Camere de stingere (1).ppt

21

Transcript of Camere de stingere (1).ppt

Page 1: Camere de stingere (1).ppt
Page 2: Camere de stingere (1).ppt

1.Conditii necesare întreruperii circuitelor 2.Medii de stingere 3.Tehnica întreruperii circuitelor in functie de mediul de stingere

a.Aerul atmosferic  mediu de stingere al arcului electric          i.Efectul de electrod si nisa  

ii.Suflaj magnetic . Pereti reci b.Vidul mediu de stingere al arcului c.Rupere în ulei d.Rupere în SF6 e.Materialul granulat 

Page 3: Camere de stingere (1).ppt

 Rezistenta acestui întrerupator trebuie sa treaca instantaneu din zero în valoare infinita.

Timpul fizic de întrerupere trebuie sa fie de ordinul micro pâna la 1 ms. când  dt tinde spre zero supratensiunile Ldi/dt tind la infinit

Dezavantaj -supratensiunile Ldi/dt   tind la infinit când  dt tinde spre zero. Efecte-strapungerea mediului dintre contacte- formarea arcului electric in spatiul dintre contacte sub forma unui canal

Page 4: Camere de stingere (1).ppt

Actiune mediului Daca mediul  dintre contacte actioneaza cu o energie mare asupra acestui canal reuseste sa-l  stranguleze  si arcul se stinge.

Energia necesara  strangularii canalului ionizat raportata la purtatorii de sarcina din acest canal poarta denumirea de tensiune de refacere dielectrica sau tensiune de tinere

Conditii de strangulare intre tensiunea ce stranguleaza canalul Ud si tensiunea ce mentine acest canal.(tensiunea tranzitorie de restabilire U r) .

·       tensiunea de arc si tensiunea de restabilire . Ua(t) sa fie superioara tensiunii oscilante de restabilire  Ur(t);

·       corelarea intre tensiunea de tinere si tensiunea de  restabilire. Ut(t) sa fie superioara tensiunii oscilante de restabilire Ur(t).

Page 5: Camere de stingere (1).ppt

Caracteristicile mediului de stingere: -sa aiba o conductivitate termica

ridicata în special în faza de stingere a arcului electric (l mare la T mare) ;

- sa aiba o tensiune de refacere a dielectricului (tinere) cât mai ridicata cu un timp de refacere dielectrica cât mai redus ;

- la temperaturi înalte sa prezinte o conductivitate electrica ridicata pentru a reduce la minim rezistenta arcului electric. Reducerea rezistentei arcului implica pierderi Joule - Lentz reduse în coloana de arc deci energie mica a coloanei arcului;

- la temperaturi joase conductivitatea electrica trebuie sa fie cât mai redusa, apropiata de a materialului izolant pentru a face cât mai simpla restabilirea tensiunii.

Page 6: Camere de stingere (1).ppt

Calitatea de material izolant a unui mediu este masurata prin tensiunea de strapungere dielectrica dintre contacte care depinde de presiunea si distanta dintre electrozi. Curbele lui Paschen prezinta tensiunea de strapungere (în KV) functie de distanta dintre electrozi si presiune, având trei zone de dependenta functie de produsul distanta electrozi si presiune:

* zona de presiune înalta (1 - 10) bar cm în care tensiunea de strapungere este proportionala cu presiunea si distanta dintre contacte;

* zona de presiune scazuta (0,1 - 0,0001)bar·cm în care tensiunea de strapungere are un minim cuprins între 200 - 600 V dependent de tipul mediului;

*  zona de vid absolut în care tensiunea de strapungere depinde de distanta dintre contacte si suprafata contactelor.

Page 7: Camere de stingere (1).ppt

Mediile cele mai utilizate în camerele de stingere sunt:

aerul,  uleiul, vidul avansat, hexaflorura de sulf

(SF6) materialul granulat

(nisip de cuart).

