul de curent? 88. Cum se regleaz în trepte curentul unui releu electromagnetic maximal de curent. 89. Ce este un releu de tensiune nul ? 90. Ce este curentul de serviciu a unui releu maximal de curent? 91. Ce este curentul reglat a unui releu maximal de curent? 92. Cum se reprezint în schemele electrice un releu maximal de curent. 93. Cum se reprezint în schemele electrice un releu diferen ial de curent. 94. Cum se reprezint în schemele electrice un releu maximal de tensiune. 95. Cum se reprezint în schemele electrice un releu minimal de tensiune. 96. Cum se reprezint în schemele electrice un releu de tensiune nul . 97. Cum se reprezint în schemele electrice contactul NI a unui releu electromagnetic? 98. Ce este o siguran automat ? 99. Ce relee electromagnetice de protec ie se produc în ar ? 100. Ce avantaje prezint releele electromagnetice de protec ie? 101. Ce dezavantaje prezint releele electromagnetice de protec ie? 102. Ce tipuri de relee de induc ie cunoa te i? 103. Care este condi ia de apari ie a momentului motor în releul de induc ie cu rotor disc? 104. Ce sens are momentul de rota ie a unui releu de induc ie cu rotor disc în raport cu spira în scurtcircuit? 105. Cum se realizeaz defazarea fluxului la releul de induc ie cu o înf urare? 106. Ce caracteristic temporal are un releu de induc ie cu rotor disc? 107. Ce tipuri de relee de protec ie se realizeaz cu mecanismul de induc ie cu rotor disc? 108. Ce tipuri de relee de protec ie se realizeaz cu mecanismul de induc ie 159

cu circuit profilat (rotor cilindric)? 109. Cum se reprezint în schemele electrice releele direc ionale? 110. Care este expresia momentului motor al unui releu de induc ie cu circuit profilat? 111. Ce este unghiul intern a unui releu de induc ie cu dou înf ur ri? 112. Ce este un RTp-C? 113. Ce caracteristic temporal de protec ie are un RTp-C? 114. Ce este t ierea de curent? 115. Ce rol are un releu Buchholz? 116. La ce defecte asigur protec ia un releu Buchholz? 117. Unde se monteaz un releu Buchholz? 118. Cum se reprezint în schemele electrice releul Buchholz? 119. Ce rol are clapeta de oc a unui releu Buchholz? 120. Ce avantaje prezint utilizarea releului Buchholz? 121. Ce dezavantaje prezint utilizarea releului Buchholz? 122. Ce tipuri de protec ii se utilizeaz la transformatoarele electrice în ulei? 123. Ce este un declan ator? 124. Care este m rimea de ie ire a unui declan ator? 125. Clasifica i declan atoarele dup m rimea protejat ? 126. Clasifica i declan atoarele dup elementul motor? 127. Ce este un desc rc tor? 128. Ce este un eclator? 129. Ce tipuri de eclatoare cunoa te i? 130. Ce este un DRVS? 131. Ce tipuri de desc rc toare se folosesc în re elele de joas tensiune? 132. Ce tipuri de desc rc toare se folosesc în re elele de medie tensiune? 133. Ce tipuri de desc rc toare se folosesc în re elele de înalt tensiune? 134. Ce tipuri de desc rc toare se folosesc în re elele de curent continuu de joas tensiune? 135. Ce materiale se utilizeaz la rezisten ele variabile folosite la desc rc toare? 136. Ce rol au releele de temporizare în circuitele de protec ie i automatizare? 137. Cum se reprezint în schemele electrice un contact NI cu temporizare la ac ionare? 138. Cum se reprezint în schemele electrice un contact NI cu temporizare la revenire? 139. Cum se reprezint în schemele electrice un contact ND cu temporizare la ac ionare? 140. Cum se reprezint în schemele electrice un contact ND cu temporizare la revenire? 160

141. Defini i un releu de timp cu temporizare la ac ionare. 142. Defini i un releu de timp cu temporizare la revenire. 143. Clasifica i releele de temporizare dup principiul de func ionare. 144. Clasifica i releele de temporizare electromecanice dup elementul motor. 145. Cum se poate regla temporizarea unui mecanism de ceasornic? 146. Ce circuite electrice se folosesc la realizarea releelor electrice de temporizare? 147. Cum se poate regla temporizarea unui releu electric de timp? 148. Clasifica i releele de timp cu temporizare electronic dup principiul de func ionare. 149. Ce dispozitive semiconductoare se folosesc la realizarea releelor electronice de timp analogice? 150. Ce componente electronice se folosesc la realizarea releelor numerice de timp?

161

4 APARATE DE COMUTA IE DE MEDIE I ÎNALT TENSIUNE Din punctul de vedere al tensiunii nominale re elele electrice i echipamentele electrice de comuta ie care le deservesc se clasific astfel: – re ele de joas tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 400 i 230 V, utilizate pentru distribu ia energiei electrice la consumatori. – re ele de medie tensiune, cu tensiunea între 1 i 35 kV (sau 6 i 60 kV), utilizate în general pentru distribu ia energiei electrice; – re ele de înalt tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV i mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, înspre zonele de consum. De i no iunea de medie tensiune nu este reglementat pe plan interna ional, datorit caracteristicilor comune pe care le au aparatele electrice care intr în aceast categorie ea s-a impus în literatura de specialitate. Cele mai importante m rimi caracteristice ale unui aparat de comuta ie de medie sau înalt tensiune sunt: – tensiunea nominal , definit ca tensiunea efectiv , între faze, maxim la care un aparat electric este proiectat s func ioneze în regim normal. – curentul minimal, este valoarea efectiv a curentului alternativ, în serviciu de lung durat , pe care îl poate suporta un aparat electric de comuta ie pentru condi ii de func ionare bine precizate. – capacitatea de rupere reprezint curentul prezumat, în valoare efectiv , care poate fi comutat de aparat la o tensiune dat i în condi ii de func ionare bine precizate. – puterea de rupere definit de rela ia: Pr = m·Unf ·Ir

(4.1.)

în care s-au f cut nota iile: m =1;2 sau 3 reprezint num rul de faze, Unf - este tensiunea nominal de faz ; Ir-este capacitatea de rupere nominal . – capacitatea de conectare este curentul cel mai mare (în valoare de vârf), pe care îl poate conecta un aparat la o tensiune dat i în condi ii de func ionare bine precizate. Cele mai semnificative aparate de comuta ie de medie i înalt tensiune sunt: separatoarele, contactoarele i întrerup toarele electrice. Aceste aparate sunt folosite la comanda, protec ia i reglarea ma inilor electrice de putere, a re elelor de distribu ie a energiei electrice i a posturilor de transformare. 162

4.1. SEPARATOARE DE MEDIE TENSIUNE Separatoarele sunt aparate cu ajutorul c rora se închid sau se deschid circuitele electrice care nu sunt sub sarcin , deoarece ele nu au capacitatea de a întrerupe decât curen ii electrici foarte mici (de m rimea unui curent de mers în gol al unui transformator de putere). Separatorul are menirea de a asigura observarea de la distan a st rii circuitului, închis sau deschis, fiind un aparat mecanic de comuta ie f r capacitate de rupere a arcului electric i care din motive de securitatea exploat rii asigur pentru pozi ia deschis , o întrerupere vizibil a circuitului i o distan de izolare suficient între bornele fiec rui pol. Rigiditatea dielectric dintre polii unui separator este maxim într-un circuit. 4.1.1. Clasificarea separatoarelor. Clasificarea separatoarelor de medie tensiune se poate face dup mai multe criterii dintre care cele mai importante sunt: A. Dup modul de amplasare: – pentru instala ii interioare; – pentru instala ii exterioare. B. Dup tensiunea de lucru: – de medie tensiune; – de înalt tensiune; – de foarte înalt tensiune. C. Dup solu ia constructiv : – separatoare de tip cu it; – separatoare rotative; – separatoare de transla ie; – separatoare basculante; – separatoare pantograf. D. Dup tipul dispozitivului de ac ionare: – cu ac ionare manual ; – cu tang ; – cu arcuri; – cu roat melcat ; – cu ac ionare pneumatic ; – cu ac ionare prin servomotor electric.

163

E. Dup felul contactelor: – cu cu ite; – cu siguran e MPR; – cu siguran e tubulare; – pentru punere la p mânt; – separatoare inversoare (cu pastile sinterizate). D. Dup num rul de poli: – monopolare; – multipolare. E. Dup valoarea curentului întrerupt: – normale (nu întrerup decât curen i foarte mici); – de sarcin (pot întrerupe curen i nominali de sarcin ). Separatoarele de medie tensiune sunt separatoare tripolare de tip cu it sau de tip rotativ de sarcin cu camer plat pentru tensiuni nominale de 10 i 20 KV, cu i f r cu ite de punere la p mânt, cu i f r siguran e fuzibile pe cadru comun. Principalii parametrii func ionali ai separatoarelor de interior sunt: – tensiunea nominal de 10 kV i curentul nominal de 400 i 630A; – tensiunea nominal 20 kV i curent nominal de 200A. În func ie de varianta constructiv separatoarele pot fi prev zute cu cu ite i contacte de punere la p mânt i cu interblocaje. Pe cadrul comun se pot monta supor i cu siguran e fuzibile precum i mecanismul de declan are care printr-un sistem de pârghii în cazul arderii siguran ei d comanda mecanic asupra dispozitivului de ac ionare pentru deschiderea separatorului. Pentru a se putea realiza deschiderea aparatului este necesar ca în momentul când se d comanda, resortul dispozitivului de ac ionare s fie armat. Armarea se face cu dispozitivul de ac ionare manual sau automat. 4.1.2. Principalele variante constructive ale separatoarelor de medie tensiune Separatoarele de medie tensiune se construiesc pentru toate tensiunile standardizate i se pot monta în func ie de tipul construc iei, atât în interior cât i în exterior. Separatoare de tip cu it Se execut pentru tensiuni nominale de 10, 20, 35 kV i curen i nominali de 200, 400, 630 i 800 A, în variante mono i tripolare, cu i f r 164

cu ite de punere la p mânt. Calea de curent este format din bornele de racord, contactele fixe 3 i cu itul 4 care constituie contactul mobil. Izolatoarele suport 2 sunt din por elan cu armare interioar . Partea mecanic este format din soclul 1 i bielele-manivelele de ac ionare 5, 6 i 7.

Figura 4.1. Separator tip cu it 1- cadru suport, 2- izolatoare suport, 3- contact fix, 4- cu it, 5, 6, 7- pârghii de ac ionare. Separatoarele rotative execut o mi care de rota ie în plan vertical. Izolatoarele de trecere sunt realizate din r ini având înglobate la capete cu itele de contact fixe montate pe cadrul metalic. Ac ionarea izolatorului mobil se face cu ajutorul unor manete de ac ionare, iar la capetele izolatorului se afl contactele mobile. În pozi ia deschis izolatorul mobil se sprijin pe un cu it de contact nelegat electric în circuit.

Figura 4.2. Separator rotativ. Separatoarele de tip basculant se realizeaz cu un singur izolator 165

basculant sau cu dou izolatoare basculante. Manevra de închidere i deschidere se realizeaz prin bascularea în plan vertical a izolatorului 6. Aceste separatoare au un gabarit redus fa de separatoarele de tip cu it, nu se deschid sub ac iunea for elor electrodinamice, îns au inconvenientul unor leg turi flexibile lungi.

Figura 4.3. Separator basculant 1- cadru metalic, 2- suportul de fixare pe stâlp, 3- izolatoare suport, 4- borne de racord, 5- contact fix, 6- izolator basculant, 7- ghidaj leg tur flexibil , 8- contact mobil, 9- leg tura flexibil , 10- bare articulate, 11- manivele de ac ionare, 12- limitatorul de curs . Separatoarele de sarcin sunt aparate de comuta ie capabile s deconecteze sarcina nominal dintr-un circuit i apoi, în pozi ia deschis, s asigure distan a minim de izola ie între contactul fix i cel mobil. Separatoarele de sarcin se utilizeaz pentru: – conectarea i deconectarea bateriilor de condensatoare; – înlocuirea întrerup torului de putere în punctele din re ea în care puterea de scurtcircuit nu dep e te 30 MVA; – conectarea i deconectarea în gol a liniilor i cablurilor. Deoarece separatoarele de sarcin nu au capacitatea de a rupe curen ii de scurtcircuit, ele se utilizeaz înseriate cu siguran e de mare putere de rupere (MPR). În acest caz siguran a fuzibil va asigura protec ia împotriva curen ilor de scurtcircuit, iar separatorul de sarcin , pe lâng conectarea i deconectarea curen ilor nominali, va asigura (prin intermediul comenzii primite de la un releu) protec ia împotriva curen ilor de suprasarcin . Spre deosebire de celelalte tipuri de separatoare, separatoarele de sarcin sunt prev zute cu camere de stingere. În aceast categorie intr : 166

– separatoarele de sarcin cu autocompresie folosite la instala iile de exterior (în trac iunea electric la c ile ferate electrificate), – separatoare de tipul SPTI folosite în celulele prefabricate. Separatoarele de sarcin (figura 4.4.) se construie te pentru tensiuni de 10 i 20 kV i curen i nominali de 200 i 400 A, cu o putere de rupere de 7 MVA.

Figura 4.4. Separator de sarcin Putem concluziona c separatoarele sunt aparate de comuta ie a circuitelor sub tensiune dar f r curent de sarcin , destinate a separa vizibil dou p r i din circuit, dintre care una aflat sub tensiune i s asigure dup separare o mare rezerv de izola ie. Separarea vizibil este necesar din considerente de protec ie a muncii în instala iile electrice. De aceea acestor separatoare li se impun o serie de condi ii cum ar fi: – în pozi ia deschis s asigure distan e de izola ie suficiente pentru a proteja împotriva electrocut rii personalul ce lucreaz pe linia decuplat . Acest deziderat se realizeaz aplicând în construc ia separatoarelor principiile de coordonare a izola iei adic distan a de izola ie între contactele deschise ale aceluia i pol, trebuie s fie mai mare decât distan a de izola ie între borne i suportul metalic al separatorului; – s aib stabilitate mecanic mare (cel pu in 2000 de manevre f r vreo urm de uzur mecanic ); – s permit realizarea unor interbloc ri când se asociaz cu întrerup toare, pentru a putea fi ac ionate numai atunci când întrerup torul este în pozi ia deschis.

167

4.2. SEPARATOARE DE ÎNALT TENSIUNE Normele de protec ia muncii cer ca lucr rile de între inere i repara ii în instala iile de înalt tensiune s se execute numai dup ce circuitul în care se lucreaz a fost deconectat i izolat vizibil de restul instala iei. De asemenea, în instala iile electrice sunt necesare uneori manevre de conectare sau de deconectare a unor circuite f r curent (schimbarea sau separarea barelor, trecerea de la un generator sau transformator la altul etc.), fiind necesare aparate de conectare simple, cu construc ie robust , cu manevrare u oar i pozi ie u or vizibil . Pentru aceste scopuri se folosesc separatoarele de înalt tensiune. Separatoarele sunt aparate de comuta ie destinate conect rii i deconect rii circuitelor sub tensiune, îns f r sarcin . Ele pot întrerupe i curen i de intensitate redus , cum sunt curen ii de magnetizare (de mers în gol) ai transformatoarelor de putere mic sau curen ii nominali ai transformatoarelor de putere foarte mic . Separatoarele de înalt tensiune se realizeaz în numeroase tipodimensiuni, care se deosebesc prin parametrii nominali (tensiuni între 35 i 750 kV, curen i între 200 i 6000 A), prin num rul de poli i varianta constructiv . Într-o instala ie energetic separatorul permite efectuarea transferului de energie între sistemele de bare colectoare la plec ri sau sosiri. Cu ajutorul separatoarelor se poate face cuplarea unei linii la unul din sistemele de bare colectoare. 4.2.1. Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune Clasificarea separatoarelor de înalt tensiune se poate face dup numeroase criterii dintre care cele mai semnificative sunt: A. Dup num rul de poli: – monopolare; – bipolare; – tripolare. B. Dup modul de deplasare a contactelor mobile: – separatoare cu rota ie în plan orizontal (tip cu it), care au un contact fix i un contact mobil, tip cu it, ce se rote te într-un plan ce con ine i axele izolantelor polului respectiv; – separatoare cu rota ie în plan vertical, care au dou contacte mobile ce se rotesc spre a se uni într-un plan perpendicular pe axele izolatoarelor suport ale polului; – separatoare basculante, la care contactul mobil se basculeaz îm168

preun cu un izolator suport în planul axelor izolatoarelor suport ale polului; – separatoare de transla ie, la care contactul mobil execut o mi care de transla ie spre contactul fix; – separatoare pantograf, la care contactul mobil, de o construc ie special , execut o mi care dup direc ia axei izolatorului suport. C. Dup absen a sau prezen a dispozitivului de legare la p mânt: – separatoare cu cu ite de legare la p mânt; – separatoare f r cu ite de legare la p mânt. Un separator este constituit din urm toarele elemente principale: sistemul de contacte, sistemul izolator i dispozitivul de ac ionare. Sistemul de contacte con ine un contact fix i un contact mobil (cu itul) sau dou contacte mobile, constituind calea de curent a separatorului. Contactele separatoarelor pot fi liniare, plate cilindrice i de alte forme. Se construiesc din materiale bune conduc toare de electricitate, de preferin din cupru. Elementele care conduc la alegerea diferen ierea diferitelor tipuri de contacte sunt: densitatea de curent i distribu ia ei; condi iile de r cire a contactelor; efortul necesar pentru conectarea separatorului; factorul de uzur al materialului; reducerea ac iunii for elor electrodinamice asupra cu itelor. Pentru a mic ora înc lzirea contactelor, se realizeaz presiuni de contact corespunz toare. La separatoarele construite pentru curen i nominali mari, cu itul este constituit din mai multe bare paralele. Sistemul izolator este constituit din izolatoarele suport ale contactelor: fix i mobil, precum i din tija izolant care transmite mi carea de la dispozitivul de ac ionare la cu itul mobil. Dispozitivul de ac ionare trebuie s asigure deschiderea i închiderea complet a separatorului, contactele mobile trebuind s ajung la sfâr itul cursei, independent de viteza de ac ionare. Dispozitivele de ac ionare a separatoarelor, din punct de vedere al agentului de ac ionare se împart în: dispozitive manuale, dispozitive cu resorturi, dispozitive pneumatice, dispozitive de ac ionare electric . Ac ionarea manual se realizeaz în modul cel mai simplu cu o pr jin , care este o tij izolant de lungime corespunz toare, prev zut la un cap t cu un vârf metalic. Acest vârf se introduce în urechea cu itului separatorului i se trage, trecând cu itul din pozi ia „închis“ în pozi ia „deschis“. La separatoarele grele se utilizeaz adeseori ac ionarea cu pârghii cu manet sau cu roat de mân . Pentru comanda la distan a separatoarelor se folosesc ac ion rile electrice sau pneumatice, care prezint avantajul unei conect ri f r ocuri, ceea ce este deosebit de important. 169

4.2.2. Separatoare rotative În aceast categorie intr dou tipuri de separatoare: – separatoare rotative cu rota ie în plan orizontal, având tensiuni nominale de la 35 kV la 220 kV, curen i nominal de 1250 A i 1600 A; – separatore rotative cu deschiderea cu itelor în plan vertical, cu tensiunea nominal de 400 kV i In=1600 A. Aceste separatore se execut numai în construc ie monopolar iar când este necesar o variant tripolar fazele se cupleaz între ele cu tije de leg tur . Forma constructiv a unui separator rotativ cu mi care de rota ie în plan orizontal, de 100 kV este prezentat în figura 4.5., în detaliu fiind prezentat borna de leg tur a separatorului. Izolatoarele suport 1 i 2 pot pivota executând o mi care de rota ie de 90° sub ac iunea unui dispozitiv de ac ionare 3 (pneumatic sau electric). Pe tijele 4 i 5 sunt montate contactele formate din cilindrul 6 i piesele 7 i 8 a a cum rezult din figur . Piesa 9 reprezint contactul fix al p r ii de legare la p mânt a separatorului care poate ajunge în contact cu cu itul separatorului de punere la p mânt 10, numai atunci când contactele 6 respectiv 7, 8 sunt deschise. Pe cadrul pe care sunt montate coloanele de izolare se afl i dispozitivul de ac ionare, precum i tijele de leg tur , manivelele i axele de ac ionare.

Figura 4.5. Separator cu mi care de rota ie în plan orizontal (de 110 kV), 1, 2- izolatoare suport, 3- dispozitiv de ac ionare, 4, 5- tije de ac ionare, 6- contact cilindric, 7, 8- piese de contact, 9- contact fix, 10- cu it de punere la p mânt 170

În cazul separatoarelor tripolare montarea fazelor se face al turat una din cele trei faze fiind faz motoare, la care se cupleaz dispozitivul de ac ionare a a cum se poate vedea în figura 4.6. Ac ionarea separatorului se face de la polul de mijloc, mi carea transmi ându-se celor dou izolatoare ale fazei printr-o leg tur în contrasens, iar la celelalte dou faze printr-un sistem de transmisie patrulater . Tot printr-un sistem patrulater sunt ac ionate cu itele de punere la p mânt ale separatorului de la axul de ac ionare. Deoarece în timpul rota iei izolatoarelor unui pol, cu itele port contact se aproprie de polii vecini, se poate utiliza i pozare în linie.

Figura 4.6. Separatoare tripolare de 110 kV 1, 2- izolatoare suport, 3- dispozitiv de ac ionare, 4,5- tij ac ionare, 6,7- articula ie, 8- pies de contact, 9, 10- contacte fix, 11, 12- tije de ac ionare. Din figura 4.6. se observ c ac ionarea se face de la unul din capete prin transmisie patrulater . Pentru tensiuni mai mari de 220 kV aceast pozi ionare a separatoarelor conduce la m rirea gabaritului unei celule de înalt tensiune i de aceea separatorii monopolari se monteaz câte doi în linie i al treilea în paralel cu primii, caz în care ac ionarea este independent pe fiecare faz . Toate separatoarele de tip rotativ au neajunsul c sunt solicitate la importante momente de încovoiere, i necesit distan e relativ mari între poli, 171

iar contactele de jonc iune ale liniei cu cupa izolatoare implic dificult i constructive. 4.2.3. Separatoare de transla ie Acest tip de separatoare se utilizeaz în instala iile de distribu ie de exterior la tensiuni peste 220 kV. Schematic un asemenea separator este prezentat în figura 4.7. Un pol al separatorului are dou izolatoare suport, unul fix 1, iar cel lalt mobil 2, montat pe un c rucior ce poate realiza o transla ie limitat pe dou ine rectilinii. Contactul mobil 3 poate intra în contactul fix 4, ca urmare a apropierii izolatorului culisant 2 de cel fix 1. Separatorul mai este prev zut cu inelele de protec ie 5, conductorul de leg tur 7 i leg tura flexibil 6. Mi carea este asigurat cu ajutorul unui dispozitiv format din cablul flexibil 11 antrenat de servomotorul 8. Cu itul de legare la p mânt 9 este ac ionat cu un dispozitiv propriu cu motor electric 10. Aceste separatoare prezint o bun vizibilitate a separ rii, au îns o construc ie complicat , leg turi flexibile lungi i exist posibilitatea de blocare a c ruciorului în cazul depuneri de ghea pe ine.

Figura 4.7.Separator cu mi care de transla ie pentru tensiuni de peste220 kV 1- izolatorul suport al polului fix, 2- izolatorul culisant al polului mobil, 3- contactul mobil, 4- contactul fix, 5- inele de protec ie, 6- leg tura flexibil , 7- conductor de leg tur , 8- servomotor, 9- cu it de împ mântare, 10- dispozitiv de antrenare cu motor electric, 11- cablu flexibil. 172

4.2.4. Separatoare pantograf Aceste separatoare sunt utilizate în instala iile de foarte mare tensiune ( 220kV < Un < 750kV ) având o construc ie robust i îndeplinind cele mai ridicate exigen e cerute de o bun siguran în exploatare. Fa de celelalte tipuri de separatoare prezentate, separatorul pantograf prezint o serie de avantaje cum ar fi: reducerea suprafe ei ocupate de separator în plan orizontal; o supraveghere mai bun a elementelor instala iei (permi ând o observare clar i rapid a elementelor aflate sub tensiune fa de cele scoase de sub tensiune); siguran mare la conectare i deconectare în orice condi ii atmosferice i siguran total împotriva deschiderilor intempestive.

