Intrerupatoare de medie tensiune¬

INTRERUPATOARE DE MEDIE TENSIUNE

Intrerupatoarele electrice sunt aparate cu ajutorul carora se realizeaza ope­ra­tiile necesare de conectare si de deconectare atat in conditii normale de lucru, cat si in conditii de avarie. Tinandu-se cont ca aceste aparate trebuie sa rupa cu­renti cu intensitati foarte mari care pot aparea frecvent in retelele electrice, ele se ca­racterizeaza, in afara parametrilor nominali comuni tuturor aparatelor electrice de comutatie (curent nominal, tensiune nominala, frecventa de lucru, curent li­mi­ta dinamic, curent limita termic), si printr-o alta marime nominala specifica, ce defineste proprietatile de comutatie si care se numeste capacitate nominala de ru­pere in scurtcircuit. Ea reprezinta cel mai mare curent de scurtcircuit (valoare efec­tiva) pe care un intrerupator este capabil sa-l intrerupa in conditii de utilizare si functionare prescrise.

Intrerupatorul de putere, de medie tensiune este un aparat de comutatie des­ti­nat sa conecteze, sa suporte si sa deconecteze curentii nominali de serviciu, sa conecteze, sa suporte o durata bine determinata si sa deconecteze curentii de supra­­sarcina, sau de scurtcircuit.

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

- intrerupatoare cu ulei mult (IUM), 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 folosirii unor cantitati mari de ulei aceste tipuri de intrerupatoare nu se mai fabrica.

- intrerupatoare 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.

- intrerupatoare ortojectoare sunt variante imbunatatite ale intre­ru­pa­toa­re­lor cu ulei putin, care folosesc ca metoda de stingere a arcului electric principiul su­flajului cu jet de lichid, obtinandu-se performante imbunatatite ale acestora.

- intrerupatoarele cu aer comprimat, folosesc aerul comprimat atat ca me­diu de stingere al arcului electric, cat si pentru obtinerea energiei necesare actio­na­rii intrerupatorului in timpul inchiderii sau deschiderii acestuia.

- intrerupatoare cu hexaflorura de sulf (SF₆) asigura obtinerea unor per­for­man­te ridicate in ceea ce priveste capacitatea de rupere, siguranta in func­tio­na­re, eli­mi­narea pericolului de explozie sau incendiu si gabaritul redus. Aceste intre­­ru­patoare reprezinta solutia optima pentru intrerupatoarele de inalta ten­si­u­ne dar se folosesc frecvent si in comutatia de medie tensiune.

- intrerupatoare in vid, care folosesc ca principiu de stingere a arcului elec­tric difuziunea rapida in vid avansat a purtatorilor de sarcina electrica din co­­loa­na arcului de comutatie. Datorita distantelor mici intre contacte, asigurarea u­nor timpi redusi de actionare, a unei sigurante in functionare si a unui gabarit mu­lt mai mic decat al celorlalte intrerupatoare, aceste intrerupatoare se reco­man­da ca solutia optima pentru medie tensiune.

1. Intrerupatoare cu vid

Intrerupatoarele in vid, au fost utilizate initial in tehnica curentilor slabi pen­­tru a realiza relee cu un timp de raspuns cat mai redus. In ultimii ani cons­truc­­tia intrerupatoarelor cu vid a evoluat, iar parametrii au crescut catre valori mai mari ale tensiunilor si curentilor nominali.

Principiul de functionare a intrerupatorului cu vid este simplu. In vid rigi­di­ta­tea dielectrica la tensiuni relativ mari (peste 15 kV) este asigurata la distante rela­tiv mici intre contacte (2,5mm). La separarea contactelor arcul electric vapo­ri­zeaza metalul electrozilor. Vaporii metalici se difuzeaza rapid in vid, tinand seama ca presiunea este de 10^-4 - 10^-6mm Hg si apoi se condenseaza in contact cu peretii recipientului. Astfel vidul se reface, iar aparatul este din nou in stare de functionare.

Figura 4.13. Camera de stingere a unui intrerupator cu vid

1-piesa fixare contact, 2-saiba piesei fixe de contact, 3, 7-izolatori ceramici,

4-piesa fixa de contact, 5-ecran metalic, 6-contact mobil, 8-burduf metalic,

9-ghidaj, 10-piesa de contact, 11-racord mecanic la sistemul de actionare,

12-racord de vidare (sertizat).

Aceste aparate sau dezvoltat din necesitatea de a satisface cerintele din ex­ploatare si anume de a dispune de un aparat autonom (fara fluide si instalatii auxi­liare), cu cheltuieli reduse de expolatare si capabil sa deconecteze atat cu­renti mici inductivi cat si sarcinile capacitive, fiind superior celorlalte tipuri de in­trerupatoare de medie tensiune.

Asemenea intreruptoare se construiesc pentru tensiuni nominale U_n = 7,2 ÷ 25kV, curenti nominali I_n = 630 ÷ 2500 A si capacitati de rupere I_r = 8 ÷ 50 kA.

