Arcul electric de curent alternativ

Arcul electric de curent alternativ

1. Locul arcului electric in cadrul descarcarilor in gaze.

Arcul electric se caracterizeaza prin caderi de tensiune reduse si densitate mare de curent 10² 10⁷ A/cm². (ultima portiune a graficului 7.1 pg 362 Vol. 1 pct. f,g,h)

2. Caracteristicile unui arc electric de curent continuu.

- Parametrii geometrici: lungime, diametru, raza (echivalenta) [l, d, r (r₀)

- Parametrii electrici: tensiunea, curentul, caderile de potential din coloana arcului, rezistenta arcului, constanta de timp, temperatura arcului

(u, i, DU_k - la catod, DU_c - in coloana arcului, DU_a - la anod, R, t, T)

(vezi si pg. 400 Vol. 1, cap 7.4)

Este de dorit ca intre parametrii geometrici si cei electrici sa existe relatii dependente.

3. Caracteristicile unui arc electric de curent alternativ.

- Paramterii geometrici: lungimea (singura intalnita in relatiile arcului de c.a.)

- Paramterii electrici ai arcului: puterea disipata (P₀), conductanta dinamica (G_o), constanta de timp (t), valoarea de varf a curentului (I).

- Parametrii electrici ai retelei: curentul de scurtcircuit (de asimetrie maxima), tensiunea de restabilire (t.o.r.)

- Parametrii electrici ai aparatului: tensiunea de arc (u_a = tensiunea necesara arcului pentru a arde), tensiunea de tinere (u_d = viteza de crestere a rigiditatii dielectrice dintre contacte dupa stingerea arcului electric; cu alte cuvinte viteza de scadere a ionizarii in coloana arcului electric)

4. Care sunt principiile de stingere ale arcului electric ? Dati exemple de utilizare a lor.

1. Efectul de electrod (atragerea arcului electric in camera de stingere) asociat cu cel de nisa (divizarea arcului electric intre placutele camerei de stingere), ambele cumulate cu lungirea arcului electric. Exemple: intreruptorul, intreruptorul limitator, contactorul, toate de curent alternativ.

2. Efectul de expandare (lichidul, adica uleiul mineral se descompune in gaze, cea mai mare parte fiind hidrogen, care creeaza o presiune mare si care face ca moleculele gazului sa fie mai apropiate si deci sa conduca mai bine caldura arcului electric spre exterior, mai ales ca hidrogenul are conductivitatea termica de 17 ori mai mare decat a aerului) asociat cu jetul de lichid (extragerea tijei creeaza anumiti curenti de lichid care aduc ulei proaspat ce poate fi descompus in timpul arcului electric, dar si dupa stingerea arcului pentru o noua stingere a arcului). Exemple: intreruptorul cu ulei putin.

3. Deionizarea arcului electric in contact cu peretii reci ai camerei de stingere asociat cu suflajul magnetic (creearea unui camp magnetic de catre o bobina inseriata cu calea principala de curent, camp amplificat de placile feromagnetice ale camerei de stingere, care impinge arcul electric in camera de stingere pentru a intra in contact cu peretii acesteia) alaturi de lungirea puternica si rapida a arcului prin creerea unei cai in zig-zag. Exemple: contactorul (Vezi Lucrarea 10, intrebarea 5), intreruptorul limitator, ambele de curent continuu.

4. La presiune mica (vid), conform legii lui Paschen, asociata cu vaporii de metal. Exemple: toate aparatele cu comutatie in vid.

5. Deosebiri intre stingerea arcului de c.c. si c.a.

Arcul de c.c.: dupa stingere apar supratensiuni datorate inductivitatilor prin scaderea rapida a curentului.

Arcul de c.a.: dupa stingere apare tor, dar si curentul postarc.

Pentru stingerea arcului de c.a. se profita de trecerea naturala a curentului prin 0, in timp ce la c.c. se urmareste crearea unei instabilitati in arderea arcului (fortarea curentului sa treaca prin 0).

6. Care sunt parametrii arcului de curent alternativ ?

P₀, G₀, t, I, U_a = varful tensiunii de aprindere, U_s = varful tensiunii de stingere.

(Pentru cele doua varfuri vezi si pg.388-389 de la modelul Mayr, Vol.1)

7. Interpretare fizica a constantei de timp.

t = timpul in care curentul arcului electric scade de e-ori dupa ce a trecut prin 0 si nu se mai introduce energie in coloana arcului electric (modelul Mayr)

8. Explicati aparitia curentului de postarc.

Curentul de postarc circula imediat dupa trecerea prin 0 a curentului de scurtcircuit dupa o intrerupere reusita sub actiunea t.o.r. in prezenta ionizarii de rest. (vezi si pg.417, cap.7.5.3, Vol 1)

9. Ipotezele Mayr si Cassie si valabilitatea lor (c.a. si c.c.)

Mayr (utilizata in portiunea liniara a curentului, in apropierea trecerii prin 0, cand diametrul coloanei arcului este minim)

- model cilindric al arcului electric

- plasma se afla in echilibru termic

- densitatea de curent se datoreaza electronilor

- cedarea de putere se efectueaza prin conductivitatea termica catre periferia cilindrului