Figura 4.8. Separator pantograf pentru 420 kV 1- contact fix de racord, 2- pantograf, 3- contacte mobile tip foarfec , 4- pozi ia deschis a pantografului, 5- contact racord, 6- bra portcontact, 7- ontragreutate, 8- contact fix de punere la p mânt, 9- borne racord, 10- izolatoare suport, 11- coloan izolatoare, 12, 13- arbori racorda i la mecanismului de ac ionare. 173

Contactul de racord 1 se monteaz pe linia conductoare a sta iei exterioare fiind format dintr-o bar de cupru. Pantograful propriu zis 2 este format dintr-un sistem de bare articulate, confec ionate din duraluminiu, având configura ia unei foarfeci care se termin la capete cu contactele mobile 3, prev zute cu un dispozitiv de spargere a ghe ii i cu câte o emisfer în partea superioar . Rolul emisferelor este s amelioreze reparti ia neuniform a câmpului electric în lungul pantografului i s evite efectul corona. În pozi ia închis separatorul asigur racordul electric între linia 1 aflat în planul superior i linia electric aflat în planul inferior, racordat la bornele 9, între care exist o diferen de nivel de aproximativ 5 m la o tensiune de 420 kV. Cu linie punctat 4 s-a reprezentat pozi ia pantografului când separatorul se afl în pozi ie deschis. În aceast pozi ie linia din planul inferior este legat la p mânt ca urmare a atingerii dintre contactul mobil 5 i cel fix 8 de punere la p mânt. Coloana de izolatoare suport 10 sus ine separatorul, iar ac ionarea cu itelor principale se realizeaz ca urmare a mi c rii de rota ie transmis prin coloana izolatoare 11 de la arborele 12 racordat la mecanismul de ac ionare a cu itelor principale. Ac ionarea cu itelor de punere la p mânt este efectuat de c tre un dispozitiv de ac ionare separat racordat la arborele 13, contragreutatea 7 diminuând prin echilibrare cuplul necesar rotirii bra ului 6 ce sus ine contactul 5. Între mi c rile cele dou dispozitive de ac ionare exist o corelare. Ac ionarea acestor separatoare se face pneumatic. 4.2.5. Separatoare de sec ionare i punere la p mânt Separatoarele de sec ionare sunt aparate cu deconectare automat , comandate de aparate de protec ie, destinate separ rii de la re ea a sectoarelor avariate. Sec ionarea se face în lipsa curentului, în timpul pauzei de curent determinat de func ionarea unui dispozitiv de reanclan are automat rapid (R.A.R.). Separatoarele de punere la p mânt i de scurtcircuit sunt aparate care realizeaz legarea automat a unei re ele electrice la p mânt în caz de avarie, prin realizarea unui scurtcircuit artificial ce determin deconectarea re elei prin intermediul întrerup torului. Constructiv aceste aparate sunt separatoare de tip cu it, iar modul lor de func ionare este ilustrat în figura 4.9. Pe suportul metalic 1 se afl izolatorul 2 având pe flan a superioar contactul fix 3, prev zut cu borne pentru racordarea la conductoarele liniei. 174

Dispozitivul de ac ionare comand cu itul mobil 4, din eav de o el sudat pe axul 5, care se rote te în lag rele 6. Pârghia 7 este folosit în cazul ac ion rilor manuale. Leg tura electric 8 asigur trecerea curentului de la contactul mobil la rama metalic legat la p mânt.

Figura 4.9. Separator de punere la p mânt tip cu it 1- suport metalic, 2- izolator, 3- contact fix, 4- cu itul mobil, 5- ax, 6- lag r, 7- pârghie, 8- leg tura electric flexibil . Pentru a exemplifica modul de utilizare al separatoarelor de sec ionare i al separatoarelor de punere la p mânt i de scurtcircuit în figura 4.10 este prezentat o schem electric de alimentare a liniilor L1 i L2 prin intermediul unor transformatoare T1 i T2, a întrerup toarelor Q1, Q2 i Q3, de la un sistem de bare de 110 kV. Transformatoarele T1 i T2 nu sunt racordate la re ea prin întrerup toare, ci prin separatoare de sec ionare S1 i S3. În cazul în care se produce o avarie la linia L1 sau la transformatorul T1, protec ia prin relee comand închiderea separatorului de punere la p mânt S1, producând în mod artificial un scurtcircuit monofazat, care duce la declan area întrerup torului principal Q1. Dup întreruperea curentului de scurtcircuit, elementul defect este separat cu separatorul de sec ionare S1, apoi sub ac iunea dispozitivului RAR, întrerup torul Q1 se reînchide i celelalte plec ri sunt realimentate. 175

Figura 4.10. Func ionarea separatoarelor de sec ionare i punere la p mânt Separatorul de sec ionare împreun cu separatoarele de punere la p mânt i scurtcircuitare ofer o simplificare a schemelor de înalt tensiune, asigurând separarea automat a sectorului avariat i protec ia personalului de interven ie. 4.3. CONTACTOARE DE MEDIE TENSIUNE Contactoarele de medie tensiune au acela i rol în instala iile electrice ca i contactoarele de joas tensiune. Ele se construiesc pentru tensiuni nominale de pân la 10 kV, curen i nominali de pân la 1 kA i cu puteri de rupere de pân la 20 MVA. Contactoarele de medie tensiune se folosesc la comanda motoarelor asincrone i sincrone de putere, la alimentarea cuptoarelor electrice i a bateriilor de condensatoare. Pentru protec ia circuitelor comandate prin contactoare de medie tensiune se folosesc: siguran e fuzibile (pentru protec ia la scurtcircuit), relee termobimetalice (pentru protec ia la suprasarcin ) i relee electromagnetice (pentru protec ia maximal de curent i tensiune). Contactoarele de medie tensiune permit ac ion ri cu frecven ridicat de pân la 200 conect ri pe or (superioar celei cu întrerup toare de medie tensiune). Dup principiul de stingere a arcului electric contactoarele de medie tensiune se clasific astfel: – contactoare de medie tensiune cu suflaj magnetic, la care arcul electric este stins în camere de stingere cu efect deion i suflajul magnetic. 176

Se construiesc astfel de contactoare pentru tensiuni nominale de 7,2 kV i curen i nominali de 10, 20, 30, 45, 63, 75 i 100 A. Elementul de ac ionare este un electromagnet de tip plonjor. – contactoare de medie tensiune în vid care folosesc ca metod de stingere a arcului electric principiul vidului avansat. Aceste contactoare reprezint la ora actual solu ia optim . 4.3.1. Contactoare de medie tensiune în vid Principiul vidului avansat constituie solu ia de viitor pentru comuta ia la medie tensiune. Aparatele bazate pe acest principiu pot fi utilizate pentru comutarea atât a circuitelor cu sarcini inductive, cum sunt motoarele de induc ie, cât i a celor capacitive, cum sunt bateriile de condensatoare. De asemenea având în vedere faptul c arcul se dezvolt într-o incint închis , contactoarele în vid pot fi folosite în medii cu pericol de explozie (întreprinderi miniere sau chimice). Principiul vidului avansat se bazeaz pe dou propriet i de baz ale vidului i anume: rigiditatea dielectric foarte mare la distan e extrem de reduse între contacte i dezvoltarea arcului electric în vaporii metalici proveni i din eroziunea fin a elementelor de contact. Arcul electric format la separarea elementelor de contact este o plasm de vapori metalici care se dezvolt în vid avansat. Caracteristica arcului electric în vid avansat este difuzia extrem de rapid a vaporilor metalici, care în contact cu pere ii reci ai unui ecran condensator se condenseaz i astfel vidul este ref cut.

Figura 4.11. Contactele contactorului cu vid În camera de stingere întreruperea arcului electric nu dureaz mai mult decât o semiperioad i ca urmare energia dezvoltat de arcul electric este relativ mic , iar înc lzirea contactelor i a camerei de stingere este redus . 177

Aceste camere de stingere în vid au tendin a de a t ia curentul din arcul electric, astfel c stingerea arcului se poate produce înaintea trecerii curentului prin 0. Din aceast cauz condi iile normale pe care trebuie s le îndeplineasc contactele de stingere a arcului electric în vid constau în cerin a ele s poat dezvolta în prezen a arcului electric o cantitate suficient de vapori metalici pentru a nu se produce smulgerea timpurie a curentului. Presiunea de lucru în aceste camere de stingere este de aproximativ 10-7 bar. Elementele de contact se realizeaz din pseudoaliaje Cr-Cu sau W-Cu, în scopul elimin rii tendin ei de lipire care exist la contactele realizate din metale dure conductoare. T ieturile realizate înclinat în suporturile pieselor de contact, la apari ia arcului, electric determin for e electrodinamice care rotesc piciorul arcului electric pe suprafa a circular a elementului de contact. Prin aceast solu ie constructiv piciorul arcului electric devine foarte mobil pe suprafa a contactului, evitând eroziunea lui. Datorit distan elor mici între contacte intensitatea câmpului magnetic este extrem de mare. Astfel, înainte de str pungere la o distan de 5 mm între contacte intensitatea câmpului electric este E = 340 kV/cm, în ipoteza unui câmp omogen. La asemenea intensit i ale câmpului electric format, dimensiunile i gradul de prelucrare al suprafe elor de contact joac un rol foarte important. În acest sens asperitatea suprafe elor erodate de arcul electric constituie un factor de influen a timpului de ardere a arcului electric. Propriet ile dielectrice ale vidului tehnic din camera de stingere a contactorului sunt rigiditatea dielectric la presiuni reduse de 10-4-10-6 mm Hg este apreciabil mai mare decât a aerului în condi ii normale. Forma i dimensiunile electrozilor au i ele o influent aspra valorii tensiunii de str pungere.Presiunea în recipient în limitele 10-4 – 10-6 mm Hg nu are nici o influen asupra tensiunii de str pungere , dac distan a între electrozi este de ordinul mm sau a frac iunilor de mm. Dac îns aceste distan are valori de ordinul cm, se constat o rigiditate dielectric sporit câtre 5 × 10-4 mm Hg. În figura 4.12. se prezint schematic un contactor în vid în pozi ia deschis. Aceast pozi ie este asigurat de resoartele antagoniste 2. Pentru ac ionare se excit bobina electromagnetului 1, ceea ce determin rota ia pârghiei 5 în jurul axului O. În acest fel contactul mobil se închide peste cel fix asigurând continuitatea circuitului electric de la A la B. For a de ap sare pe contacte este asigurat de resortul 3. În interiorul camerei de stingere 4 unde se afl contactele este realizat vidul astfel ca stingerea arcului se produce rapid, prin smulgere de curent. Pentru deschiderea contactorului se opre te alimentarea bobinei electromagnetului 1 iar resoartele 2 produc o deschiderea contactelor cu o vitez aproximativ 0,3 m/s. 178

Figura 4.12. Contactor cu vid 1- electromagnet de ac ionare, 2- resoarte antagoniste, 3- resort pentru asigurarea presiunii pe contacte, 4- camer de stingere, 5- p창rghie, A, B-borne.

Figura 4.13. Dependen a timpului de comuta ie de tensiunea de comuta ie

179

4.4. ÎNTRERUP TOARE DE MEDIE TENSIUNE Întrerup toarele electrice sunt aparate cu ajutorul c rora se realizeaz opera iile necesare de conectare i de deconectare atât în condi ii normale de lucru, cât i în condi ii de avarie. inându-se cont c aceste aparate trebuie s rup curen i cu intensit i foarte mari care pot ap rea frecvent în re elele electrice, ele se caracterizeaz , în afara parametrilor nominali comuni tuturor aparatelor electrice de comuta ie (curent nominal, tensiune nominal , frecven a de lucru, curent limit dinamic, curent limit termic), i printr-o alt m rime nominal specific , ce define te propriet ile de comuta ie i care se nume te capacitate nominal de rupere în scurtcircuit. Ea reprezint cel mai mare curent de scurtcircuit (valoare efectiv ) pe care un întrerup tor este capabil s -l întrerup în condi ii de utilizare i func ionare prescrise. Întrerup torul de putere, de medie tensiune este un aparat de comuta ie destinat s conecteze, s suporte i s deconecteze curen ii nominali de serviciu, s conecteze, s suporte o durat bine determinat i s deconecteze curen ii de suprasarcin , sau de scurtcircuit. În func ie de principiul de stingere utilizat i respectiv de natura mediului în care are loc stingerea arcului electric, întrerup toarele de medie tensiune se clasific în urm toarele categorii: – întrerup toare cu ulei mult (IUM), la care uleiul mineral îndepline te atât rolul de mediu de stingere al arcului electric de comuta ie, cât i pe cel de mediu de izola ie între piesele metalice aflate la tensiuni diferite. Având dezavantajul folosirii unor cantit i mari de ulei aceste tipuri de întrerup toare nu se mai fabric . – întrerup toare cu ulei pu in, care folosesc uleiul numai ca mediu de stingere, izola ia dintre piesele metalice aflate la tensiuni diferite asigurânduse prin materiale dielectrice solide. – întrerup toare ortojectoare sunt variante îmbun t ite ale întrerup toarelor cu ulei pu in, care folosesc ca metod de stingere a arcului electric principiul suflajului cu jet de lichid, ob inându-se performan e îmbun t ite ale acestora. – întrerup toarele cu aer comprimat, folosesc aerul comprimat atât ca mediu de stingere al arcului electric, cât i pentru ob inerea energiei necesare ac ion rii întrerup torului în timpul închiderii sau deschiderii acestuia. – întrerup toare cu hexaflorur de sulf (SF6) asigur ob inerea unor performan e ridicate în ceea ce prive te capacitatea de rupere, siguran a în funcionare, eliminarea pericolului de explozie sau incendiu i gabaritul redus. Aceste întrerup toare reprezint solu ia optim pentru întrerup toarele 180

de înalt tensiune dar se folosesc frecvent i în comuta ia de medie tensiune. – întrerup toare în vid, care folosesc ca principiu de stingere a arcului electric difuziunea rapid în vid avansat a purt torilor de sarcin electric din coloana arcului de comuta ie. Datorit distan elor mici între contacte, asigurarea unor timpi redu i de ac ionare, a unei siguran e în func ionare i a unui gabarit mult mai mic decât al celorlalte întrerup toare, aceste întrerup toare se recomand ca solu ia optim pentru medie tensiune. 4.4.1. Întrerup toare cu vid Întrerup toarele în vid, au fost utilizate ini ial în tehnica curen ilor slabi pentru a realiza relee cu un timp de r spuns cât mai redus. În ultimii ani construc ia întrerup toarelor cu vid a evoluat, iar parametrii au crescut c tre valori mai mari ale tensiunilor si curen ilor nominali. În vid rigiditatea dielectric la tensiuni relativ mari (peste 15 kV) este asigurat la distan e relativ mici între contacte (2,5mm). La separarea contactelor arcul electric vaporizeaz metalul electrozilor. Vaporii metalici se difuzeaz rapid în vid, inând seama c presiunea este de 10-4 – 10-6mm Hg i apoi se condenseaz în contact cu pere ii recipientului. Astfel vidul se reface, iar aparatul este din nou în stare de func ionare. Aceste aparate sau dezvoltat din necesitatea de a satisface cerin ele din exploatare i anume de a dispune de un aparat autonom (f r fluide i instala ii auxiliare), cu cheltuieli reduse de exploatare i capabil s deconecteze atât curen i mici inductivi cât i sarcinile capacitive, fiind superior celorlalte tipuri de întrerup toare de medie tensiune. Asemenea întrerup toare se construiesc pentru tensiuni nominale Un = 7,2 ÷ 25kV, curen i nominali In = 630 ÷ 2500 A i capacit i de rupere Ir = 8 ÷ 50 kA. În prezent, cercet rile pentru dezvoltarea întrerup toarelor în vid se dirijeaz c tre: capacitate de rupere cât mai ridicat ; capacitate de conectare cât mai ridicat , cu eliminarea pericolului de sudare a contactelor i eliminarea migra iei de material. Datorit distan ei mici între contacte cu imposibilitatea unei frân ri sau culis ri într-o tulip conduce la pericolul vibra iei contactelor la închidere. Din aceast cauz , unele întrerup toare în vid au contacte din material dur (sinterizate de W) cu punct de topire ridicat. Dar un astfel de contact duce la întreruperea curentului înaintea trecerii naturale prin 0 i anume la valori de ordinul 50A, ceea ce determin supratensiuni de comuta ie foarte importante.

181

Figura 4.14. Camera de stingere a unui întrerup tor cu vid 1- pies fixare contact, 2- aiba piesei fixe de contact, 3, 7- izolatori ceramici, 4- pies fix de contact, 5- ecran metalic, 6- contact mobil, 8- burduf metalic, 9- ghidaj, 10- pies de contact, 11- racord mecanic la sistemul de ac ionare,12- racord de vidare. Prin realizarea unor contacte din combina ii de materiale, sau chiar utilizarea cuprului în forme speciale poate reduce curentul de întrerupere la valori mici, de exemplu 1A. Întrerup torul în vid este indicat pentru deconectarea sarcinilor capacitive i în acest domeniu are o utilizare industrial , întrucât rigiditatea dielectric se reface în întrerup tor extrem de rapid. Cercet rile asupra arcului electric în vid arat c pân la aproximativ 10 kA arcul electric const din mai multe arcuri electrice elementare ale c ror picioare au o mare mobilitate pe electrod. La valori mai mari ale curentului, aceste arcuri se unesc într-unul singur, care st fixat pe electrod, i deci cu efect termic local extrem de pronun at. Deci numai prin adoptarea unei construc ii speciale ca cea prezentat în figura 4.14. electrodul poate rezista ac iunii arcului electric deoarece i la valori mari ale curentului în arc, acesta se deplaseaz pe suprafa a electrodului. Întrerup torul în vid se fabric în serii la puteri mici i medii, de exemplu 300 MVA sau 12 kA la 14,4 kV cu un curent nominal de 600 A. 182

Figura 4.15. Contacte rotitoare cu suflaj radial pentru întrerup toare cu vid Calit ile de baz ale întrerup torului cu vid constau în rapiditatea ac ion rii, datorit distan ei mici între contacte, volumul mic ocupat în raport cu aparatele clasice, consumul redus de materiale active i lipsa de zgomot la deconectare 4.4.2. Mecanisme de ac ionare a întrerup toarelor de medie tensiune Aceste mecanisme sunt ansamble distincte sau incluse în întrerup toarele de medie tensiune i au rolul de a transmite energia de ac ionare la contactele mobile ale întrerup torului. Energia necesar este relativ mare pentru a asigura viteza mare de deplasare a contactelor la deconectarea curen ilor de scurtcircuit. Mecanismele de ac ionare trebuie s men in întrerup torul blocat în po-zi ia deschis i închis, dup caz, în orice condi ii de func ionare (vibra ii, trepida ii, trecerea curentului de scurtcircuit de oc). Din punct de vedere al modului de înmagazinare i de eliberare a energiei, mecanismele de ac ionare ale întrerup toarelor de medie tensiune pot fi clasificate astfel: – mecanisme de ac ionare cu acumulare de energie în resoarte (de tipurile constructive MR, MRL, MRI), la care prin intermediul unui ax ac ionat de un electromotor (sau manual cu o manivel ), energia poten ial se înmagazineaz în resoartele de închidere ale întrerup torului. 183

La primirea comenzii de închidere o parte din aceast energie este utilizat pentru închiderea întrerup torului, iar cealalt parte serve te la armarea resortului de deschidere; – mecanisme de ac ionare cu electromagnet solenoidal (DSI), care folosesc ca surs de acumulare a energiei în resoarte un electromagnet de curent continuu tip plonjor; – mecanisme de ac ionare pneumatice, care folosesc energia poten ial înmagazinat în aerul comprimat (MPI). Dintre mecanismele prezentate anterior cele mai utilizate sunt mecanismele cu acumulare de energie în resoarte. Elementele principale ale acestor mecanisme (indiferent de tipul constructiv) sunt: sistemul de acumulare a energiei; sistemul de transmitere a energiei; sistemele de clichetare i declichetare; sistemele de semnalizare i blocaj. Sistemul de acumulare a energiei se compune dintr-un motor electric conectat la re eaua de tensiune operativ ce transmite mi carea axului principal printr-un sistem de transmisie (ro i din ate i lan , sau angrenaj melc-roat melcat ). Acumularea energiei se face în dou resoarte tensionate simultan în paralel (la unele tipuri acumularea se asigur printr-un singur resort). Dispozitivul permite i armarea manual operativ a resoartelor cu ajutorul unei manivele amovibil . La aceste mecanisme acumularea de energie se realizeaz lent, iar eliberarea brusc (de exemplu la acumulare t = 5s i la eliberare t' = 0,l s).

Figura 4.16. Mecanism de acumulare a energiei în resoarte MRI 1, 3- z voare, 2- resort de deschiderea, 4- manet de armare, 5- resort, 6, 8- axuri, 7- cupl . 184

În figura 4.16. este prezentat mecanismul cu acumulare de energie în resoarte de tip MRI. Axul principal are dou p r i distincte: axul de armare 6, solidar permanent cu resortul de închidere 5 i axul întrerup torului 8, solidar permanent cu resortul de deschidere 2. Aceste dou axe se pot roti independent pe durata acumul rii energiei i respectiv a deschiderii, fiind solidare între ele prin intermediul cuplei 7 numai pe durata închiderii. Opera ia de armare const în tensionarea resortului 5 prin rotirea axului 6, i blocarea prin sistemul de clichetare 3. Prin cupla 7 se realizeaz solidarizeaz axul 6 cu axul 8. Pentru închiderea întrerup torului se comand clichetul 3 care duce la tensionarea resortului 2. La deschiderea întrerup torului se comand clichetul 1 iar cupla 7 desolidarizeaz axele 6 i 8. Aceste mecanisme sunt cu liber deschidere deoarece exist prioritatea deschiderii fa de închidere.

Figura 4.17 Mecanism de ac ionare cu electromagnet i resoarte pentru întrerup toare cu vid de medie tensiune 1,4-Borne, 2-Camer de stingere cu vid, 3-Anvelopa camerei de stingere, 5-Conductor, 6,7-Tije ac ionare, 8-Resort, 9-Tij ac ionare, 10-Ax, 11-Plonjor, 12-Carcas . Ac ionarea întrerup toarelor cu vid cu sisteme cu resoarte armate electromagnetic, reprezint solu ia optim la ora actual din punct de vedere al: gabaritului, randamentului, anduran ei i fre3cvemn ei de conectare. 185

4.5. ÎNTRERUP TOARE DE ÎNALT TENSIUNE Întrerup toarele de înalt tensiune sunt aparate electrice automate destinate comuta iei circuitelor de înalt tensiune parcurse de curent. Sarcinile principale a acestor întrerup toare sunt opera iile de stabilire i întrerupere a curentului de sarcin normal , la interven ia voit a operatorului i s întrerup cât mai rapid în mod automat, curen ii de scurtcircuit în urma comenzilor primite de la protec ia prin relee (declan atoare). La nevoie aceste întrerup toare trebuie s poat îndeplinii i opera ia de reanclan are automat rapid , imediat dup prima deconectare, sub ac iunea comenzii primite de la dispozitivele RAR. Cea mai important caracteristic a întrerup toarelor, care determin construc ia camerei de stingere este capacitatea de rupere (Ir). Ea reprezint cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit pe care întrerup torul îl poate întrerupe în condi ii specificate de norme. Capacitatea de conectare este cel mai mare curent de scurtcircuit, în valoare momentan , care poate fi conectat de întrerup tor, f r ca acesta s sufere deterior ri specifice. Puterea de rupere Pr, definit prin rela ia (4.1.) este o m rime conven ional , care permite compararea, a unor variante constructive diferite. Timpul propriu de întrerupere (Tpa) este intervalul de timp dintre momentul închiderii circuitului electromagnetic de declan are a dispozitivului de ac ionare i momentul începerii separ rii contactelor de rupere ale întrerup torului. Timpul de întrerupere (Tt) este format din timpul propriu de întrerupere (Tpa) i durata de ardere a arcului electric în camera de stingere a întrerup torului (Ta). Timpul total va fi egal cu Tt = Ta + Tpa. Timpul de închidere (Tî) al unui întrerup tor este intervalul de timp de la aplicarea impulsului de închidere pân în momentul atingerii contactelor. Conform normelor timpul total Tt trebuie s fie cât mai mic (< 0,08 s) pentru întrerup toarele cu ac iune rapid respectiv 0,15 s pentru întrerup toarele cu ac iune accelerat i 0,25 s pentru întrerup toarele normale. Din punct de vedere a tensiunii nominale întrerup toarele de înalt tensiune se clasific dup tensiunea nominal a re elei în care func ioneaz . Modulul de baz pentru întrerup toare de înalt tensiune este întrerup torul cu tensiunea nominal de 123 kV destinate re elelor electrice de 110 kV, care dispun de o capacitate de rupere corespunz toare unei puteri de rupere de 10000 MVA. Deoarece întrerup toarele pentru re elele de 220, 400 i 750 kV se ob in prin metoda modulelor, înseriindu-se mai multe dispozitive de stingere a arcului electric identice, s-au atins cu modulele de 123 kV puteri de 186

rupere de pân la 60000 MVA sau chiar 100000 MVA. Principalul mod de clasificare a întrerup toarelor electrice de înalt tensiune este cel dup principiul i mediul de stingere a arcului electric. Din acest punct de vedere exist urm toarele categorii de întrerup toare: – întrerup toarele cu stingerea arcului electric în mediu lichid : ulei mineral sau ap ; – întrerup toare cu stingerea arcului electric în mediu gazos: aer sau hexaflorur de sulf (SF6); – întrerup toare cu stingerea arcului electric în vid.