Page 8: Camere de stingere (1).ppt

Stingerea arcului presupune: ·       sa furnizez coloanei arcului o tensiune mai

mica decat cea necesara sau ·       procesele de deionizare sa fie mai

puternice decat cele de ionizare sau energetric sau

·       extragere de caldura din coloana arcului mai mult decat se dezvolta

Realizarea acestor conditii este posibila prin actiunea unei forte (de orice natura ) care sa actioneze asupra coloanei de arc , forta care sa alungesca  sau sa intensifice schimburile energetice intre colana si mediul de stingere

Page 9: Camere de stingere (1).ppt

Proprietati la presiunea atmosferica ·       timp de refacere dielectrica destul de

ridicat (10ms) ·       tensiune de strapungere de 30 KV/cm. Principii de stingere Arcul electric ce se

formeaza între contacte trebuie, pentru a fi stins, sa fie alungit artificial prin suflaj magnetic sau prin divizarea  coloanei arcului electric într-o suma de arcuri scurte si alungite sub efectul de electrod si nisa.

Page 10: Camere de stingere (1).ppt

tensiunea necesara arcului electric (relatia Ayrton) >26V

Efectul de electrod consta în divizarea arcului în n segmente în scopul cresterii de n ori a caderii de tensiune dintre electrozi.

 Efectul de electrod este întotdeauna asociat cu efectul de nisa. Coloana arcului electric ce se formeaza între piesele de contact poate fi asociata cu un conductor electric fluid (model cilindric) situat în vecinatatea unor placi feromagnetice.

Page 11: Camere de stingere (1).ppt

Arcul electric ce se formeaza între contacte ,poate fi stins daca este alungit sub actiunea unei forte.

Concluzie  1Actiunea oricarei forte

(magnetice, mecanice etc.) asupra coloanei arcului determina alungirea acestuia.

2 Extragerea caldurii din coloana arcului se face prin contactul acesteia cu peretii reci din camera de stingere( principiu denumit deion deoarece o mare cantitate de caldura din coloana arcului este absorbita de peretii reci ai camerei de stingere-deionizare). Arcul electric ce se formeaza între contacte este alungit sub actiunea fortei magnetice si deionizat prin contactul acesteia cu peretii reci din camera de stingere

Page 12: Camere de stingere (1).ppt

a.Proprietatile dielectrice ale vidului

·       presiune este redusa in domeniul  10-1Pa-10-5 Pa sau  10-3- 10-7 bar. In întrerupatoare valoarea tipica a presiunii este 10-6mbari Tensiunea de tinere 50KV;energia de interactiune este neglijabila. La acesta presiune 1mm3  de volum contine 27 106 molecule de gaz a caror interactiune (U/pd) este neglijabila intre doua ciocniri . Valoarea minima a tensiunii de tinere a vidului  se obtine la 10-3bari

Page 13: Camere de stingere (1).ppt

Densitatea de curent  are valori  semnificative numai pentru câmpuri electrice intense de 109-1010 V/m  (valoare tipica 100KV/cm =107V/m)

Tip arc ·       arc electric concentrat ·       difuzat in functie de

valoarea curentului electric astfel:

-              La valori intense >10.000 A arcul este concentrat  având piciorul de sprijin pe o arie foarte mica mm2 si produce valori foarte ridicate de temperatura . Stingerea arcului este conditionata de cantitatea de vapori metalici Daca densitatea de vapori pe metru cub depaseste valoarea de  1022 arcul se reaprinde 

Page 14: Camere de stingere (1).ppt

Întreruptoarele  cu ulei sunt folosite în principal pentru tensiuni cuprinse intre 5 si 150 kV.

         Principiul de stingere          Hidrogenul obtinut din descompunerea  moleculelor

de ulei serveste drept mediu de extinctie. Acesta este un bun agent de stingere datorita proprietatilor sale termice si timpului sau constant de deionizare care este mai bun decât al aerului, in special la presiuni mari.

La separatie, arcul face ca uleiul sa se descompuna eliberând hidrogen(≈70%), etilena (≈20%)(?), metan (≈10%) si carbon liber. O energie dezvoltata de arc de 100 kJ produce aproximativ 10 litri de gaz. Acest gaz formeaza o bula care, datorita inertiei masei de ulei, este obtinuta în timpul întreruperii la o presiune dinamica care poate atinge de la 50 la 100 bari. Când curentul trece la 0, gazul se dilata si sufla pe arcul care este stins.

Page 15: Camere de stingere (1).ppt

    Întreruptoare cu ulei mult (camera de stingere plasata in cuva)

 Întreruptoare  cu ulei putin(uleiul ocupa numai camera de stingere)

Camere de stingere cu jet trensversal creat

prin descompunerea uleiului(curent intens stin in zona superioara iar cel redus in zona inferioara)

 jet combinat creat partial mecaniccu aductiune prin tija mobila

 expandarea cu control de presiune -camera elastica

Page 16: Camere de stingere (1).ppt

Curentul de scurtcircuit sau curentii de valori ridicate necesita pentru contactul mobil un diametru minimal.