- cilindrul spre periferie nu mai are conductivitate electrica, temperatura plasmei fiind mai mica decat in zona centrala in care exista atat conductivitate termica cat si conductivitate electrica

- conductanta arcului (nu se anuleaza) G = K exp (1-t/t), K - o ct. = conductanta arcului dupa ce a trecut timpul t

t = intrebarea 7

- pt. c.c. rel. 7.68 pg. 387, pt. c.a. rel. 7.69 pg. 387

Cassie (se verifica experimental pentru zone de curent intens, deci in afara domeniului trecerii prin 0 a curentului)

- racirea arcului se face prin convectie (racire volumica)

- intensitatea campului electric in coloana arcului este constanta

t = timpul scurs intre momentul taierii energiei introduse si momentul anularii conductantei

- conductanta electrica (se anuleaza pentru t = t) G = K₁ Q = K₁ (Q₀ - P₀ t),

Q - energia arcului, K₁ - ct.

Pentru ambele modele:

t = Q₀ / P₀ unde: Q₀ = continutul de energie in plasma in momentul trecerii prin 0 a curentului;P₀ = put disipata,presupusa a fi constanta;t - are semnificatie diferita

10. Conditii de reamorsare a arcului electric; corelarea dintre tensiunea arcului, tensiunea oscilanta de restabilire si tensiunea de tinere.

Arcul se reaprinde daca:

- U_arc < t.o.r., adica u_a < u_r , fizic t.o.r se comporta ca o sursa de tensiune ce alimenteaza arcul ea fiind suficienta pentru mentinearea arcului care are nevoie macar de u_a. Aceasta conditie trebuie sa aiba loc dupa trecerea curentului prin 0, moment in care apare de fapt t.o.r.

- U_tinere < t.o.r., adica u_d < u_r , fizic rigiditatea dintre contacte nu apuca sa se refaca suficient de mult, iar t.o.r fiind mai mare decat tensiunea de tinere reamorseaza arcul deoarece asigura un camp electric de strapungere a spatiului dintre contacte. Daca tensiunea de tinere ar fi mai mare decat cea de restabilire in orice moment atunci rigiditatea s-a refacut sau se reface, dar t.o.r. nu e capabila sa creeze acea punte (camp electric) necesara strapungerii spatiului si deci arcul nu se reamorseaza.

- P_dezvoltata > P_disipata, adica u_r² G > P₀ , fizic dupa stingerea arcului ( i 0) exista o ionizare de rest si apare t.o.r (u_r). Daca puterea dezvoltata in coloana arcului este mai mare decat puterea disipata (prin racire) atunci exista o ionizare de rest suficienta care sub actiunea t.o.r. produce reaprinderea arcului.

Lucrarea A10 - Contactorul electromagnetic de joasa tensiune

1. Care este definitia contactorului ?

Un aparat cu comutatie mecanica actionat altfel decat manual (cu electromagnet) cu o singura pozitie de repaus, capabil sa stabileasca, sa suporte si sa intrerupa curenti nominali si curenti mai mari decat cei nominali, dar care apar in mod normal, cum sunt curentul de pornire ai motoarelor electrice.

2. Care este deosebirea intre un contactor si un intreruptor ?

Intreruptorul este capabil sa inchida si sa deschida curenti in conditii normale de functionare ( ca si contactorul ), dar si curenti de avarie ( suprasarcina prelungita, scurtcircuit, tensiune redusa). Din aceasta cauza intreruptorul este si aparat de protectie fiind echipat cu declansatoare sensibile la defecte, care determina intreruperea circuitului intr-un timp relativ scurt.

3. Sa se intocmeasca schema electrica de comanda a unui contactor cu buton dublu de comanda si relee termice de protectie la suprasarcina.

Vezi schema electrica Partea a II-a.

4. Care sunt partile componente ale unui contactor ?

- Organul motor: care este un electromagnet monofazat;

- Resorturi antagoniste care asigura starea de repaus (deschis);

- Polii principali: caile de curent cu elementele fixe de contact si borne; placi feromagnetice ce formeaza locurile de rupere ale arcului (camera de stingere);

- Resort ce asigura forta de apasare in contact;

- Polii auxiliari: borne, contacte normal inchise si deschise necesare automentinerii, semnalizarii si interblocajului.

- Carcasa.

5. Pe ce principiu se construieste camera de stingere a unui contactor de curent continuu si de curent alternativ ?

- La contactoarele de curent alternativ: efectul de nisa ( produs de placutele feromagnetice fixate pe izlator, prin care arcul electric este impins in camera de stingere unde este divizat) asociat cu efectul de electrod ( prin care portiunile arcului electric divizate nu mai au tensiune suficienta pentru a arde si deci arcul se stinge, tensiunea de arc nu poate fi asigurata de catre sursa pe fiecare interval ).