Figura 4.18. Varia ia parametrilor electrici în comuta ie Întrerup toarele electrice cu ulei sunt înc cele mai utilizate întrerup toare, a c ror evolu ie a coincis cu dezvoltarea producerii, transportului i distribu iei energiei electrice. Func ionarea lor se bazeaz pe proprietatea uleiurilor minerale de a se descompune sub ac iunea temperaturii înalte a arcului electric, degajând o mare cantitate de gaze, format din hidrogen (peste 70%), metan, etilen etc. Presiunea creat , proprietatea hidrogenului de a fi bun conduc tor de c ldur , precum i turbulen a uleiului, exercit o puternic ac iune de r cire i de deionizare a coloanei arcului electric, producând astfel stingerea acestuia la trecerea curentului prin valoarea zero (dup câteva semiperioade ale curentului). Întrerup toarele cu aer comprimat provoac stingerea arcului electric cu ajutorul unui jet de aer comprimat, debitat în zona de ardere a arcului de o surs de energie extern , format într-o instala ie de compresoare cu rezervor 187

de aer comprimat. Jetul de aer are o presiune mare i se deplaseaz cu vitez mare, apropiat de viteza sunetului, longitudinal sau transversal pe coloana arcului electric având urm toarele efecte: în timpul arderii arcului electric, r ce te intens coloana acestuia i antreneaz particulele înc lzite i ionizate, înlocuindu-le cu particule proaspete, r cite. R cirea coloanei arcului electric pân la temperaturi de aproximativ 2000°C conduce, practic, la încetarea ioniz rii termice, ceea ce favorizeaz foarte mult stingerea arcului electric. În timpul trecerii curentului electric prin zero, jetul de aer comprimat r ce te în continuare coloana arcului rezidual i antreneaz particulele ionizate, r mase în spa iul dintre contacte. R cirea este cu atât mai important , cu cât suflajul, în timpul arderii arcului electric, a fost mai energic. Dup stingerea arcului electric, prin sc derea brusc a temperaturii coloanei arcului, se creeaz rigiditatea dielectric necesar , i care este cu atât mai mare cu cât presiunea jetului de aer comprimat este mai înalt . Întrerup toarele cu hexaflorur de sulf realizeaz stingerea arcului electric dup un principiu nou, care urm re te s efectueze deionizarea coloanei arcului electric prin capturarea electronilor liberi i frânarea, în acest mod, a proceselor de ionizare. Hexaflorur de sulf -SF6- este un gaz electronegativ ale c rui molecule au o afinitate mare pentru captarea electronilor liberi produ i de arcul electric i formarea ionilor negativi, care au o mobilitate mic , comparabil cu cea a ionilor pozitivi. În acest mod se creeaz o mare probabilitate de recombinare a acestora în molecule neutre i, ca urmare, stingerea arcului electric are lac în condi ii mai bune decât în cazul aerului comprimat. Întrerup toarele cu vid realizeaz stingerea arcului electric într-un vid avansat. Într-un astfel de mediu, gazul fiind rarefiat, drumul liber mediu parcurs al electronilor de i este mare, probabilitatea ioniz rii i deci a desc rc rii electrice este foarte redus , ceea ce face ca arcul electric s nu poat subzista. 4.5.1. Întrerup toare cu ulei Întrerup toarele cu ulei se folosesc atât ca întrerup toare de medie cât i înalt tensiune i folosesc ca mediu de stingere a arcului electric uleiul electroizolant. Primele întrerup toare cu ulei au fost întrerup toare cu ulei mult (IUM). Aceste întrerup toare (IUM) au fost construite f r camer de stingere special a arcului electric, ruperea acestuia se efectua liber într-o baie de ulei format dintr-o cuv metalic (rupere liber ). Uleiul servea atât ca mediu de stingere, cât i ca mediu izolant a p r ilor sub tensiune în raport cu cele puse 188

la p mânt. În aceste condi ii, la desfacerea contactelor stingerea arcului se realizeaz prin alungirea i crearea efectului de r cire a coloanei arcului în contact cu uleiul. Prin cre terea cantit ii de gaze descompuse i a presiunii din interiorul cuvei care poate atinge 6 ÷ 10 atm. i prin sp larea continu a contactelor mobile cu ulei proasp t, care lucreaz ca un jet la piciorul arcului electric se realiza stingerea acestuia. Dezavantajul cel mai mare al întrerup torului cu baie de ulei este legat de pericolul de explozie, urmat aproape f r excep ie de incendii, când se dep e te capacitatea lui nominal de rupere. Întrerup toarele IUM cu camer de stingere au îmbun t it condi iile de stingere a arcului electric i performan ele lor, în ceea ce prive te capacitatea de rupere i viteza de stingere a arcului electric. Închiderea mediului de ardere a arcului electric într-o camer izolant cu o form constructiv de volum redus, a spa iului în care arcul electric se dezvolt , a creat condi ii de stingere a arcului electric mai favorabile, reducându-se lungimea i durata de existen a acestuia. În acela i timp, de i presiunea în camera de stingere atinge valori mari de 60 – 100 atm, presiunea pe pere ii cuvei se reduce la 1,5 – 2 atm, mic orând pericolul exploziei. Totu i pericolul exploziilor i al incendiilor nu a fost total înl turat, în plus, cantit ile mari de ulei au determinat gabarite speciale ale acestor aparate, modific ri de instala ii i dificult i de exploatare legate de faptul c p r ile mai importante ale aparatelor, în caz de defec iuni, nu pot fi examinate f r golirea cuvelor. Din aceste motive, în prezent, utilizarea întrerup toarelor cu ulei mult este redus i limitat la puteri de rupere mici (150÷500 MVA), în instala ii nesupuse supravegherii, iar construc ia lor în tehnica european a încetat i a fost înlocuit cu cea a întrerup toarelor cu ulei pu in. Întrerup toarele cu ulei pu in se construiesc atât ca aparate de exterior, cât i ca aparate de interior, pentru toat gama de tensiuni i de puteri nominale de rupere, de la 10 kV i 100 MVA, pân la 750 kV i 60 000 MVA. Ele se caracterizeaz prin intensificarea ac iunii de r cire a arcului electric dup principiul jetului de fluid i expand rii. În aceste condi ii, cantitatea de ulei se reduce foarte mult, îns întreaga mas de ulei particip la procesul stingerii arcului electric. Partea activ a fiec rui pol (camera de stingere) este con inut în anvelope izolante, în general cilindrice, având prizele de curent la extremit i. Contactul mobil, în afara unor cazuri rare, se prezint sub forma unei tije de cupru, care se deplaseaz în axa camerei de stingere sau paralel cu aceasta. 189

Când aparatul se afl în pozi ia deconectat, între extremit ile camerei de stingere se aplic întreaga tensiune la borne. În aceste condi ii, pentru realizarea izola iei fa de p mânt, care nu mai este ob inut cu ajutorul uleiului mineral electroizolant ca în cazul întrerup toarelor cu ulei mult, s-au adoptat diferite modalit i tehnice, în func ie de tipul constructiv i de tensiunea nominal a aparatului. Pentru întrerup toarele cu ulei pu in i tensiuni nominale Un ≥ 110 kV partea activ con inut în izolatoare de por elan pline cu ulei, poate fi montat pe izolatoare suport verticale, umplute de asemenea cu ulei. Ruperea curentului în camera de stingere are loc în momentul trecerii lui prin valoarea zero, când energia introdus în arcul electric este nul i când între contacte se injecteaz un jet de ulei proasp t, provenit fie ca o consecin a descompunerii acestuia i a form rii unei presiuni suplimentare, fie de la un dispozitiv mecanic (pomp cu piston). Uneori sunt combinate ambele solu ii. Din punct de vedere constructiv, camera de stingere a întrerup toarelor cu ulei pu in este, în general, prev zut cu discuri i alveole sau cu buzunare cu ulei, în care stingerea arcului electric se poate efectua în una dintre urm toarele trei variante: cu suflaj axial (longitudinal), cu suflaj transversal sau cu suflaj mixt. Camera de stingere cu suflaj axial este format dintr-un cilindru izolant, în care sunt dispu i pere i desp r itori perpendiculari pe axa contactului mobil. În acest fel, se formeaz un labirint cu un num r mare de alveole sau buzunare, care con in o anumit cantitate de ulei. Arcul electric, întins prin deplasarea contactului mobil descompune o mare parte din uleiul con inut în camer i vaporizeaz o alt parte. Gazele formate, împing uleiul din buzunare asupra coloanei arcului, pe care o deionizeaz puternic, mai ales la trecerea curentului prin zero; ele sunt apoi e apate prin deschiderile canalului de trecere a contactului mobil, într-un sens sau altul, conform concep iei constructive a întrerup torului, provocând astfel suflajul axial. Datorit faptului c sec iunea de evacuare a gazelor este redus , presiunea din interiorul camerei este ridicat , atingând la construc iile obi nuite, valori normale de 50-70 atm. În aceste condi ii, se poate considera c stingerea arcului electric se va efectua satisf c tor, nu numai la deconectarea curen ilor de scurtcircuit ci i la aceea a curen ilor mici, inductivi i capacitivi. Camera de stingere cu suflaj transversal este asem n toare celei cu suflaj axial, cu deosebirea c deschiderile de suflaj sunt practicate lateral. Gazele rezultate din descompunerea uleiului, create de partea închis a 190

alveolelor sunt e apate prin aceste deschideri, suflând arcul electric transversal. Practicarea deschiderilor laterale este astfel f cut , încât este evitat amorsarea arcului electric între diferitele jeturi de gaze ionizate conductoare în afara camerei de stingere. inându-se seama c sec iunea de evacuare a gazelor este mare, presiunea din camer este mai redus decât în camera cu suflaj axial. Din aceast cauz , la aceia i vitez de deplasare a contactelor mobile, aptitudinea de rupere a unor curen i cu intensit i mici este mai redus . Camera cu suflaj mixt remediaz în bun m sur inconvenientul celei cu suflaj transversal, reducând num rul deschiderilor laterale. Plecând de la contactul mobil, arcul electric care se formeaz , întâlne te mai întâi câteva buzunare deschise, care favorizeaz punerea sub presiune a camerei, apoi mai multe buzunare închise în care suflajul se efectueaz transversal (pentru întreruperea curen ilor inten i) i din nou câteva buzunare închise, unde suflajul este longitudinal (pentru întreruperea curen ilor cu intensit i reduse). Deoarece stingerea arcului electric, în întrerup toarele cu ulei pu in se efectueaz dup acelea i principii, variantele constructive ale camerelor de stingere sunt asem n toare. Principalele diferen e se refer numai la dispunerea camerei de stingere în cilindrul exterior, fixarea acesteia la partea inferioar sau la capacul superior, viteza contactelor mobile i alegerea materialelor electroizolante de construc ie, în direct leg tur cu cre terea presiunilor interioare i a capacit ii de rupere. Denumirea de întrerup tor cu ulei pu in (IUP) î i are originea în faptul c , în trecut se fabricau i întrerup toare cu ulei mult (IUM) în compara ie cu care aceste întrerup toare folosesc o cantitate mult mai mic de ulei. La un întrerup tor cu ulei pu in aproape întreaga incint cu ulei este ocupat de camera de stingere i aproape toat cantitatea de ulei particip la stingerea arcului electric. La întrerup toarele cu ulei mult camera de stingere era plasat într-o cuv voluminoas cu ulei. Întrerup toarele cu ulei pu in folosesc principiul expand rii i al jetului de ulei în scopul r cirii i stingerii arcului electric, în gama de tensiuni nominale de la 10 ÷ 30 kV, curen i nominali între 630 ÷ 2500 A i puteri de rupere 150 ÷ 1500 MVA. Din punct de vedere constructiv întrerup toarele cu ulei pu in de medie tensiune sunt adaptate montajului în celule prefabricate cu contacte debro abile în spa ii închise. Structura general a întrerup toarelor de medie tensiune con ine trei compartimente distincte: – compartimentul camerei de stingere (izolant); – compartimentul cu rezerva de ulei (carterul inferior); 191

– compartimentul de egalizare a presiunilor (carterul superior). Compartimentul de egalizare a presiuni este în leg tur cu atmosfera exterioar prin intermediul unui mic orificiu, astfel încât gazele ionizate sunt r cite înainte de ie irea în atmosfer . Tot în acest compartiment se efectueaz i separarea uleiului antrenat odat cu gazele, dup o deconectare. Întrerup toarele cu ulei sunt destinate folosirii în gama de tensiuni nominale 123, 245, 420, 525 kV i intensit i nominale pân la 2000 A. Construc iile actuale satisfac cerin ele de exploatare (pot realiza deconectarea liniilor în gol i ofer o putere de rupere acoperitoare pentru puterile de scurtcircuit ale sistemelor energetice. În ceea ce prive te deconectarea liniilor în gol, în principiu, întrerup torul cu ulei pu in nu se comport prea bine deoarece energia necesar stingerii arcului electric este preluat chiar de la arcul electric. Deci, pentru stingerea arcului electric acesta trebuie s ard un timp cu atât mai mare, cu cât curentul în arc este mai mic. În consecin , la întrerup toarele cu ulei pu in, la întreruperea curen ilor mici (capacitivi), nu trebuie s se conteze pe autosuflaj. Reparti ia tensiunii oscilante de restabilire, în mod egal pe camerele de stingere se realizeaz atât în mod natural datorit rezisten ei echivalente a conductivit ii curentului postarc, dar mai ales condensatoarelor sau rezistenelor conectate în paralel pe camerele de stingere. În figura 4.19. este prezentat o sec iune longitudinal prin polul întrerup torului IUP de 245 kV i putere de rupere de 8000 MVA construit la UEPC. Camera de stingere 8, cilindric , este constituit din es tur de sticl impregnat cu r in epoxidic , pentru a oferi o rigiditate dielectric ridicat i o rezisten mecanic mare. Camera de stingere este plasat într-un tub izolant 9 din acela i material, cu propriet i dielectrice i mecanice foarte ridicate. Carterele metalice 10 i 11, la care se racordeaz tubul 9, servesc drept suport pentru prizele de curent. Izolatorul ceramic exterior 14 serve te la protec ia ansamblului activ împotriva agen ilor atmosferici i în mod normal se asigur comunicarea între con inutul de ulei al izolatorului 14 i al tubului 8, prin intermediul unei clapete ata ate carterului superior. La producerea unei presiuni în camera de stingere, clapeta împiedic transmisia presiunii în interiorul izolatorului ceramic, astfel încât acesta nu este solicitat din punct de vedere mecanic. Camera de stingere, de construc ie rigid , este compartimentat cu ajutorul unor discuri din material izolant, în scopul re inerii unei cantit i de ulei în compartimente, dup prima deconectare. Astfel, la o nou declan are dup 0,2 s, ca urmare a reanclan rii automate, g se te în compartiment o cantitate de ulei suficient pentru a stinge arcul electric. Stingerea arcului electric la acest tip de întrerup toare se ob ine prin realizarea unei presiuni importante 192

(peste 100 bar) a gazelor i printr-un jet axial puternic, care deionizeaz arcul.

Figura 4.19. Polul unui întrerup tor IUP-245 kV 1- contact mobil; 2- mecanism biel manivel ; 3- cilindru cu piston de ac ionare; 4- suport comun pentru dou console; 5- resort; 6, 7- indicator de nivel a uleiului; 8- camera de stingere; 9- cilindru izolant; 10, 11- cartere metalice; 12,13- contacte; 14- izolator ceramic; 15- cilindru; 16- piston; 17- resort. Viteza mecanic sporit impune echiparea întrerup toarelor cu dispozitive anticavita ional plasat în zona superioar a contactului fix 12. Acest dispozitiv permite ca tensiunea de inere în camera de stingere s creasc suficient de rapid pentru a face fa , mai ales, deconect rilor de sarcini capacitive. Dispozitivul de ac ionare a tijelor 5 este realizat din dou mecanisme biel -manivel 2, simetrice în raport cu axa sistemului de camere a ezate în V. Mecanismul biel -manivel sunt ac ionate hidraulic de pistonul cu dublu efect care se afl în cilindrul 3. Un dispozitiv tumbler 5 asigur men inerea întrerup torului în pozi iile închis sau deschis. Întrerup toarele cu ulei pu in pot fi instalate în aer liber în dou variante: pe o funda ie sau suspendat. Suspendarea se recomand mai ales 193

zonelor supuse seismelor, deoarece ofer un grad mare de libertate întrerup torului, f r ca acesta s sufere solicit ri mecanice dure. Pentru tensiuni nominale foarte mari se utilizeaz principiul constructiv al modulului. Acest principiu const în construirea unui pol de întrerup tor cu tensiunea nominal de 245 kV i puterea de rupere 10.000 MVA pornind de la polul de 123 kV. Polul const în patru camere de stingere identice, conectate în serie (câte dou camere de stingere în serie pentru fiecare modul de 123 kV). Pentru polul de 420 kV se folosesc 6 camere de stingere în serie (trei module de 123 kV). Pentru a asigura rigiditatea dielectric fa de p mânt se suplimenteaz în mod corespunz tor i modulele de izolatori. Variantele de întrerup toare folosite la ora actual în comuta ia de înalt tensiune sunt pe lâng întrerup toarele cu ulei pu in (IUP, IO) întrerup toarele cu aer comprimat (IAC), întrerup toarele cu hexaflorur de sulf (SF6) i întrerup toarele în vid. La noi în ar majoritatea întrerup toarelor de înalt tensiune sunt cele cu ulei pu in, iar solu ie optim de viitor se preconizeaz folosirea întrerup toarelor cu SF6. Mecanismele de ac ionare a acestor întrerup toare sunt: pneumatice, oleopneumatice, cu acumulare de energie în resoarte, sau cu servomotor electric. 4.5.2. Întrerup toare cu Hexafluorur de sulf Folosirea gazului hexaflorur de sulf (SF6), la stingerea arcului electric i apoi la asigurarea izola iei între piesele de contact, se justific prin propriet ile fizice ale acestui gaz. SF6 este un gaz electronegativ (adic moleculele sale prezint o mare afinitate fa de electronii liberi, din combina ia lor rezultând ioni negativi, cu mas mare, având deci o mobilitate extrem de redus i devenind practic neutilizabili ca purt tori de sarcin ) i î i p streaz aceast proprietate pân la câteva mii de grade. Aceast proprietate determin tensiuni de str pungere mult superioare celor în aer, la aceea i presiune. Acest gaz posed propriet i termice remarcabile: energie de disociere redus , temperatur de disociere redus i ca urmare, o constant de timp mai mic cu 2 ordine de m rime fa de cea a aerului. Aceste calit i dielectrice excep ionale, permit distan e reduse între electrozii sub tensiune, putere de rupere foarte ridicat , vitez mare de regenerare dielectric an spa iului dintre contacte dup ruperea arcului. Hexaflorura de sulf nu atac materiale de construc ie, cu excep ia celor cu con inut de hidrogen i de aceea piesele izolante se construiesc din teflon. SF6 este un gaz multiatomic atomii de fluor aflându-se în vârfurile unui octaedru, iar cei de sulf în centrul octaedrului. Aceast structur determin un 194

important coeficient de dilatare volumic i, ca urmare, într-o incint în care arde arcul electric presiunea gazului cre te extrem de mult. Aceast proprietate este folosit în construc ia întrerup toarelor numite cu „autostingere“. Toate variantele de întrerup toare cu SF6, din genera iile de astfel de întrerup toare au arcul electric r cit printr-un jet de gaz longitudinal. Etapele de stingere a arcului electric în SF6 sunt dup cum urmeaz : – Faza curentului intens. În aceast faz arcul electric const dintr-o plasm de mare conductivitate electric i de temperatur mare (aprox. 25.000K) corespunzând unei densit i de mas extrem de mici i unei viteze de curgere extrem de mari. În aceast plasm se g sesc i vapori metalici proveni i din piesele de contact. Dimensiunile corecte ale geometriei ajutajului asigur o curgere neturbulent i evit fenomenul de refulare. – Faza termic . Înainte de trecerea curentului prin valoarea 0, diametrul plasmei scade continuu, iar în momentul trecerii curentului prin valoarea 0 diametrul arcului este extrem de mic (aproximativ 1 mm). Caracteristic acestei faze este producerea intens de turbulen e, cauzat de sosirea în ajutaj a gazului cu temperatur redus i vitez mic i coliziunea cu plasma caracterizat prin temperatur mare i vitez mare. Reaprinderea sau stingerea definitiv a arcului electric se decide în aceast faz i depinde în cea mai mare m sur de formarea turbulen ei. - Faza dielectric . Dup ce arcul electric a fost stins, plasma de înalt conductivitate electric a fost înlocuit cu gaz neconductor dar cald, în care exist purt tori de sarcin liberi. Ace ti purt tori de sarcin pot distorsiona câmpul electric în ajutajul izolant. În aceast faz apare, între piesele de contact ale întrerup torului, tensiunea tranzitorie de restabilire, care constituie solicitarea dielectric maxim a întrerup torului dup o întrerupere reu it . Primele variante de întrerup toare cu SF6 au ap rut în anii 60 i se bazau pe principiul întrerup toarelor pneumatice, adic cu instala ii de compresie auxiliar , lucrând la dou presiuni. Datorit propriet ilor dielectrice bune, aceste întrerup toare s-au dezvoltat în variantele cu autocompresie, ce folosesc deplasarea contactului mobil la deconectare pentru comprimarea gazului. Firma Electroputere Craiova a realizat 1979 primul întrerup tor capsulat cu SF6 de 123 kV/2000A, iar în 1984 a realizat un întrerup tor integral în construc ie independent cu autocompresie de 145kV (3150A i putere de rupere 40kA). În anul 1986 s-a realizat un întrerup tor de 170kV/ 3150A/ 40kA. Principiul func ion rii camerelor de stingere cu autocompresie este prezentat în figura 4.20. exemplificat pentru o camer de stingere folosit la întrerup toarele AEG la tensiuni între 72,5 kV i 765kV. Presiunea gazului SF6 în interiorul camerei este de 5 bari. 195

Figura 4.20. Camer de stingere cu autocompresie 1- piston fix, 2- cilindru de compresie, 3- pies de contact, 4- contact pentru contactul nominal, 5- ajutaj izolant, 6- pies de contact pentru arcul electric, 7- flan e de racord, 8- cavitate, 9- filtru de alumin (Al2O3). În pozi ia închis a) se stabile te continuitatea circuitului prin contactul fix tubular 6 i contactul mobil de tip tulip 4. Prin ac ionarea asupra tijei de comand , solidar cu cilindrul de autocompresie 2 i contactul mobil 4 apare arcul electric între contactul fix i contactul de arc din interiorul tulipei 6. Contactul mobil împreun cu cilindrul de autocompresie se deplaseaz în direc ia pistonului fix 1, comprimând gazul i obligându-l s treac prin orificiile de cilindru i s p trund în zona arcului electric unde se realizeaz un puternic suflaj longitudinal datorit formei duzei 5, ceea ce contribuie la rapida stingere arcului electric. Capacul prins de camera de stingere prin intermediul flan ei 7 cuprinde un filtru de alumin 9, rolul de a cur a gazul de florurile metalice ce se formeaz . Refacerea rapid a rigidit ii dielectrice a gazului SF6, ofer acestui tip de întrerup tor posibilitatea de a fi utilizat la 196

deconectarea sarcinilor capacitive. Utilizând principiul modulului pot fi construite întrerup toare pentru tensiuni foarte înalte cu mai multe camere de stingere. Ac ionarea acestor întrerup toare se face pneumatic cu ajutorul cilindrului 16 i a pistonului solidar cu tija 15. Duzele din materiale conductoare sunt executate din metale sau grafit. În prezent duzele la întrerup toare se fac cel mai adesea din teflon care prezint ni te propriet i speciale: rezisten mecanic mare, prelucrabilitate u oar , rezisten la temperaturi ridicate. Întrerup toarele cu autocompresie impun anumite cerin e asupra mecanismului de ac ionare. Astfel pentru a învinge blocajul ajutajului i presiunea dinamic a arcului electric pistonul trebuie antrenat de energie în resoarte, sau mecanisme oleopneumatice, astfel încât pre ul de cost al întrerup torului cre te. A treia genera ie de întrerup toare cu SF6 denumite întrerup toare cu autosuflaj sau autoexpansiune se bazeaz pe rotirea arcului provocat de un câmp magnetic produs de o bobin parcurs în momentul deschideri de propriul curent de rupere. Sub ac iunea arcului electric gazul înc lzit produce o presiune ridicat care este folosit la curgerea gazului i implicit la deionizarea arcului electric. Întrerup toarele cu SF6 cu autocompresie au urm toarele avantaje comparativ cu întrerup toarele cu dubl presiune: gazul SF6 nu este permanent comprimat; nu necesit compresoare i rezervoare la presiune ridicat ; simplitatea construc iei prin utilizarea unui num r mic de piese mobile i garnituri de etan are; autogenerarea presiunii necesare pentru întreruperea curen ilor inductivi f r apari ia supratensiunilor; reducerea uzurii contactelor prin reducerea energiei de arc; nivel de zgomot redus; timp de rupere mici; adaptibilitatea la circuitul RAR, deoarece presiunea nu este stocat în rezervor pentru rupere; pre ul sc zut. A doua variant de întrerup toare cu SF6 întrerup toarele cu autosuflaj au urm toarele avantaje: au o anduran mecanic mai mare, câmpul magnetic realizeaz rotirea i ghidarea arcului astfel încât se dezvolt perfect centrat i stabilizat i se evit prezen a unei duze izolate care perturb câmpul; deplasarea rapid a arcului pe contacte limiteaz erodarea lor. Ca dezavantaje ale acestor întrerup toare amintim: au o dimensionare dificil a bobinelor de suflaj, a contactelor de arc i a camerei de presiune; sunt limitate de puterea de rupere. Ast zi se realizeaz întrerup toare capsulate cu SF6 ce cuprind într-un lot unitar barele colectoare, separatoarele, întrerup torul de putere, reductoarele de tensiune i curent. Introducerea în exploatare a acestor instala ii, ce reprezint solu ia cea mai favorabil pentru domeniul înaltei 197

tensiuni, fapt justificat de urm torii factori: necesitatea de transfera energie electric în centrele industriale i în ora ele mari cu o tensiune nominal cât mai ridicat i de a afecta un spa iu cât mai redus pentru sta ia de conexiune sau de transformare; eliminarea defectelor posibile din cauza polu rii în zonele industriale sau cu atmosfer salin ; cre terea gradului de securitate, carcasele metalice fiind legate la p mânt; eliminarea pericolului de explozie; exploatare mai simpl i fiabilitate ridicat .

Figura 4.21. Anduran a întrerup toarelor de înalt tensiune Pentru ac ionarea întrerup toarelor de înalt tensiune cu SF6 se folosesc mecanisme de ac ionare specifice. Acestea sunt ansamble distincte sau incluse în întrerup toare asigurând comuta ia acestora. Aceste mecanisme asigur transmiterea, în urma comenzii manuale sau electrice, a energiei de ac ionare a contactelor mobile ale întrerup torului. Energia pus în joc de aceste dispozitive asigur imprimarea vitezei prescrise a contactului. De asemenea aceste mecanisme trebuie s men in întrerup torul blocat în pozi ia închis sau deschis, în toate condi iile de exploatare: vibra ii, trepida ii, trecerea curentului de scurt circuit de oc. Principalele subansamble ale dispozitivelor de ac ionare sunt: mecanismul de anclan are, de blocare i mecanismul de decuplare. Dup sursa de energie utilizat , mecanismele de ac ionare ale întrerup toarelor de înalt tensiune se clasific în: mecanisme cu acumulare de energie în resoarte, mecanisme pneumatice i mecanisme cu ac ionare hidraulic . 198

Figura 4.22. Produc ia mondial de întrerup toare de înalt tensiune Tendin a actual în ceea ce prive te construc ia întrerup toarelor de înalt tensiune cu SF6 pe plan mondial vizeaz : realizarea unei capacit i de rupere m rite la 100kA; realizarea etan rilor cu ferofluide magnetice; optimizarea mecanismelor de ac ionare pentru asigurarea comenzilor sincrone prin prevederea unor dispozitive electronice; computerizarea sistemelor de protec ie, comand i diagnoz pentru cre terea fiabilit ii întrerup toarelor; cre terea perioadei de revizie la 20-30 de ani; proiectarea asistat de calculator a întrerup toarelor. Principiul autosuflajului se extinde la aparate cu tensiuni nominale de 52 ÷ 72,5KV i chiar pân la 145 KV, deoarece energia de ac ionare se reduce la aproximativ 20% din energia necesar unui întrerup tor cu aceea i capacitate de rupere func ionând pe baza principiului de autocompresie. La curen i de scurtcircuit inten i, jetul de gaz este format, în esen , prin dilatarea gazului SF6. limitarea acestui avantaj decurge din faptul c gazul astfel format, i care serve te la r cirea arcului electric, este cald.

