TRATAREA NEUTRULUI N REELELE ELECTRICE.

2.1. Moduri de tratare a neutrului.

n cazul unei reele electrice trifazate alimentate cu un sistem simetric de tensiuni, de succesiune direct sau invers, exist un neutru electric situat n centrul de greutate 0 al triunghiului echilateral, avnd ca laturi tensiunile compuse (de linie) U12 , U23 , U31 , ale reelei electrice (fig. 6a).

a ) b ) c )

U

U

U

U

U U

1 2

2

1

2 3

3 1 3 0

1

23

1 1

22

3

30

0

N

Fig. 6. Reprezentarea neutrului : a) electric; b) fizic; c) artificial.

ntr-o reea alimentat din secundarul unui transformator electric cu conexiunea n triunghi, acest neutru electric nu exist fizic, ci numai fictiv, el fiind localizat n central de greutate O al triunghiului echilateral cu laturile reprezentnd tensiunile de linie U12 , U23 , U31 . Centrul de greutete O definete tensiunile de faz U1 , U2 , U3 .

n cazul unei reele alimentate de un generator sau transformator avnd secundarul cu conexiunea n stea, neutrul fizic este reprezentat de punctul comun de conectare a nfurrilor (fig. 6b). Acest neutru poate fi scos, sau nu, la borne. El poate fi distribuit, sau nu. n cazul n care neutrul este distribuit, un conductor neutru nsoete reeaua electric. Neutrul scos la borne nu presupune, neaprat, ca el s fie distribuit.

Uneori, se poate ntmpla ca ntr-o reea electric s fie realizat un neutru artificial, prin conectarea n stea a trei receptoare alimentate din reeaua respectiv (fig. 6c).

Tensiunile dintre fazele reelei i punctul neutru electric (tensiunile de faz) nu trebuie confundate cu tensiunile dintre faze i pmnt. Tensiunile de faz, respectiv potenialul punctului neutru electric n raport cu fazele, sunt impuse de sursa de energie, pe cnd tensiunea dintre punctul neutru i pmnt depinde de alte cauze cum ar fi capacitile i rezistenele de izolaie ale fazelor fa de pmnt i impedanele de sarcin.

Numai n cazul unei reele electrice, echilibrate i alimentate cu un sistem simetric de tensiuni, potenialul punctului neutru, real sau artificial, este egal cu potenialul pmntului, iar tensiunea dintre punctul neutru i pmnt va fi egal cu zero. n aceste condiii conductoarele neutre, dac exist, nu vor fi parcurse de cureni. n consecin, n cazul unor astfel de reele este indiferent dac neutrul transformatoarelor este izolat sau legat la pmnt.

n general, potenialul punctului neutru n raport cu pmntul nu este constant i egal cu zero, ci el are o anumit valoare cuprins ntre zero i tensiunea de faz, datorit celor mai diverse cauze, cum ar fi nesimetria constructiv a reelei i nesimetria de ncrcare a fazelor. Diferena dintre potenialul pmntului i potenialul punctului neutru poart denumirea de tensiune de deplasare.

5

Prin tratarea neutrului, nelegem legarea unei impedane de o anumit valoare ntre neutrul unei reele electrice i pmnt, astfel nct s nu perturbm regimul normal de funcionare al reelei, dar n regim de defect cu pmntul s obinem urmtoarele performane:

- stingerea ct mai rapid a arcului electric la locul de defect;

- limitarea curentului de scurtcircuit;

- limitarea tensiunilor accidentale de atingere i de pas;

- limitarea supratensiunilor aprute pe fazele sntoase;

- continuitatea alimentrii consumatorilor.

Din punct de vedere al modului de tratare a neutrului, exist urmtoarele tipuri de reele:

- cu neutrul izolat fa de pmnt;

- cu neutrul tratat prin bobin de stingere;

- cu neutrul tratat prin rezistor;

- cu neutral tratat mixt (bobin i rezistor);

- cu neutrul legat direct la pmnt.

n tabelul 1 sunt prezentate comparativ aspecte caracteristice diferitelor moduri de tratare a neutrului.

