Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


APARATE ELECTRICE DE MEDIE TENSIUNE

Electronica electricitate

+ Font mai mare | - Font mai mic




APARATE ELECTRICE DE MEDIE TENSIUNE

Generalitati. Caracteristici tehnice comune aparatelor de medie tensiune

Tensiunea nominala a aparatelor de comutatie de medie si inalta tensiune (separatoare, separatoare de sarcina, contactoare, intreruptoare, sigurante fuzibile) reprezinta tensiunea utilizata pentru proiectarea si dimensionarea aparatelor in conditii de functionare prescrise. Aceasta tensiune este, conform standardelor si normelor recente, egala cu tensiunea maxima de lucru la care pot functiona aparatele electrice in regim de lunga durata, fara sa se deterioreze.





In acest sens, notiunea de medie tensiune defineste intervalul cuprins intre 1 si aproximativ 35 kV, cu valori standardizate ce depind de natura aparatului, stabilindu-se in general valorile de: 1, 3, 6, 10, 15, 20, 25, 30 si 35 kV. Deoarece in acest domeniu s-au dezvoltat aparate specifice, bazate pe principii ce nu se regasesc in general la tensiuni mai inalte, s-a preferat sa se faca o delimitare intre medie si inalta tensiune, care vor fi tratate in doua capitole separate.

Se face mentiunea ca tensiunea nominala a intreruptoarelor de medie tensiune corespunde tensiunii celei mai mari in valoare efectiva, intre faze, a retelei in care este destinat a functiona aparatul si la care se refera conditiile de functionare normala a acestuia, fara a tine seama de variatiile tranzitorii si nici de variatiile temporare de tensiune in retea. Aceasta definitie se poate extinde in general si in cazul separatoarelor, sigurantelor fuzibile, bobinelor de reactanta si transformatoarelor de masura.

Curentul nominal in serviciu de durata reprezinta valoarea efectiva a curentului alternativ pe care circuitul principal al unui aparat il poate suporta timp nelimitat in conditii prescrise de utilizare si functionare.

Capacitatea de rupere reprezinta curentul prezumat (valoare efectiva), pe care un aparat de comutatie este capabil sa-l intrerupa sub o tensiune data si in conditii prescrise de utilizare si functionare. Astfel, in cazul intreruptoarelor, capacitatea nominala de rupere la scurtcircuit este curentul de scurtcircuit cel mai mare, masurat in valoare efectiva, pe care aparatul trebuie sa-l intrerupa in conditii de utilizare si functionare prescrise, intr-un circuit in care tensiunea de restabilire de frecventa industriala corespunde tensiunii nominale a aparatului, iar tensiunea tranzitorie de restabilire corespunde valorilor nominale. Pentru tensiuni mai mici decat tensiunea nominala, intreruptorul trebuie sa aiba capacitatea de rupere egala cu capacitatea sa de rupere nominala la scurtcircuit.

Puterea de rupere nominala, folosita pentru aprecierea capacitatii de rupere, este definita prin relatia:

(1)

in care: m = 1; 2 sau 3 (pentru circuite mono, bi sau trifazate);

U nf - tensiunea nominala de faza;

I r - capacitatea de rupere nominala (curentul de rupere);

Capacitatea de conectare (de inchidere) este curentul cel mai mare (valoarea de varf) pe care il poate stabili un aparat la o tensiune data. in conditiile de utilizare si functionare prescrise.

Cele mai semnificative aparate de medie tensiune sunt separatoarele, contactoarele, intreruptoarele si sigurantele fuzibile.

2. Separatoare de medie tensiune

Sunt aparate ce realizeaza comutatia circuitelor sub tensiune, dar fara curent de sarcina, destinate a separa vizibil doua parti din circuit, dintre care una aflata sub tensiune si sa asigure dupa separare o mare rezerva de izolatie. Separarea vizibila este necesara din considerente de protectie a muncii in instalatiile electrice. De aceea acestor separatoare li se impun o serie de conditii:

–  in pozitia deschis sa asigure distante de izolatie suficiente pentru a proteja impotriva electrocutarii personalului ce lucreaza pe linia decuplata. Acest deziderat se realizeaza aplicand in constructia separatoarelor principiile de coordonare a izolatiei, ceea ce se concretizeaza in faptul ca distanta de izolatie intre contactele deschise ale aceluiasi pol trebuie sa fie mai mare decat distanta de izolatie intre faze si respectiv decat distanta de izolatie intre borne si suportul metalic al separatorului;

–  sa aiba stabilitate mecanica mare, efectuand cel putin 2000 de manevre fara urma de uzura;

–  sa permita realizarea unor interblocari cand se asociaza cu intreruptoare, pentru a putea fi actionate numai atunci cand intreruptorul este in pozitia deschis.

De regula, separatoarele de medie tensiune sunt de tip interior; in cazul in care sunt de exterior trebuie sa suporte in plus solicitarile factorilor climaterici.

2.1. Principalele variante constructive

a) Separatoare de tip cutit

Se executa pentru tensiuni nominale de 10, 20, 35 kV si curenti nominali
de 200, 400, 630 si 800 A, in variante mono si tripolare, cu si fara cutite de punere la pamant.

Separatoarele de tip cutit (fig.1), cu deschidere in plan vertical, au urmatoarele parti principale: calea de curent ce constituie partea activa, suporti si biele ce constituie partile izolante si soclu, axe si manivele de actionare ce constituie partile mecanice.

Fig.1. Separatoare de tip cutit

Calea de curent este formata din bornele de racord, contactele fixe 3 si cutitul 4 ce constituie contactul mobil. Izolatoarele suport 2 sunt din portelan cu armare interioara. Partea mecanica este formata din soclul sau cadrul 1 si bielele si manivelele de actionare 5, 6 si 7. In fig.1.b este prezentata schema cinematica de actionare a separatorului. Prin forma constructiva a caii de curent, separatoarele se prezinta ca o bucla pe care fortele electrodinamice tind sa o autodeschida. Pentru a evita autodeschiderea, presiunea pe contactele amovibile se asigura cu resoarte spirale si se poate regla prin introducerea unor saibe sau prin strangerea unor piulite. Un detaliu asupra realizarii acestor contacte este prezentat in fig.2.

Fig.2. Realizarea presiunii pe contact

Pentru a evidentia distantele de izolatie necesare in cazul separatoarelor tripolare de interior se prezinta in fig.3 o schita a acestora, iar in tabelul 1 se dau principalele dimensiuni ale tipurilor constructive fabricate la Electroputere Craiova.