199

Pentru a verifica modul de însu ire a cuno tin elor prezentate în acest capitol r spunde i pe scurt la urm toarele întreb ri: 1. Cum se clasific dup tensiune re elele electrice? 2. Ce m rimi caracteristice are un aparat electric de comuta ie de medie sau înalt tensiune? 3. Defini i tensiunea nominal a unui aparat de comuta ie? 4. Defini i curentul nominal a unui aparat de comuta ie? 5. Defini i capacitatea de rupere a unui aparat de comuta ie? 6. Defini i puterea de rupere a unui aparat de comuta ie? 7. Defini i capacitatea de conectare a unui aparat de comuta ie? 8. Defini i capacitatea nominal de rupere a unui întrerup tor. 9. Ce aparate electrice de comuta ie de medie i înalt tensiune cunoa te i? 10. Ce rol au aparatele electrice de comuta ie în re elele electrice de medie tensiune? 11. Ce rol au aparatele electrice de comuta ie în re elele electrice de înalt tensiune? 12. Ce rol are separatorul electric de medie tensiune? 13. Ce curen i comut un separator de medie tensiune? 14. Clasifica i separatoarele de medie tensiune dup modul de amplasare. 15. Clasifica i separatoarele de medie tensiune dup solu ia constructiv . 16. Clasifica i separatoarele de medie tensiune dup dispozitivul de ac ionare. 17. Clasifica i separatoarele de medie tensiune dup felul contactelor. 18. Ce variante constructive de separatoare de medie tensiune cunoa te i? 19. Ce rol are cu itul de punere la p mânt al unui separator? 20. Defini i un separator de sarcin ? 21. unde se folosesc separatoarele de sarcin ? 22. Cu ce interbloc ri sunt prev zute separatoarele de medie tensiune? 23. Ce rol are un separator de înalt tensiune? 24. Clasifica i separatoarele de înalt tensiune dup varianta constructiv . 25. Care sunt elementele constitutive ale unui separator de înalt tensiune? 26. Ce metode de ac ionare a separatoarelor de înalt tensiune cunoa te i? 27. Care este cea mai performant variant de separator de înalt tensiune? 28. Ce avantaje prezint un separator pantograf? 29. Ce rol au separatoarele de punere la p mânt i scurtcircuitare? 30. Ce rol au separatoarele de sec ionare? 31. Ce variante constructive de contactoare de medie tensiune cunoa te i?

200

32. Care este cea mai performant variant de contactor de medie tensiune? 33. Ce tip de contacte are un contactor de medie tensiune cu vid? 34. Cât este distan a dintre electrozi la contactoarele de medie tensiune cu vid? 35. Care este dispozitivul de ac ionare a unui contactor de medie tensiune cu vid? 36. Ce variante de întrerup toare de medie tensiune cunoa te i? 37. Din ce materiale se fac contactele întrerup torului de medie tensiune cu vid? 38. Ce rol au dispozitivul de ac ionare al unui întrerup tor de medie sau înalt tensiune? 39. Ce mecanisme de ac ionare ale întrerup toarelor de medie tensiune cunoa te i? 40. Ce p r i componente are un mecanism de ac ionare a întrerup toarelor de medie tensiune? 41. Ce dezavantaje au contactoarele statice fa de contactoarele electromagnetice? 42. Ce în elege i printr-un mecanism cu liber deschidere? 43. Din ce este alc tuit un MRI? 44. Ce putere de rupere au întrerup toarele de 123 kV în ulei? 45. Cum se clasific întrerup toarele de înalt tensiune dup principiul de stingere a arcului electric? 46. Care este varianta optim de întrerup tor de înalt tensiune? 47. Ce tipuri de întrerup toare cu ulei cunoa te i? 48. Ce principiu de stingere a arcului electric se folose te la întrerup toarele I.O.? 49. Ce compartimente alc tuiesc o camer de stingere în ulei? 50. Ce rol are dispozitivul anticavita ional al unui întrerup tor? 51. În ce const principiul modului la întrerup toarele de înalt tensiune? 52. Care este modulul fundamental pentru întrerup toarele de înalt tensiune? 53. Câte module se folosesc pentru a realiza un întrerup tor de 245 kV? 54. Câte camere de stingere înseriate alc tuiesc un întrerup tor de 420 kV? 55. Ce gaze electronegative cunoa te i? 56. Defini i un gaz electronegativ? 57. Ce faze apar la stingerea arcului electric în SF6? 58. Ce variante constructive de întrerup toare cu SF6 cunoa te i? 59. Ce dispozitive de ac ionare ale întrerup toarelor de înalt tensiune cunoa te i? 60. Din ce este alc tuit un întrerup tor capsulat cu SF6? 201

5. PROTEC IA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE Defectele care apar în instala iile electrice sunt foarte complexe, atât ca desf urare, cât i din punctul de vedere al efectelor pe care le pot produce. De i este posibil o împ r ire a defectelor dup cauza i dup natura lor, în practic este greu de distins c rei categorii îi apar ine defectul care a avut loc, dat fiind c cel mai adesea apar defecte combinate i nu se poate ti care a fost cauza. Trebuie men ionat c întâmplarea joac , adesea, un rol important în evolu ia defectului. Eliminarea rapid i selectiv a defectelor ca apar în instala iile electrice este impus de urm toarele aspecte: – necesitatea continuit ii în alimentarea cu energie electric a consumatorilor nedefec i; – protejarea consumatorilor de efectele distructive (din punct de vedere termic i electrodinamic) ale regimurilor anormale (suprasarcin , scurtcircuit sau supratensiune); – protejarea operatorilor umani de efectele regimurilor anormale de func ionare a instala iilor electrice; – reducerea timpului de remediere a defectelor din instala iile electrice. Protec iile se pot clasifica dup numeroase criterii, dintre care cele mai importante sunt: A. Dup tipul echipamentului protejat, putem avea: – protec ii ale motoarelor electrice (asincrone, sincrone, de c.c.); – protec ia generatoarelor sincrone; – protec ia transformatoarelor electrice; – protec ia re elelor de distribu ie de joas tensiune (radiale); – protec ia re elelor de medie i înalt tensiune (alimentare bilateral ); – protec ia instala iilor de iluminat; – protec ia instala iilor casnice; – protec ia instala iilor electronice, etc. B. Dup tensiunea nominal a echipamentului protejat: – protec ia instala iilor de joas tensiune; – protec ia instala iilor de medie tensiune; – protec ia instala iilor de înalt tensiune; – protec ia instala iilor de foarte înalt tensiune. C. Dup tipul de defect putem avea: 202

– protec ie la suprasarcin ; – protec ie la supracuren i; – protec ie la scurtcircuit; – protec ie la supratensiune; – protec ie la tensiune minim ; – protec ie la dispari ia tensiunii; – protec ie la supratensiuni atmosferice; – protec ie împotriva ie irii din sincronism; – protec ie la degajarea de gaze; – protec ie împotriva aliment rii cu tensiune asimetric ; – protec ie împotriva func ion rii la frecven redus , etc. D. Dup timpul de ac ionare al protec iei: – ultrarapide; – rapide; – normale; – lente; – temporizate; – temporizate în trepte, etc. E. Dup echipamentul de protec ie: – protec ii prin relee electromecanice; – protec ii prin relee electronice; – protec ii prin declan atoare; – protec ii prin automate programabile; – protec ii prin calculator, etc. F. Dup modul de conectare în circuitele protejate; – protec ii cu conectare direct în circuitul echipamentului protejat; – protec ii prin traductoare (de curent, tensiune, direc ionale, etvc.); – protec ii mixte. G. Dup modul de ac ionare în circuitul protejat: – ac ionare direct (prin contactoare sau întrerup toare); – ac ionare direct prin siguran e fuzibile; – ac ionare indirect prin relee intermediare sau contactoare, etc. H. Dup gradul de automatizare: – protec ii locale automate (siguran e fuzibile, relee sau declan atoare); – protec ii numerice; – protec ii de la distan prin sisteme de telecomand ; – protec ii prin dispecerat. La proiectarea circuitelor de protec ie trebuie s se in cont de faptul c 203

regimurile de avarie pot d una nu doar echipamentului supravegheat ci i instala iei electrice în ansamblul ei. De multe ori pagubele datorate întreruperii aliment rii cu energie electric a unor consumatori sunt mult mai mari decât costul echipamentului deteriorat prin regimul anormal de func ionare. În clasificarea defectelor din instala iile electrice dup natura lor, trebuie men ionate în primul rând cele care constau în deteriorarea (str pungerea sau conturnarea) izola iei. Scurtcircuitul este cel mai grav defect; el se poate produce între trei faze, între dou faze sau între o faz i p mânt (în re elele cu punctul neutru legat la p mânt). Curentul de scurtcircuit, având o valoare mare, provoac o cre tere a c derii de tensiune în generatoare i în toate impendan ele pe care le parcurge, ducând astfel la o sc dere a tensiunii în re ea, cu efecte d un toare asupra consumatorilor i asupra func ion rii în paralel a centralelor. Pe lâng aceste neajunsuri în func ionarea consumatorilor, curentul de scurtcircuit provoac i deterior ri în instala ii, care pot fi foarte grave, datorit ac iunii sale dinamice i termice. În general, scurtcircuitul apare sub dou forme : scurtcircuit net (atingerea direct între faze) i scurtcircuit prin arc. Un alt defect des întâlnit în instala iile electrice, i care const tot în deteriorarea izola iei, este punerea la p mânt. Într-o re ea cu punctul neutru izolat, punerea la p mânt a unei faze nu constituie, prin ea îns i, un defect, neconducând la perturb ri importante ale func ion rii. Ea este de cele mai multe ori doar începutul unui defect mai grav, c ci de obicei degenereaz în scurtcircuit, cu urm rile cunoscute; de aceea, apari ia punerii la p mânt trebuie cunoscut , pentru a se lua m surile necesare de îndep rtare a acestei st ri anormale. În afar de aceasta, ea produce totu i unele mici perturb ri care, de i nepericuloase, nu sunt de dorit. Curentul de punere la p mânt poate duce la o înc rcare nesimetric a generatoarelor, înc rcare care, fiind capacitiv poate provoca ridic ri de tensiune care în anumite condi ii devin periculoase. De asemenea, circula ia unui curent prin p mânt poate provoca perturb ri în liniile electrice din apropierea celei defecte, în special în cele de telecomunica ii, prin inducerea unor tensiuni ce pot atinge valori periculoase. La fel ca i la scurtcircuit, punerea la p mânt poate fi net sau prin arc. Arcul poate s ri la alte faze, transformând punerea la p mânt în scurtcircuit. Deosebit este arcul intermitent, care const în stingerea i reaprinderea repetat a arcului de punere la p mânt, stingerea producându-se în momentele de trecere a curentului prin valoarea zero, iar reaprinderea în momentele când 204

tensiunea alternativ atinge valori suficiente pentru reamorsarea arcului în mediul înc ionizat. Arcul intermitent poate produce, supratensiuni care ating valori de aproximativ 3Ufaz . De altfel, chiar în cazul unei puneri la p mânt nete, într-o re ea cu punctul neutru izolat, faza defect cap t poten ialul p mântului, iar tensiunea fa de p mânt a fazelor s n toase cre te de 3 ori, devenind egal cu tensiunea între ele i faza defect . Supratensiunile re elei, în condi iile existen ei unei puneri la p mânt, pot provoca apari ia unei a doua puneri la p mânt pe o alt faz , defect cunoscut sub numele de dubl punere la p mânt, care este echivalent cu un scurtcircuit bifazat prin rezisten (rezisten a traseului prin p mânt). Aceast a doua punere la p mânt poate avea loc pe fazele aceleia i linii sau a dou linii diferite, ceea ce complic defectul i m re te consecin ele lui nepl cute. Punerea la p mânt a unei faze, într-o re ea cu punctul neutru legat la p mânt, este, de fapt, un scurtcircuit monofazat. O alt categorie de defecte care apar în instala iile electrice, în afara celor men ionate mai sus, care aveau toate la baz deteriorarea izola iei, o constituie întreruperile conductoarelor (nu numai ruperile propriu-zise de conductoare, ci i arderea unei siguran e pe o faz , deschiderea unui separator pe o singur faz etc.). Acest gen de defecte este îns rar, i cel mai adesea, este înso it de scurtcircuite sau puneri la p mânt (de exemplu, în cazul ruperii conductoarelor unei linii electrice aeriene). În primul rând, cauzele care provoac aceste genuri de defecte sunt datorate dep irii rezisten ei materialelor respective la solicit rile mecanice, termice i, mai ales, electrice. Dep irea rezisten ei se poate produce datorit unor condi ii speciale, care duc la supratensiuni electrice foarte mari, vânturile puternice i chiciura, care solicit în mod deosebit conductoarele i stâlpii liniilor electrice aeriene. În al doilea rând, cauza defectelor poate consta în sc derea rezisten ei materialelor sub valoarea normal , datorit fie uzurii i îmb trânirii (în special pentru izola ia electric ), fie ac iunii unor factori externi (substan e chimice, umezeal , murd rie etc.). În sfâr it, trebuie citate drept cauze destul de frecvente ale defectelor, gre elile personalului de exploatare, care prin conect ri gre ite, introducerea unor corpuri str ine în instala ii, manevre insuficient preg tite, pot duce la cre teri foarte mari ale solicit rilor instala iilor. Pe baza statisticilor rezult c instala iile cele mai supuse defectelor sunt liniile electrice aeriene, urmate, în ordine, de liniile subterane, sta iile de transformare i generatoare. Construc ia instala iilor are o influen hot râtoare asupra frecven ei i 205

tipului de defecte. Astfel, în re elele cu punctul neutru legat la p mânt nu pot avea loc duble puneri la p mânt, pe când în re ele cu punctul neutru izolat acestea sunt foarte frecvente. Ca urmare a faptului ca în re elele cu punctul neutru legat la p mânt fiecare punere la p mânt constituie un defect, raportul dintre num rul declan rilor care au loc în re elele cu punctul neutru izolat i în cele cu punctul neutru legat la p mânt este de 4/7. Repartizarea procentual a diferitelor genuri de defecte (exclusiv ruperile pure de conductoare, care, în general, sunt rare), este aproximativ urm toarea: scurtcircuite monofazate, 65%; scurtcircuite bifazate cu punere la p mânt i dubl punere la p mânt, 20%; scurtcircuite bifazate f r punere la p mânt, 10%; scurtcircuite trifazate, 5%. În sistemele energetice, în afara defectelor propriu-zise, pot surveni abateri de la regimul normal de func ionare, care produc de asemenea perturb ri i pagube. Acestea constau, în esen , în abateri ale parametrilor de func ionare (tensiune, curent, frecven ) de la valorile lor nominale. Regimul anormal de func ionare cel mai des întâlnit, este cel de suprasarcin . Acesta const într-o cre tere a curentului peste valorile nominale i poate fi provocat fie de cre terea nea teptat a sarcinii, fie de sc derea, din diferite motive, a puterii surselor generatoare. Suprasarcina este un regim inadmisibil de func ionare de durat , în primul rând pentru c provoac solicit ri (în special termice) ale instala iilor; în al doilea rând, trecerea prin instala ii a unor curen i care dep esc valorile nominale produce sc deri pronun ate ale tensiunii, ceea ce are ca efect absorbirea de c tre consumatori a unor curen i i mai mari (pentru a se men ine puterea constant ), producându-se astfel o sc dere în continuare a tensiunii. Un alt regim anormal îl constituie apari ia pendul rilor între grupurile generatoare sau chiar între centrale, când acestea func ioneaz cu frecven e diferite, pendul ri care de asemenea pot duce la întreruperi totale. 5.1. PROTEC IA MOTOARELOR ELECTRICE Defectele cele mai des întâlnite la motoarele electrice sunt scurtcircuitele polifazate în înf ur rile statorului, la bornele motorului sau în cablul de alimentare; puneri la p mânt a unei faze, scurtcircuite între spirele acelea i faze. La apari ia acestor defecte, inând seama i de faptul c motoarele reprezint ultimul element al sistemului de la surs spre consumator, declan area trebuie s fie instantanee.Cel mai frecvent regim de func ionare este suprasarcina, determinat fie de cre terea tensiunii. Acest regim trebuie eliminat dac el persist un anumit timp i de aceea se folosesc elemente de temporizare a func ion rii. La motoarele de putere mic i mijlocie,

206

alimentate prin intermediul contactoarelor, se folosesc relee maximale de curent i relee termobimetalice care realizeaz protec ia la scurtcircuite i suprasarcini, conform caracteristicilor de protec ie. 5.1.1. Comanda i protec ia motoarelor asincrone cu conectare direct la re ea Pentru alimentarea unui motor asincron trifazat printr-un contactor prev zut cu un bloc de relee termobimetalice, un bloc de relee electromagnetice i siguran e fuzibile putem utiliza schema electric prezentat în figura 5.1.. În schema electric desf urat (prezentat în figura 5.1.) apare contactorul K cu bobina de ac ionare K(0–1), format dintr-un electromagnet de c.a. alimentat cu tensiune de faz , contactele principale K(2–4, 6–8,10– 12), contactul de automen inere K(14–16) i contactele NI i ND, K(3–5) i K(14–16) respectiv K(18–20) conectate în circuitele de semnalizare; blocul de protec ie termic F4 având termobimetalele conectate în serie cu înf ur rile motorului ce pot ac iona asupra contactului F4(7–9); blocul de protec ie electromagnetic F5, ce poate ac iona asupra contactului s u normal închis F5(7-9); siguran ele fuzibile F1, F2, F3; l mpile de semnalizare H1,H2; butonul de pornire cu revenire S2; butonul de oprire cu revenire S1 i motorul ac ionat. Când motorul nu este conectat, lampa H1, alimentat între o faz i nul prin contactul normal închis K(3–5) semnalizeaz aceast pozi ie. Pentru conectarea motorului la re ea se ac ioneaz butonul de pornire S2 i bobina contactorului K este alimentat între faza R i nul prin S1, S2 i contactele normal închise ale celor dou blocuri de protec ie. Se produce ac ionarea contactorului, ceea ce duce la alimentarea motorului M prin contactele principale ale contactorului, iar prin închiderea contactului de automen inere K(14–16) se scurtcircuiteaz butonul de pornire S2, astfel încât revenirea acestuia nu întrerupe alimentarea bobinei contactorului. În acela i timp prin schimbarea pozi iei contactelor K(3–5) i K(18–20) se opre te alimentarea l mpii H1 i se conecteaz lampa H2 ce semnalizeaz func ionarea motorului.

207

Figura 5.1. Schema electric desf urat de comand , protec ie i semnalizare pentru pornirea unui motor asincron prin conectare direct la re ea F1, F2, F3, F6 – siguran e fuzibile, F4 – bloc de relee termobimetalice, F5– bloc de relee electromagnetice, K– contactor electromagnetic, S1, S2,– butoane de ac io-nare, H1, H2– l mpi de semnalizare M– motor asincron cu rotorul în scurtcircuit. Pentru oprirea voit a motorului se ac ioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea bobinei contactorului, contactele sale revenind la pozi ia ini ial i motorul r mâne nealimentat. În cazul unei suprasarcini, în func ie de m rimea ei, ac ioneaz temporizat protec ia termic F4 sau instantaneu protec ia F5 deschizând contactul lor normal deschis înseriat cu bobina contactorului, ceea ce conduce la deconectarea motorului de la re ea. În caz de scurtcircuit ac ioneaz în timpul cel mai scurt siguran ele fuzibile, montate în amonte de contactor, întrerupând alimentarea motorului. Protec ia la sc derea tensiunii este asigurat de îns i bobina contactorului care dezvolt o for activ mai mic decât for a rezistent de îndat ce tensiunea de alimentare scade sub 70% din valoarea nominal , astfel contactele contactorului se deschid i deconecteaz motorul de la re ea. În cazul aliment rii unui motor asincron trifazat prin intermediul unui contactor având electromagnetul de ac ionare de curent continuu, se poate 208

utiliza o punte redresoare. Contactoarele cu relee de protec ie fiind folosite în special la ac ionarea motoarelor electrice, trebuie s îndeplineasc anumite condi ii de func ionare selectiv a protec iilor. Astfel pentru circuitele reprezentate în schema electric desf urat care utilizeaz pentru protec ie relee termice, relee electromagnetice i siguran e fuzibile, o caracteristic de protec ie corect aleas este prezentat în figura 5.2. Caracteristica temporal de protec ie, reprezentat prin linia îngro at , eviden iaz modul de realizare al selectivit ii protec iei. Astfel, pentru curen i ce dep esc curentul nominal pân la (7 ÷ 10)⋅In ac ioneaz protec ia termic conform caracteristicii ei dependente (curba 1), la suprasarcini cuprinse între (7÷ 10)⋅In i (15 ÷ 20)⋅In ac ioneaz protec ia electromagnetic .

Figura 5.2. Caracteristica temporal de protec ie la suprasarcin , supracurent i scurtcircuit a unui motor asincron 1– caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2– caracteristica indepen-dent a releului electromagnetic, 3– caracteristica dependent a siguran ei fuzibile, 4– caracteristica de stabilitate termic a motorului. Într-un timp de ordinul sutimilor de secund , conform caracteristicii independente (curba 2) iar la scurtcircuite când curentul este mai mare de (15 ÷ 20)⋅In ac ioneaz siguran ele fuzibile într-un timp foarte scurt, conform caracteristicii de protec ie a acestora (curba 3). Curba 4 reprezint caracteristica de stabilitate termic a motorului protejat. O protec ie corect nu trebuie s intersecteze curba 4, dar nici s nu fie exagerat de dep rtat de aceasta pentru a asigura un randament ridicat 209

motorului. În cazul unor scurtcircuite, pentru curen i peste 10⋅In, trebuie s intre în func iune siguran ele fuzibile, a c ror curbe (2) au alura din figur . i în acest caz curba de stabilitate termic a motorului 3, nu trebuie s intersecteze caracteristicile de protec ie. În cazul des întâlnit în practic când protec ia la suprasarcin este asigurat doar de relee termice i protec ia la scurtcircuite de c tre siguran e fuzibile, caracteristica temporal de protec ie are forma din figura 5.3.. Protec ia asigurat de releele termice are forma curbei 1. Forma dependent a acestei caracteristici permite ca motorul s suporte un timp determinat (câteva secunde) supracuren i de (6 ÷ 7)⋅In caracteristici curen ilor de pornire a motoarelor asincrone.

Figura 5.3. Caracteristica temporal de protec ie la suprasarcin i scurtcircuit a unui motor asincron 1– caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2– caracteristica dependent a siguran ei fuzibile, 3– caracteristica de stabilitate termic a motorului. Datorit posibilit ilor de comand de la distan i cu frecven mare, a adaptabilit ii u oare la schemele de automatiz ri contactoarele electromagnetice reprezint solu ia cea mai uzitat în comanda motoarelor electrice. În instala iile complexe cu caracter automat contactoarele servesc nu doar la conectarea i deconectarea motoarelor ci i la protec ia acestora prin intermediul releelor cu care sunt dotate. Exemplific m rolul contactoarelor în comanda i protec ia motoarelor 210

prin câteva scheme electrice desf urate uzuale. Men ion m c schemele prezentate pot fi dezvoltate prin înlocuirea contactoarelor ac ionate cu electromagne i de curent alternativ. cu contactoare ac ionate cu electromagne i de curent continuu ( i rezisten e economizatoare), ad ugarea unor semnaliz ri i a unor aparate de m sur i control. 5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protec ia unui motor asincron În figura 5.4. este prezentat schema electric desf urat de comand (cu contactoare de curent alternativ), protec ie i inversare de sens a unui motor asincron cu rotor în scurtcircuit. Men ion m c pornirea prin conectare direct la re ea este posibil doar în cazul motoarelor de mic putere. Schema electric cuprinde dou contactoare K1 i K2 ce pot asigura prin inversarea a dou faze statorice ale statorului func ionarea motorului asincron în ambele sensuri de rota ie. Pentru a preveni manevrele gre ite schema circuitului de comand trebuie prev zut cu o serie de blocaje care s împiedice ac ionarea simultan a celor dou contactoare (echivalent cu scurtcircuit la bornele re elei).