In prezent, cercetarile pentru dezvoltarea intrerupatoarelor in vid se diri­jea­za catre: capcitate de rupere cat mai ridicata; capacitate de conectare cat mai ri­di­cata, cu eliminarea pericolului de sudare a contactelor si eliminarea mi­gra­ti­ei de material.

Datorita distantei mici intre contacte cu imposibilitatea unei franari sau cu­lisari intr-o tulipa conduce la pericolul vibratiei contactelor la inchidere. Din aceasta cauza, unele intrerupatoare in vid au contacte din material dur (sin­te­ri­za­te de W) cu punct de topire ridicat. Dar un astfel de contact duce la intreruperea cu­rentului inaintea trecerii naturale prin 0 si anume la valori de ordinul 50A, ceea ce determina supratensiuni de comutatie foarte importante. Prin realizarea u­nor contacte din combinatii de materiale, sau chiar utilizarea cuprului in forme spe­ciale poate reduce curentul de intrerupere la valori mici, de exemplu 1A.

Intrerupatorul in vid este indicat pentru deconectarea sarcinilor capacitive si in acest domeniu are o utilizare industriala, intrucat rigiditatea dielectrica se refa­ce in intreruptor extrem de rapid.

Cercetarile asupra arcului electric in vid arata ca pana la aproximativ 10 kA arcul electric consta din mai multe arcuri electrice elementare ale caror pi­cioare au o mare mobilitate pe electrod. La valori mai mari ale curentului, aceste arcuri se unesc intr-unul singur, care sta fixat pe electrod, si deci cu efect termic local extrem de pronuntat. Deci numai prin adoptarea unei constructii speciale ca cea prezentata in figura 4.11. electrodul poate rezista actiunii arcului electric deoarece si la valori mari ale curentului in arc, acesta se deplaseza pe suprafata electrodului.

Intrerupatorul in vid se fabrica in serii la puteri mici si medii, de exemplu 300 MVA sau 12 kA la 14,4 kV cu un curent nominal de 600 A. Calitatile de baza ale intrerupatorului cu vid constau in rapiditatea actionarii, datorita dis­tan­tei mici intre contacte, volumul mic ocupat in raport cu aparatele clasice, con­su­mul redus de materiale active si lipsa de zgomot la deconectare

2. Mecanisme de actionare a intrerupatoarelor de medie tensiune

Aceste mecanisme sunt ansamble distincte sau incluse in intrerupatoarele de medie tensiune si au rolul de a transmite energia de actionare la contactele mo­bile ale intrerupatorului. Energia necesara este relativ mare pentru a asigura vi­teza mare de deplasare a contactelor la deconectarea curentilor de scurt­cir­cu­it.

Mecanismele de actionare trebuie sa mentina intrerupatorul blocat in po-zitia deschis si inchis, dupa caz, in orice conditii de functionare (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 intrerupatoarelor de medie tensiune pot fi clasi­fi­ca­te astfel:

- 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 intrerupatorului. La primirea comenzii de inchidere o parte din aceasta energie este utilizata pentru inchiderea intrerupatorului, 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 rasoarte un electromagnet de curent con­ti­nu­u tip plonjor;

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

Dintre mecanismele prezentate anterior cele mai utilizate sunt mecanis­me­le cu acumulare de energie in resoarte.

Figura 4.13. Mecanism de acumulare a energiei in resoarte MRI

1, 3-zavoare, 2-resort de deschiderea, 4-maneta de armare, 5-resort, 6, 8-axuri,

7-cupla.

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 printr-un singur resort). Dis­po­zi­ti­vul per­mite si armarea manuala operativa a resoartelor cu ajutorul unei manivele amo­­vibila. La aceste mecanisme acumularea de energie se realizeaza lent, iar eli­­berarea brusc (de exemplu la acumulare t = 5s si la eliberare t' = 0,l s).

In figura 4.13. este prezentat mecanismul cu acumulare de energie in re­soarte de tip MRI. Axul principal are doua parti distincte: axul de armare 6, so­li­dar permanent cu resortul de inchidere 5 si axul intrerupatorului 8, solidar per­ma­nent cu resortul de deschidere 2. Aceste doua axe se pot roti independent pe du­rata acumularii energiei si respectiv a deschiderii, fiind solidare intre ele prin in­termediul cuplei 7numai pe durata inchiderii.

Operatia de armare consta in tensionarea resortului 5 prin rotirea axului 6, si blocarea prin sistemul de clichetare 3. Prin cupla 7 se realizeaza solidarizeaza axul 6 cu axul 8. Pentru inchiderea intrerupatorului se comanda clichetul 3 care duce la tensionarea resortului 2. La deschiderea intrerupatorului se comanda cli­che­tul 1 iar cupla 7 desolidarizeaza axele 6 si 8.

Aceste mecanisme sunt cu libera deschidere deoarece exista prioritatea des­chiderii fata de inchidere.