Tabelul 1

Tipul separatorului

Dimensiuni [mm]

Masa

[kg]

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

 

 

STI 10 kV 200400 A

630 A

800 A

 

 

STI 20 kV 200400 A

630 A

800 A

 

 

STI 35 kV 200400 A

630 A

800 A

 

 



Fig.3. Separatoare tripolare de tip cutit

b) Separatoare rotative

Aceste separatoare (fig.4) executa o miscare de rotatie in plan vertical. Izolatoarele de trecere sunt realizate din rasini avand inglobate la capete cutitele de

Fig.4. Separatoare rotative

contact fixe si sunt fixate de cadrul metalic. Actionarea izolatorului mobil se face cu ajutorul unor manete de actionare, iar la capetele lui se afla contactele mobile. In pozitia deschis, izolatorul mobil se sprijina pe un cutit de contact nelegat electric in circuit.

c) Separatoare de tip basculant

Se realizeaza cu un singur izolator basculant (fig.5) sau cu doua izolatoare basculante. Se compun din cadrul metalic 1, suportul de fixare pe stalp 2, izolatoarele suport 3, borne de racordare 4, contactul fix 5, izolator basculant 6, contactul mobil 8, legatura flexibila 9, bare articulate 10, manivele de actionare 11, limitatorul de cursa 12. Manevra de inchidere si deschidere se realizeaza prin bascularea in plan vertical a izolatorului 6. Aceste separatoare au un gabarit redus fata de separatoarele de tip cutit, nu se deschid sub actiunea fortelor electrodinamice, insa au inconvenientul unor legaturi flexibile lungi.

Fig.5. Separatoare basculante

d) Separatoare de sarcina

Sunt aparate de comutatie capabile sa deconecteze sarcina nominala dintr-un circuit si apoi, in pozitia deschis, sa asigure distanta minima de izolatie intre contactul fix si cel mobil. Separatoarele de sarcina se utilizeaza pentru: conectarea si deconectarea bateriilor de condensatoare; inlocuirea intreruptorului de putere in punctele din retea in care puterea de scurtcircuit nu depaseste 30 MVA; conectarea si deconectarea in gol a liniilor si cablurilor. Deoarece separatoarele de sarcina nu au capacitatea de a rupe curentii de scurtcircuit, ele se utilizeaza inseriate cu sigurante fuzibile de mare putere de rupere (M.P.R.).

In acest caz siguranta fuzibila va asigura protectia impotriva curentilor de scurtcircuit, iar cele de sarcina, pe langa conectarea si deconectarea curentilor nominali, va asigura (prin intermediul comenzii primite de la un releu) protectia impotriva curentilor de suprasarcina. Spre deosebire de celelalte tipuri, separatoarele de sarcina sunt prevazute cu camere de stingere. In aceasta categorie intra separatoarele de sarcina cu autocompresie, folosite la instalatiile de exterior (la caile ferate electrificate) si separatoare de tipul SPTI folosite in celulele prefabricate. Separatorul de sarcina

Fig.6. Separator de sarcina cu camera plata

cu camera plata (fig.6) se construieste pentru tensiuni de 10 si 20 kV si curenti nominali de 200 si 400 A, avand o putere de rupere de 7 MVA. In pozitia inchis curentul trece prin cutitul principal 1, iar cutitul de rupere 2 nu este in legatura electrica cu bulonul 3. La darea comenzii pentru deconectare cutitul de rupere 2 este antrenat de cutitul de lucru 1 prin intermediul resortului 5. Cand cutitul 1 paraseste calea de curent, acesta ramane inchisa prin contactele 2 si 3 pana ce cutitul de rupere 2 scapa de sub bulonul 3. Se produce o deschidere brusca si arcul format intre cutitul de rupere si bulon sufera o alungire mecanica rapida, asociata cu o alungire datorita fortelor electrodinamice si un suflaj provocat de gazele rezultate din descompunerea peretilor camerei care sunt din plexiglas. Pentru a pastra un contact intim cu arcul electric, camera de stingere este de tipul cu fanta ingusta.

2.2. Mecanisme de actionare ale separatoarelor

Actionarea separatoarelor de medie tensiune se face cu mecanisme manuale, pneumatice, sau cu inmagazinare de energie in resoarte. Aceste mecanisme pe langa necesitatea de a dezvolta cuplul activ capabil de a inchide, respectiv de a deschide separatorul, trebuie sa asigure blocarea acestuia (zavorarea) la finele cursei de deschidere, respectiv a celei de inchidere.

Mecanismele de actionare manuale de tip AM se pot realiza sub formele:

–  mecanisme de actionare de tip stanga;

–  mecanisme de actionare cu maneta;

–  mecanisme de actionare cu roti dintate.

Mecanismele de actionare de tip stanga (fig.7), folosite la separatoarele de interior, sunt formate dintr-o tija izolanta, avand lungimea functie de tensiunea normala (de la 1m la 6 kV, pana la 3 m la 35 kV), cu un disc intermediar de protectie (f 80 mm), carligul de actionare si manerul.

Mecanismele de actionare cu maneta folosite la separatoarele de interior (AMI) sunt formate din suporti lagar, axul si manivele de actionare, maneta de actionare cu maner izolant si sistemul de articulatie (fig.8). Aceste mecanisme sunt prevazute cu sistem de zavorare la capete de cursa si posibilitatea montarii unui

Fig.7. Mecanism de actionare de tip stanga

Fig.8. Mecanism de actionare cu maneta

dispozitiv de blocaj electromagnetic de tip D.B.E. Conditiile si cerintele principale pe care trebuie sa le indeplineasca aceste dispozitive sunt: sa asigure cuplul necesar pentru actionarea separatorului si cursa de actionare; sa se zavorasca la capete de cursa pentru a nu permite actionarea nedorita a separatorului; sistemul cinematic sa nu prezinte jocuri in articulatii si sa fie bine gresat. Mecanismele de actionare cu maneta de tip AME se folosesc la separatoarele de exterior si se monteaza pe stalpi de lemn sau beton, avand o constructie asemanatoare cu a celor de tip interior, prezentate in fig.8.

Mecanismele de actionare cu roti dintate (fig.9) sunt prevazute cu o carcasa in care sunt montate un ax si o roata melcata. Aceasta carcasa se monteaza pe cadrul separatorului, axul de transmisie fiind comun. Prin actionarea manetei 5 miscarea de rotatie se transmite unui sistem melc 2, roata melcata 1, care actioneaza printr-o tija un sertar 4 legat solidar cu un sector 6 care produce actionarea separatorului.

Mecanismele de actionare pneumatica de tip AP (fig.10) folosite la separatoarele de interior, sunt formate dintr-un cilindru 1 cu racordurile de aer comprimat 2, un piston cu dublu efect prevazut cu segmenti 3, axul de actionare 4, care se roteste la patrunderea rolei 5, provocand actionarea separatorului. Dispozitivul

Fig.9. Mecanism de actionare cu roti dintate

Fig. Mecanism de actionare AP

este prevazut cu zavorare mecanica la capetele de cursa impotriva actionarilor nedorite. Pe racordurile 2 se monteaza electrovalve ce permit patrunderea aerului comprimat pe de o parte si esaparea in atmosfera a aerului din cealalta parte a cilindrului. Aceste dispozitive functioneaza la o presiune de 4, 5 atmosfere avand o functionare sigura, sunt simple si usor de intretinut.

3. Contactoare de medie tensiune

Contactoarele de medie tensiune indeplinesc acelasi rol ca si cele de joasa tensiune; ele se construiesc pentru tensiuni nominale pana la 10 kV si curenti nominali pana la 1 kA, avand puteri de rupere ce nu depasesc 20 MVA. Aceste contactoare se utilizeaza pentru comanda motoarelor asincrone si sincrone, a cuptoarelor electrice si a bateriilor de condensatoare. Protectia circuitelor in care functioneaza contactoarele de medie tensiune se realizeaza cu sigurante fuzibile impotriva scurtcircuitelor si cu relee termobimetalice impotriva suprasarcinilor. Contactoarele de MT permit, fata de intreruptoarele de MT, o functionare cu o frecventa de conectare mult sporita ( 150 conectari / ora).