Figura 5.4. Schema electric de comand , protec ie i inversare de sens a unui motor asincron F1, F2, F3, F5 – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, S1, S2, S3 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit. Butoanele de ac ionare S2, S3 comand rotirea spre stânga sau spre 211

dreapta a motorului M i sunt prev zute cu câte dou contacte, unul normal deschis (2 – 4) i unul normal închis (1 – 3), care ac ioneaz simultan. În serie cu bobinele celor dou contactoare se afl câte un contact normal închis a celuilalt contactor. Dac motorul nu este conectat contactele K1 (3–5) i K2 (3–5) sunt închise i prin ac ionarea unuia din butoanele de pornire (S2 sau S3) se asigur alimentarea bobinei contactorului K1 (0–1) sau K2 (0–1). Dac spre exemplu am ac iona butonul S2 alimentând bobina contactorului K1 acesta î i închide contactele principale K1 (2–4, 6–8, 10–12) i asigur un sens de rota ie al motorului. Pentru inversarea sensului de rota ie a motorului, acesta trebuie mai întâi oprit prin ac ionarea butonului S1 i apoi prin ac ionarea lui S3 se asigur conectarea contactorului K2, care î i închide contactele principale, contactul de automen inere K2 (14–16) i î i deschide contactul auxiliar de interblocare K2 (3–5). Prin oprirea motorului înaintea invers rii de sens se elimin posibilitatea unor manevre gre ite i se reduce ocul de curent (la inversarea brusc a sensului câmpului magnetic învârtitor ocul de curent este dublul curentului de pornire a motorului. 5.1.3. Comanda i protec ia unui motor asincron cu pornire stea-triunghi Majoritatea motoarelor nu permit pornirea prin conectare direct la re ea i necesit metode speciale de pornire care urm resc reducerea ocului de curent concomitent cu ob inerea unor parametrii energetici cât mai buni. Una din metodele cele mai folosite de pornire a motoarelor asincrone cu rotor în scurt circuit este pornirea stea–triunghi a c rei schem electric desf urat este prezentat în figura 5.4. Conform diagramei prezentate în figura 1.27 la pornirea stea–triunghi datorit aliment rii ini ial a motorului cu tensiunea de faz , curentul de pornire (dar i momentul de pornire) sunt de trei ori mai mici decât în cazul conect rii directe la re ea la tensiunea de linie. Rezult c aceast metod de pornire se poate aplica motoarelor cu porniri u oare (cu sarcin redus sau cu cuplaje). Motoarele asincrone cu rotor în scurtcircuit care folosesc pornirea stea–triunghi trebuie s aib tensiunea nominal egal cu tensiunea de linie a re elei i s aib acces la ambele capete ale bobinelor statorice ( ase borne statorice pe cutia de borne).

212

Figura 5.5. Schema electric de comand cu contactoare de c.a., protec ie i pornire Y-∆ a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit F1, F2, F3, F5 – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu temporizare la ac ionare, S1, S2 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit. Pentru pornire se ac ioneaz butonul S2 care alimenteaz bobina contactorului K2 dac contactul normal închis de interblocare K3 (3–5) nu este deschis. Deci dac conexiunea triunghi nu este realizat K2 prin contactele sale principale realizeaz conexiunea stea i apoi prin K2 (14–16) alimenteaz bobina contactorului principale K1 (0–1) care se automen inere prin K1 (14– 16).

213

Figura 5.6. Schema electric desf urat de comand cu contactoare de c.c., protec ie i pornire Y-∆ a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit F1, F2, F3, F5, F6, F7, F8, F9, – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu temporizare la ac ionare S1, S2 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, H1, H2, H3, H4– l mpi de semnalizare, T–transformator de separare, V–punte redresoare, R1, R2, R3– rezisten e economizatoare, C0– condensator de filtraj. O dat cu alimentarea lui K2 este alimentat i bobina releului de timp K4T (0–1) care î i începe temporizarea. Dup trecerea timpului prestabilit contactorul K4T î i deschide contactul normal închis cu temporizare la ac ionare K4T (3–5) deconectând contactorul K2 i readucând în pozi ia închis contactul K2 (3–5). În acest moment se realizeaz conexiunea triunghi prin contactele principale ale contactului K3. Motorul r mâne alimentat în regim de durat în conexiune triunghi. Pentru oprire se ac ioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea schemei de comand i aduce la starea ini ial instala ia. O schem similar celei din figura 5.5 dar realizat cu contactoare de curent continuu este prezentat în figura 5.6. Schema con ine transformatorul de separare T1 cu rolul de a separa 214

galvanic instala ia de comand de cea de for . Puntea redresoare V alimenteaz schema de comand cu tensiunea continu necesar . Siguran ele F1 ... F9 asigur protec ii la scurt circuit a instala iei de for i de comand . Rezisten ele R1, R2, R3 sunt rezisten e economizatoare cu rolul de a limita curentul prin bobinele de c.c. ale contactoarelor i de a limita în acest mod solicitarea lor termic . L mpile de semnalizare H1...H4 semnalizeaz : H1–prezen a tensiunii în re eaua de alimentare, H2–prezen a tensiunii de comand , H3 – func ionarea în conexiune stea a motorului, H4–func ionarea în conexiune triunghi a motorului. Caracteristica temporal de protec ie a motorului este cea prezentat în figura 5.3. 5.1.4. Comanda i protec ia unui motor asincron cu pornire cu reostate statorice O alt metod de pornire a motoarelor asincrone cu rotor în scurtcircuit const în pornirea cu reostate statorice, a c rei schem electric desf urat de comand i protec ie este prezentat în figura 5.7. Metoda de pornire cu reostate statorice a motoarelor asincrone este o metod de pornire cu tensiune redus ( i deci cu moment de pornire redus) care limiteaz valoarea curentului de pornire. Circuitul de for con ine contactoarele K1 i K2 care alimenteaz succesiv motorul M. Prin ac ionarea butonului de pornire S2 este alimentat bobina contactorului K2 dac contactul de interblocare K1 (3–5) este închis anume K1 nu este ac ionat. Contactorul K2 se automen inere prin K2 (14–16) i concomitent cu el este alimentat releul de timp K3T. Dup trecerea timpului prestabilit contactul normal deschis cu temporizare la ac ionare K3T (2–4) se închide alimentând bobina contactorului K1 (0–1) care deschide contactul auxiliar K1 (3–5), închide contactele de for i contactul de automen inere K1 (14–16). Astfel motorul r mâne alimentat în regim de durat la tensiunea nominal a re elei. Pentru oprire se ac ioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea circuitului de comand readucând circuitul de for la starea ini ial . Protec ia la scurtcircuit a motorului i a circuitului de comand se realizeaz prin siguran e fuzibile, iar protec ia la suprasarcin a motorului este asigurat de blocul de relee termobimetalice F4. Caracteristica temporal de protec ie a circuitului de for este cea reprezentat în figura 5.3.

215

Figura 5.7. Schema electric desf urat de comand , protec ie i pornire cu rezisten e statorice a unui motor asincron F1, F2, F3, F5 – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, K3T – releu de timp cu temporizare la ac ionare, S1, S2 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, R – reostate de pornire. În mod analog se poate realiza schema electric de comand cu mai multe trepte de rezisten e a motorului.

i protec ie

5.1.5. Comanda i protec ia unui motor asincron pornit cu autotransformator Pornirea motoarelor asincrone prin autotransformator este solu ia optim din punct de vedere energetic dar implic costuri mai mari, de aceea ea se justific în cazul motoarelor de putere. Schema electric desf urat de comand i protec ie a pornirii cu autotransformator a unui motor asincron este prezentat în figura 5.8. Pentru pornirea motorului se ac ioneaz butonul S2 care alimenteaz bobina contactorului K1 i prin acesta i bobina contactorului K2. Automen inerea se face prin K2 (14–16) alimentând motorul cu tensiune redus prin autotransformatorul AT (limitându-se astfel curentul de pornire). 216

Figura 5.8. Schema electric desf urat de comand , protec ie i pornire cu autotransformator a unui motor asincron F1, F2, F3, F5 – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2 – contactoare electromagnetice, K3T – releu de timp cu temporizare la ac ionare, K4T – releu de timp cu temporizare la revenire, S1, S2 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, AT – autotransformator. O dat cu contactoarele K1 i K2 se alimenteaz i bobinele celor dou relee de timp K4T i K5T care î i încep temporizarea. Contactele normal închise K1 (3–5) i K2 (3–5) se deschid. Prin alimentarea bobinei K5T contactul normal deschis cu temporizare la revenire K5T (2–4) se închide dar nu poate alimenta bobina lui K3 deoarece sunt deschise contactele K1 (3–5) i K2 (3–5). Dup scurgerea timpului reglat al releului de timp K4T contactul acestuia normal închis cu temporizare la ac ionare K4T (3–5) se deschide. În acest moment se întrerupe alimentarea contactoarelor K1, K2 i a releelor de timp K4T i K5T. Prin reînchiderea contactelor K1 (3–5) i K2 (3–5) i prin contactul noemal deschis (dar închis în acest moment deoarece temporizarea releului K5T este mai mare decât a releului K4T) cu temporizare la revenire K5T (2–4) este alimentat bobina contactorului K3 (0–1) care î i închide contactele principale. Motorul este astfel alimentat la tensiune nominal K3 automen inându-se prin contactul auxiliar de automen inere K3 (14–16). Pentru oprire se ac ioneaz butonul S1. 217

Protec iile sunt cele descrise anterior i c rora le corespunde caracteristica temporal de protec ie din figura 5.3. 5.1.6. Comanda i protec ia unui motor asincron pornit cu rezisten e rotorice În figura 5.9. este prezentat schema electric desf urat de comand i protec ie pentru pornirea cu rezisten e rotorice în dou trepte temporizate a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat. La pornirea motoarelor asincrone cu rotor bobinat se pot introduce dou sau mai multe trepte de rezisten e cu rolul de a limita ocurile de curent la pornire. Treptele de rezisten e rotorice se scurtcircuiteaz succesiv i în mod automat prin comanda dat de releele de temporizare. Contactorul K1 asigur conectarea la re ea a statorului iar contactoarele K2 i K3 scurtcircuiteaz pe rând treptele de rezisten e rotorice R1, R2. Pornirea se comand prin butonul de ac ionare S2 i dac contactele K2 i K3 nu sunt ac ionate (adic K2 (3–5) i K3 (3–5) sunt închise) este alimentat contactorul principal K1 care se automen ine prin K1 (14–16). Prin K1 (18–20) i K2 (7–9) este alimentat releul de timp K5T care dup trecerea temporiz rii prin contactul normal deschis cu temporizare la ac ionare K5T (2–4) alimenteaz pe K3 scurtcircuitând prima treapt de reostate (R2) i alimentând pe K4T care î i începe temporizarea. Dup scurgerea temporiz rii lui K4T prin contactul normal deschis cu temporizare la ac ionare K4T (5–7) este alimentat contactorul K2 care se automen ine prin K2 (10–12) i decupleaz prin K2 (7–9) releele de temporizare i contactorul K3. În regim de durat motorul nu are rezisten în circuitul rotoric.

218

Figura 5.9. Schema electric desf urat de comand , protec ie i pornire cu reostate rotorice a unui motor asincron cu rotorul bobinat F1, F2, F3, F5 – siguran e fuzibile, F4 – releu termobimetalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T , K5T – relee de timp cu temporizare la ac ionare, S1, S2 – butoane de ac ionare, M – motor asincron cu rotorul bobinat, R1, R2 – reostate de pornire Pentru oprire se ac ioneaz butonul S1 care întrerupe alimentarea circuitului de comand i readuce instala ia la starea ini ial . Protec ia la scurtcircuit se realizeaz prin siguran e fuzibile iar cea la suprasarcin prin blocul de relee termobimetalice F4. Caracteristica temporal de protec ie este cea din figura 5.3. 5.1.7. Protec ia minimal de tensiune a motoarelor electrice Protec ia minimal de tensiune are rolul de a preveni sc derea tensiunii de alimentare sub o anumit limit admis pentru a evita supraînc lzirea motoarelor datorit curen ilor de suprasarcin . În cazul mai multor motoare alimentate de la acela i sistem de bare, protec ia mai are rolul de a deconecta unele motoare pentru a p stra în func iune motoarele ce antreneaz consumatori importan i. 219

Protec ia minimal de tensiune se realizeaz cu relee minimale de tensiune i cu relee de timp, sub forma unui grup separat de relee pentru fiecare motor, sau a unui grup comun pentru mai multe motoare Cu o temporizare mic (0,5s) este declan at grupul motoarelor de importan secundar iar cu o temporizare mai mare (5÷10s) este declan at i grupul motoarelor importante dac tensiunea nu a reu it s revin la valoarea reglat . Contactele releelor minimale de tensiune se leag în serie pentru a produce ac ionarea numai la sc derea tensiunii pe toate fazele. În cazul în care tensiunea scade sub valoarea de pornire a releelor, acestea î i închid contactele i excit releele de timp, dac tensiunea nu î i revine în 0,5 s releul de timp comand prin intermediul unor relee intermediare deconectarea motoarelor, sc zând astfel consumul de la sistemul comun de bare. În cazul în care sc derea tensiunii se men ine pân la temporiz ri de ordinul 5 ÷ 10 s se comand deconectarea tuturor motoarelor. 5.1.8. Protec ia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite polifazate Protec ia împotriva scurtcircuitelor polifazate a motoarelor de putere, în cazul motoarelor de putere mare alimentate prin întrerup toare, se poate realiza fie printr-o protec ie diferen ial longitudinal , fie printr-o protec ie maximal de curent.

Figura 5.10. Schema electric desf urat monofilar de comand i protec ie maximal de curent împotriva scurtcircuitelor polifazate F1, F2– relee maximale de curent, K1– releu intermediar, Q– întrerup tor, BD– bobina declan atorului, TC1, TC2– transformatoare de curent, M–motor asincron trifazat. 220

Prima dintre ele se utilizeaz la motoarele de putere foarte mare i se realizeaz cu o schem similar celei din figura 5.10, motorul trebuind s aib nulul accesibil. Curentul de scurtcircuit provoac ac ionare releelor maximale F1 i / sau F2, care excit releul intermediar K1 i care la rândul s u provoac alimentarea bobinei de declan are a întrerup torului Q. Declan area motorului de la re ea se face f r temporizare. Datorit componentei homopolare a curen ilor de defect este suficient folosirea a dou relee maximale de curent pentru sesizarea defectelor din statorul motorului. Releul intermediar K1 poate fi uneori înlocuit cu un contactor de comand dac este nevoie de un curent mai mare pentru excitare bobinei de declan are (BD) care comand declan area întrerup torului Q. 5.1.9. Protec ia diferen ial longitudinal a motoarelor sincrone de putere Pentru comanda i protec ia motoarelor sincrone se folosesc contactoare cu relee de protec ie, pentru regimurile cu conect ri frecvente sau întrerup toare cu declan atoare pentru motoarele de putere care necesit deconectarea rapid de la re eaua de alimentare.

Figura 5.11. Schema electric desf urat monofilar de comand împotriva ie irii din sincronism a unui motor sincron

i protec ie

Ms– motor sincron, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, K1T, K2T– relee de temporizare, K3– releu intermediar, Gcc– excitatrice, Rex– rezisten de reglaj, Q– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului. 221

La apari ia pendul rilor în re eaua la care este conectat statorul motorului sincron se produc pulsa ii mari ale curentului din stator. Acest curent variabil produce un flux variabil în timp care induce o tensiune electromotoare în înf urarea rotoric . Pe apari ia acestei componente se bazeaz schema de protec ie diferen ial longitudinal prezentat în figura 5.11. Schema utilizeaz un transformator de curent TC conectat în circuitul rotorului, un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1T cu un contact cu temporizare la deschidere, un releu de timp K2T i un releu intermediar K3 cu un rol de declan are a întrerup torului principal Q i de dezexcitare al rotorului prin intermediul A.D.R. În regim sincron prin înf urarea rotorului generatorului sincron nu circul decât curentul continuu produs de excitatoarea Gcc. La ie irea din sincronism, datorit pendul rilor, componenta alternativ a curentului care apare în circuitul rotorului este sesizat de transformatorul de curent TC, se excit releul maximal F1, releul intermediar cu temporizare K1T ac ioneaz i releul de timp K2T comand dup timpul reglat, prin intermediul releului K3 declan area motorului i dezexcitarea sa. Temporizarea realizat prin intermediul releului K1T este necesar pentru c în timpul pendul rilor curentul ar putea s devin mai mic decât curentul de revenire al releului F1, oprindu-se pentru scurt durat alimentarea releului K2T. Prin contactul s u releul K1T asigur deci prelungirea duratei impulsului. Releul de timp K2T este necesar ca protec ia s nu ac ioneze intempestiv la apari ia unor componente, ce urmeaz a fi înl turate de protec iile specifice împotriva scurtcircuitelor. 5.2. PROTEC IA GENERATOARELOR SINCRONE Func ionarea normal a unui generator sincron poate fi perturbat de defectele interioare sau de regimurile anormale ale re elei exterioare. Defectele interioare se datoreaz în special scurtcircuitelor din înf ur rile statorice sau rotorice (dezexcita ie). Eliminarea rapid a cestor defecte este necesar pentru a se evita distrugerea generatorului prin efectele termice sau electrodinamice ale curen ilor de scurtcircuit. Deconectarea rapid a generatorului de la re ea se face prin întrerup torul principal Q i prin reducerea tensiunii electromotoare indus în stator, prin mic orarea sau întreruperea curentului de excita ie prin întrerup torul de dezexcitare rapid (ADR) din circuitul rotoric. 222

5.2.1. Protec ia diferen ial longitudinal a unui generator sincron Principul acestei protec ii se bazeaz pe compararea sensurilor i valorilor curen ilor de la intrarea i ie irea fiec rei faze a generatorului. Schema de principiu, monofilar , a acestei protec ii este prezentat în figura 5.12. Pentru realizarea schemei nulul generatorului sincron trebuie s fie accesibil, iar cele doua transformatoare de curent de pe fiecare faz TC1 i TC2 trebuie s aib rapoartele de transformare egale i caracteristici identice.

Figura 5.12. Schema electric desf urat monofilar de comand , protec ie diferen ial longitudinal a unui generator sincron GS– generator sincron, Q– întrerup tor, BD– bobina declan atorului, TC1, TC2– transformatoare de curent, F1– releu diferen ial de curent, K1– releu intermediar. În cazul unui scurtcircuit în interiorul generatorului curen ii din secundarele celor dou transformatoare de curent se însumeaz prin releul maximal F1, acesta ac ioneaz i excit releul intermediar K1 care comand declan area întrerup torului principal Q i a automatului de dezexcitare rapid (A.D.R.). Schema asigur o declan are instantanee la scurtcircuitele din înf urarea statoric a generatorului sincron. 5.2.2. Protec ia împotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor sincrone Schema cuprinde un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1, un transformator T având una din bornele înf ur rii secundare legate la p mânt i un condensator C cu rolul de a separa circuitul de curent continuu 223

al rotorului, de circuitul de curent alternativ legat la p mânt. În cazul unei puneri la p mânt a înf ur rii rotorice a generatorului sincron GS, se închide circuitul de curent alternativ format din secundarul transformatorului T, releul maximal F1, condensatorul C i p mânt, fapt care determin ac ionarea releului F1. Prin contactul normal deschis a releului F1 se excit releul intermediar K1 care prin contactele sale comand declan area generatorului i dezexcitarea rapid a înf ur rii de excita ie.

Figura 5.13. Schema electric desf urat monofilar de comand împotriva scurtcircuitelor rotorice

i protec ie

GS– generator sincron, Q– întrerup tor principal, BD–bobina declan atorului, Gcc– excitatrice, Rex– reostat de reglare a excita iei, F1– releu maximal de curent, K1– releu intermediar, T–transformator, C–condensator. 5.2.3. Protec ia maximal cu t iere de curent a unui generator sincron Se utilizeaz împotriva scurtcircuitelor polifazate i suprasarcinilor exterioare generatorului. În figura 5.14. este prezentat schema electric monofilar a protec iei maximale cu t iere de curent. Releele maximale de curent F1...F4 ac ioneaz . la apari ia unor scurtcircuite exterioare i excit releul de timp K1T, care din motive de selectivitate a protec iei are cea mai mare temporizare din sistem. Releul de timp K1T excit releul intermediar K2 numai dac protec iile 224

anterioare (ale re elelor i transformatoarelor) nu ac ioneaz , provocând declan area generatorului cu temporizarea reglat .

Figura 5.14. Schema electric desf urat monofilar de comand i protec ie maximal cu t iere de curent a unui generator sincron GS– generator sincron, TC1, TC2– transformatoare de curent, Q– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului, F1...F4– relee maximale de curent, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediare. Scurtcircuitele violente sunt sesizate de releele maximale de curent F1 i F2 (reglate la o valoare de pornire mai mare decât a releelor maximale de curent F3, F4) provocând ac ionarea instantanee a releului intermediar K2 ce comand declan area generatorului de la re ea i dezexcitarea sa rapid . Aceste relee asigur a a numita t iere de curent pentru curen ii de scurtcircuit inten i. 5.2.4. Protec ia prin bobine de reactan

a generatoarelor sincrone

Bobinele de reactan sunt aparate care servesc la limitarea curen ilor de scurtcircuit în circuitele electrice de mare putere i la men inerea tensiunii la bare, în caz de avarie, la un nivel acceptabil, care s asigure func ionarea f r întrerupere a consumatorilor neafecta i. Limitarea valorii curen ilor de scurtcircuit prin instalarea bobinelor de reactan la barele colectoare ale centralelor electrice, în sta iile de transformare, precum i la liniile care pleac de la aceste bare, plasate dup cum se ilustreaz în figura 5.15. de i complic i scumpe te instala iile, realizeaz condi ii mai bune pentru func ionarea elementelor celor mai sensibile echipamente la aceste avarii: cablurile (sub aspectul stabilit ii termice), întrerup toarele (sub aspectul puterii de rupere), permi ând alegerea unor echipamente pentru valori mai mici ale curen ilor de scurtcircuit. 225

Bobina de reactan este o bobin f r miez de fier (pentru a avea o inductivitate constant ) i la tensiuni sub 35 kV se realizeaz în aer. Rigidizarea bobinajului împotriva for elor electrodinamice realizându-se prin înglobarea par ial a acesteia în beton sau în r ini epoxidice. Pentru tensiuni mai mari de 35 kV, bobinele de reactan sunt de tip exterior, mediul de r cire fiind uleiul mineral cuprins în interiorul unei cuve în care se afl i un ecran.

Figura 5.15. Schema electric de conectare în re ele a bobinelor de reactan F1...F5–bobine de reactan e, Q1...Q7–întrerup toare, G1, G2–generatoare sincrone. Parametrul principal al bobinei de reactan este reactan a bobinei (Xr) al c rei principal efect este c derea de tensiune pe bobin . Reactan a procentual (raportat ) Xr*[%] este un indicator al posibilit ilor de limitare a curentului i este de obicei (6 ÷ 8) % pentru cablurile de plecare i (8÷12) % pentru bobinele de reactan destinate barelor colectoare. Pentru a eviden ia efectul bobinei de reactan în circuitul protejat în figura 5.16. s-a reprezentat c derea de tensiune pe o plecare într-un cablu, la regimul nominal i în. regimul de scurtcircuit. Se observ c m rimea c derii de tensiune pe bobina de reactan în regimul de scurtcircuit, asigur pe barele o tensiune Urem de valoare apropiat cu cea nominal , iar curentul de scurtcircuitare este limitat. Bobinele de reactan în aer se execut f r miez de fier i încastrate în beton. Pentru încastrarea c ilor de curent, realizate din aluminiu sau cupru, se folosesc 6 ÷ 10 coloane de beton. Între spirele bobinei se las spa ii libere 226

pentru accesul aerului de r cire. Betonul bobinei este tratat pentru a nu se înr ut ii rigiditatea dielectric a izola iei spirelor, fiind acoperit dup uscare cu un lac nehigroscopic. Bobinele celor 3 faze pot fi montate atât vertical, cât i orizontal. Dezavantajele bobinelor de reactan încastrate în beton sunt: tehnologia complicat de prelucrare i uscare, precum i greutatea i dimensiunile de gabarit mari.

Figura 5.16. Rolul bobinei de reactan în protec ia la scurtcircuit La bobinele de reactan în cuv metalic cu ulei trebuie luate m suri pentru limitarea fluxului magnetic prin pere ii cuvei i ca urmare atât uleiul cât i cuva s-ar înc lzi puternic. Din aceast cauz în interiorul cuvei se monteaz un ecran inelar din cupru sau aluminiu, fixat pe pere ii cuvei. Compensarea este cu atât mai bun cu cât rezisten a electric a ecranului este mai redus . Condi iile impuse prin normative bobinelor de reactan sunt: –supratensiunile nu trebuie s produc str pungeri sau puneri la p mânt a elementelor înf ur rii; –stabilitatea termic i electrodinamic s fie ridicat ; –c derile de tensiune în regim normal de func ionare s nu dep easc (1 ÷ 3) % din tensiunea nominal ; I –pierderile de putere în bobin s fie cuprinse între (0,2 ÷ 0,5) % din puterea ce trece prin bobin . 5.3. PROTEC IA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE Defectele ce pot ap rea la transformatoare pot fi defecte interne i defecte externe. Defectele interne ca: scurtcircuitele între spirele acelea i faze, scurtcircuite între înf ur ri, scurtcircuite între înf ur ri i cuv , sau la 227

bornele transformatorului, pot fi eliminate cu ajutorul protec iei cu relee de gaze (Buchholz), protec iei diferen iale longitudinale sau a protec iei de cuv (Chevalier). În cazul unor scurtcircuite exterioare se folosesc protec iile maximale de curent temporizate, cu sau f r blocaj de tensiune minim , iar în cazul suprasarcinilor se folosesc protec ii de semnalizare. În cele ce urmeaz se prezint câteva din aceste scheme de protec ie. 5.3.1. Protec ia de gaze a transformatoarelor în ulei Aceast protec ie se utilizeaz pentru protec ia transformatoarelor, de putere în cuv cu ulei împotriva defectelor interne. Elementul specific al acestei protec ii este releul de gaze (Buchholz) care a fost prezentat în capitolul 3.2.6. i reprezentat schematic în figura 3.38. Acest releu se monteaz pe conducta de leg tur dintre cuva transformatorului i conservatorul de ulei, fiind format din dou plutitoare ce au ata ate câte un microîntrerup tor cu mercur care se pot roti în jurul axelor lor. La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea uleiului sub ac iunea arcului electric, gazele adunându-se în partea superioar a releului Buchholz, provoac coborârea plutitorului inferior care prin contactele sale provoac declan area transformatorului i semnalizarea declan rii. Plutitorul inferior este prev zut cu o clapet de oc ce produce bascularea instantanee, a plutitorului sub ac iunea undei de presiune ce înso e te scurtcircuitele violente. Schema electric a protec iei de gaze este prezentat în figura 5.17. i con ine releul de gaze F1, releul de semnalizare a declan rii K1, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2 i releul intermediar K3 care comand declan area întrerup toarelor Q1 i Q2. Dispozitivul de deconectare S1 permite func ionarea schemei doar pe partea de semnalizare. La o dezvoltare de gaze în cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun în partea superioar a releului de gaze provocând coborârea primului plutitor care conduce la închiderea contactului superior al releului F1 care are rol de semnalizare a apari iei unei avarii. Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se închide i contactul inferior al releului F1 care comand prin releul intermediar K3 declan area întrerup toarelor Q ! i Q2 i în acela i timp prin releul de semnalizare K1 semnalizeaz declan area. Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de prea scurt durat (în func ie de caracterul degaj rii de gaze) schema este prev zut cu releul intermediar K2 cu un contact normal deschis cu 228

temporizare la deschidere.