Tabelul 1

Caracteristici Neutrul izolat

Legat la pmnt prin bobin de stingere

Legat direct la pmnt

Legat la pmnt prin rezisten de limitare

Arcul provocat de punerea la pmnt

Se autostinge Se elimin prin RAR

Arc intermitent Posibil Nu este posibil

Punere la pmnt de durat

Reeaua poate fi exploatat cu punere la pmnt

Linia cu defect se deconecteaz automat

Supratensiuni tranzitorii la punerea la pmnt

3,5 Uf 3 Uf 1,8 Uf (1,8 2,5) Uf

Supratensiuni de durat 3 Uf n toat reeaua

0,8 Uf la locul defect

1,1 Uf la locul defect

Deconectarea punerilor la pmnt

Oscilaii rezonante

Revenire lent a tensiunii Fr fenomene deosebite

Detectarea punerilor la pmnt

Implic sisteme specialeSe realizeaz cu sisteme uzuale de protecie

Influena asupra liniilor de tele-comunicaii

Important Nensemnat Foarte mare Redus

Extindere reea Foarte limitat Limitat Nelimitat

6

Investiii speciale Nimic

Bobine de stingere

Msuri de pro-tecie, n liniile de telecomunicaii

Rezisten de limitare

2.2.Reele cu neutral izolat fa de pmnt.

Neutrul fizic al unei astfel de reele este izolat fa de pmnt (impedana legat ntre neutrul reelei i pmnt are valoare infinit) iar potenialul neutrului electric, n condiii normale de funcionare este acelai cu cel al pmntului. Din aceast categorie fac parte reelele de 6kV ale serviciilor proprii din termocentrale, reelele de 6kV de distribuie, reele de 6kV din minerit. nfurrile secundare ale transformatoarelor din care sunt alimentate, pot avea i conexiunea stea, dar mai frecvent, n triunghi.

Considerm o reea cu neutrul izolat, n care una din fazele reelei face o atingere accidental cu pmntul, datorit unui defect de izolaie (fig.7).

0

C

IU

U

U

I

I

C U UU p

11 0

2 0

3 0

2

d

p 2 p 1 pp 0

P

Fig.7. Curenii i tensiunile ntr-o reea cu neutrul izolat

funcionnd cu o faz pus la pmnt.

Fiecare faz are fa de pmnt o capacitate i o conductan, uniform repartizate, care pentru linii scurte pot fi considerate ca fiind concentrate ntr-un singur punct.

Valorile capacitilor Cp depind de diametrul conductoarelor, de poziia lor relativ, ntre ele i fa de pmnt i de lungimea liniei.

n cazul liniilor electrice de medie tensiune, n cablu sau aeriene cu conductoarele transpuse, capacitile fa de pmnt sunt practic egale ntre ele, iar conductanele neglijabile.

Prin locul de defect va trece un curent electric de defect, egal cu suma curenilor capacitivi de pe fazele sntoase. Deoarece capacitile fazelor fa de pmnt sunt mici, rezult c i curentul capacitiv care parcurge locul de defect este mic, neglijabil fa de curenii de sarcin ai liniei. Se poate considera c tensiunile de faz U10, U20, i U30, msurate fa de punctul neutru, nu se dezechilibreaz n mod sensibil. Reeaua va continua s alimenteze consumatorii cu energie electric, cu toate c una dintre faze este pus la pmnt, deoarece tensiunile de linie rmn practic nemodificate.

n situaia n care o faz este pus la pmnt, punctul neutru are fa de pmnt o tensiune egal cu tensiunea de faz, iar fazele sntoase au fa de pmnt o tensiune egal cu tensiunea de linie. Prin urmare, izolaia fazelor sntoase va fi solicitat la tensiunea de linie ( fU3 ) i nu la tensiunea de faz, ca n cazul funcionrii n regim normal.

7

Aceast supratensiune poate s creasc pn la (3,5-4) fU , dac n locul de defect apare un arc electric care se stinge i se reaprinde succesiv, devenind un arc intermitent. Arcul electric intermitent i supratensiunile care l nsoesc pot s persiste un numr mare de perioade ale curentului electric, ceea ce poate avea drept consecin strpungerea izolaiei reelei i n alte puncte, unde ea este mai slab. Se ajunge, n acest fel, la dubla punere la pmnt, care este de fapt scurtcircuitul bifazat cu punere la pmnt. Din aceast cauz este necesar a se lua toate msurile pentru evitarea arcului intermitent.

Trebuie menionat c aceste supratensiuni de durat solicit i izolaia fa de mas a nfurrilor de pe fazele sntoase ale motoarelor i transformatoarelor racordare la reeaua cu defect, iar aceste echipamente scumpe necesit reparaii costisitoare n caz de strpungere a izolaiei.