- La contactoarele de curent continuu: efectul de nisa ( creat de campul magnetic al unei bobine in serie cu calea principala de curent, camp amplificiat de placile feromagnetice de dimensiuni mult mai mari decat cele de la c.a. ceea ce face ca si volumul camerei de stingere sa creasca considerabil) asociat cu lungirea arcului electric prin culoarul in zig-zag creat de placile izolante (din portelan) cam cu 30-40%    electric care se si subtiaza, iar in contact cu placile izolante ( a caror temperatura de 40^oC a mediului ambiant poate fi considerata foarte scazuta fata de miile de grade celsius ale arcului electric) se raceste si se stinge.

6. Din ce materiale se construiesc contactele principale si auxiliare ale unui contactor ?

Pentru cele cu I_n < 63 A din Cupru, iar restul din Ag Cd-O. In alte tari in loc de Cd care este cancerigen se utilizeaza Sn.

7. Exista deosebire intre tensiunea nominala si tensiunea de serviciu a unui contactor ?

Tensiunea nominala este tensiunea la care poate functiona contactorul in regim normal (scrisa pe placuta aparatului), iar cea de serviciu este tensiunea nominala a bobinei electromagnetului (12,24,48,220,380 V de exemplu).

8. Intrebare ambigua. Nu se raspunde.

9. De ce este necesara determinarea caracteristicii rezistente a unui contactor si ce reprezinta aceasta ?

Caracteristica rezistenta este F_r = f(d) , unde F_r - forta rezistenta a contactorului (care se poate opune sau nu inchiderii acestuia), iar d - cursa armaturii mobile a electromagnetului. Este importanta mai ales la contactoarele de curenti mari (100400 A) unde masele care se afla in miscare fiind mari viteza de inchidere a contactelor trebuie sa fie mai mica deoarece energia cinetica a contactelor este mare si deci acestea se pot deforma mult mai usor ceea ce duce la uzura contactelor ( incalziri suplimentare ). La acestea proiectarea se face astfel incat forta rezistenta sa scada prin unele componente (tije) crescand inevitabil in resoarte, per total sa creasca incet ca sa nu fie mare la inchiderea contactorului.

Vol. 2 (editia V, Fig. 9.4/pg.21- F_r nu creste incet, curenti mici; Fig.9.6/pg.22 - F_r creste mai incet, curenti mari).

10. Cum se deosebeste un contactor de c.c. de un contactor de c.a. ?

Din punct de vedere tehnic se deosebesc prin tehnica de stingere a arcului electric.

Din punct de vedere geometric camera de stingere a unui contactor de c.c. este mult mai voluminoasa.

Din punct de vedere al componentei de obicei cele de c.a. au mereu mai multe cai principale de curent si anume 3. Cele de c.c. au fie 1 sau 2 cai de curent, iar in plus in serie cu aceste cai se afla conectate bobinele ce creeaza campul magnetic indus in placutele feromagnetice necesar atragerii arcului electric.

Lucrarea 11 - Contactoare statice si hibride

3.1. Comparati contactorul static cu cel electromagnetic din punct de vedere    al:

- frecventei de comutatie ;

- pretului de cumparare ;

- timpul pana la distrugere.

Contactorul static are o frecventa de comutatie mult mai mare decat cel electromagnetic (ordinul kHz). Timpul de distrugere al celui static este mult mai mic (fractiuni de secunda: tensiuni inverse mari se strapunge, curenti in conductie mari se arde) decat cel electromagnetic. Pretul de achizitie al celui static este mai mare (410 ori sau chiar mai mult) deoarece necesita si componente pentru racire (radiatoare, ventilatoare).

3.2. Indicati cateva domenii in care contactorul static concureaza contactorul electromagnetic.

Domenii actuale pentru utilizarea comutatiei statice raman:

- puteri reduse, curenti pana la 23A, frecventa mare de conectare, tensiune joasa. Se utilizeaza numai semiconductoare in constructia "contactor";

- puteri mari, curenta pana la 1000A,frecventa mare de conectare, tensiune joasa. Se utilizeaza semiconductoare asociate cu contactor electromagnetic pentru regimul permanent;

- transport de energie in curent continuu; tiristorul este utilizat atat ca ventil, cat si ca intreruptor;

- situatii deosebite ca pericol de explozie, lipsa de zgomot;

- schemele electronice care realizeaza in principal functia de reglare si in secundar functia de comutatie (spre exemplu tractiune electrica, reglarea turatiei la motoarele electrice).

3.3 Indicati cateva domenii in care contactorul electromagnetic este singura varianta.

Limitarea actuala a introducerii semiconductoarelor in tehnica comutatiei curentilor intensi se datoreaza urmatorilor factori:

- sensibilitate la panta curentului di/dt, la suprasarcini de comutatie;

- capacitate redusa de suprasarcina din cauza dimensiunilor reduse ale elementului semiconductor activ;

- pierderi de energie in exploatare considerabil mai mari decat in cazul aparatelor cu comutatie mecanica. Intr-adevar caderea de tensiune in conductie este de 1,22V la cele semiconductoare si 1020mV la cele mecanice.

4.1 Din ce se compune un contactor hibrid ?

Acesta este compus dintr-un contactor cu comutatie statica si unul cu comutatie mecanica de tip electromagnetic.