3.1. Contactoare de medie tensiune cu suflaj magnetic

La aceste aparate arcul electric sufera o alungire apreciabila datorita suflajului magnetic. Principiul folosit la stingerea arcului electric este principiul de ion asociat cu suflaj magnetic. Forma constructiva a unui contactor cu suflaj magnetic (de tip Solenarc) este prezentata in fig.6.30.

Dintre constructiile romanesti amintim contactorul de medie tensiune de tip CAM 6/100, destinat pornirii, opririi si inversarii de sens a motoarelor de curent alternativ. Contactorul foloseste pentru stingerea arcului electric principiul alungirii arcului prin suflaj magnetic si al introducerii acestuia intre peretii reci ai camerei de stingere. Se construieste pentru clasa de izolatie de 7,2 kV si curenti nominali de 10, 20, 30, 45, 63, 75 si 100 A. Inchiderea contactorului este comandata de un electromagnet de actionare de curent continuu. Pentru a micsora consumul de energie in pozitia inchis, un contact auxiliar al contactorului inseriaza cu bobina electro­magnetului o rezistenta economizoare. Deschiderea se face prin intreruperea alimentarii electromagnetului, voit sau sub actiunea protectiilor prin relee, ceea ce conduce la eliberarea armaturii electromagnetului. Din prezentarea principiilor de stingere a arcului electric utilizate la acest contactor, rezulta ca arcul se stinge prin alungire, racire si deionizare.

Avantajele acestor contactoare constau in faptul ca nu prezinta pericol de explozie sau incendiu, contactele au uzura redusa, fiind utile in instalatiile cu frecvente ridicate de manevrare. In plus, nu necesita acumularea sau depozitarea in rezervare a unor medii lichide sau gazoase.

3.2. Contactoare de medie tensiune in vid

Principiul vidului avansat constituie solutia de viitor pentru medie tensiune. Aparatele bazate pe acest principiu pot fi utilizate pentru comutarea atat a circuitelor cu sarcini inductive, cum sunt motoarele de inductie, cat si a celor capacitive, cum sunt bateriile de condensatoare. De asemenea, avand in vedere faptul ca arcul se dezvolta intr-o incinta inchisa, contactoarele in vid pot fi folosite in medii cu pericol de explozie (intreprinderi miniere sau chimice).

In fig.11 se prezinta schematic un contactor in vid in pozitia deschis, asigurata de resoartele antagoniste 2. Pentru actionare se excita bobina electro­magnetului 1, ceea ce determina rotatia parghiei 4 in jurul axului . In acest fel contactul mobil se inchide peste cel fix, asigurand continuitatea circuitului electric de la A la B. In interiorul incintei 3, unde se afla contactele, este realizat vidul, astfel ca stingerea arcului se produce rapid. Pentru deschiderea contactorului se opreste alimentarea bobinei electromagnetului 1 si resoartele 2 produc o deschidere cu o viteza de aproximativ 0,3 m/s.

Fig.11. Contactor de medie tensiune in vid

4. Intreruptoare de medie tensiune

Intreruptorul de putere de medie tensiune este un aparat de comutatie destinat sa stabileasca, sa suporte si sa intrerupa curentii nominali de serviciu, de asemenea sa stabileasca, sa suporte o durata determinata si sa intrerupa curentii de suprasarcina, respectiv cei de scurtcircuit.

In functie de principiul de stingere utilizat si respectiv de natura mediului in care are loc stingerea arcului electric, intreruptoarele de medie tensiune se clasifica in urmatoarele categorii:

–  Intreruptoare cu ulei mult, la care uleiul mineral indeplineste atat rolul de mediu de stingere al arcului electric de comutatie, cat si pe cel de mediu de izolatie intre piesele metalice aflate la tensiuni diferite. Avand dezavantajul utilizarii unei cantitati mari de ulei (de ordinul tonelor), aceste tipuri de intreruptoare sunt practic putin utilizate;

–  Intreruptoare cu ulei putin, care folosesc uleiul numai ca mediu de stingere, izolatia dintre piesele metalice aflate la tensiuni diferite asigurandu-se prin materiale dielectrice solide;

–  Intreruptoare in vid, care folosesc ca principiu de stingere difuziunea rapida in vidul avansat din interiorul camerei de stingere a purtatorilor de sarcina electrica din coloana arcului de comutatie. Datorita distantelor mici intre contacte, asigura timpi redusi de actionare. Avand o mare siguranta in functionare si un gabarit mult mai mic decat al celorlalte intreruptoare, se recomanda ca solutie pentru media tensiune;

–  Intreruptoare cu aer comprimat, care folosesc aerul comprimat atat ca mediu de stingere al arcului electric cat si pentru obtinerea energiei necesare deplasarii pieselor intreruptorului in timpul inchiderii sau deschiderii acestuia;

–  Intreruptoare cu hexafluorura de sulf  SF , ce asigura performante ridicate in ce priveste capacitatea de rupere, siguranta in functionare, eliminarea pericolului de incendiu si explozie, cat si reducerea gabaritului. Desi se recomanda in special la intreruptoarele de inalta tensiune, incep sa fie utilizate si in gama mediei tensiuni.

4.1. Intreruptoare de medie tensiune cu ulei putin

Constructia intreruptoarelor cu ulei putin a inceput in jurul anului 1930, din necesitatea realizarii unui intreruptor cu ulei care sa nu aiba dezavantajele intreruptoarelor cu ulei mult. Deoarece la aceste intreruptoare uleiul electrotehnic este utilizat numai ca mediu de stingere al arcului de comutatie, volumul de ulei va fi mult mai mic decat cel utilizat la intreruptoarele cu ulei mult.

In instalatiile noastre de medie tensiune predomina intreruptoarele cu ulei putin datorita avantajelor lor si anume: constructie simpla, cantitate de ulei mica, greutate redusa, gabarit mic, revizie usoara, posibilitatea de construire in serii unitare pentru interior si exterior etc. Principalele lor dezavantaje sunt: pericol de explozie si incendiu, putere de rupere limitata, revizie frecventa a camerelor de stingere, dificultati de functionare in ciclu R.A.R , dificultati la temperaturi reduse.

Aceste intreruptoare folosesc principiul expandarii si al jetului de ulei in scopul racirii si stingerii arcului electric. In structura generala a unui intreruptor cu ulei putin se disting urmatoarele trei compartimente: compartimentul mecanismului biela manivela (carterul inferior), utilizat pentru actionarea tijei contactelor mobile; camera de stingere si compartimentul de egalizare a presiunii (carterul superior). Acesta din urma este in legatura cu exteriorul prin intermediul unui mic orificiu, gazele ionizate fiind racite inainte de iesirea in atmosfera. In acest compartiment se face si separarea uleiului antrenat odata cu gazele, dupa o deconectare.

Intreruptoarele cu ulei putin fabricate la noi in tara de Electroputere Craiova se realizeaza sub forma intreruptoarelor de tip IO (intreruptoare ortojectoare) si de tip IUP.

