Intrerupatoare cu ulei

INTRERUPATOARE CU ULEI

Intrerupatoarele cu ulei se folosesc atat ca intrerupatoare de medie cat si inalta tensiune si folosesc ca me­diu de stingere a arcului electric uleiul elec­tro­i­zo­lant.

Primele intrerupatoare cu ulei au fost intrerupatoare cu ulei mult (IUM).

Aceste intrerupatoare (IUM) au fost construite fara camera de stingere speciala a arcului electric, ruperea acestuia se efectua liber intr-o baie de ulei for­­mata dintr-o cuva metalica (rupere libera). Uleiul servea atat ca mediu de stin­gere, cat si ca mediu izolant a partilor sub tensiune in raport cu cele puse la pa­­mant. In aceste conditii, la desfacerea contactelor stingerea arcului se rea­li­zea­za prin alungirea si creerea efectului de racire a coloanei arcului in contact cu uleiul.

Prin cresterea cantitatii de gaze descompuse si a presiunii din interiorul cu­vei care poate atinge atm. si prin spalarea continua a contactelor mobile cu ulei proaspat, care lucreaza ca un jet la piciorul arcului electric se realiza stin­ge­rea acestuia.

Dezavantajul cel mai mare al intrerupatorului cu baie de ulei este legat de pe­ri­­colul de explozie, urmat aproape fara exceptie de incendii, cand se depaseste ca­pa­­citatea lui nominala de rupere.

Intreruptoarele IUM cu camera de stingere au imbunatatit conditiile de stin­­gere a arcului electric si performantele lor, in ceea ce priveste capacitatea de rupe­re si viteza de stingere a arcului electric.

Inchiderea mediului de ardere a arcului electric intr-o camera izolanta cu o forma constructiva de volum redus, a spatiului in care arcul electric se dez­vol­ta, a creat conditii de stingere a arcului electric mai favorabile, reducandu-se lun­gimea si durata de existenta a acestuia. In acelasi timp, desi presiunea in ca­me­ra de stingere atinge valori mari de 60 - 100 atm, presiunea pe peretii cuvei se reduce la 1,5 - 2 atm, micsorand pericolul exploziei. Totusi pericolul explo­zi­i­lor si al incendiilor nu a fost total inlaturat, in plus, cantitatile mari de ulei au de­­ter­minat gabarite speciale ale acestor aparate, modificari de instalatii si difi­cul­­ta­ti de exploatare legate de faptul ca partile mai importante ale aparatelor, in caz de defectiuni, nu pot fi examinate fara golirea cuvelor. Din aceste motive, in pre­zent, utilizarea intrerupatoarelor cu ulei mult este redusa si limitata la puteri de ru­pere mici (150÷500 MVA) in instalatii nesupuse supravegherii, iar cons­truc­tia lor in tehnica europeana a incetat si a fost inlocuita cu cea a in­tre­ru­pa­toa­relor cu ulei putin.

Intrerupatoarele cu ulei putin se construiesc atat ca aparate de exterior, cat si ca aparate de interior, pentru toata gama de tensiuni si de puteri nominale de ru­pere, de la 10 kV si 100 MVA, pana la 750 kV si 60 000 MVA.

Ele se caracterizeaza prin intensificarea actiunii de racire a arcului electric du­pa principiul jetului de fluid si expandarii. In aceste conditii, cantitatea de ulei se reduce foarte mult, insa intreaga masa de ulei participa la procesul stingerii ar­cului electric. Partea activa a fiecarui pol (camera de stingere) este continuta in an­velope izolante, in general cilindrice, avand prizele de curent la extremitati. Con­tactul mobil, in afara unor cazuri rare, se prezinta sub forma unei tije de cu­pru, care se deplaseaza in axa camerei de stingere sau paralel cu aceasta.

Figura Camera de stingere a unui intrerupator cu ulei putin

1-anvelopa, 2-camera de rupere, 3-contact fix, 4-contact mobil, 5-ulei,

6-priza de curent.