4.2 Justificati necesitatea unui astfel de aparat de comutatie.

Proprietatile comutatiei statice:

+ frecventa mare de comutatie (kHz) ;

+ lipsa arcului electric in procesul de comutatie ;

- consum mare de energie in conductie (0,71,22V), din cauza rezistentei mari.

Proprietatile comutatiei mecanice:

- frecventa mica de comutatie (Hz) ;

- prezenta arcului electric in procesul de comutatie ;

+ consum mic de energie in conductie (1020mV), contactele au rezistenta mica.

Comutatia statica apare la conectare si deconectare (=> beneficii cele cu +) si nu necesita racire (pret redus), iar cea mecanica in regim permanent (=> beneficii cele cu +).

4.3 Ce determina timpul de functionare a semiconductoarelor de putere ?

Acest timp este determinat de tipul sarcinii, si anume:

- la sarcina rezistiva, pe durata comutatiei semiconductorul prezinta o solicitare termica mai mica decat in cazul unei

- sarcini inductive, care la deconectare solicita foarte mult (dv/dt) dar si la conectare (di/dt).

4.4 Care sunt solicitarile suportate de contactele mecanice in functionarea contactorului ?

In mare parte sunt cele datorate uzurii mecanice care deformeaza piesele de contact care duc la incalziri suplimentare ale contactelor care solicita electric. Solicitarile electrice sunt mai reduse totusi deoarece nu exista arc electric.

4.5 Care sunt solicitarile in curent si tensiune ale semiconductoarelor ?

In curent: curentul maxim xare trece prin sarcina in conditii normale ( de exemplu curentul de pornire al motoarelor sincrone, de 67I_n).

In tensiune: la blocarea semiconductoarelor la bornele lor apare tensiunea oscilanta de revenire.

Lucrarea 12 - Intreruptorul de putere de joasa tensiune

U_n 1kV , joasa tensiune

U_n 1 kV, inalta tensiune

- 1 60 kV, medie tensiune

- 110220 kV, inalta tensiune

- 380 1000 kV, foarte inalta tensiune

- U_n > 1000 kV, ultra inalta tensiune

1.Enuntati definitia intreruptorului automat de joasa tensiune.

Este un aparat cu comutatie mecanica destinat sa inchida, sa suporte si sa deschida curenti nominali de functionare precum si unii curenti anormali de functionare (scurtcircuit sau suprasarcina prelungita) in conditii prestabilite.

2. Cum se clasifica intreruptoarele (de joasa tensiune) ?

Dupa tipul curentului intrerupt:

a). intreruptoare de c.a.;

b). intreruptoare de c.c.;

c). intreruptoare de c.a. cat si de c.c. (mixte).

Dupa tensiunea de lucru:

a). de joasa tensiune;

b). de medie tensiune;

c). de inalta tensiune;

d). foarte inalta tensiune.

Dupa curentul nominal si de rupere (vezi intrebarea 5, capacitate de rupere= I_r):

a). Intreruptoare pentru instalatii interioare (numite si sigurante automate)

- curentul nominal, I_n I (62540) A

- curentul de rupere, I_r I (13) kA

b). Intreruptoare de tip compact (USOL sau AMRO) pentru comutatia sarcinilor medii

- curentul nominal, I_n I (100800) A

- curentul de rupere, I_r I (325) kA

c). Intreruptoare cu mare putere de rupere de tip OROMAX

- curentul nominal, I_n I (100040006300) A

- curentul de rupere, I_r I (5055) kA

d). Intreruptoare limitatoare

- curentul nominal, I_n I (162500) A

- curentul de rupere (curent prezumat), I_r I (25100) kA

3. Indicati functionarea intreruptorului actionat prin motor sau electromagnet, pe schema electrica.

Intreruptoarele pentru comutatia motoarelor electrice sunt echipate cu declansatoare de tensiune minima DTM, iar cele destinate comutatiei liniilor electrice sunt echipate cu declansator cu curent de injectie DD. Inainte de cuplarea contactelor cu ajutorul motorului sau electromagnetului se armeaza resoartele necesare actionarii rapride a contactelor. Releul de blocaj RB dupa deschidere, intrerupe alimentarea contactorului de comanda CC si ca urmare dezexcita bobina electromagnetului de actionare, iar contactele se deschid.

In cazul aparitiei unei suprasarcini (indelungata) periculoasa declansatorul termic DT de asemenea actioneaza asupra contactelor. Asemanator in cazul unui scurtcircuit declansatorul electromagnetic actioneaza asupra contactelor deschizandu-le. Declansatorul de tensiune minima DTM detecteaza lipsa tensiunii de alimentare sau o anumita valoare minima cazuri in care se deschid contactele prin intermediul unei mecanism cu actionare mecanica.

4. Care sunt elementele componente ale intreruptoarelor studiate ?

- mecanismul de actionare: parghii, tije, clicheti, came, ax

- mecanismul de amorsare a resorturilor: M-motor sau E-electromagnet sau manual

Cele doua mecanisme asigura: viteza necesara la inchidere si deschidere, forta de presiune suficienta in contact, incarcarea cu energie a resoartelor.