Intreruptoarele ortojectoare (IO) sunt intreruptoare tripolare pentru clasele de izolatie 12; 17,5; 24 kV si curenti nominali 630, 1250, 2500 si 4000 A. Cei trei poli ai acestora sunt independent montati pe un sasiu comun. Polul unui intreruptor de tip IO (fig.12) include elementele esentiale ale intreruptorului si anume:

–  calea de curent, compusa din borna superioara 5, contactul fix superior 11, tija contactului mobil 14, contactul inferior 3 si borna de curent inferioara 2;

–  elementele pentru stingerea arcului electric, formate din camera de stingere 13, camera de detenta 7, carterul superior 23, varful de contact (sinterizat Cu-W) 4;

–  elemente de izolare ca: tija izolanta a contactului mobil 15, cilindrul izolant 12, piesa de ghidare a miscarii tijei mobile 24, cilindrii distantori electroizolanti 25, capac izolant 22;

–  elemente legate de prezenta uleiului ca: buson de umplere 6, supapa de securitate 8, garnitura vizorului nivelului de ulei 9, vizorul nivelului de ulei 10, garnitura busonului de golire 19, busonul de golire 1;

–  carterul inferior 17, impreuna cu cilindrul izolant 12, fixate prin garnitura 16, formand elementele de rezistenta mecanica a polului, preiau reactiile mecanice care apar in elementele lantului cinematic la transmiterea energiei de la mecanismul de actionare la contactul mobil.

Manevrele de inchidere si deschidere au loc prin deplasarea simultana in sus respectiv in jos a contactelor mobile ale celor trei poli. Energia necesara in acest scop este furnizata de mecanismul de actionare. Stingerea arcului electric are loc in camera de stingere pe principiul clasic al intreruptoarelor cu ulei putin, prin autosuflaj transversal si longitudinal de gaze si ulei.

Fig.12. Polul unui intreruptor IO

Intreruptoarele de tipul IUP sunt intreruptoare tripolare pentru clasele de izolatie de 12 si 24 kV si curenti nominali 630 si 1000 A. Cei doi poli ai acestora sunt formati fiecare dintr-un ansamblu cuva metalica asezat prin intermediul a doua izolatoare suport pe acelasi sasiu.

Fig.13. Intreruptor de tip IUP-M

Contactele mobile sunt solidare cu axul lor comun prin intermediul unui sistem izolat biela - manivela. Manevrele de inchidere si deschidere au loc prin deplasarea simultana in jos, respectiv in sus, a contactelor mobile ale celor trei poli. Energia necesara pentru actionare este furnizata de mecanismul de actionare. In fig.13 este reprezentat schematic intreruptorul IUP-M de 10 si 20 kV, curenti nominali 630, 1000 A (M-modernizat). Intreruptorul este format din cele trei cuve metalice K , care cuprind camerele de stingere C s construite din materiale stratificate (prespan), in care stingerea arcului se produce pe principiul jetului transversal. Izolatia fata de masa este asigurata de izolatoarele I , I si I , iar dintre bornele de intrare si iesire b s si b i de izolatorul I , tubul izolant T si aer. Controlul nivelului uleiului se face cu indicatorul N u , umplerea prin busonul b u , iar golirea prin busonul b . Mecanismul de actionare MA poate fi cu acumulare de energie in resoarte sau pneumatic. Intre mecanismul de actionare MA si contactele mobile C m se afla un sistem de parghii ce formeaza mecanismul de transmisie. Pentru a asigura deschiderea rapida a contactelor se foloseste si energia resoartelor R , iar pentru amortizare se folosesc amortizoarele A i (la inchidere) si A d (la deschidere). Calea de curent pe o faza cuprinde borna inferioara b i , contactul fix C f , contactul mobil C contactul glisant C g si borna superioara b



In fig.13.b este prezentata in sectiune cuva K impreuna cu camera de stingere C s , cu suflaj transversal. Cand contactul mobil C m depaseste contactul fix C , arcul electric descompune si vaporizeaza uleiul, formand o bula de gaze; presiunea creste, se transmite pe traseul s la perna de aer p , pe care o comprima inmagazinand energie pana ce tija contactului mobil depaseste succesiv orificiile transversale ale camerei. Prin deschiderea acestor canale 1, 2 si 3 se determina detenta pernei p care provoaca un suflaj transversal al carui efect depinde de cantitatea de gaze formate. Gazele si vaporii de ulei urmeaza traseul s , trec in camera de detenta C d , unde prin racire se separa uleiul de gaze. Uleiul se intoarce intr-un compartiment auxiliar al cuvei din care prin ventilul cu sens unic V revine in compartimentul principal, iar gazele se esapeaza in atmosfera. In cazul curentilor mici arcul electric se alungeste in zona buzunarelor (fig.13.c) catre care este impins uleiul in perioada de formare a gazelor. Cand curentul trece prin zero, presiunea in coloana arcului scade mult, uleiul tinde sa revina in zona centrala, favorizand deionizarea arcului.

4.2. Intreruptoare de medie tensiune in vid

Aceste functioneaza autonom (fara fluide si instalatii auxiliare), cu cheltuieli reduse de exploatare fiind capabile sa deconecteze atat curenti mici inductivi cat si sarcinile capacitive, avand performante superioare celorlalte tipuri de intreruptoare de MT prezentate anterior. Spre deosebire de contactorul in vid , intreruptorul in vid este mentinut in pozitia inchis printr-un sistem de zavorare mecanica cu clichet.

Forma constructiva a ansamblului unui asemenea intreruptor este prezentata in fig.14. Intreruptorul consta din sistemul de sustinere format din: contactele debrosabile de tip tulipa 1, suportii inferiori ai camerei de stingere 2 si 8 si carcasele izolante 3 si 11; ansamblul camerei de stingere format din: contactul fix 4, contactul mobil 6, ecranul metalic de condensare 5 si burduful metalic 7; sistemul de actionare este format din: bara izolanta 9, parghia culisanta 10, carcasa mecanismului de actionare 12, resortul de declansare 13 si resoartele de anclansare 14.

Asemenea intreruptoare se construiesc pentru tensiuni nominale Un 25 kV curenti nominali I n 2500 A si capacitati de rupere I r 50 kA

Camera de stingere a acestor intreruptoare este prezentata schematic in fig.15 si cuprinde: suportii superior, respectiv inferior ai camerei 1 si 7; contactul fix 2; contactul mobil 3; carcasa din portelan 4; ecranul metalic de condensare 5; burduful metalic 6 si sistemul de fixare al ecranului de carcasa 8.

Fig.14. Intreruptor de medie tensiune in vid

Fig.15. Camera de stingere

Principiul vidului avansat, utilizat in aceasta camera de se bazeaza pe rigiditatea dielectrica sporita la distante extrem de reduse intre contacte si dezvoltarea arcului electric in vapori metalici proveniti din eroziunea fina a elementelor de contact. Arcul electric format la separarea elementelor de contact este o plasma de vapori metalici care se dezvolta in vid avansat.