Figura 5.17. Schema electric desf urat a protec iei de gaze T–transformator electric, Q1, Q2– întrerup toare, BD– bobina declan atoarului, F1– releul Buchholz, K1– releu de semnalizare, K2– releu intermediar cu temporizare, K3– releu intermediar. Dup o opera ie de umplere cu ulei a transformatorului i pân la eliminarea gazelor din ulei, schema va func iona doar în regim de semnalizare dup deschiderea dispozitivului S1. Protec ia de gaze a transformatoarelor cu ulei elimin pericolul exploziei cuvei datorit presiunii gazelor degajate prin descompunerea uleiului sub ac iunea arcului electric. 5.3.2. Protec ia diferen ial longitudinal a unui transformator Aceast protec ie este utilizat pe scar larg ca o completare a protec iei de gaze, contra scurtcircuitelor interne sau la bornele transformatorului. Principiul de func ionare este cel al compens rii curen ilor i este prezentat în schema electric monofilar din figura 5.18. Releul maximal F1 compar valorile i sensurile curen ilor acelora i faze din cele dou înf ur ri ale transformatorului de protejat T, prin intermediul transformatoarelor de curent TC1 i TC2. Cele dou transformatoare de curent sunt astfel alese încât tensiunile induse în înf ur rile lor secundare s fie egale. Aplicând principiul suprapunerii efectelor, în func ionarea normal releul F1 229

este parcurs de diferen a curen ilor da i de cele dou transformatoare de curent: id= i1–i2. (5.1.)

Figura 5.18. Schema electric desf urat a protec iei diferen iale longitudinale a unui transformator T–transformator, TC1, TC2– transformatoare de curent, Q1,Q2– întrerup toare, BD– bobina declan atorului, F1– releu diferen ial de curent, K1– releu intermediar. În cazul unui scurtcircuit exterior transformatorului, curen ii de scurtcircuit sunt mari atât in primarul cât i în secundarul transformatorului T dar releul diferen ial F1 m soar un curent zero sau practic foarte mic. Rezult c schema de protec ie nu func ioneaz la defecte externe. În cazul unui scurtcircuit din interiorul transformatorului T, se schimb sensul de circula ie al curentului di secundarul transformatorului i2 (linia punctat din figur ) i ca urmare releul F1 va fi parcurs de un curent mai mare decât curentul de pornire al releului F1 i se produce ac ionarea acestuia. Releul maximal excit releul intermediar K1 care alimenteaz bobinele de declan are BD ale celor dou întrerup toare Q1 i Q2 provocând declan area lor practic instantaneu.

230

5.3.3. Protec ia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim a unui transformator Aceast protec ie se utilizeaz pentru protec ia transformatoarelor fa de curen ii de scurtcircuit ce apar pe liniile ce pleac de la secundarul transformatorului. Deoarece aceste linii sunt prev zute i cu alte protec ii, din motive de selectivitate releul de timp trebuie reglat cu o treapt peste cea mai mare treapt de temporizare din re ea. Prin reglarea astfel a temporiz rii protec iei, schema nu func ioneaz decât în cazul unui refuz de func ionare al protec iilor re elelor sau dac scurtcircuitul are loc la barele transformatorului.

Figura 5.19. Schema electric desf urat a protec iei maximale de curent cu blocaj de tensiune minim T–transformator, TC– transformator de curent, TT– transformator de tensiune, Q1,Q2– întrerup toare, BD– bobina declan atorului, F1– releu minimal de tensiune, F2– releu maximal de curent, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar. Schema electric desf urat monofilar a acestei protec ii este prezentat în figura 5.19. i con ine un releu maximal de curent F2, un releu de timp K1T, un releu intermediar K2 i releul minimal de tensiune F1. Releul minimal de tensiune are rolul de a împiedica pornirea protec iei în cazul suprasarcinilor sau scurtcircuitelor îndep rtate, care nu provoac în paralel cu 231

cre terea curen ilor i o însemnat sc dere a tensiunii pe bare, astfel c în aceste situa ii releul F1 r mâne ac ionat i contactul s u este deschis. În acest fel curentul de pornire al protec iei se poate regla la valori apropiate de curentul nominal, ceea ce face ca sensibilitatea schemei de protec ie s creasc . 5.4. PROTEC IA RE ELELOR ELECTRICE Una dintre principalele condi ii care se impun instala iilor electrice este aceea a siguran ei în func ionare, adic a aliment rii continue cu energie electric a consumatorilor. Asigurarea func ion rii f r întrerupere a instala iilor electrice are o importan deosebit , atât datorit faptului c urm rile perturb rilor în func ionare pot fi foarte grave, cât i datorit faptului c instala iile electrice sunt mai expuse deranjamentelor decât alte genuri de instala ii. Gravitatea urm rilor provine, în primul rând, din faptul c : –instala iile electrice f când parte, în general, dintr-un sistem energetic complex i fiind legate între ele electric; –un defect ap rut într-un loc deranjeaz func ionarea normal a întregului sistem; în al doilea rând, gravitatea defectelor din instala iile electrice se datoreaz energiilor foarte mari care intervin în desf urarea acestora, conducând la efecte distructive extrem de mari. Rolul principal al automatiz rilor i al protec iei prin relee folosite în electroenergetic const în limitarea efectelor avariilor ap rute i în asigurarea aliment rii f r întrerupere cu energie electric a consumatorilor. Protec ia prin relee, care constituie ea îns i automatizarea folosit de mult vreme pe scara cea mai larg în instala iile electrice, are în general dou func iuni principale: Separarea elementului avariat de restul instala iilor electrice i asigurarea, în felul acesta, a func ion rii în continuare a acestora, în condi ii normale; Sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de func ionare a instala iilor electrice i semnalizarea lor, pentru a se preveni apari ia unor avarii. Pentru îndeplinirea acestor dou func iuni fundamentale, dispozitivele de protec ie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care se bazeaz , trebuie s satisfac urm toarele condi ii generale: – Selectivitatea, adic deconectarea doar a elementului avariat i permiterea func ion rii în continuare a instala iilor neavariate; – Sensibilitatea, adic sesizarea tuturor defectelor i a regimurilor anormale de func ionare, chiar atunci când ele se deosebesc doar cu pu in de 232

regimul de func ionare normal al instala iilor;

– Rapiditatea, care este necesar pentru c numai o deconectare rapid a elementelor avariate poate r mâne f r urm ri asupra func ion rii instala- iilor neavariate;

– Siguran a, care const în aceea c dispozitivele de protec ie prin relee, care ac ioneaz foarte rar (de câteva ori pe an), trebuie s fie preg tite, chiar dup o perioad lung de repaus, pentru a func iona corect. Sistemul energetic se compune dintr-un num r foarte mare de elemente care contribuie la realizarea a trei procese distincte i anume: producerea, transportul i distribu ia energiei electrice i termice. Corespunz tor acestor procese, elementele componente se grupeaz în urm toarele p r i distincte ale sistemului i anume: centralele, re elele electrice, centralele de termoficare i consumatorii de energie electric i termic . Centrala reprezint ansamblul de instala ii care servesc la producerea energiei electrice i termice pe baza transform rii energiei resurselor energetice primare. Re elele electrice reprezint ansamblul de instala ii prin intermediul c rora energia electric este transportat de la centralele produc toare pân la consumatori, cuprinzând, în principal, linii electrice de energie, sta ii electrice i posturi de transformare. Linia electric de energie reprezint ansamblul de conducte electrice, dispozitive i construc ii necesare, care asigur transportul la distan sau distribu ia energiei electrice pentru alimentarea consumatorilor i care urm re te un traseu, constituind astfel una sau mai multe c i de curent. Sta ia electric reprezint ansamblul de instala ii i de construc ii anexe în care se realizeaz cel pu in unul dintre urm toarele procese: – modificarea parametrilor puterii electromagnetice (tensiune, frecven, etc.) corespunz tor condi iilor de transport sau de utilizare a energiei electrice; – conectarea electric a dou sau mai multe surse de energie electric ; – conectarea electric a dou sau mai multe c i de curent pentru alimentarea receptoarelor de energie electric . Postul de transformare reprezint instala ia electric de curent alternativ, în care tensiunea este coborât la o tensiune joas , sub 1000 V, în scopul aliment rii re elelor de distribu ie i a receptoarelor. În figura 5.20. este reprezentat schema monofilar de principiu a unei re ele electrice ca parte dintr-un sistem energetic. Energia produs în centralele electrice este transmis , prin intermediul unor transformatoare de putere, care ridic tensiunea la cea a liniilor de înalt tensiune. Energia electric este transportat pe liniile electrice de înalt tensiune pân la sta iile de transformare coborâtoare, de la care pleac liniile 233

de medie tensiune ce alimenteaz transformatoarele posturilor de transformare.

Figura 5.20. Reprezentarea schematic a unei re ele electrice G1, G2– generatoare, T1, T2– transformatoare de re ea, Q1...Q4– întrerup toare, L1, L2– linii electrice. Re elele electrice pot fi clasificate dup : valoarea tensiunii, structur i modul de tratare a neutrului. A. Dup valoarea tensiunii, se deosebesc: – re ele de înalt tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV i mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, înspre zonele de consum; – re ele de medie tensiune, cu tensiunea între 6 i 60 kV, utilizate în general pentru distribu ia energiei electrice; – re ele de joas tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 380 i 220 V, utilizate pentru distribu ia energiei electrice la consumatori. Puterile din ce în ce mai mari cerute de consumatori, impun utilizarea din ce în ce mai mult a instala iilor de 110 kV, nu numai pentru transport, ci i pentru distribu ia energiei electrice. B. Dup structur , re elele se clasific în: – re ele radiale sau arborescente, prin care consumatorii sunt alimenta i dintr-un singur sens; – re ele buclate, prin care consumatorii sunt alimenta i din cel pu in dou sensuri. C. Dup modul de tratare a neutrului, re elele electrice se clasific în: – re ele cu neutru izolat, al c ror neutru nu are nici o leg tur special cu p mântul; – re ele cu neutrul tratat, care pot fi cu neutrul compensat, (legat la p mânt printr-o bobin de stingere sau printr-un transformator de legare la p mânt), sau cu neutrul necompensat (legat la p mânt fie direct, fie printr-o 234

rezistent sau printr-o bobin cu inductan redus ). 5.4.1. Protec ia maximal de curent a liniilor electrice radiale Protec ia maximal de curent se utilizeaz în cazul re elelor radiale cu alimentare de la un singur cap t (ca re eaua di figura 5.21.).

Figura 5.21. Re ea electric radial simpl T–transformator, Q1...Q5– întrerup toare, L1...L4– linii electrice.

Figura 5.22. Schema electric desf urat monofilar a protec iei maximale de curent a unei re ele radiale simple Q3– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, K1– releu intermediar, L2– linia electric defect . În cazul acestor re ele protec ia cuprinde: un releu maximal de curent F1 i un releu intermediar K1. Dac scurtcircuitul apare pe linia L2 el este sesizat 235

de releul maximal de curent F1, care comand releul intermediar K1 i care la rândul s u comand declan area întrerup torului Q3, a a cum este prezentat în schema electric monofilar din figura 5.22. Semnalul pentru releul maximal de curent F1 este preluat prin transformatorul de curent TC. Se ob ine astfel o declan are practic instantanee a întrerup torului liniei defecte, celelalte linii r mânând alimentate. 5.4.2. Protec ia maximal de curent temporizat a liniilor electrice radiale Acest tip de protec ie se utilizeaz în cazul re elelor radiale având pe parcurs consumatori ce pleac de la sistemele de bare A,B,C a a cum este prezentat în figura 5.23.

Figura 5.23. Re ea radial complex T–transformator, Q1...Q9– întrerup toare, A, B, C, D–noduri de ramificare a re elei. Datorit configura iei arborescente a re elei protec ia maximal de curent trebuie prev zut i cu o temporizare a ac ion rii. Astfel în cazul unui scurtcircuit (ca cel prezentat în figur ) trebuie s ac ioneze doar întrerup torul Q9 pentru a se ob ine o func ionare selectiv a protec iei. Se ob ine astfel o protec ie maximal temporizat în trepte. Temporizarea minim se g se te la cap tul liniei i ea cre te în trepte constante spre sursa de alimentare. Treptele sunt de 0,5 ÷ 0,7 s pentru a exista siguran a declan rii numai a întrerup torului liniei defecte. Acest tip de protec ie este prezentat în figura 5.24. i se realizeaz prin relee electromagnetice maximale de curent F1, care excit releul de timp K1T i care comand declan area întrerup toarelor prin intermediul unor relee intermediare K2. În cazul unui scurtcircuit pe linie releul maximal F1 ac ioneaz i excit releul de timp K1T, care cu temporizarea reglat excit releul intermediar K2 236

care comand bobina BD de declan are a întrerup torului Q9.

Figura 5.24. Schema electric desf urat monofilar a protec iei maximale temporizate în trepte a unei re ele radiale complexe Q9– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric defect . Principalul dezavantaj al acestei protec ii const în faptul c scurtcircuitele apropiate de surs sunt înl turate cu întârzieri mari ceea ce poate fi periculos pentru generatoarele sincrone. 5.4.3. Protec ia maximal de curent direc ional a liniilor electrice cu alimentare bilateral În cazul re elelor cu alimentare bilateral ca cea reprezentat în figura 5.25. alimentarea se face atât de cap tul A cât i de la cap tul E, iar consumatorii pleac de la sistemele de bare A, B, C, D i E. Prin reglarea releelor de timp în ipoteza unei temporiz ri în trepte cu valorile înscrise în figura 5.26. pentru alimentarea dinspre stânga respectiv dinspre dreapta, nu se poate asigura o temporizare selectiv . Dac scurtcircuitul s-ar produce în punctul desenat în figur toate protec iile fiind parcurse de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat de protec iile cu timpii cei mai scur i de ac ionare prin declan area întrerup toarelor Q2 i Q7 neasigurând selectivitatea protec iei. De altfel oriunde ar apare un scurtcircuit vor declan a în mod invariabil acelea i întrerup toare Q2 i Q7 neasigurânduse o func ionare selectiv a protec iei. 237

Figura 5.25. Re ea electric complex cu alimentare bilateral G–generator electric, Q1...Q8– întrerup toare, A, B, C, D–noduri de ramificare a re elei. Pentru a realiza selectivitatea este necesar s introducem un nou criteriu (în afara celui a curentului m rit) i anume sensul în care circul puterea (curentul) spre locul de defect. Este necesar ca fiec rei protec ii maximale s i se adauge un releu direc ional care sesizeaz sensul de circula ie al puterii i ac ioneaz numai dac transferul de putere are loc conform s ge ilor din figura 5.25., excitând releul de timp corespunz tor.

Figura 5.26. Schema electric desf urat monofilar a protec iei maximale de curent direc ionale a unei re ele cu alimentare bilateral Q5– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului, TC– transformator de curent, F1– releu maximal de curent, F2– releu direc ional, K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric defect . Schema electric principial monofilar , a protec iei maximale direc ionale este prezentat în figura 5.26. Dup cum se observ , pentru ca releul de timp K1T s fie excitat i s comande dup trecerea timpului reglat declan area întrerup torului Q5, este necesar ca atât curentul s dep easc valoare reglat i deci releul maximal F1 s - i închid contactul, cât i ca sensul de circula ie a puterii de scurtcircuit s fie de la bare spre linie i deci releul 238

direc iona F2 s - i închid contactele. Ca relee direc ionale se folosesc releele de induc ie cu rotor cilindric, având înf urarea de curent înseriat cu cea a releului maximal i înf urarea de tensiune legat printr-un transformator de tensiune la bare. În cazul în care scurt-circuitul se produce pe por iunea CD conform figurii 5.25, releele direc ionale ale întrerup torului Q7 i Q4 nu ac ioneaz i ca urmare vor declan a întrerup -toarele Q5 i Q6 dup 0,7 s i dup 1,3 s, asigurând declan area selectiv a por iunii defecte din re ea. 5.4.4. Protec ia de distan

a re elelor electrice complexe

Protec iile de distan reprezint la ora actual cea mai r spândit protecie pentru liniile electrice i alte echipamente energetice. Principiul de baz al protec iilor de distan este fundamentat pe compa-rarea intensit ii curentului i a tensiunii de la locul de montaj al protec iei de distan „v zute“ de releu. Din compararea celor dou m rimi se poate stabili dac impedan a pân la locul de defect este mai mare sau mai mic decât valoarea impedan ei reglate. Un exemplu tipic pentru o astfel de balan electric se prezint în figura 5.27.. Tensiunea i curentul care alimenteaz balan a, preluate din secundarele transformatoarelor de tensiune (TT) i respectiv de curent (TC), alimenteaz dou relee electromagnetice fixate fiecare la cap tul pârghiei 3, care se rote te în jurul unui ax. Asupra pârghiei ac ioneaz diferen a cuplurilor dezvoltate de cei doi electromagne i. Aceast protec ie se bazeaz pe m surarea distan ei dintre locul de montare al protec iei i locul defect, comandând deconectarea întrerup torului cu un timp cu atât mai mic cu cât defectul se afl mai aproape de locul de montare al protec iei. Aceast distan se m soar prin determinarea impedan ei dintre locul de montare al protec iei i locul defect cu ajutorul releelor de impedan . Relee de impedan pot fi în execu ie electromecanic (tip balan electromagnetic ), de induc ie, de tip balan electric , în execu ie static sau i mai nou în execu ie digital . Pentru a eviden ia principiul de m surare al impedan ei, vom considera cazul cel mai simplu al unui releu de impedan de tip balan electromagnetic . Cum impedan a liniei este propor ional cu lungimea ei, raportul dintre momentele releelor de curent i respectiv de tensiune este o m sur a distan ei de la locul de instalare al releului pân la locul defect. 239

Figura 5.27. Schema unui releu de impedan de tip balan electromagnetic TT– transformator de tensiune, TC– transformator de curent, L–linia electric protejat , 1– releu electromagnetic de curent, 2– releu electromagnetic de tensiune, 3– pârghie, 4– contacte.

Figura 5.28. Re ea electric complex cu alimentare bilateral protejat cu o protec ie de distan . Diagrama temporal de protec ie. G–generator electric, Q1...Q6– întrerup toare, A, B, C, D–noduri de ramificare a re elei, L1, L2, L3– linii electrice În figura 5.28. este prezentat o re ea cu alimentare bilateral , prev zut cu o protec ie de distan i caracteristica de temporizare, adic dependen a între timpul de ac ionare al protec iei în func ie de distan a pân la locul defect. Temporiz rile protec iei r mân constante în limitata anumitor distan e numite zone. În figura 5.28. sunt prezentate zona I, II i III. 240

Figura 5.29. Schema electric desf urat monofilar a protec iei de distan a unei re ele complexe cu alimentare bilateral Q1– întrerup tor principal, BD– bobina declan atorului, TC– transformator de curent, TT– transformator de tensiune, F1– releu maximal de curent, F2– releu direc ional, F3, F4– relee de impedan , K1T– releu de temporizare, K2– releu intermediar, L–linia electric protejat . În figura 5,29, este prezentat schema electric monofilar a protec iei de distan cu trei trepte de timp. Privind din punctul de vedere al întrerup torului Q1 la un scurtcircuit în zona I, ac ioneaz releele F1, F2, F3, F4 i semnalul se transmite practic instantaneu la releul K2 care comand declan area întrerup torului Q1 în "treapta I " (0,1 s). Releul de timp K1T de i a fost excitat nu ajunge s - i închid contactele. La un scurtcircuit în zona II ac ioneaz releele F1, F2, F4 i K1T 5 i dup trecerea timpului reglat (0,7 s) prin închiderea contactului superior al releului K1T se excit releul intermediar K2 care ac ioneaz întrerup torul Q1 în treapta a II-a de timp. La un scurtcircuit în zona III ac ioneaz releele F1, F2 i K1T i când releul de timp î i închide contactul inferior (1,3 s) prin releul intermediar K2 se comand declan area întrerup torului Q1.La fel se pot judeca lucrurile din punctul de vedere al oric rui întrerup tor i se ob in diagramele temporale din figura 5.28. În mod analog se analizeaz func ionarea schemei electrice a protec iei în cazul aliment rii dinspre dreapta. Treptele de timp II i III sunt doar trepte de rezerv care asigur declan area temporizat în cazul unui refuz de func ionare al unei protec ii din treapta I. De aici rezult marele avantaj al protec iei de distan , acela de a declan a selectiv i practic instantaneu por iunea de linie afectat de defect. 241

5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ENERGETICE Automatiz rile cu care este dotat sistemul energetic au rolul de a împiedica sau limita avariile din sistem. De i au aceea i destina ie ca i schemele de protec ie, dac acestea reac ioneaz numai la avarii cu caracter local, automatiz rile permit atât sesizarea cât i ac ionarea la incidente cu caracter mai general. Din aceast categorie de scheme de automatiz ri cele mai importante sunt: Reanclan area automat rapid (R.A.R.); Anclan area automat a rezervei (A.A.R.); Desc rcarea automat a sarcinii la sc derea frecven ei (D.A.S.F.); Desc rcarea automat a sarcinii la sc derea tensiunii (D.A.S.U.). 5.5.1. Reanclan area Automat Rapid (RAR) Un dispozitiv R.A.R. const dintr-o instala ie complex care realizeaz reanclan area automat a unui întrerup tor declan at de protec ia prin relee, dup un timp de la aceast declan are, timp ce nu trebuie s dep easc cu mult intervalul necesar pentru stingerea arcului la locul defect. Exist o multitudine de scheme R.A.R. cu unul, dou sau trei cicluri de reanclan are. Elementele principale ale unui dispozitiv R.A.R. în construc ie electromecanic sunt: un releu de timp (cu mecanism de ceasornic), un releu intermediar cu doua bobine (una de ac ionare, i una de re inere), releul de comand a reanclan ri, etc. Dac defectul ce a determinat declan area întrerup torului a fost trec tor (de exemplu o lovitur de tr snet în apropierea liniei de înalt tensiune), întrerup torul r mâne ac ionat i prin acest ciclu R.A.R. se elimin declan area de durat a unor linii electrice. Dac defectul persist , protec ia comand a doua declan are a întrerup torului, de aceast dat definitiv (realizându-se un singur ciclu R.A.R.) pentru sistemele dublu R.A.R., dup o prim declan are automat comandat de protec ii, sistemul permite o nou reanclan are automat . 5.5.2. Anclan area automat a Rezervei (AAR) Schemele de alimentare ale consumatorilor importan i trebuie astfel concepute încât, în timpul unei avarii pe linia de alimentare sau la sursa de alimentare normal , s existe posibilitatea unei aliment ri de rezerv . Schema de principiu a unei instala ii A.A.R. ce alimenteaz barele sta iei C prin linia principal L1, din sta ia A i linia de rezerv L2 din sta ia B, este prezentat în figura 5.30. 242

În func ionarea normal alimentarea sta iei C se face prin linia L1 întrerup torul Q1 fiind închis i deci releul intermediar cu temporizare K1T este ac ionat, datorit contactelor 14-16, 18-20 ale întrerup torului Q2 având deci cele dou contacte închise. Dac tensiunea de la sta ia C este bun , atunci releele minimale de tensiune F1 i F2, alimentate de la barele sta iei C printr-un transformator de tensiune (nereprezentat în schem ) sunt ac ionate i au contactele deschise. Dac pe linia de rezerv L2 avem tensiune, releul maximal de tensiune F3 (alimentat prin TT) este ac ionat i contactul s u este închis. Dac printr-un motiv oarecare se declan eaz întrerup torul Q2, atunci contactele sale auxiliare 14-16 i 18-20 se deschid i, contactul 11-13 se închide. Astfel releul K1T r mâne f r alimentare, dar prin contactul 11-13 al întrerup torului Q2 contactul inferior cu temporizare la deschidere al releului K1 i contactul închis 11-13 al întrerup torului Q4 se alimenteaz bobina de anclan are BA a întrerup torului Q4 ceea ce conduce la alimentarea sta iei prin linia de rezerv L.