- declansator termic ce asigura protectia la suprasarcina (DT)

- declansator electromagnetic ce asigura protectia la scurtcircuit (DE)

- declansator de tensiune minima sau nula (DTm)

- declansator de distanta (comandat prin injectie de curent) (DD), el poate deschide cat si inchide contactele

Cele patru declansatoare actioneaza prin parghii asupra tijei intreruptorului.

Declansatorul electronic este mai eficient decat cel termic (mecanic) deoarece poate fi reglat mult mai fin, ambele avand totusi comanda mecanica spre contacte.

- calea de curent: contacte fixe si mobile (principale si auxiliare), borne;

- camera de stingere: efectul de nisa asociat cu cel de electrod (L10, intrebarea 5);

- carcasa.

Calea principala se realizeaza din Ag (rezistenta mica in contact) + Ni (duritate si T_top mare),iar cea auxiliara din W(T_top f mare, duritate, chiar daca R_contact este mare).

5. Aratati ce reprezinta:

- curentul nominal termic (I_t);

- curentul nominal de utilizare (I_n);

- capacitatea de conectare sau de inchidere;

- capacitatea de rupere (de deconectare sau de intrerupere).

- curentul nominal termic (I_t) = curentul pentru care este construit aparatul si pe care il suporta un timp nelimitat fara a se deteriora din punct de vedere termic (val.max. a lui I_n);

- curentul nominal de utilizare (I_n) = curentul pe care il regleaza utilizatorul in gama de valori (0,41)I_t , valoare ce corespunde curentului nominal al sarcinii pe care o comuta (cupleaza/decupleaza).

- capacitatea de conectare = cea mai mare valoare instantanee a curentului (valoarea de varf) [kA_max], de regula curentul de lovitura, pe care il poate conecta aparatul fara sa se deterioreze sensibil (exemplu: am un scurtcircuit in schema si dau comanda de cuplare cu putin inainte de aparitia acestui scurtcircuit. Aparatul in momentul conectarii este strabatut chiar de curentul de lovitura pana deconecteaza);

- capacitatea de rupere = cel mai mare curent, valoare efectiva [kA_ef], ce poate fi intrerupt fara ca aparatului de comutatie sa i se deterioreze contactele sau sa se produca deranjamente in instalatie ca efect al arcului electric

6. Care este deosebirea dintre un declansator si un releu de protectie ?

Ambele sunt organe sensibile la defect printr-o marime electrica, dar releul da comanda electrica    prin intreruperea alimentarii bobinei electromagnetului, in timp ce declansatorul da o comanda mecanica prin intermediul unei parghii de exemplu asupra tijei intreruptorului.

7. Ce reprezinta carcacteristica de protectie a unui aparat ?

Reprezinta dependenta timpului de declansare (a contactelor care se vor deschide) in functie de curent.

8. Care sunt principiile de stingere utilizate la intreruptoarele de putere de joasa tensiune in c.c. si c.a. ?

Principiile de stingere utilizate sunt efectul de nise asociat cu efectul de electrod. (Lucrarea 8, intrebarea 4)

9. Care este diferenta dintre un intrerupator normal si unul selectiv sau limitator ?

Cel normal nu este si limitator deoarece timpul sau de actionare (declansare) este mai mare de 10ms (perioada fiind de 20ms la 50Hz), asadar curentul trece prin valoarea sa maxima.

Cel limitator actioneaza mult mai repede sub 4 ms astfel incat valoarea curentului sa nu poata atinge pe cea maxima in cazul unei avarii.

Lucrarea 13 - Contactorul in vid si Intreruptorul cu ulei putin

1. Definitia contactorului.

Acesta este un aparat cu comutatie mecanica actionat altfel decat manual destinat sa inchida, deschida, si suporte curenti normali de functionare precum si unii curenti de suprasarcina de serviciu cum sunt curnetii de pornire ai motoarelor asincrone.

2. Care este principiul de stingere al arcului electric in vid ?

Din cauza vidului avansat (presiune foare mica in camera de stingere, 10^-710^-10 bar) nu exista purtatori de sarcina care sa aigure conductia (probabilitatea ionizarii prin soc scade considerabil). Suprafata contactelor prezinta rugozitate mare. La aparitia unui curent care declanseaza deconectarea, in momentul separarii contactelor numarul punctelor de contact scade ceea ce duce la cresterea densitatii de curent si deci la incazirea si topirea varfurilor metalice de pe suprafata contactelor, fapt ce produce vapori metalici. Acestia difuzeaza in vid, arcul electric arde prin intermediul acestora, dar in momentul in care ei incep sa se condenseze pe piesele de contact si pe ecran cu rolul de a asigura izolatia electrica impotriva depunerilor metalice, concentratia vaporilor scade, la un moment dat arcul electric stingandu-se nemai avand suport pentru ardere.

3. Care este nivelul vidului necesar in camerele de stingere cu vid, utilizate in constructia contactoarelor si intreruptoarelor ?

10^-710^-10 bar

4. Care sunt materialele de contacte folosite in constructia contactoarelor si intreruptoarelor in vid ?

Se utilizeaza materiale sinterizate din W (70%) si Cu (30%). Cuprul asigura rezistenta mica de contact (T_top = 1083^oC) si formarea de vapori metalici, iar Wolframul asigura rezistenta la temperaturile ridicate ale arcului electric (T_top = 3000^oC).