Cand aparatul se afla in pozitia deconectat, intre extremitatile camerei de stin­gere se aplica intreaga tensiune la borne. In aceste conditii, pentru realizarea izo­latiei fata de pamant, care nu mai este obtinuta cu ajutorul uleiului mineral elec­troizolant ca in cazul intrerupatoarelor cu ulei mult, s-au adoptat diferite mo­da­litati tehnice, in functie de tipul constructiv si de tensiunea nominala a apa­ra­tu­lui.

Pentru intrerupatoarele cu ulei putin si tensiuni nominale Un 110 kV partea activa continuta in izolatoare de portelan pline cu ulei, poate fi montata pe izolatoare suport verticale, umplute de asemenea cu ulei.

Ruperea curentului in camera de stingere are loc in momentul trecerii lui prin valoarea zero, cand energia introdusa in arcul electric este nula si cand intre con­tacte se injecteaza un jet de ulei proaspat, provenit fie ca o consecinta a des­com­punerii acestuia si a formarii unei presiuni suplimentare, fie de la un dis­pozitiv mecanic (pompa cu piston). Uneori sunt combinate ambele solutii.

Din punct de vedere constructiv, camera de stingere a intrerupatoarelor cu ulei putin este, in general, prevazuta cu discuri si alveole sau cu buzunare cu ulei, in care stingerea arcului electric se poate efectua in una dintre urmatoarele trei variante: cu suflaj axial (longitudinal), cu suflaj transversal sau cu suflaj mixt.

Camera de stingere cu suflaj axial este formata dintr-un cilindru izolant, in care sunt dispusi pereti despartitori perpendiculari pe axa contactului mobil. In acest fel, se formeaza un labirint cu un numar mare de alveole sau buzunare, care cantin o anumita cantitate de ulei. Arcul electric, intins prin deplasarea con­tac­tului mobil descompune o mare parte din uleiul continut in camera si va­po­ri­zea­za o alta parte. Gazele formate, imping uleiul din buzunare asupra coloanei ar­cului, pe care o deionizeaza puternic, mai ales la trecerea curentului prin zero; ele sunt apoi esapate prin deschiderile canalului de trecere a contactului mobil, intr-un sens sau altul, conform conceptiei constructive a intrerupatorului, pro­vo­cand a stfel suflajul axial. Datorita faptului ca sectiunea de evacuare a ga­ze­lor este redusa, presiunea din interiorul camerei este ridicata, atingand la cons­truc­tiile obisnuite, valori normale de 50-70 atm. In aceste conditii, se poate con­si­de­ra ca stingerea arcului electric se va efectua satisfacator, nu numai la de­conec­ta­rea curentilor de scurtcircuit ci si la aceea a curentilor mici, inductivi si ca­pa­ci­ti­vi.

Camera de stingere cu suflaj transversal este asemanatoare celei cu suflaj axial, cu deosebirea ca deschiderile de suflaj sunt practicate lateral. Gazele re­zul­tate din descompunerea uleiului, create de partea inchisa a alveolelor sunt esa­pate prin aceste deschideri, sufland arcul electric transversal. Practicarea des­chiderilor laterale este astfel facuta, incat este evitata amorsarea arcului electric intre diferitele jeturi de gaze ionizate conductoare in afara camerei de stingere. Tinandu-se seama ca sectiunea de evacuare a gazelor este mare, presiunea din camera este mai redusa decat in camera cu suflaj axial. Din aceasta cauza, la aceiasi viteza de deplasare a contactelor mobile, aptitudinea de rupere a unor curenti cu intensitati mici este mai redusa.

Camera cu suflaj mixt remediaza in buna masura inconvenientul celei cu su­flaj transversal, reducand numarul deschiderilor laterale. Plecand de la con­tac­tul mobil, arcul electric care se formeaza, intalneste mai intai cateva buzunare des­chise, care favorizeaza punerea sub presiune a camerei, apoi mai multe bu­zu­na­re inchise in care suflajul se efectueaza transversal (pentru intreruperea cu­ren­tilor intensi) si din nou cateva buzunare inchise, unde suflajul este lon­gi­tu­di­nal (pentru intreruperea curentilor cu intensitati reduse).