 Lungimea camerei de stingere si deplasarea componentelor mobile sunt practic proportionale cu tensiunea aplicata.

Pentru a evita presiunea excesiva, timpul minim de arc pentru a rupe un curent mare trebuie sa fie mai mic de 10 ms si trebuie sa dureze mai putin de 40 ms pentru curentii critici.

Carcasa izolatoare a camerei de stingere trebuie de asemenea sa fie proiectata sa reziste la presiunile mari 

Dezavantaje: -        Descompunerea uleiului nu este reversibila. -        Descompunerea uleiului si uzura contactelor deterioreaza calitatea

dielectrica rezultând costuri suplimentare de întretinere. -        În cazul unor reînchideri rapide polul ramâne la o presiune mare si

capacitatea de rupere este redusa. -        Riscul de explozie si foc nu este complet eliminat. Câmpuri de aplicare pentru rupere în ulei          Aceasta tehnica de rupere a fost larg folosita în transmisia si distributia

de energie electrica.(120-420KV) si curenti pana la 2000A. Ea este progresiv înlocuita de tehnicile de rupere în vacuum si SF6.

Page 17: Camere de stingere (1).ppt

Tehnica de rupere care foloseste acest gaz a fost prima data dezvoltata în anii 1970 asemenea tipului de rupere în vacuum.

A Proprietati ale SF6

 Proprietati chimice În starea sa pura SF6 este un gaz incolor nepoluant, inodor, neinflamabil si

netoxic. Este insolubil în apa. Din punct de vedere chimic este inert: toate legaturile chimice din molecula

sunt saturate si are o energie mare de disociere (+1.096 kJ/mol) de asemenea o capacitate mare de evacuare pentru caldura produsa prin arc (entalpie mare).

In timpul arcului, în care temperatura poate ajunge între 15.000 K si 20.000 K SF6se descompune. Aceasta descompunere este virtual reversibila: când curentul este redus temperatura este redusa si ionii si electronii pot sa refaca molecula de SF6.

Un numar mic de produsi sunt obtinuti din descompunerea SF6 în prezenta impuritatilor dioxid de sulf SO2F2 sau tetraflorura de carbon CF4. Acesti produsi ramân concentrati în bol si sunt absorbite usor de compusii activi, cum ar fi silicat de aluminiu, care sunt de obicei plasate în mediul ruperii.

Page 18: Camere de stingere (1).ppt
Page 19: Camere de stingere (1).ppt

Conductivitatea termica a SF6  este egala cu cea a aerului dar cercetarea curbei conductivitatii termice a SF6 la temperatura ridicata scoate în evidenta un vârf la temperatura 20000K -temperatura de  disociere a SF6 .

·        Proprietati dielectrice SF6 are un gradient dielectric

ridicat datorita proprietatilor electronegative ale fluorului Durata de viata a electronilor liberi ramâne scazuta si cu moleculele de SF6 ei formeaza ioni grei cu mobilitate redusa. Probabilitatea unei defectiuni dielectrice printr-un efect de bulgare este astfel întârziata. Aceasta da acestui mediu un timp constant extrem de mic de deionizare

Page 20: Camere de stingere (1).ppt

Stingerea arcului electric în contact cu granulele din material refractar este un principiu utilizat la functionarea sigurantelor fuzibile.

Nisipul de cuart constituie unul din cele mai eficiente medii de stingere a arcului electric. Elementul fuzibil al sigurantei este înglobat în masa de nisip de cuart, astfel încât stingerea arcului electric este determinata de preluarea de caldura de catre granulele de nisip..

Procesul complet al deconectarii (arderii) sigurantei fuzibile se compune(teoretic) din urmatoarele faze distincte:

·       Încalzirea elementului fuzibil pâna la temperatura de topire

·       Topirea si vaporizarea elementului fuzibil ·       Aparitia arcului electric dupa strapungerea  spatiului

dintre contactele sigurantei ·       Stingerea arcului , care provoaca ruperea curentului si

deci deconectarea circuitului

Page 21: Camere de stingere (1).ppt

INTERNET