5. Ce semnificatie are curentul smuls (taiat) ?

Este acel curent la care vaporii metalici nu mai asigura conductia arcului electric, inainte de trecerea naturala prin zero a curentului.

6. Care sunt valorile admisibile pentru curentul smuls, la joasa tensiune si la medie tensiune ?

La joasa tensiune: 12A maxim si chiar <1A.

La medie tensiune: 5A maxim.

7. Care sunt tehnologiile specifice de realizare a aparatelor de comutatie in vid; ceramica, lipituri, producrea si mentinerea vidului ?

1. producerea, masurarea si mentinerea vidului

2. realizarea tijelor din Cu pur (99,9%) fara oxigen (Cu OHFC = Oxigen Free High Conductivity), deoarece impuritatile degajate din tija (purtatorii de sarcina ai gazului O₂) ar deveni purtatori liberi de sarcina, adica arcul s-ar putea aprinde in pozitia deschis.

3. realizarea contactelor din material sinterizat W(70%) Cu(30%).

4. realizarea burdufului mecanic din otel dur si elastic care permite 10 milioane de operatii

5. realizarea anvelopei din ceramica/sticla, adica Al₂O₃, foarte bun izolant cu puritate de 99,9% si cu rezistenta mecanica foarte mare comparabila cu cea a otelului. In procesul de realizare fiind nevoie de temperaturi mari (cuptoare mari) se consuma multa energie electrica, deci costuri mari.

6. suduri ceramica-metal. Acestea se realizeaza in cuptoare unde atomii metalici difuzeaza in ceramica intr-un strat de 4 10 Å. Apoi prin electroliza se depune pe acest strat si restul de material metalic.

8. Care sunt tipurile constructive de contacte cunoscute pana in prezent ?

Contacte cilindrice; in Europa cele de tip colpot cu crestaturi radiale; in America cu aripioare, alt model tot american, cu suflaj axial.

9. Care este ordinul de marime al vitezelor la inchidere si la deschidere a contactelor ?

Intre 0,03 si 1 m/s.

10. Care sunt functiile mecanismului de actionare ?

1. sa asigure viteza necesara de deschidere si inchidere a contactelor

2. asigurarea distantei suficiente dupa deschidere intre contacte pentru a nu se reaprinde arcul

11. Cum se coreleaza curba tensiunii de tinere a aparatelor de comutatie in vid cu diagrama tensiunii oscilante de restabilire ?

Ca la orice aparat de comutatie tensiunea de tinere u_d > u_tor .

(vezi si L9 intrebarea 10).

1. Definitia intreruptorului de putere.

Acesta este un aparat cu comutatie mecanica destinat sa inchida, suporte si sa deschida curenti nominali de functionare precum si unii curenti anormali de functionare (scurtcircuit sau suprasarcina prelungita) in conditii prestabilite.

2. Ce reprezinta capacitatea de conectare ?

Cea mai mare valoare instantanee a curentului (valoarea de varf) [kA_max], de regula curentul de lovitura, pe care il poate conecta aparatul fara sa se deterioreze sensibil (exemplu: am un scurtcircuit in schema si dau comanda de cuplare cu putin inainte de aparitia acestui scurtcircuit. Aparatul in momentul conectarii este strabatut chiar de curentul de lovitura pana deconecteaza);

3. Ce reprezinta capacitatea de deconectare ?

Cel mai mare curent, valoare efectiva [kA_ef], ce poate fi intrerupt fara ca aparatului de comutatie sa i se deterioreze contactele sau sa se produca deranjamente in instalatie ca efect al arcului electric.

3'. Ce reprezinta capacitatea de rupere ?

Acelasi lucru ca si capacitatea de deconectare sau de deschidere sau curentul de rupere.

4. Cum se defineste puterea de rupere si ce semnificatie fizica are ?

S_r = puterea de rupere, este o marime fictiva, egala cu produsul dintre tensiunea nominala si curentul de rupere de scurtcircuit. Acest curent de rupere este valoarea efectiva a curentului rupt. De obicei acest curent de rupere se presupune a fi valoarea efectiva a unui scurtcircuit simetric.

Puterea nu are o semnificatie fizica deoarece este o marime fictiva. Nu pot avea si curent de scurtcircuit (de rupere) si tensiunea nominala ci in realitate am tensiunea de arc.

S_r = U_n I_r U_n I_sc = S_sc (puterea de scurtcircuit a retelei)

Pentru o siguranta fuzibila se defineste ca fiind: S_r = U_n I_p , unde I_p este curentul prezumat (cel care ar trece daca siguranta ar fi inlocuita cu o bara metalica).

5. Ce reprezinta curentul de stabilitate termica ?

Curentul de stabilitate termica (I_t1) = este curentul kA_ef care il suporta aparatul fara ca el sa se deterioreze daca acesta dureaza 1 secunda. Indicele indica numarul de secunde.