Caracteristic arcului electric in vid avansat este difuzia extrem de rapida a vaporilor metalici, care in contact cu peretii reci ai ecranului 5 se condenseaza si astfel vidul este refacut. In camera de stingere intreruperea arcului nu dureaza mai mult decat o semiperioada si ca urmare energia dezvoltata de arcul electric este relativ mica, iar incalzirea contactelor si a camerei de stingere este redusa. Aceste camere de stingere in vid au tendinta de a taia curentul din arcul electric, astfel ca stingerea arcului se poate produce inainte de trecerea curentului prin zero. De aceea, pe langa conditiile normale pe care trebuie sa le indeplineasca contactele 2 si 3, se mai cere ca din ele sa se poata dezvolta, in prezenta arcului electric, o cantitate suficienta de vapori metalici pentru a nu se produce smulgerea timpurie a curentului. Presiunea de lucru este de mbar .

Elementele de contact se realizeaza din pseudoaliaje CrCu sau WCu, in scopul eliminarii tendintei de lipire care exista la contactele realizate din metale pure conductoare. Forma constructiva a elementelor de contact este prezentata in fig.16. Taieturile realizate inclinat in suporturile pieselor de contact, la aparitia arcului electric, determina forte electrodinamice care vehiculeaza piciorul arcului electric pe suprafata circulara a elementului de contact, asa cum rezulta din fig.17. Prin aceasta solutie constructiva piciorul arcului electric devine foarte mobil pe suprafata contactului, evitand eroziunea lui. Datorita distantelor mici intre contacte, intensitatea campului electric este extrem de mare. Astfel, inainte de strapungere, la o distanta de 5 mm intre contacte intensitatea campului electric este E = 340 kV/cm, in ipoteza unui camp omogen. La asemenea intensitati ale campului electric forma, dimensiunile si gradul de prelucrare al suprafetelor de contact joaca un rol foarte important. In acest sens, asperitatile suprafetelor erodate de arcul electric constituie un factor de influenta.

Fig.16. Forma contactelor

Fig.17. Explicativa la aparitia
fortelor electrodinamice

4.3. Mecanisme de actionare ale intreruptoarelor de medie tensiune

Aceste mecanisme sunt ansambluri distincte sau incluse in intreruptoare, asigurand comutatia acestora. Ele au rolul de a transmite, in urma comenzii manuale sau electrice, energia de actionare la contactele mobile ale intreruptorului, asigurand imprimarea unei viteze prescrise.

De asemenea, mecanismele de actionare trebuie sa mentina intreruptorul blocat in pozitia deschis sau inchis, dupa caz, in toate conditiile de exploatare (vibratii, trepidatii, trecerea curentului de scurtcircuit de soc).

Din punct de vedere al modului de inmagazinare si de eliberare a energiei, mecanismele de actionare ale intreruptoarelor de medie tensiune pot fi clasificate in:

–  mecanisme de actionare cu acumulare de energie in resoarte (de tipurile constructive MR, MRL, MRI), la care prin intermediul unui ax actionat de un electromotor (sau manual cu o manivela), energia potentiala se inmagazineaza in resoartele de inchidere ale intreruptorului. La primirea comenzii de inchidere, o parte din aceasta energie este utilizata pentru inchiderea intreruptorului, iar cealalta parte serveste la armarea resortului de deschidere;

–  mecanisme de actionare cu electromagnet solenoidal (DSI), care folosesc ca sursa de acumulare a energiei in resoarte un electromagnet de curent continuu;

–  mecanisme de actionare pneumatice, care folosesc energia potentiala inmagazinata in aerul comprimat (MPI).

a) Mecanisme cu acumulare de energie in resoarte

Elementele principale ale acestor mecanisme (indiferent de tipul constructiv) sunt: sistemul de acumulare a energiei; sistemul de transmitere a energiei; sistemele de clichetare si declichetare; sistemele de semnalizare si blocaj.

Sistemul de acumulare a energiei se compune dintr-un motor electric, conectat la reteaua de tensiune operativa, ce transmite miscarea axului principal printr-un sistem de transmisie (roti dintate si lant, sau angrenaj melc-roata melcata). Acumularea energiei se face in doua resoarte, tensionate simultan in paralel (la unele tipuri acumularea se asigura intr-un singur resort). Dispozitivul permite si armarea manuala operativa a resoartelor cu ajutorul unei manivele amovibile. La aceste mecanisme acumularea de energie se realizeaza lent, iar eliberarea in mod brusc (spre exemplu la acumulare t = 5 s si la eliberare t’ = 0,1 s).

In fig.18 se prezinta schematic mecanismul cu acumulare de energie in resort de tip MRI. Axul principal are doua parti distincte: axul de armare 2, solidar permanent cu resortul de inchidere 4 si axul intreruptorului 1, solidar permanent cu resortul de deschidere 6. Aceste doua axe se pot roti independent pe durata acumularii energiei si respectiv a deschiderii, fiind solidare intre ele prin intermediul cuplei 3 numai pe durata inchiderii. Operatia de armare consta in tensionarea resortului 4 prin rotatia axului 2 in sensul din figura, iar dupa trecerea peste punctul mort superior axul este blocat in pozitia armat de catre sistemul de clichetare la inchidere 5

Fig.18. Sistemul de transmitere a energiei la mecanisme de tip MRI

In acelasi timp, prin cupla 3 se realizeaza solidarizarea axului 2 cu axul 1. Pentru inchiderea intreruptorului se actioneaza asupra clichetului 5, resortul 4 se destinde, determinand rotatia axelor 2 si 1 si tensionarea resortului de deschidere 6. La capatul operatiei de inchidere resortul 6 se afla tensionat la forta nominala, acumuland energia necesara deschiderii. In aceasta pozitie el este blocat de sistemul de clichetare la deschidere 7, iar cupla 3 realizeaza desolidarizarea axelor 1 si 2. Pentru operatia de deschidere se actioneaza asupra clichetului 7, eliberandu-se energia acumulata in resortul 6 si prin rotirea inapoi a axei 1 se deschid contactele. Aceste mecanisme sunt cu libera deschidere, deoarece exista prioritatea deschiderii fata de inchidere. Astfel, mecanismul decupleaza axa 1 de axa 2 daca se mentine o comanda de deschidere a intreruptorului si impiedica acrosajul zavorului 5 la finele cursei de armare a resortului de inchidere. Aducerea mecanismului in pozitia de inchidere este posibila numai dupa anularea cauzelor care conduc la comanda de declansare. Dispozitivul cu libera deschidere impiedica inchiderea si mentinerea intreruptorului pe scurtcircuit.

Sistemul de clichetare si declichetare cuprinde clichetele mecanice si declansatoare de tensiune pentru inchidere si deschidere.

Sistemele de semnalizare si blocaj realizeaza semnalizarea pozitiilor deschis (culoarea verde), inchis (culoarea rosie) si armat. Mecanismele de actionare sunt inchise in cutii metalice care au orificii pentru a se putea vedea semnalizarile mentionate. Pentru semnalizari electrice la distanta se prevad un numar de contacte electrice in functie de pozitia intreruptorului.