Deoarece stingerea arcului electric, in intrerupatoarele cu ulei putin se efec­tueaza dupa aceleasi principii, variantele constructive ale camerelor de stin­gere sunt asemanatoare. Principalele diferente se refera numai la dispunerea ca­merei de stingere in cilindrul exterior, fixarea acesteia la partea inferioara sau la capacul superior, viteza contactelor mobile si alegerea materialelor electro­izo­lan­te de costructie, in directa legatura cu cresterea presiunilor interioare si a ca­pa­citatii de rupere.

Denumirea de intrerupator cu ulei putin (IUP) isi are originea in faptul ca, in tre­cut se fabricau si intrerupatoare cu ulei mult (IUM) in comparatie cu care aceste in­tre­ru­pa­toare folosesc o cantitate mult mai mica de ulei. La un in­tre­ru­pa­tor cu ulei putin aproa­pe intrega incinta cu ulei este ocupata de camera de stin­ge­re si aproape toata cantitatea de ulei participa la stingerea arcului electric. La in­tre­rupatoarele cu ulei mult camera de stingere era plasata intr-o cuva volu­mi­noa­sa cu ulei.

Intrerupatoarele cu ulei putin folosesc principiul expandarii si al jetului de ulei in scopul racirii si stingerii arcului electric, in gama de tensiuni nominale de la 10 ÷ 30 kV, curenti nominali intre 630 ÷  A si puteri de rupere 150 ÷ 1500 MVA.

Din punct de vedere constructiv intrerupatoarele cu ulei putin de medie tensiune sunt adaptate montajului in celule prefabricate cu contacte debrosabile in spati inchise.

Structura generala a intrerupatoarelor de medie tensiune contine trei com­par­timente distincte:

- compartimentul camerei de stingere (izolant);

- compartimentul cu rezerva de ulei (carterul inferior);

- compartimentul de egalizare a presiunilor (carterul superior).

La stingerea arcului electric jetul de ulei autoformat are rolul de a expanda pentru a sigura suflajul cu ulei.

Compartimentul de egalizare a presiuni este in legatura cu atmosfera exte­ri­oara prin intermediul unui mic orificiu, astfel incat gazele izonizate sunt racite inainte de iesirea in atmosfera. Tot in acest compartiment se efectueaza si sepa­ra­rea uleiului antrenat odata cu gazele, dupa o deconectare.

Intrerupatoarele cu ulei sunt destinate folosirii in gama de tensiuni nomi­na­le 123, 245, 420, 525 kV si intensitati nominale pana la 2000 A. Cons­truc­tiile actu­a­le satisfac cerintele de exploatare (pot realiza deconectarea lini­i­lor in gol si ofe­ra o putere de rupere acoperitoare pentru puterile de scurtcircuit ale sis­te­me­lor energetice.

In ceea ce priveste deconectarea liniilor in gol, in principiu, intrerupatorul cu ulei putin nu se comporta prea bine deoarece energia necesara stingerii arcu­lui electric este preluata chiar de la arcul electric. Deci, pentru stingerea arcului elec­tric acesta trebuie sa arda un timp cu atat mai mare, cu cat curentul in arc este mai mic. In consecinta, la intrerupatoarele cu ulei putin, la intreruperea cu­ren­tilor mici (capacitivi), nu trebuie sa se conteze pe autosuflaj.

Repartitia tensiunii oscilante de restabilire, in mod egal pe camerele de stin­gere se realizeaza atat in mod natural datorita rezistentei echivalente a con­duc­tivitatii curentului postarc, dar mai ales condensatoarelor sau rezis­ten­te­lor conectate in paralel pe camerele de stingere.

In figura 4.14. este prezentata o sectiune longitudinala prin polul intre­ru­pa­torului IUP de 245 kV si putere de rupere de 8000 MVA costruit la UEPC. Camera de stingere 8, cilindrica, este constituita din tesatura de sticla im­preg­na­ta cu rasina epoxidica, pentru a oferi o rigiditate dielectrica ridicata si o rezis­ten­ta mecanica mare. Camera de stingere este plasata intr-un tub izolant 9 din ace­la­si material, cu propietati dielectrice si mecanice foarte ridicate.