6. Ce reprezinta curentul de stabilitate dinamica ?

Curentul de stabilitate dinamica (i_din) = este de fapt curentul de lovitura (i_l), se masoara in kA_max, fiind cel mai mare curent posibil in cazul unui scurtcircuit asimetric de asimetrie maxima. Pentru aparate el semnifica curentul de lovitura pe care il suporta aparatul fara a se deteriora mecanic sau electric. Acest curent trece o singura data.

i_din = i_l = k I = 1,8 I

Acest curent ajuta ca la dimensionarea aparatului in cazul conectarii acestuia chiar in momentul curentului de lovitura, astfel incat aparatul sa reziste.

7. Principiul de stingere utilizat de intreuruptorul studiat .

Principiul expandarii asociat cu jetul de lichid.

Principiul expandarii consta in descompunerea unei mase de lichid (ulei mineral) si crearea unei presiuni 60 950 bari care faciliteaza extragerea de caldura din coloana arcului. In urma aparitiei arcului electric uleiul de descompune si se formeaza hidrogen care are o conductivitate termica foarte buna (l_H2 l_aer). Hidrogenul aflat sub presiune mare (particulele sunt inghesuite, deci pot transmite repede caldura de la un la alta) conduce foarte bine caldura.

Jetul de lichid consta in aducerea continua de ulei proaspat in contact cu arcul electric pentru a crea noi gaze (hidrogen), dar si in a aduce ulei proaspat dupa stingerea arcului electric.

8. Ce se intelege prin caracteristicile de tinere ale intreruptorului ?

u_d = viteza de crestere a rigiditatii dielectrice dintre contacte dupa stingerea arcului electric sau altfel spus viteza de scadere a ionizarii in coloana arcului electric.

9. Cum se coreleaza caracteristicile: tensiunea de tinere a intreruptorului (u_d), tensiunea oscilanta de restabilire (u_r), tensiunea arcului electric (u_a)?

Ca la orice aparat de comutatie de c.a.: u_a > u_r ; u_d > u_r (vezi L9 intrebarea 10)

10. Cum influenteaza parametrii tensiunii oscilante de restabilire puterea de rupere a intreruptorului ?

Ca la orice aparat de comutatie de c.a. : daca factorul de oscilatie g creste sau daca creste frecventa f atunci S_r creste.

11. Care este principiul acumularii energiei in resort ?

Acumularea unei cantitati de energie intr-un timp mai lung (cu pasi mici) si eliberarea acesteia intr-unul foarte scurt.

12. Ce importanta are viteza de lungire a arcului electic asupra arcului electric ?

Cum tensiunea necesara arderii arcului electric (tensiunea arcului electric u_a) este egala cu produsul dintre gradientul arcului si lungimea acestuia, rezulta ca la o lungire puternica (viteza mare) a acestuia tesniunea necesara mentinerii arcului creste.

u_a = E_a l ; l = v t => u_a = E_a v t , deci cu cat creste viteza cu atat tensiunea necesara arderii creste.

. Ce importanta are viteza de lungire a arcului electic asupra energiei arcului electric ?

, deci cu cresterea vitezei creste energia necesara arderii arcului electric.

13. Ce materiale se folosesc in constructia camerelor de stingere si a contactelor ?

Acumularea unei cantitati de energie intr-un timp mai lung (cu pasi mici) si eliberarea acesteia intr-unul foarte scurt.

14. Care sunt ordinile de marime a vitezelor de inchidere si deschidere ?

Viteza medie: 3 4 m/s.

Viteza instantanee: 6 8 m/s.

15. Care sunt functiunile mecanismului de actionare ?

1. sa asigure viteza necesara de deschidere si inchidere a contactelor

2. asigurarea distantei suficiente dupa deschidere intre contacte pentru a nu se reaprinde arcul

Lucrarea 14 - Separatorul de medie tensiune

1. Definitia separatorului si destinatia sa.

Acesta este un aparat cu comutatie mecanica destinat sa deschida si sa inchida circuitul in absenta sarcinii. Rolul principal este de a separa in mod vizibil portiuni din circuite sub tensiune de restul instalatiei in ideea de protectie a operatorului. Pentru aceasta el se monteaza mereu in serie cu intreruptorul de putere, inchiderea si deschiderea fiind in interblocaj cu intreruptorul in sensul ca la inchidere se inchide mai intai separatorul si apoi intreruptorul, iar la deschidere se deschide mai intai intreruptorul si apoi separatorul. In pozitia inchis pana sa deschida intreruptorul el trebuie sa suporte curentul se stabilitate dinamica (curentul de lovitura) si curentul de stabilitate termica. Deschiderea sub sarcina a unui separator este echivalenta cu un scurtcircuit net dezastruos pentru instalatie. Acest scurtcircuit poate apare intre faze sau intre faza care se deschide si pamant din cauza ionizarii aerului de catre campul electric intens al arcului electric creand astfel o punte de conductie.