Pentru a evidentia ansamblul sistemelor mentionate, in fig.19, se prezinta un mecanism cu acumulare de energie in resoarte de tip MR-2. Acumularea de energie in resortul dublu 6 se realizeaza prin intinderea acestuia fie manual, cu manivela 7 si roata cu clichet 8, fie cu ajutorul motorului de actionare 9 si a unui sistem demultiplicator de roti dintate. Pe durata armarii resortului 6, axul primar (axul de armare) 11 efectueaza o jumatate de rotatie si dupa depasirea pozitiei de punct mort se acroseaza prin intermediul piesei de antrenare 4 pe clichetul de inchidere 5. In acest moment se realizeaza cuplarea axului primar 11 cu axul secundar (axul intreruptorului) 1.

Pentru inchiderea contactelor intreruptorului se actioneaza fie bobina B e a declansatorului de tensiune, fie butonul de actionare manuala B pe , realizandu-se declichetarea si piesa de antrenare 4, ruland pe cama fixa 2 impinge rola 3 solidar cu axul 1 realizandu-se actionarea contactelor mobile ale intreruptorului. La capatul cursei rola 3 scapa in golul camei 2, moment in care intreruptorul se afla in pozitia inchis,

Fig.19. Mecanism de tip MR-2

iar resortul de declansare, nereprezentat in figura, este armat si acrosat de galetul 3 pe clichetul In acest moment se realizeaza desolidarizarea celor doua axe 1 si 11.

Pentru deschiderea contactelor intreruptorului se actioneaza fie bobina B d a declansatorului de tensiune, fie butonul de declansare manuala B pd suprimandu-se acrosajul clichetului 10, iar sub actiunea resortului de declansare axul 1 si odata cu el rola 3 revin la pozitia initiala.

Pentru o noua actionare este necesara rearmarea mecanismului. Se face mentiunea ca, in perioada cand intreruptorul este inchis, cele doua axe 11 si 1 nefiind solidarizate, este posibil sa se realizeze rearmarea resortului 6 astfel ca aparatul sa poata efectua, dupa declansare, operatia de reanclansare automata rapida. Astfel, in momentul in care resortul 6 este destins, contacte auxiliare pun in functie motorul electric, care este deconectat automat in momentul rearmarii resoartelor 6.

b) Mecanisme cu actionare pneumatica

Aceste mecanisme de tip MPI folosesc energia aerului comprimat pentru inchiderea intreruptoarelor de tip IO, deschiderea acestora facandu-se sub actiunea unui resort. Principiul de actionare al unui mecanism de tip MPI este ilustrat in fig.20. Sistemul de acumulare de energie este format dintr-o pompa, conducta, electrovalva si rezervorul tampon 1. Sistemul de transmitere a energiei este format din cilindrul 2, pistonul 3, resortul 4 si tija contactului mobil 12.

Sistemele de clichetare si declichetare sunt formate din clichetul 6, electro­magnetul de declansare 7, electroventilul de anclansare 8, electroventilul de declansare 9 si butoanele de declansare si de anclansare 10 respectiv 11. Pentru inchiderea intreruptorului se actioneaza butonul 11 care prin intermediul contactului normal inchis

Fig.20. Mecanism de tip MPI

al electroventilului 9, alimenteaza bobina electroventilului 8, care permite patrunderea aerului comprimat din rezervorul 1 in cilindrul 2. In acest fel pistonul 3 se deplaseaza in sus comprimand resortul 4 si deplasand in sus tija 12 ce poarta contactul mobil al intreruptorului. Aerul existent pe fata superioara a pistonului 3 este eliminat in atmosfera prin orificiile 5 din cilindrul 2. La capatul cursei clichetul 6 realizeaza zavorarea tijei 12 si mentinerea intreruptorului in pozitia inchis. Dupa inchiderea intreruptorului, admisia aerului comprimat este oprita prin deschiderea butonului 11.

Deschiderea intreruptorului se realizeaza prin comanda butonului 10, care permite alimentarea in serie a bobinei electromagnetului de declansare 7 si a bobinei electroventilului de declansare 9. Prin declichetarea clichetului 6 si deschiderea spre atmosfera a electrovalvei 9, pistonul 3 este readus in pozitia initiala de resortul elicoidal 4, puternic comprimat in timpul cursei anterioare de inchidere. In acest fel se produce deschiderea contactelor intreruptorului. Se observa ca excitarea electroventilului 8 nu este posibila daca contactul auxiliar al electroventilului 9, care asigura legatura cu atmosfera, nu se afla in pozitia inchis. Astfel, inainte de o noua actionare prin butonul 11 este necesara deschiderea butonului

La aceste mecanisme admisia, evacuarea si reducerea presiunii aerului comprimat se realizeaza cu electroventile (electrovalve) de tipul cu actionare directa, sau cu releu pneumatic. Electrovalva cu actiune directa este prezentata in fig.21.



Fig.21. Electrovalva cu actiune directa

Daca Ac este aria clapetei 1, p presiunea din rezervorul tampon, p presiunea de lucru a mecanismului MPI, electromagnetul 2 trebuie sa dezvolte o forta:

(2)

deoarece trebuie sa invinga forta de comprimare a resortului antagonist 3 si frecarile in garniturile de etansare. La anularea excitatiei electromagnetului 2 este necesar ca resortul 3 sa impinga clapeta 1 pe locasul ei, invingand frecarile in garniturile de etansare.

Fig.22. Electrovalva cu releu pneumatic

Electrovalva cu releu pneumatic este schitata in fig.22. Pentru actionare se excita electrovalva pilot 1, care comanda admisia aerului din rezervorul tampon la presiunea p , in cilindrul de comanda 2 si actionand pe fata inferioara a pistonului 5 produce ridicarea acestuia si prin comprimarea resortului 3 se deschide clapeta 4. In acest fel aerul comprimat la presiunea p patrunde in mecanismul de actionare. La intreruperea alimentarii bobinei electroventilului 1, aerul comprimat din cilindrul 2 iese in atmosfera, iar resortul 3 asigura asezarea clapetei 4 pe locasul sau, asigurand astfel intreruperea alimentarii cu aer comprimat. Daca Ap este aria pistonului 5 si Ac aria clapetei principale 4, conditiile de functionare sunt:

(3)

iar daca

deci (4)

adica este necesar ca aria pistonului sa fie mai mare decat aria clapetei (vezi fig.22).

5. Sigurante fuzibile de medie (inalta) tensiune

Sigurantele fuzibile sunt aparate de comutatie cu intrerupere automata, care protejeaza circuitele electrice impotriva efectelor termice si dinamice ale curentilor de scurtcircuit si respectiv ale celor de suprasarcina. Aceste aparate sunt destinate a functiona la tensiuni nominale cuprinse in intervalul 1  35 kV, curenti nominali de la 2,5  100 A si puteri de rupere intre 300 si 700 MVA pentru circuitele de forta si 1000 MVA pentru sigurantele destinate protectiei transformatoarelor de masura.

Elementul ce realizeaza protectia este realizat de un fir sau o banda fuzibila montate in serie cu circuitul de protejat si astfel calibrate incat sa aiba cea mai mica stabilitate termica din intreg circuitul. Pana la o anumita valoare a curentului din circuit (curentul minim de topire ), elementul fuzibil nu va produce comutatia circuitului; la depasirea acestei valori, fuzibilul se topeste intrerupand astfel circuitul. Spre a proteja circuitul impotriva primului maxim al curentului de scurtcircuit (curentul de lovitura), fuzibilul trebuie sa se topeasca intr-un timp mai scurt de o semiperioada, masurat in raport cu momentul inceperii scurtcircuitului (deci mai putin de 10 s in retelele cu ); numai astfel siguranta fuzibila isi va manifesta efectul limitator, adica va intrerupe circuitul inainte ca sa fie atinsa valoarea maxima a curentului de scurtcircuit.