Figura 4.14. Polul unui intrerupator IUP-245 kV

1-contact mobil; 2-mecanism biela manivela; 3-cilindru cu piston de actionare;

4- suport comun pentru doua console; 5-resort; 6, 7-indicator de nivel a uleiului;

8-camera de stingere; 9-­cilindru izolant; 10, 11-cartere metalice; 12,13-contacte; 14-izolator ceramic; 15-­cilindru; 16-piston; 17-resort.

Carterele metalice 10 si 11, la care se racordeaza tubul 9, servesc drept su­­port pentru prizele de curent. Izolatorul ceramic exterior 14 serveste la pro­tec­tia ansamblului activ impotriva agentilor atmosferici si in mod normal se asi­gu­ra comunicarea intre continutul de ulei al izolatorului 14 si al tubului 8, prin in­ter­­mediul unei clapete atasate carterului superior. La producerea unei presiuni in ca­mera de stingere, clapeta impiedica transmisia presiunii in interiorul izola­toru­lui ceramic, astfel incat acesta nu este solicitat din punct de vedere mecanic.

Camera de stingere, de constructie rigida, este compartimentata cu aju­to­rul unor discuri din material izolant, in scopul retinerii unei cantitati de ulei in com­partimente, dupa prima deconectare. Astfel, la o noua declansare dupa 0,2 s, ca urmare a reanclansarii automate, gaseste in compartiment o cantitate de ulei su­­fi­cienta pentru a stinge arcul electric. Stingerea arcului electric la acest tip de in­tre­rupatoare se obtine prin realizarea unei presiuni importante (peste 100 bar) a ga­zelor si printr-un jet axial puternic, care deionizeaza arcul electric.

Viteza mecanica sporita impune echiparea intrerupatoarelor cu dispozitive an­ticavitational plasat in zona superioara a contactului fix 12. Acest dispozitiv per­mite ca tensiunea de tinere in camera de stingere sa creasca suficient de rapid pentru a face fata, mai ales, deconectarilor de sarcini capacitive.

Dispozitivul de actionare a tijelor 5 este realizat din doua mecanisme bie­la‑­manivela 2, simetrice in raport cu axa sistemului de camere asezate in V. Me­ca­­nismul biela-manivela sunt actionate hidraulic de pistonul cu dublu efect care se afla in cilindrul 3.

Un dispozitiv tumbler 5 asigura mentinerea intrerupatorului in pozitiile in­chis sau deschis.

Intrerupatoarele cu ulei putin pot fi instalate in aer liber in doua variante: pe o fundatie sau suspendat. Suspendarea se recomanda mai ales zonelor supuse seis­melor, deoarece ofera un grad mare de libertate intrerupatorului, fara ca acesta sa sufere solicitari mecanice dure.

Pentru tensiuni nominale foarte mari se utilizeza principiul construdiv al

mo­dulului. Acest principiu consta in construirea unui pol de intrerupator cu ten­si­unea nominala de 245 kV si puterea de rupere 10.000 MVA pornind de la po­lul de 123 kV. Polul consta in patru camere de stingere identice, conectate in se­rie (cate doua camere de stingere in serie pentru fiecare modul de 123 kV).

Pentru polul de 420 kV se folosesc 6 camere de stingere in serie (trei mo­du­le de 123 kV). Pentru a asigura rigiditatea dielectrica fata de pamant se su­pli­men­teaza in mod corespunzator si modulele de izolatori.

Variantele de intrerupatoare folosite la ora actuala in comutatia de inalta ten­siune sunt pe langa intrerupatoarele cu ulei putin (IUP, IO) intreruptoarele cu aer comprimat (IAC), intrerupatoarele cu hexaflorura de sulf (SF₆) si intre­ru­pa­toa­rele in vid. La noi in tara majoritatea in­tre­ru­pa­toa­re­lor de inalta tensiune sunt cele cu ulei putin, iar solutie optima de viitor se pre­co­nizeaza folosirea intrerupatoarelor cu SF₆. Mecanismele de actionare a acestor in­trerupatoare sunt: pneumatice, oleopneumatice, cu acumulare de energie in re­soa­rte, sau cu servomotor electric.