*Curentul de stabilitate dinamica (i_din) = este de fapt curentul de lovitura (i_l), se masoara in kA_max, fiind cel mai mare curent posibil in cazul unui scurtcircuit asimetric de asimetrie maxima. Pe aparate el semnifica curentul de lovitura pe care il suporta aparatul fara a se deteriora mecanic sau electric. Acest curent trece o singura data.

i_din = i_l = k I = 1,8 I

Acest curent ajuta la conectarea aparatului in cazul in care se nimereste sa se conecteze chiar in acel moment (al curentului de lovitura) aparatul sa reziste.

*Curentul de stabilitate termica (I_t1) = este curentul kA_ef care il suporta aparatul fara ca el sa se deterioreze daca acesta dureaza 1 secunda. Indicele indica numarul de secunde.

2. Tipuri constructive si functionale de separatoare.

Dupa tensiunea nominala sunt separatoare de:

medie tensiune (MT);

inalta tensiune (IT);

foarte inalta tensiune (FIT);

ultra inalta tensiune (UIT).

Dupa miscarea cutitelor:

separatoare cu rotatie (de tip cutit);

separatoare cu dubla miscare de rotatie (de tip rotativ, cel cu actionare pneumatica);

separatoare cu miscare de translatie si de rotatie (de tip pantograf).

Dupa locul de montare:

separatoare de interior ;

separatoare de exterior .

Dupa tipul constructiv:

separatoare monopolare ;

separatoare tripolare.

Dupa rolul in retea (este acelasi aparat, dar cu alt rol):

- separator de bare (leaga barele de tensiune cu liniile de alimentare);

- separator pentru cupla (asigura trecerea de la un sistem de bare la altul);

- separator de linie (montat intre linie si sarcina de comutat de catre intreruptor si separata de separator);

- separator de punere la pamant (asigura ca arcul electric sa nu apara cat timp circuitul este deschis, in regim permanent sau la conectare acesta fiind deschis).

3. Locul de montare si rolul separatorului intr-o retea.

Vezi intrebarea numarul 1 si utlima clasificare.

4. Moduri de actionare pentru separatoare.

Manual.

Mecanism pneumatic    (cu aer comprimat) cu cremaliera care transforma miscarea de translatie in miscare de rotatie.

Mecanism cu servomotor.

Mixt.

5. Interpretati principalele marimi scrise pe placuta cu date a separatoarelor.

U_n = tensiunea nominala este acea tensiune pe care separatorul o suporta un timp nelimitat fara a se deteriora electric sau mecanic.

I_n = curentul nominal este acel curent pe care separatorul il suporta un timp nelimitat fara a se deteriora electric sau mecanic.

S_r = puterea de rupere, este o marime fictiva, egala cu produsul dintre tensiunea nominala si curentul de rupere. Acest curent de rupere este valoarea efectiva a curentului rupt. De obicei acesta se presupune a fi valoare efectiva a unui scurtcircuit simetric.

S_r = U_n I_r U_n I_sc = S_sc (puterea de scurtcircuit)

6. Definitia separatorului de sarcina; domenii de utilizare si performante.

Un aparat cu comutatie mecanica destinat a inchide curentul nominal, a suporta curentul nominal, de suprasarcina si scurtcircuit si de a deconecta curentul nominal.

Din aceasta cauza aceste separatoare sunt prevazute cu camera de stingere si sigurante fuzibile. Din aceasta cauza a camerei de stingere contactele nu mai sunt vizibil separate.

Separatorul de suprasarcina se utilizeaza in urmatoarele cazuri:

- comutatia bateriilor de condensatoare cu puteri pana la aproximativ 1200kVAr si tensiune nominala pana la 24kV;

- inlocuirea intreruptorului in punctele din retele, in care puterea de scurtcircuit este foarte mica;

- in retele buclate, cu destinatia de a inchide sau deschide bucla de sarcina nominala de trecere;

- conectarea si deconectarea liniilor in gol si a cablurilor in gol, cand curentul comutat este mai mic decat curentul nominal al aparatului

Performante: Tabelul 10.2 pg 154 Vol.2 sau pe scurt:

U_n = 10kV1000kV

I_n = 630A2500A4000A (de la intreruptorul inseriat)

I_r = nu are asa ceva definit deoarece separatorul nu rupe nici un curent, el comuta cand nu exista sarcina (tensiune sau curent)

I_t = pana la 40 kA

i_din = pana la 120 kA (cam de 3 ori I_t)

7. Tipuri constructive de separatoare de sarcina.

Cu camera plata (din plexiglas) si cu camera tubulara.

8. Alte informatii (date de Florin Calin)

Elemente constructive: cale de curent pusa pe izolatoare din cupru pentru a fi mai ieftin, dar argintate pentru a nu se oxida; mecanism de actionare; sasiu; resoarte lamelare care asigura forta in contact sau forma caii de curent care prin efect electrodinamic fiind parcurse de curent de acelasi sens se atrag. Separatorul de sarcina are in plus: contacte de arc din W, camera de stingere cu pereti din plexiglas, material gazogen care in momentul aparitiei arcului il inabuse pentru ca acesta nu mai are oxigenul necesar arderii.La aceste separatoare principiul de stingere al arcului este lungirea, racire si inabusirea arcului.

Rilelele (fustele separatorului): trebuie mentinute curate pentru a asigura o linie de conturnare cat mai lunga. O rila este cam 5kV.