Prin functionarea sigurantei fuzibile se intelege intreruperea de catre aceasta a circuitului in care este montata, ca urmare a topirii elementului fuzibil si a stingerii arcului electric aparut intre picaturile de metal. Curentul nominal al elementului de inlocuire (I n) se defineste ca fiind valoare standardizata a curentului garantat de catre firma constructoare, la care elementul de inlocuire poate functiona un timp indelungat. Prin capacitatea de rupere a sigurantei fuzibile (I r) se defineste cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit pe care siguranta il poate intrerupe in conditiile prevazute de norme, fara ca elementul de inlocuire sa se distruga in timpul incercarii.

Sigurantele fuzibile sunt utilizate la protectia transformatoarelor de putere, a bateriilor de condensatoare, a motoarelor electrice de medie tensiune, a ramificatiilor de medie tensiune. Ele pot functiona in instalatiile de interior sau exterior si sunt compuse in principal din suportii sigurantelor si patronul cuprinzand firul fuzibil. Forma constructiva a sigurantelor fuzibile de interior, din seria SFI si SFIT, este prezentata in fig.23 si cuprinde: 1 - soclul sub forma de placa; 2 - suportii sigurantei, formati din izolatoare suport cu armare interioara, fiind prevazuti cu contactul fix pentru siguranta fuzibila, resortul de presiune precum si cu bornele de racord;
3 - patronul sigurantei.

Fig.23. Suportul si elementul inlocuitor al unei sigurante de MT

Cele mai eficiente sigurante de medie tensiune, din punct de vedere al efectului limitator si al puterii de rupere, sunt cele care utilizeaza ca mediu de stingere al arcului electric nisipul de cuart si au firul fuzibil realizat din argint profilat.

O sectiune prin patronul unei asemenea sigurante fuzibile de tensiune
(U n = 35 kV si I n = 40 A) este prezentata in fig.24.

Fig.24. Sectiune prin patronul unei sigurante fuzibile de MT

Firul fuzibil 7 este infasurat pe suportul ceramic 2, circuitul continuandu-se prin inelele metalice 8, bridele 9 si capacele 10, care realizeaza racordul dintre elementul de inlocuire si circuitul exterior. In paralel cu firul fuzibil 7, este montat in piesa 3 firul de alama 4, care se continua cu firul de otel tensionat de resortul 5.

Curentul derivat prin firul de alama este neinsemnat in raport cu curentul care trece prin firele de Ag. Dupa topirea firelor de argint si anularea practica a curentului, se va topi si firul de alama, aparand arcul electric in interiorul suportului ceramic. In urma topirii si a firului de otel se elibereaza indicatorul de semnalizare 6. Capacele 10 sunt armate cu ciment la capetele frontale ale anvelopei de portelan 1, iar portiunile interioare ale patronului sunt umplute cu nisip de cuart. Pentru a se reduce supratensiunile, firul fuzibil de argint se executa cu sectiune variabila continuu sau in trepte, asa cum se vede in fig.25.

Fig.25. Reprezentarea schematica a unei SF de MT

Firele fuzibile de argint (1 pana la 6) sunt legate in paralel si spiralate pe un tub ceramic. In paralel cu firele de argint se afla circuitul care are inseriate un fir ondulat de alama, un spatiu disruptiv care se strapunge la o anumita supratensiune si un fir de otel care tine comprimat resortul R de care este prins semnalizatorul S. Legarea mai multor fire fuzibile de argint in paralel a permis marirea puterii de rupere a sigurantelor fuzibile, prin marirea suprafetei de cedare a caldurii, scaderea cantitatii de metal topit si stingerea mai eficienta a arcului electric. Spre deosebire de sigurantele de joasa tensiune, la sigurantele de medie (inalta) tensiune stingerea arcului este insotita de tensiuni de restabilire cu panta apreciabila, care pot reaprinde un arc electric stabil. Utilizarea nisipului de cuart ca mediu de stingere este justificata de efectul intens de racire a coloanei de arc exercitat de catre nisip, ca urmare a structurii sale granulare si a difuziunii rapide a vaporilor metalici rezultati din topirea fuzibilului. Prin topirea firelor fuzibile si formarea de arcuri electrice intre picaturile de lichid, acestea se vaporizeaza, iar nisipul in contact cu arcul electric se sinterizeaza. In acest mod apare in locul firului fuzibil, imediat dupa topire, o 'omida de fuziune' din material sinterizat, a carei rezistenta ohmica creste foarte repede in timp, datorita racirii intense, ceea ce duce la reducerea pana la zero a curentului prin patronul fuzibil, intr-un timp mai mic de 0,01 s.

Fig.26. Supratensiunea de comutatie

Oscilograma tipica a intreruperii unui circuit, cu ajutorul unei sigurante fuzibile este data de fig.26.a, pentru curentul de scurtcircuit cu asimetrie maxima:

(5)

unde este valoarea maxima a curentului prezumat. Scriind teorema a doua a lui Kirchhoff pentru circuitul din fig.26.b. rezulta:

(6)

unde cu s-a notat caderea de tensiune la bornele elementului de inlocuire, R r rezistenta retelei si R a rezistenta arcului electric. Deoarece pana la (durata prearc), continuitatea geometrica a elementului fuzibil n-a fost intrerupta prin topire si pentru ca , rezulta ca pentru , caderea de tensiune u la bornele sigurantei fuzibile va fi foarte mica, iar curentul de scurtcircuit in functie de timp variaza dupa portiunea OA a curbei din fig.26.a. In momentul  t = t pa , cand curentul atinge valoarea i (curentul limitat), se produce intreruperea continuitatii geometrice a elementului fuzibil datorita topirii, apare omida din material sinterizat si ca urmare curentul de scurtcircuit va scadea conform curbei AB (di / dt < 0). Tensiunea la bornele sigurantei se va modifica in timp dupa expresia:

(7)

valoarea maxima fiind atinsa la t = t pa , datorita variatiei brusce a curentului. Aceasta este etapa de formare a supratensiunii de comutatie. Din oscilograma tensiunii se observa ca intreruperea continuitatii geometrice a firului fuzibil are loc in momentul cand tensiunea atinge valoarea maxima ; situatia prezentata este un caz particular, momentul t = t pa putand surveni anterior sau ulterior celui in care tensiunea sursei us atinge valoarea . Daca in (7) se neglijeaza termenul si se aproximeaza ca din momentul t t pa curentul scade liniar de la valoarea i la valoarea zero (portiunea AB se considera liniara), expresia curentului este:

(8)

relatie in care este durata de ardere a arcului. Ecuatia (7) devine:

(9)

Termenul:

(10)

reprezinta supratensiunea de comutatie si este direct proportionala cu inductivitatea retelei si cu valoarea curentului limitat si invers proportionala cu durata de ardere a arcului in siguranta fuzibila. Rezulta ca reducerea valorii supratensiunii de comutatie din siguranta se poate realiza, pentru o inductivitate data a circuitului, prin diminuarea valorii curentului limitat si prin cresterea duratei de ardere a arcului electric. Diminuarea curentului limitat se realizeaza prin efectuarea de locuri inguste intr-un material cu constanta Meyer cat mai mica (argint). Cresterea duratei arcului se obtine prin realizarea unei sectiuni variabile in lungul benzii sau firului fuzibil; datorita acestui fapt, la arderea fuzibilului, apar mai multe varfuri (valori maxime) ale supratensiunii, decalate in timp si avand valori relativ mici. Ca urmare a cresterii rapide in timp a rezistentei ohmice a omizii de fuziune, intensitatea curentului din siguranta fuzibila va scadea, atingand valoare zero la momentul (t pa + t a). In acest moment arcul electric in elementul de inlocuire (care a durat un timp t a) se va stinge, iar tensiunea la bornele patronului va urmari legea de variatie in timp a tensiunii sursei  u s Aceste considerente au condus la executia elementelor fuzibile ca in fig.27, unde se prezinta o siguranta de tip FIM destinata protectiei motoarelor de medie tensiune.

Fig.27. Modul de realizare a benzii fuzibile la sigurante
de tipul FIM

In varianta 1, elementul fuzibil se stanteaza din banda de argint, prevazandu-se istmuri (portiuni cu sectiune diminuata) din loc in loc. Istmurile se realizeaza prin stantare, decupand portiuni de la periferia benzii fuzibile (a), sau concomitent din periferia si din portiunile centrale ale acesteia (e). Pentru a reduce dimensiunile elementului, fuzibilul se indoaie din loc in loc (C - D - E, fig.27.b si c), sau se infasoara dupa o spirala inaintea introducerii in anvelopa (vezi fig.24). In zona istmurilor valoarea locala a densitatii de curent va fi mai mare, odata cu aceasta crescand si fluxul termic disipat prin efect electrocaloric in unitatea de volum () , comparativ cu valoarea sa din celelalte portiuni ale benzii. In regimul termic de lunga durata, produs de curentul nominal, respectiv la suprasarcina, drept consecinta a efectului egalizator al conductivitatii termice, diferenta dintre temperatura istmurilor si cea a portiunii benzii in care sectiunea nu este diminuata va fi neinsemnata si ca urmare la suprasarcina banda fuzibila se va topi cand temperatura ei in ansamblu va atinge pe cea de fuziune (960 la argint). Deoarece curentii de scurtcircuit determina valori foarte mari ale densitatii de curent in zona istmurilor si datorita cresterii rapide a curentului (durata foarte redusa), influenta efectului egalizator al conductivitatii termice asupra repartitiei temperaturii in lungul fuzibilului este neinsemnata si ca urmare contributia determinanta asupra topirii o va detine valoare locala a fluxului termic degajat in unitatea de volum (p) si cum aceasta este mult mai mare in zona istmurilor, de aici va incepe topirea. Practicarea mai multor istmuri in lungul benzii fuzibile este justificata de necesitatea producerii simultane a mai multor arce electrice, ceea ce va facilita stingerea acestora in elementul de inlocuire, iar pe de alta parte va diminua supratensiunea de comutatie.

Varianta 2 de realizare a benzii fuzibile (fig.27.d si e) este caracterizata
in afara de prezenta istmurilor si de prezenta unor portiuni cu aliaj eutectic
(96,5 % Sn + 3,5 % Ag), ceea ce va imbunatati comportarea elementului fuzibil la curentii de suprasarcina, ca urmare a efectului metalurgic. Acest efect consta in proprietatea unor aliaje de Sn de a dizolva metale mai greu fuzibile, atunci cand vin in contact, in stare topita, cu acestea. Deoarece temperatura de topire a aliajului eutectic este mult inferioara temperaturii de fuziune a argintului, rezulta ca la valoarea curentului de suprasarcina la care este atinsa temperatura de topire a aliajului eutectic, acesta va trece in stare lichida si va dizolva metalul invecinat, ca urmare arcul electric de intrerupere va lua nastere chiar in zona eutecticului, deoarece aici masa de metal topit formeaza un aliaj cu rezistivitate electrica mai mare comparativ cu celelalte zone ale benzii.

O varianta aparte de siguranta fuzibila o constituie cele cu expulsie (fig.28), in care elementul fuzibil de lungime redusa (maximum 5 cm) se afla in interiorul unui tub gazogen 1. Intinderea firului fuzibil se asigura prin intermediul unui fir conductor flexibil si a unui resort elicoidal.

Fig.28. Siguranta cu expulsie

La aparitia curentului de scurtcircuit se produce topirea firului fuzibil, apare arcul electric, iar tubul gazogen sub actiunea resortului 4 este smuls din contacte cu o mare viteza lungind arcul electric intre contactul fix 3 si contactul mobil 2 in interiorul tubului gazogen. Gazele la presiune ridicata faciliteaza expulzarea firului fuzibil corelata cu un suflaj longitudinal al arcului electric. Alungirea rapida a arcului electric face ca functionarea acestor sigurante sa nu fie insotita de supratensiuni periculoase. Fixarea sigurantei se face cu izolatorul 5, ce are la capete bornele de racord 6. Deoarece tubul gazogen va ocupa dupa functionarea sigurantei o pozitie rotita cu fata de cea anterioara (asigurand concomitent distanta de izolatie) acest tip de sigurante are si rol de separator. Caracteristicile sigurantelor de medie tensiune si anume caracteristica de protectie si caracteristica de limitare au aceeasi semnificatie si alura cu cele prezentate la sigurantele fuzibile de joasa tensiune.

Intreruperea curentului continuu cu sigurante fuzibile de medie tensiune ridica probleme deosebite, din cauza ca, spre deosebire de curentul alternativ, curentul continuu nu are o trecere naturala prin zero si ca urmare curentul postarc determinat prin omida de fuziune de catre tensiunea tranzitorie de restabilire, o va mentine la o temperatura ridicata, determinand astfel o conductanta electrica apreciabila a patronului fuzibil, dupa ce acesta a intrerupt arcul electric. Rezulta ca intreruperea neta a circuitului de protejat, dupa functionarea sigurantei fuzibile de medie tensiune, nu se realizeaza in curent continuu. Incercarile de a solutiona aceasta problema utilizand fire fuzibile de lungimi mari si nisip de cuart cu adaosuri de materiale gazogene ca mediu de stingere, au condus fie la obtinerea unor supratensiuni mari, fie la explozia elementului inlocuitor, datorita faptului ca la functionarea acestuia nu s-a format omida de fuziune. Solutia propusa astazi este infasurarea firului fuzibil pe un suport din material gazogen, compus din doua materiale anorganice care, prin descompunere sub actiunea arcului electric, degaja primul vapori de apa, iar al doilea bioxid de carbon. Gazele astfel formate nu pot patrunde decat transversal in omida de fuziune, prin interstitiile dintre granulele de nisip de cuart in care este inglobat suportul fuzibil, determinand o racire intensa a acesteia. Degajarea de gaze din materialul gazogen se produce cu o mica intarziere fata de momentul formarii omizii de fuziune, adica tocmai atunci cand este necesara o racire suplimentara a acesteia.







Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 3648
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site