Figura 5.30. Schema electric monofilar de principiu a Anclan rii automate e rezervei (A.A.R.) Q1...Q4– întrerup toare, BD– bobina declan atorului, TT– transformator de tensiune, F1, F2, F3– relee minimale de tensiune, K1T– releu de timp cu temporizare la revenire, K2T– releu de timp cu temporizare la ac ionare, K3– releu intermediar. Anclan area automat a rezervei are loc i în cazurile în care alimentarea de baz dispare, ca urmare a declan rii întrerup tor Q1 a liniei L1 243

sau dac tensiunea la barele sta iei C scade sub o valoarea admisibil . La dispari ia sau sc derea tensiunii la barele sta iei C, releele minimale de tensiune F1 i F2 î i închid contactele i provoac prin contactul superior închis al releului K1T i contactul închis al releului F3 alimentarea releului de timp K2T, care dup timpul reglat comand prin releul intermediar K3 alimentarea bobinei de declan are BD a întrerup torului Q2. Declan area întrerup torului Q2 determin în modul descris anterior anclan area automat a întrerup torului Q4 i deci alimentarea sta iei C de la linia de rezerv . 5.5.3. Desc rcarea Automat a Sarcinii la sc derea Frecven ei (DASF) În func ionarea normal a sistemului energetic puterea produs în sistem este egal cu puterea consumat iar frecven a tensiunii este constant . Orice dezechilibru ce apare între puterea produs i cea consumat determin modificarea tura iei generatoarelor sincrone i deci a frecven ei de func ionare a sistemului. Producerea brusc a unui deficit de putere sunt sesizate de sc derea frecven ei i pot fi înl turate prin deconectarea unor consumatori. Dup o injectare suplimentar de putere în sistem, o dat cu revenirea frecven ei sistemul de automatizare trebuie s permit reanclan area automat a consumatorilor anterior declan a i. Elementul caracteristic al schemei electrice de automatizare este releul de frecven reglat la o frecven de revenire mai mic decât cea nominal . La cre terea consumului de putere din sistem, frecven a scade i când aceasta devine mai mic decât frecven a de reglaj a releului de frecven acesta comand declan area unor consumatori în ordinea invers a importan ei lor. Ca urmare a deconect rii acestor consumatori frecven a în sistem î i revine dar cât timp este mai mic decât o nou valoare de reglaj consumatorii r mân deconecta i. Injectarea suplimentar de putere în re ea, comandat de dispecer, comand reanclan area consumatorilor anterior declan a i. Astfel sistemul D.A.S.F. asigur stabilitatea sistemului energetic. 5.5.4. Desc rcarea Automat a Sarcinii la sc derea Tensiunii (DASU) Spre deosebire de sc derea frecven ei care constituie un criteriu sigur al deficitului de putere activ din sistem, sc derea tensiunii din re ea poate fi provocat i de defecte cu caracter local (scurtcircuite) care se elimin prin ac ionarea temporizat a protec iilor i nu necesit sacrificii de consumatori. Posibilitatea interpret rii gre ite a sc derii tensiunii i efectuarea din acest motiv a unor sacrificii de consumatori care nu sunt necesare, constituie principala dificultate în realizarea desc rc rii automate a sarcinii la sc derea 244

tensiunii. Schema D.A.S.U. cuprinde trei relee minimale de tensiune i un releu special capabil s sesizeze existen a componentelor de tensiune invers în re ea. În func ionarea normal , tensiunea aplicat releelor minimale de tensiune este mai mare decât o valoare reglat . La sc derea tensiunii din re ea sub valoarea de reglaj, ca urmare a cre terii consumului de putere activ în re ea, releele minimale de tensiune comanda declan area consumatorilor în ordinea invers a importan ei lor. Comanda de reanclan are a consumatorilor se d numai dup o injec ie suplimentar de putere în re ea. În cazul unui scurtcircuit pe una din liniile din sistem, defect ce va fi eliminat selectiv de protec ia aferent , in re ea apare o sc dere a tensiunii ce poate conduce la o declan are nedorit a unor consumatori. De aceea schema de automatizare este prev zut cu un releu capabil s sesizeze existen a componentelor de tensiune invers din re ea, ce înso esc scurtcircuitele. Dac dup o temporizare, tensiunea din sistem i-a revenit la valoarea normal (peste valoarea de reglaj a releelor minimale de tensiune) acestea opresc deconectarea consumatorilor. Dac tensiunea din releu nu i-a revenit la o valoare mai mare decât cea de reglaj a releelor minimale de tensiune, fapt care denot un deficit de putere în re ea, acestea comand declan area unor consumatori pân la revenirea tensiunii în re ea la valoarea nominal . 5.6. PROTEC II NUMERICE A RE ELELOR ELECTRICE No iunea de protec ie numeric (digital ) se aplic acelor protec ii la care prelucrarea informa iei analogice se face numeric. Principial, un lan tipic de prelucrare numeric este prezentat în figura 5.31. i se compune din: filtrul analogic trece jos (FTJ), circuitele de e antionare i memorare (S&H), convertorul analog-numeric (CAN) i procesorul de date numerice (DSP). Tensiunile i curen ii din secundarele transformatoarelor TT i TC sunt adaptate prin intermediul unor circuite analogice de intrare la valorile acceptate de circuitele electronice i se aplic filtrului analogic FTJ, cu rol de filtru antialiasing. M rimea filtrat se aplic CAN prin intermediul circuitelor de e antionare i memorare. Convertorul realizeaz conversia semnalului analogic într-un cod numeric. Din acest moment prelucrarea datelor, în conformitate cu algoritmii de protec ie i automatizare specifici, se execut asupra unor semnale numerice (coduri numerice) similar opera iilor din calculatoarele electronice. 245

Figura 5.31. Schema bloc a unui sistem digital de procesare a semnalului. FTJ– filtrul analogic trece jos, S&H– circuite de e antionare i memorare, CAN– convertor analog-numeric, DSP– procesorul numeric de date. 5.6.1. Func iile protec iilor numerice a re elelor Realizarea echipamentelor de protec ie în tehnologie digital permite integrarea în cadrul unui echipament a mai multor func ii de protec ie, automatizare i m sur . În acest fel „releul de protec ie“ devine, în fapt, un „terminal de protec ie“. Un astfel de terminal de protec ie include func ii multiple de protec ie, automatizare, m sur i de comunica ie în cadrul unui sistem integrat de supraveghere-control al sta iei de transformare. Produc torii echipamentelor de protec ie pentru linii electrice, includ diverse func ii în cadrul terminalului, pe lâng func ia de baz de protec ie de distan . În continuare se vor prezenta câteva exemple de func ii implementate în cadrul unui terminal numeric de protec ie. Practic, aceste func ii se reg sesc la toate terminalele de protec ie de linie produse i de al i fabrican i de echipamente numerice de protec ie. 5.6.1.1. Func ia „protec ie de distan “ În mod normal treapta 1 a protec iei de distan este reglat la cca. 85% din impedan a liniei i, ca urmare, defecte apropiate de cap tul opus locului de montaj al protec iei de distan vor fi încadrate în treapta a doua i, deci, eliminate temporizat (de regula 0,4 - 0,5 s). Pentru a elimina rapid defectele pe întreaga lungime a liniei se utilizeaz func ia de teleprotec ie. Terminalul permite alegerea mai multor scheme tip de teleprotec ie, între care i a a 246

numita schem permisiv de teleprotec ie. Func ia de teleprotec ie este corelat cu func ionarea echipamentului de înalt frecven (I.F.). Echipamentul de I.F. asigur transmiterea unui impuls (materializat prin închiderea unui contact de releu) de la i spre cap tul opus al liniei. Acest impuls se utilizeaz în schema permisiv de teleprotec ie.

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotec ie Func ionarea schemei se poate urm ri în figura 5.32., unde se exemplific prin LEA 400 kV Sibiu - Mintia. Fie un defect situat in apropierea sta iei Mintia. Protec ia de distan din Mintia va încadra defectul în treapta 1 (zona ZM1- reglaj Z1’) i va emite un impuls prin intermediul instala iei de I.F. (IMP-ZM1). Protec ia de distan din sta ia Sibiu Sud va încadra defectul în treapta 2 (zona ZM2- reglaj Z2) i, ca urmare, tinde s declan eze temporizat în treapta a doua. Dar, la recep ia semnalului din Mintia (care se aplic intr rii logice IMP-CR) i cu verificarea încadr rii în zona ZM2, va comanda declan area rapid a întrerup torului. Astfel, defectul este eliminat rapid, indiferent unde este situat pe linie. 5.6.1.2. Func ia de supraveghere a circuitelor de m sur de tensiune Lipsa tensiunii alternative de m sur poate conduce la ac ionarea incorect a protec iei de distan . Pentru prevenirea ac ion rii, terminalul de protec ie REL-521 are inclus aceast func ie, adesea denumit i func ie de blocaj la dispari ia tensiunii alternative. Activarea func iei conduce la blocarea func iilor de protec ie care utilizeaz tensiuni alternative i anume: func ia de protec ie de distan , func ia de protec ie maximal de tensiune i

247

func ia de semnalizare pierdere tensiune. Func ia ac ioneaz în logica ‘SAU’ în dou situa ii: – declan area USOL de protec ie a circuitelor de m sur tensiune alternativ ; – la sesizarea unei valori semnificative a tensiunii homopolare i f r curent homopolar; Activarea func iei conduce la blocarea instantanee a protec iilor care utilizeaz m sura tensiunii. 5.6.1.3. Func ia de accelerare a protec iei la conectarea pe defect Func ia de accelerare a protec iei la conectarea pe defect (in englez , Switch-OnTo-Fault - SOTF) este destinat declan rii rapide a defectelor, de pe întreaga lungime a liniei, la punerea sub tensiune a liniei. Este o func ie de protec ie nedirec ionat , zona protec iei de distan care produce declan area putând fi selectat . Func ia se activeaz fie extern prin intermediul unui contact al releului de copiere a comenzii manuale de conectarea întrerup torului, fie intern. Dup activare, zona aleas (de exemplu, zona 4-ZM4) poate emite instantaneu impuls de declan are. Func ia de accelerare este men inut pentru un interval de timp t=1s dup îndeplinirea condi iei de activare. Activarea intern a func iei se bazeaz pe controlul tensiunilor i curen ilor de faz . Condi ia de activare intern este ob inut într-o schem logic ‘SI’ din urm toarele condi ii: · cel pu in o tensiune de faz este sc zut ; · curentul corespunz tor de faz este sub pragul de 10%; · zona selectat (de exemplu ZM4) NU sesizeaz un defect; Dac toate condi iile de mai sus sunt îndeplinite un interval de timp de cel pu in 200ms, atunci se activeaz condi ia intern . 5.6.1.4. Func ia de protec ie maximal de curent instantanee Func ia de protec ie maximal de curent, nedirec ionat , instantanee asigur eliminarea rapid (t < 15 ms) a scurtcircuitelor înso ite de valori mari ale intensit ii curen ilor. Func ia este realizat în logica ‘SAU’ pentru fiecare curent de faz . Astfel, la dep irea valorii reglate a curentului pe una sau mai multe faze se comand declan area instantanee a întrerup torului. Func ia poate fi utilizat în acele cazuri în care se poate stabili un reglaj corespunz tor, astfel încât ac ionarea s se produc numai la defect în zona protejat , având în vedere c protec ia maximal este nedirec ionat i netemporizat 248

5.6.1.5. Func ia de protec ie homopolar de curent direc ionat În cazul defectelor monofazate valoarea rezisten ei de defect variaz în limite largi în func ie de condi iile din re ea, de distan pân la locul de defect i de valoarea rezisten ei de trecere la locul de defect. Pot exista cazuri în care valoarea rezisten ei de defect m surat de protec ia de distan este mai mare decât rezisten a care poate fi acoperit de caracteristica de ac ionare a protec iei de distan . Pentru eliminarea unor astfel de defecte cu rezisten mare de defect se utilizeaz protec ia maximal de curent homopolar direc ionat . Defectele cu p mântul pot fi sesizate prin m surarea curentului homopolar. Direc ionarea protec iei se ob ine prin utilizarea tensiunii homopolare aplicate releului de la filtrul exterior de tensiune homopolar . Defectul este considerat în fa , dac este îndeplinit condi ia: unde:

3I0 ⋅ cos(650 − ϕ) ≥ 3I0 D

(5.2.)

3I0 = curentul de nul (I0 este curentul homopolar); ϕ = unghiul de defazaj între 3I0 si -3U0 (U0 este tensiunea homopolar ); 3I0D = valoarea de ac ionare reglat . Ac ionarea la declan are a protec iei homopolare direc ionate este, de regul , temporizat , având în vedere reglajul redus al curentului de ac ionare (valori tipice de 0,1 - 0,3In). 5.6.1.6. Func ia de locator de defecte Func ia de locator de defecte inclus terminalului de protec ie de linie REL-521 asigur m surarea i indicarea cu precizie ridicat e < ±3%) a distan ei pân la locul de defect. Algoritmul utilizat elimin influen a curentului de sarcin , a supraaliment rii de la cap tul opus i mic oreaz influen a rezisten ei de trecere la locul de defect. Distan a pân la locul de defect poate fi indicat în procente din lungimea liniei sau în km. Principial, algoritmul locatorului de defecte se bazeaz pe valorile tensiunilor i intensit ii curen ilor m surate la locul de montaj al terminalului. Pornind de la schema de principiu a unei linii electrice cu surse la ambele capete, prezentat în figura 5.33, se pot deduce urm toarele ecua ii, în baza schemei electrice echivalente din figura 5.34.: 249

Figura 5.33. Schema de principiu a liniei electrice cu dubl alimentare

Figura 5.34. Schema electric echivalent a liniei electrice cu dubl alimentare VJ = m ⋅ Z1L ⋅ I J + R f ⋅ (I J + I K ) Z M = m ⋅ Z1L + R f ⋅ 1 +

unde:

ZM =

VJ Ij

IK IJ

(5.3.)

(5.4.)

este impedan a m surat . Distribu ia curen ilor pe cele dou ramuri (spre sursa J, respectiv sursa K) se deduce utilizând ecua iile:

250

IK = If ⋅ IJ =

m ⋅ Z1L + Z J Z J + Z1L + Z K

(1 − m ) ⋅ Z1L + Z K

(5.5.)

Z J + Z1L + Z K

Iar raportul IK/IJ devine: m ⋅ Z1L + Z J IK = I J (1 − m ) ⋅ Z1L + Z K

(5.6.)

Introducând rezultatul din rela ia 5.5. în rela ia 5.3. se ob ine: Z M = m ⋅ Z 1L + R f

Z J + Z1L + Z K (1 − m ) ⋅ Z1l + Z K

(5.7.)

Ecua ia 5.7. este, de fapt, o ecua ie de gradul doi în m, care se poate rescrie în modul urm tor: m 2 − Z 1L ⋅ 1 +

ZM + ZK Z 1L

⋅ m + ZM ⋅ 1+

Z + ZJ + ZK ZK − R f 1L =0 Z 1L Z12L

(5.8.)

Examinând rela iile de mai sus, se pot desprinde câteva observa ii: a) în rela ia (5.7.) factorul de multiplicare al rezisten ei Rf este un num r complex i, ca urmare, rezisten a “v zut ” de releu este, de fapt, o impedan , chiar dac rezisten a la locul de defect este pur ohmic ; b) aceast impedan aparent m surat de releu reprezint principalul factor de eroare în estimarea distan ei pân la locul de defect, în special pentru algoritmii care se bazeaz pe estimarea reactan ei sau impedan ei de defect; c) ecua ia (3.5) se poate descompune în dou componente, cea con inând termeni reali i cea con inând termenii imaginari. Separând ecua ia (3.6) în cele dou componente se ob ine succesiv: m 2 − m ⋅ Ax + Bx − R f ⋅ Cx = 0 m ⋅ Ay − By + R f ⋅ Cy = 0

Unde: A = Ax + jAy =

Z1L + ZM + ZK Z1L

(5.9.)

(5.10)

251

ZM (Z1L + ZK ) Z1L Z + Z1L + ZK C = Cx + jCy = J Z1L ⋅ Z1L B = Bx + jBy =

(5.11.)

Eliminând acum Rf din sistemul de ecua ii (5.9.), se ob ine: m2 − α ⋅ m + β = 0

(5.12.)

cu dou solu ii din care numai una corect : m1 =

unde s-au notat:

α + α2 − 4 ⋅ β 2

α − α 2 − 4β m2 = 2 Cx Cy Bx Cx β= − By Cy Cy

(5.13.)

α = Ax − Ay

(5.14.)

În acest fel se poate determina distan a pân la locul de defect cu o precizie global de 3 %. 5.6.1.7. Func ia de înregistrator secven ial de evenimente Func ia este utilizat pentru o analiz obiectiv a evenimentelor. În cadrul func iei de raportare evenimente sunt cuprinse: – func ia de informare general asupra evenimentelor; – indica iile oferite de afi ajul local; – înregistratorul de evenimente; –indica ia locatorului de defecte; – valorile m surate ale tensiunilor i curen ilor înainte de defect i pe durata defectului; – func ia osciloperturbograf local. Raportul de evenimente permite memorarea a pân la 10 evenimente în memorii nevolatile. În acest fel, informa ia memorat nu se pierde chiar la dispari ia tensiunii continue de alimentare. Raportul de evenimente are alocat o zon de memorie limitat la maxim 10s de înregistrare pentru 10 m rimi analogice i 48 semnale binare (de tip contact) 252

5.6.1.8. Func ia RAR Func ia RAR este inclus terminalului i poate asigura regimurile: RAR-M, RAR-M+T sau RAR-T cu pân la patru cicluri. Pentru liniile de înalt tensiune se utilizeaz RAR cu un singur ciclu i, de regul , numai regimul RAR-M. Modul în care terminalul de protec ie REL-521 rezolv logica RAR se poate urm ri în figura 5.35. Astfel, în cazul unui defect monofazat persistent, dup momentul t0 al apari iei defectului, protec ia comand declan area la momentul t1. Acest mo-ment marcheaz i începerea pauzei de RAR monofazat reglate. Intervalul t1-t2 reprezint timpul de deschidere al întrerup torului I, iar momentul t3 marcheaz stingerea arcului în camera de stingere a întrerup torului i deschiderea contactelor. Din acest moment începe pauza de RAR necesar deioniz rii mediului la locul de defect.

Figura 5.35. Schema logic pentru func ia de R.A.R. Protec ia revine la momentul t4. La expirarea pauzei RAR-M reglate, în momentul t5 func ia RAR emite impuls de reanclan are care este executat de întrerup tor la momentul t6. Din momentul t5 începe pauza de blocaj RAR (de regul 10s) care încheie ciclul de RAR Reanclan area se produce pe defectul persistent, astfel încât la t7 253

protec ia emite un nou impuls de declan are care este executat de întrerup tor la momentul t8, protec ia revenind la t9. Prin t10 s-a marcat momentul revenirii din pauza de blocaj a func iei RAR. Dup expirarea pauzei de blocaj, func ia RAR este gata pentru un nou defect. Durata pauzei de RAR, durata impulsului de reanclan are i durata pauzei de blocaj RAR se pot regla independent i într-o gam larg de valori. 5.6.1.9. Func ia de protec ie maximal de tensiune Protec ia maximal de tensiune asigur declan area întrerup torului în cazul func ion rii sistemului energetic cu nivele ridicate de tensiune. Func ia supravegheaz toate tensiunile de faz i, dac cel pu in una dintre acestea este mai mare decât pragul reglat, cu o temporizare reglat , se emite impuls de declan are. 5.6.1.10. Func ii de supraveghere sistem Terminalul de protec ie REL-521 are incluse i func ii de supraveghere sistem. Din aceast categorie fac parte urm toarele func ii: – supraveghere suprasarcin de curent; – conductor rupt; – monitorizare tensiuni. Func ia de supraveghere a suprasarcinii de curent Func ia de supraveghere a suprasarcinii de curent este destinat pentru a semnaliza dep irea valorii normale a circula iei de curent. Principial, este o func ie de protec ie maximal de curent temporizat . Dac curentul de pe cel pu in o faz dep e te pragul reglat (de regul , pragul reglat coincide cu curentul nominal primar al transformatoarelor de curent), cu o temporizare reglabil , se emite un semnal de alarm . Func ia de semnalizare a ruperii unui conductor Principial, aceast func ie de protec ie este o protec ie maximal de curent de secven invers , temporizat . În acest fel, se semnalizeaz practic orice asimetrie a curen ilor din cele trei faze. Func ia de monitorizare a tensiunilor Cele trei tensiuni de faz sunt supravegheate permanent, iar în cazul lipsei tuturor tensiunilor pentru un interval de timp mai mare de 7s (temporizare fix , nereglabil ) se emite un semnal de alarm .

254

5.6.1.11. Func ia de interfa are cu operatorul Interfa a operator este alc tuit din: LED-uri (verde, galben i ro u); afi aj cu cristale lichide i tastatur ; porturi seriale de comunica ie pentru conectarea la calculator. Ecranul cu cristale lichide (LCD) ofer toate informa iile despre terminalul de protec ie de linie i permite, cu ajutorul tastaturii, introducerea reglajelor ca i executarea tuturor opera iilor de configurare. În cazul unui eveniment, ecranul se va ilumina i se vor prezenta prin defilare automat datele ultimelor dou evenimente. Toate datele oferite sunt organizate în arbore de meniuri, în a a numitele ferestre de afi are. 5.7. PROTEC IA INTEGRAT A RE ELELOR ELECTRICE Progresul realizat în domeniul electronicii digitale face ca ast zi majoritatea func iilor echipamentului secundar s poat fi implementate cu ajutorul modulelor software care ruleaz pe o platform bazat pe calculator. Unit ile func ionale men ionate mai sus sunt utilizate atât pentru controlul cât i pentru protec ia liniilor electrice. În ar au fost implementate experimental numeroase variante constructive de protec ii integrate aliniilor electrice, f r a exista pân în prezent o variant optim . Dintre cele mai noi variante de protec ii integrate existente în exploatare la noi în ar (produs în ar de firma TELECOMM S.R.L.), o variant de succes o reprezint "releul" digital DIPA 100. 5.7.1 Protec ia integrat a unei linii electrice cu releul digital DIPA 100 Releul digital de protec ie complex DIPA- 100 este un echipament care înglobeaz practic toate func iile de protec ie – automatizare necesare pentru o linie electric de 110 kV ÷ 400 kV. Prin complexitatea func iilor înglobate, DIPA-100 se situeaz în categoria terminalelor de linie, concept introdus recent, care semnific un echipament complex, ce înglobeaz atât setul de protec ii necesare pentru o linie electric , cât i automatiz rile ce iî sunt asociate. Protec ia de distan , ca element de baz , este conceput cu 6 elemente de m sur independente, care asigur eliminarea rapid , sigur i selectiv a defectelor pe linii electrice cu neutrul legat direct sau prin impedan a mic la p mânt. Echipamentul poate fi folosit de sine st t tor sau cu integrare în teleconducere, gra ie extensiei DIPA-SCADA, cu ajutorul c reia terminalul devine simultan un sistem de achizi ie de date pentru aplica ii EMS-SCADA. DIPA-100 include urm toarele func ii independente de protec ie a liniei 255

electrice: Protec ie de Distan digital PD cu urm toarele extensii: – Sistem de blocaj la pendula ii PD.BP. – Interfa a i logica de teleprotec ie PD.TLP. – Sistem de verificare-blocare la arderea siguran elor circuitelor de tensiune PD.BASU cu comutare op ional pe maximala de curent de rezerv (DIPA-MAX). – Protec ie rapid la închiderea întrerup torului pe defect (switch-on-tofault) PD.PRID. – Protec ie Homopolar Direc ionat PhDIR. – Protec ie Maximal de rezerv MAX (ca rezerv pentru DIPA-PD). – Urm toarele func ii suplimentare completeaz necesit ile de protecie/automatizare/integrare în SCADA, pentru o linie electric de 110 - 400 kV: – RAR M, T, M+T, cu verificare de condi ii RAR – Interfa a om-ma in MMI Func iile speciale i de integrare în sistemul SCADA, cuprind: –interfa a de supervizare m rimi binare/analogice i comunica ie cu sistemul –de teleconducere SCADA.miniACE, –osciloperturbograf de linie SCADA.CDR, –op ional, extensie de comand în instala ie prin SCADA, SCADA.CD, –integrare în sistemul de protec ie clasic, –func ie de m sur local (U, I, P, Q, f, Z, ϕ etc.). 5.7.2. Caracteristici tehnice generale ale DIPA 100 Echipamentul DIPA 100 poate fi integrat atât în solu ii clasice de protec ie-conducere sta ii electrice, cât i în sisteme noi, cum ar fi sistemul distribuit de teleprotec ie-teleconducere GALAXY. DIPA 100 este realizat într-o structur multiprocesor, acumulând o putere de calcul de aproximativ 48 MegaFLOPS (48 mega-opera ii în virgula mobil pe secund ) prin utilizarea tehnologiei DSP din ultima genera ie. Acest lucru a permis implementarea unor algoritmi numerici de calculare a impedan elor i a diverselor condi ii de blocare de o complexitate i de o stabilitate, care s întruneasc condi iile de siguran necesare unui astfel de echipament. Func ia de protec ie digital de distan are urm toarele caracteristici principalele : 256

–num r elemente de m surare independente i simultane: 6 ( R0, S0, T0, RS, ST, TR ); –num r zone de declan are: 5 ( fiecare zon fiind de tip poligonal) adic : –fa , spate sau nedirec ionat: 3, – demaraj direc ionat: 1, –demaraj nedirec ionat: 1; –reglaje separate pentru zona 1 (sensibilizare în corela ie cu RAR); –reglaje de compensare a rezisten ei arcului în orice trepte la detectarea unor defecte cu p mântul; –timp tipic de declan are în treapta rapid , inclusiv releul de ie ire cu contacte puternice: 25 ms; –timp maxim de declan are în treapta rapid , inclusiv releul de ie ire cu contacte puternice: 30 ms; –elementul direc ional este cu sensibilitate nelimitat (o bun comportare a direc iei la scurtcircuite cu tensiune foarte mic ); –domeniu de reglaj R, X pe fiecare treapt : 0.01 Ω - 650 Ω, în pa i de 0.01Ω reglaj temporiz ri (pentru fiecare zon ): 0 ÷ 6 s, din 10 în 10 ms; –precizia m sur torii impedan ei: ± 5 % pentru I = ( 0,5 ÷ 20 )⋅In; –precizia m sur rii temporiz rilor ±( 1%+20 ms.), pentru treglat> 30 ms; –coeficient de revenire : 5% ; –valoare minim de ac ionare în curent : 0.2 ⋅In; –blocaj la pendula ii - intern (dup criteriul dZ/dt) i/sau extern; –func ii de verificare a plauzibilit ii m rimilor m surate, realizate în timp real; –blocaj la lipsa tensiunii alternative: intern (ardere siguran e, monofazat, bifazat i trifazat )/ extern ; – posibilitatea trecerii automate pe maximala de curent în dou trepte, ca element de rezerv ; – declan are mono i trifazat ; – selectarea unei func ii de teleprotec ie; – sensibilizarea protec iei la comanda de declan are a întrerup torului din cap tul opus (accelerated underreach protection AUP); – sensibilizarea protec iei la conectare pe defect (switch on to fault). Func ia de protec ie homopolar direc ionat are urm toarele caracteristici principale: – 2 trepte independente; – precizia m sur rii temporiz rilor pentru caracteristica independent : ±(1%+20 ms.); – precizia m sur rii temporiz rilor pentru caracterisica dependent : 257

±(7.5%+50 ms); – 4 caracteristici i=f(t): normal , invers , foarte invers , extrem invers ; – curent homopolar de pornire: Ih / In = 0.1 ÷ 4, în trepte de 0.05 ÷ In; – temporizare 0 - 6 s, în trepte de 0.01 sec. pentru caracteristica independent ; – unghiul caracteristic: 1100 capacitiv. DIPA-MAX realizeaz func ia de protec ie maximal în caz de ardere siguran e pe circuitele de tensiune. Protec ia este o rezerv de urgen a protec iei de distan , în condi iile în care PD nu mai poate m sura corect impedan a Z i direc ia scurtcircuitului (PD i PhDIR sunt blocate). Func ia con ine dou relee maximale nedirec ionate cu caracteristica independent sau dependent (normal , invers , foarte invers , extrem invers ): – o maximal în dou trepte pentru curen ii de linie (R, S, T); – o maximal în dou trepte pentru curentul homopolar (R, S, T). Protec ia de supracurent I> are o caracteristic independent de timp (sec ionare de curent) cu urm toarele caracteristici: – timp minim de deconectare t = 30 ms; – temporizare 0 ÷ 10 s, în trepte de 0.01 s; –curent de pornire (pentru curen i de faz ): I> / In = 0.1 ÷ 10, în trepte de 0.05 ⋅ In; –curent de pornire (pentru curentul homopolar): Ih> / In = 0.1 ÷ 4, în trepte de 0.05 ⋅ In. Sistemul RAR realizeaz func ia de reanclan are automat rapid i are urm toarele caracteristici: – 1 ciclu RAR; – pauz de RAR 0.2 ÷ 6 s, în pa i de 0.05 s. eroarea de m sur ± 20 ms; –timp blocaj 5 ÷ 30 s, în pa i de 1 s, eroarea de m sur ± 50ms; –durat impuls anclan are 0.5 ÷ 3 s, în pa i de 0.1 s, eroarea de m sur ± 20ms. –RAR monofazat f r condi ii; – RAR mono+trifazat i trifazat cu condi ii: lips de tensiune i/sau control sincronism; – prelungirea treptei 1 la PD prin scheme flexibile multiple. Interfa a local om-ma in (MMI) permite urm toarele facilit i: – vizualizarea demarajelor (R0, S0, T0, RS, ST, TR si H); –vizualizarea treptei de declan are (1, 2, 3, 4, si 5); –vizualizare impulsurilor de declan are (R, S, T,); –vizualizarea impulsului de anclan are i a altor m rimi prin 24 led-uri cu automen inere pân la confirmarea local de c tre operator; 258

– afi area i modificarea local a parametrilor seta i ai protec iei, cu ajutorul tastaturii i afi orului LCD al echipamentului; – afi area continu a unor m rimi de regim permanent, în situa ie normal (valori tensiuni, curen i etc.) – în func ie de m sura local a m rimilor pe linie Func ia SCADA asigur func ii speciale necesare superviz rii i integr rii în sistemul de teleconducere-teleprotec ie al sta iei. Acest lucru este realizat prin compatibilizarea, din punct de vedere extern, a echipamentului DIPA-100 cu echipamentele de teleconducere ACE28S i cu cele de perturbografiere CDR, fabricate de TMM. Extensia DIPA-SCADA înglobeaz componentele SCADA.miniACE, SCADA.CDR i SCADA.CD. Interfa a de supervizare m rimi binare/analogice i comunica ii cu sistemul de teleconducere se nume te SCADA.miniACE. Aceast component con ine toate facilit ile specifice echipamentului ACE 28S, care înglobeaz , de asemenea, ca extensie, jurnalul de evenimente sintetizate de c tre DIPA în cursul func ion rii acesteia (EV). EV realizeaz func ia de înregistrator de evenimente DIPA i are urm toarele caracteristici: – memoreaz evenimentele numerice în bufferul miniACE-ului de 1024 evenimente; – rezolu ia temporal : 1 ms; – genereaz i memoreaz evenimente la: – schimbare parametri, – demaraje protec ii, – declan are, – evenimente specifice RAR/DAR, – setare timp, – ardere siguran e i revenire din defect, – schimbare de stare a unor semnaliz ri externe, – alte schimb ri de stare interne sau externe. Elementele specifice superviz rii i integr rii în SCADA, realizate cu extensia miniACE în cadrul DIPA sunt: – primele 16 intr ri numerice ale echipamentului DIPA-100 sunt citite independent i de c tre miniACE; – miniACE posed înc 16 intr ri numerice proprii, prin care se pot citi alte informa ii binare specifice liniei, altele decât cele care sunt de interes direct pentru DIPA. MiniACE asigur , totodat , i comunica ia cu nivelul ierarhic superior de teleconducere prin intermediul urm toarelor linii de comunica ie: 259

– interfa a de adaptare la "field-bus"-ul izolat galvanic, de tip bucl de curent multipunct tip TMM; – op ional, field-bus-ul poate fi de tip RS 485; viteza de comunica ie este 9600 sau 19200 baud; – op ional, interfa a de comunica ie prin fibr optic (viteza de comunica ie 9600 sau 19200 baud); – asigur comunica ia prin protocol multipunct de tip TELECOMM sau RP 570 (op ional). Func ia de teleconducere-osciloperturbografie de linie SCADA.CDR are urm toarele caracteristici : – Timp total de înregistrare: aprox. 30 s, – Timpi înregistrare, – Durata preavariei reglabil 50 ÷ 400 ms, –Durata înregistr rii tCDR reglabil 1000 ÷ 18000 ms. Se înregistreaz 8 m rimi analogice (UR, US, UT, UH, IR, IS, IT, IH) i 32 binare. Extensie de comand în instala ii prin SCADA, SCADA.CD se folose te în situa iile când din ra iuni financiare nu se justific montarea unui echipament de teleconducere de sine st t tor, care s realizeze teleconducerea liniei electrice protejat de c tre DIPA-100. Extensia SCADA poate fi completat cu modulul de comenzi în instala ii prin SCADA, SCADA.CD. Acest modul posed 8 ie iri prin releu independente de cele ale protec iei, pentru comenzi prin teleconducere, care pot fi comandate prin intermediul extensiei SCADA.miniACE. Prin introducerea acestui modul se poate realiza o protec ie i o teleconducere integrat , minimizându-se costurile de implementare a unui sistem complet digital modern. Sistemele de monitorizare i telecomand a re elelor reprezint instrumente bazate pe calculator, utilizate de dispecerii energetici pentru a-i asista în controlul func ion rii sistemelor energetice complexe. Câteva din instrumentele enumerate mai sus ar fi – sistemul EMS (Energy Management System), DMS (Distribution Management System) i SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Baza întregului e afodaj care concur la supravegherea, controlul i monitorizarea echipamentelor electrice din sta iile i re elele electrice o constituie echipamentele de achizi ie i comand (EAC).

260

5.8. SISTEME SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION În cazul concret al implement rilor de sisteme SCADA, care deservesc instala ii, re ele sau sisteme electroenergetice, întâlnim mai multe func ii de baz . Dintre acestea cele mai importante sunt: –Supravegherea i controlul de la distan al instala iilor i re elelor electroenergetice; –Alarmarea; –Analiza post avarie; –Urm rirea înc rc rii re elelor –Planificarea i urm rirea reviziilor i repara iilor 5.8.1. Func iile de baz ale sistemului SCADA Func ia fundamental a unui sistem SCADA o reprezint supravegherea i controlul de la distan al instala iilor i re elelor electroenergetice în scopul asigur rii mentenan ei i fiabilit ii acestuia. 5.8.1.1. Supravegherea i controlul de la distan În acest scop, se realizeaz : culegerea de informa ii asupra st rii sistemului energetic, prin intermediul interfe elor de achizi ie corespunz toare; transferul informa iilor c tre punctele de comand i control; comanda de la distan a proceselor electroenergetice; înregistrarea modific rilor semnificative ale procesului controlat. Opera iunile de comutare ( conectare/deconectare ) ale echipamentelor primare pot fi comandate de la distan de la un centru de control (dispecer energetic). St rile întrerup toarelor i separatoarelor, valorile m surilor de tensiuni, curen i etc. sunt permanent cunoscute la centrul de control, fiind la îndemâna dispecerului energetic. Acest lucru face s creasc eficien a opera ional la postul de dispecer, prin cre terea num rului de informa ii disponibile i prin reducerea timpilor de actualizare a acestor informa ii. Informa iile provenite de la instala iile electroenergetice pot fi grupate i dirijate c tre postul de comand sub autoritatea c ruia se g sesc aceste instala ii i de asemenea, ele pot fi utilizate pentru analizele globale ale re elelor electrice

261

5.8.1.2. Alarmarea Sistemul recunoa te st rile de func ionare necorespunz toare ale echipamentelor i re elelor electrice (suprasarcini, nivele de tensiune în afara limitelor, ac ionarea sistemelor de protec ie, modificarea nedorit a st rii întrerup toarelor i separatoarelor, etc.) i avertizeaz optic/acustic dispecerul asupra celor întâmplate realizând astfel func ia de alarmare. 5.8.1.3. Analiza post avarie Sistemul între ine un istoric al modific rii st rilor echipamentelor i re elelor electrice, punând la dispozi ia dispecerului informa iile necesare unei analize pertinente a evenimentelor petrecute. Toate evenimentele sunt memorate al turi de localizarea lor în timp si spa iu, fiind prezentate dispecerului, în general, în ordine cronologic , grupate pe categorii de instala ii. Totodat , aceste informa ii pot constitui "materia prim " pentru sisteme expert de analiz post avarie asistat de calculator, precum i pentru sisteme expert de restaurare a sistemelor electrice dup c deri (care pot asista dispecerul sau pot intra în func iune în mod automat). Informarea de ansamblu a dispecerului asupra topologiei i st rii sistemului energetic condus, prin intermediul interfe elor om-ma in (MMI: Man-Machine Interface). Func ia de interfa are cu operatorul uman este de o importan deosebit în asigurarea unei activit i eficiente a dispecerului. Sunt urm rite cu deosebire: claritatea i conciziunea prezent rii informa iilor despre procesul tehnologic condus (evitarea confuziilor), comoditatea în ob inerea informa iilor dorite, comoditatea i inconfundabilitatea comenzii c tre proces etc. Toate aceste deziderate sunt bazate pe utilizarea unei interfe e grafice puternice la postul de lucru dispecer. 5.8.1.4. Urm rirea înc rc rii re elelor În scopul optimiz rii func ion rii re elelor electrice, este memorat evolu ia circula iilor de puteri. Aceste informa ii pot fi folosite la o mai bun planificare a resurselor, precum i a schemelor re elei i a reglajelor tensiunii transformatoarelor din sistemul energetic. 5.8.1.5. Planificarea i urm rirea reviziilor i repara iilor în scopul evit rii c derilor Monitorizarea evolu iei func ion rii diferitelor echipamente ofer

262

informa ii care, analizate corespunz tor pot duce la necesitatea reviziilor/ repara iilor acestor echipamente sau instala ii. Aceast analiz poate fi asistat de sisteme expert. 5.8.2. Func ii EMS Energy Management System Constituie extinderi ale func iunilor SCADA i au utilitate mai ales la nivelul dispeceratului na ional i con ine la rândul s u func ii specifice. Controlul produc iei de energie i func iuni de planificare: În acest tip de func iuni sunt incluse: – reglajul frecven -putere; – dispecer economic; – monitorizarea costurilor de produc ie; – monitorizarea rezervelor; – planificarea tranzac iilor pe liniile de interconexiuni; – evaluarea schimburilor de energie pe termen scurt. Aplica ii legate de transportul energiei sunt gândite pentru a asista operatorul i personalul de planificare în asigurarea unei func ion ri sigure i economice ale sistemului energetic. În aceast categorie sunt incluse urm toarele func iuni: – analiza re elei în timp real, care cuprinde: –prelucrarea topologiei, –estimatorul de stare; – adaptarea parametrilor re elei; – analiza senzitivit ii re elei; – evaluarea consecin elor unor evenimente; – dispecer economic cu constrângeri de siguran ; – reparti ia tensiunilor; – analiza scurtcircuitelor. Func ii studii de analiz a re elei cuprinde: –calculul circula iilor de puteri; –circula ii de puteri optimale; –analiza consecin elor unor manevre planificate; –planificarea repara iilor; –analiza scurtcircuitelor. Simulatorul de instruire pentru dispeceri se realizeaz pentru formarea i antrenarea personalului cu func ii de dispecerat. Un simulator const din patru subsisteme i anume: – modelul sistemului energetic care simuleaz matematic comportarea 263

sistemului, inclusiv echipamentele de control i protec ie; – modelul centrului de comand i control; – subsistemul educa ional care const în instrumente software care stau la dispozi ia instructorului pentru a crea situa iile care îi folosesc în cursul procesului de instruire; – subsistemul de comunica ie care modeleaz comportarea sistemului de culegere a datelor. 5.8.3. Func ii DMS: Distribution Management System În cadrul unui sistem de distribu ie a energiei electrice, reparti ia geografic a instala iilor joac un rol foarte important. Din acest motiv, tendin a în acest domeniu este de a utiliza o structur a bazei de date care s permit ad ugarea sau înl turarea unor componente în mod interactiv, s aib o structur bazat pe reparti ia geografic i s afi eze conectivitatea pe h r ile zonei respective. Func iunile unui sistem de teleconducere a distribu iei nu sunt standardizate, dar totu i, trebuie s existe componente importante, cum ar fi: – Analiza conectivit ii. În mod obi nuit, se folosesc scheme color pe care se reprezint aceste informa ii. Se reprezint toate echipamentele de distribu ie conectate la o plecare, toate plec rile conectate la un întrerup tor într-o sta ie, precum i schema sta iei. Trebuie s fie posibil identificarea plec rilor adiacente. – Culegerea datelor. – Controlul automat al tensiunii i puterii pe fiecare plecare. Aceast func ie se utilizeaz pentru a p stra tensiunile între anumite limite, prin controlul direct asupra ploturilor transformatoarelor i prin conectarea/ deconectarea bateriilor de condensatoare. – Analiza conect rilor / deconect rilor. Prin aceast func ie se verific dac ac iunea planificat a conect rilor/deconect rilor nu va avea drept consecin o suprasarcin . Aceast func ie nu se execut în timp real. – Calculul circula iei de puteri. Acesta permite dispecerului s studieze circula iile de puteri pentru anumite zone selectate. Func ia se execut în timp real, putându-se stabili i circula iile linie cu linie. Rezultatele calculelor sunt supuse verific rii limitelor i alarm rii, similar cu valorile telem surate. – Program de analiza scurtcircuitelor. – Reducerea pierderilor. Urm re te minimizarea acestora prin controlul tensiunii i prin

264

calcularea unei topologii optime. Menirea sistemului energetic este de a produce, transporta i distribui energia electric la consumatori. Pentru a realiza aceste deziderate se impune o fiabilitate crescut atât a echipamentelor primare, cât i a echipamentelor secundare de protec ie/automatizare, inându-se cont i de factorul economic. Continua modernizare, precum i cre terea performan elor echipamentelor de protec ie sunt de real actualitate i importan pentru to i cei implica i în produc ia, transportul, distribu ia i consumul de energie. Plecând de la cuno tin ele acumulate de-a lungul timpului în activitatea de exploatare/furnizare a energiei, s-au dezvoltat echipamente diverse care pot acoperi majoritatea regimurilor de func ionare a re elelor. În acest mod, au fost realizate diferite tipuri de relee de protec ie numerice, în func ie de m rimile electrice necesar a fi supravegheate. Constatându-se c majoritatea informa iilor necesare protec iilor au surse comune de informa ii dinspre echipamentele primare, a rezultat o integrare tot mai strâns a supravegherii i controlului, a protec iei i a automatiz rii. Dezvoltarea sistemelor SCADA ( Supervizory Control And Data Aquisition ) este strâns legat de evolu ia integrat reciproc între tehnologiile primare i secundare din sta iile de transformare; ea poate fi împ r it în trei etape majore: conven ional , modern i inteligent . Evolu ia protec iilor multifunc ionale a fost condi ionat de dezvoltarea tehnologiilor de fabrica ie a echipamentelor – atât a celor primare, cât i a celor secundare. Progresul realizat în domeniul electronicii digitale a f cut posibil realizarea unit ilor multifunc ionale utilizate atât pentru control, cât i pentru protec ie. O tendin care se accentueaz din ce în ce mai mult este aceea de a integra echipamentul secundar al unei celule într-un singur dispozitiv. Etapa conven ional era caracterizat prin existen a unui num r mare de echipamente interconectate între ele prin fire conductoare – acest lucru f când ca leg turile s fie realizate dintr-un num r mare de conexiuni. În ultima vreme se constat o integrare a comunica iei între nivelul celulei i cel al sta iei, acest lucru realizându-se cu ajutorul transmisiei seriale, înlocuindu-se astfel conexiunile individuale tradi ionale pentru fiecare semnal. În viitor, introducerea conexiunii prin fibr optic între echipamentul de protec ie i cel de înalt tensiune va duce la mutarea delimit rii tradi ionale între secundar i primar. Func iile de conversie analog-digital , precum i unele func ii de procesare vor fi descentralizate i amplasate cât mai aproape de proces i vor fi integrate fizic în echipamentul primar. 265

Pentru a verifica modul de însu ire a cuno tin elor prezentate în acest capitol r spunde i pe scurt la urm toarele întreb ri: 1. De ce se impune eliminarea rapid a defectelor din instala iile electrice? 2. Clasifica i protec iile electrice dup echipamentul protejat. 3. Clasifica i protec iile electrice dup tensiunea nominal . 4. Clasifica i protec iile electrice dup tipul de defect. 5. Clasifica i protec iile electrice dup timpul de ac ionare. 6. Clasifica i protec iile electrice dup echipamentul de protec ie. 7. Clasifica i protec iile electrice dup modul de conectare în instala ie. 8. Clasifica i protec iile electrice dup modul de ac ionare asupra defectului. 9. Clasifica i protec iile electrice dup gradul de automatizare. 10. Care sunt cele mai frecvente defecte ce apar în instala iile electrice? 11. Ce tipuri de scurtcircuite cunoa te i? 12. Care este cel mai frecvent defect ce apare în func ionarea unui motor? 13. Ce asigur protec ia de suprasarcin a unui motor? 14. Ce asigur protec ia la supracuren i a unui motor? 15. Ce asigur protec ia la scurtcircuit a unui motor? 16. Ce asigur protec ia la tensiune sc zut a unui motor comandat prin contactoare? 17. Cât este reglajul releului maximal de curent de tip electromagnetic ce protejeaz un motor asincron? 18. Cum se inverseaz sensul de rota ie a unui motor asincron? 19. Cum se inverseaz sensul de rota ie a unui motor de curent continuu? 20. Ce metode de pornire a motoarelor asincrone cunoa te i? 21. Ce motoare permit pornirea stea–triunghi? 22. Care este solu ia optim din punct de vedere energetic pentru pornirea unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit? 23. Ce metode specifice de pornire a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat cunoa te i? 24. Ce tipuri de protec ii ale motoarelor sincrone cunoa te i? 25. Ce tipuri de protec ii ale generatoarelor sincrone cunoa te i? 26. Ce este un releu diferen ial? 27. Ce rol are A.D.R. în protec ia generatoarelor sincrone? 28. Ce rol au bobinele de reactan în circuitele electrice? 29. Ce defecte interne apar în transformatoarele de putere? 30. Ce defecte externe afecteaz func ionarea transformatoarelor de putere? 31. Ce asigur protec ia de gaze a unui transformator? 32. La ce transformatoare se folose te protec ia de gaze? 33. Ce protec ii electrice se folosesc la transformatoarele de putere? 34. Ce propriet i are o protec ie electric ?

266

35. Ce menire are un sistem energetic? 36. Ce p r i componente are un sistem energetic? 37. Clasifica i re elele electrice dup tensiunea nominal ? 38. Clasifica i re elele electrice dup structur ? 39. Clasifica i re elele electrice dup modul de tratare a neutrului? 40. Ce tip de protec ie se folose te la liniile electrice radiale simple? 41. Ce tip de protec ie se folose te la liniile electrice radiale complexe? 42. Ce tip de protec ie se folose te la liniile electrice cu alimentare bilateral ? 43. Care este protec ia fundamental a liniilor electrice de înalt tensiune? 44. Care este elementul caracteristic al unei protec ii de distan ? 45. Ce sisteme de automatizare a sistemului energetic cunoa te i? 46. Ce rol are sistemul R.A.R.? 47. Ce rol are sistemul A.A.R.? 48. Ce rol are sistemul D.A.S.U.? 49. Ce rol are sistemul D.A.S.F.? 50. Ce în elege i printr-o protec ie numeric ? 51. La ce se folosesc protec iile numerice? 52. Ce rol are func ia „protec ie de distan “ a unei protec ii numerice? 53. Ce rol are func ia „supravegherea circuitelor de m sur “ a unei protec ii numerice? 54. Ce rol are func ia „protec ie maximal de curent instantanee“ a unei protec ii numerice? 55. Ce rol are func ia „homopolar de curent direc ionat “ a unei protec ii numerice? 56. Ce rol are func ia „locator de defecte“ a unei protec ii numerice? 57. Ce rol are func ia „înregistrator secven ial de evenimente“ a unei protec ii numerice? 58. Ce rol are func ia „accelerarea protec ie la conectarea la defect“ a unei protec ii numerice? 59. Ce rol are func ia „R.A.R.“ a unei protec ii numerice? 60. Ce rol are func ia „protec ie maximal de tensiune“ a unei protec ii numerice? 61. Ce rol are func ia „supraveghere sistem“ a unei protec ii numerice? 62. Ce rol are func ia „interfa are cu operatorul“ a unei protec ii numerice? 63. Ce tipuri de protec ii digitale cunoa te i? 64. Ce func ii are „releul“ DIPA 100? 65. Ce în elege i prin SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION? 66. Ce func ii are sistemul SCADA? 67. Ce în elege i prin Energy Management System ? 68. Ce în elege i prin Distribution Management System?

267

69. Cine folose te sistemul D.M.S.? 70. Ce avantaje au protec iile numerice?

268

BIBLIOGRAFIE 1. Andrea P. „Electromagne i”, Editura Helicon, Timi oara, 1993. 2. Baraboi A., Adam M., Cristea I., Hnatiuc E. „Tehnici moderne de comuta ie de putere”, Editura A 92, Ia i, 1996. 3. B la iu F., Gal S., F g r an T, Vasilievici Al. „Implementarea echipamentelor digitale de protec ie i comand pentru re elele electrice”, Editura Tehnic , Bucure ti, 2000. 4. Conecini I. „Calitatea energiei electrice”,Editura Tehnic , 1997. 5. Davies T. „Protection of industrial power systems”, Editura Butterworth Heinemann, 1998. 6. Delapeta M., Deaconu S., Iag r A. „Echipamente electrice”, vol.I i II, Centrul de multiplicare al U.P.T., 2000. 7. Dele ega I., „Aparate electrice”,Litografia Universit ii Tehnice, Timioara, 1993. 8. Guzun B., Darie G., Gal S., Olovinaru D., „Centrale i re ele electrice, vol. I, II, III”, Editura MS, Sibiu, 1998. 9. Hortopan Gh., „Aparate electrice de comuta ie”, Ed. Tehnic , Bucure ti, 1993, 1996. 10. Hosch W., Hanschild W., „Izola ii de înalt tensiune în hexafluorur de sulf”, Editura Tehnic , Bucure ti, 1994. 11. Hütte, „Manualul inginerului; fundamente”, Editura Tehnica, 1995. 12. Leca M., Calistru N.C. , Mihai I., Pal C., „Protec ia sistemelor electroenergetice”, Ed. Crengu a Gâld u, Ia i 1996. 13. Moldovan L., „Echipamente electrice”, U. T. T., Timi oara, 1994. 14. Olaru O., „Protec ia sistemelor energetice”, Tipografia Universit ii „C. Brâncu i” Tg-Jiu, 1993. 15. Oprea L., Iva cu C., „Automatiz ri i protec ii prin relee în sistemele electroenergetice”, Editura Universitatea Tehnic , Timi oara, 1994. 16. Pem a C., C lin S., „Protec ia prin relee a sistemelor electrice”, Ed. Tehnic , Bucure ti, 1999. 17. Peter C., „Instala ii electrice de distribu ie”, Editura Mediamira 2000. 18. Popa I., Popa G.N., „Dispozitive electronice cu structur cablat i programat de protec ie a motoarelor asincrone trifazate de joas tensiune”, Editura Mirton, Timi oara, 2000. 19. Popescu L., „Instala ii i echipamente electrice”, Editura Alma Mater, Sibiu, 2004. 269

20. Popescu L., „Aparate electrice”, vol. II, Editura Alma Mater, Sibiu, 2003. 21. Vasilievici Al., „Aparate i echipamente electrice, vol II”, Ed. Mitricel Sârbu & Co, Sibiu, 1996. 22. ***SIEMENS, „Numerical Overcurrent Protection Relay 7SJ531”, documenta ie tehnic , 1996. 23. ***TELECOMM, „CDR – 16. 32”, Documenta ie tehnic , 1995. 24. ***TELECOMM, „DIPA – ACE”, Documenta ie tehnic , 1996.

270