Arcul electric este intermitent, n cazul reelelor electrice de medie tensiune, dac curentul de defect are valori cuprinse ntre 5 i 30A. Pentru cureni mai mici de 5A arcul se stinge la prima trecere prin zero i nu se reaprinde la revenirea tensiunii, iar pentru cureni mai mari de 30A arcul electric arde n permanen. Existena arcului electric este i mai periculoas, cnd acesta ia natere i se menine, n special, n interiorul unor maini sau aparate, deoarece distruge izolaia.

Reelele electrice n cablu, cu tensiuni de 6-10 kV, pot fi exploatate cu neutrul izolat, dac curentul de defect nu depete 10 A.

La valori mai mari apare pericolul deteriorrii izolaiei i punerea la pmnt poate deveni scurtcircuit bifazat sau trifazat.

inndu-se seama de condiiile n care apare arcul electric intermitent, exploatarea reelelor electrice aeriene de medie tensiune cu neutrul izolat este lipsit de pericolul supratensiunilor datorate arcului intermittent, dac lungimea liniei nu depete 30 40 km.

Se numete curent capacitiv total de punere la pmnt a unei reele electrice, curentul care trece prin locul de punere la pmnt i se nchide prin capacitile fa de pmnt ale fazelor sntoase. El este de 3 ori mai mare dect curentul capacitiv al unei faze n regim normal de funcionare a reelei (i nu dublu, aa cum s-ar putea crede la o analiz superficial), datorit multiplicrii cu 3 a tensiunilor pe fazele sntoase.

Prin urmare, n reelele n cablu, datorit curenilor capacitivi mari, n caz de punere monofazat la pmnt apar solicitri mrite ale izolaiei, care conduce la mbtrnirea mai rapid i strpungerea ei.

Pentru evitarea funcionrii de durat a reelelor electrice cu neutrul izolat, n regim de punere la pmnt, n special a celor n cablu, este necesar a se prevedea instalaii de control i avertizare asupra strii izolaiei ( de tipul ISP, DIP, DPP sau RDT).

Principalul avantaj al reelelor cu neutrul izolat, n cazul unei puneri monofazate la pmnt, l constituie asigurarea continuitii n alimentare cu energie electric a consumatorilor.

Ca dezavantaje se menioneaz:

- supratensionarea izolaiei fazelor sntoase, care implic costuri ridicate pentru mrirea nivelului de izolaie a fazelor reelei fa de pmnt;

- perturbaii importante nduse n circuitele de telecomunicaii;

- valori ridicate pentru tensiunile de pas n apropierea locului de defect.

2.3.Reele cu neutral tratat cu bobine de stingere.

8

Bobinele de stingere a arcului electric sunt aparate de curent alternativ, cu reactan fix sau reglabil, care furnizeaz cureni inductivi necesari anulrii curenilor capacitivi mai mari de 5A, care apar la locul de defect n cazul punerii la pmnt a unei faze, n reelele de medie tensiune.

Ele se leag la reea n diverse moduri:

- direct la neutrul fizic al transformatorului de putere, dac acesta are neutrul accesibil;

- la neutrul unui transformator auxiliar, cu reactan homopolar redus, deci, cu conexiunea Y0/d , conectat special n acest scop, a crui putere se alege n concordan cu puterea bobinei;

- la un neutru artificial creat cu ajutorul unei bobine trifazate cu conexiunea n zig zag.

Bobina de stingere (tip Petersen) are un miez magnetic cu ntrefier, reactana ei putnd fi modificat, fie prin schimbarea numrului de spire, fie prin modificarea ntrefierului.

n regim normal, cnd potenialul punctului neutru n raport cu pmntul este zero, prin bobina de stingere nu trece curent electric.

n cazul cnd una din faze, de exemplu faza a treia, este pus la pmnt, prin bobin va trece un curent a crui traseu este prezentat n figura 8.

0

C

IU

U

UI

I

I

C U UU

p

11 0

2 0

3 00

2

d

p 2 p 1 p

p 0 L

P

Fig. 8. Curenii i tensiunile, n caz de punere la pmnt a unei faze,

ntr-o reea cu neutrul tratat cu bobin de stingere.

La o punere la pmnt a reelei, ca i n cazul reelelor cu neutral izolat, n cazul tratrii neutrului cu bobin de stingere, izolaia fazelor sntoase este solicitat la tensiunea de linie fa de pmnt (mai puin cu cderea de tensiune pe bobin).

La o acordare perfect, cnd reactana inductiv a bobinei este egal cu reactana capacitiv a reelei, la apariia unei puneri la pmnt, la locul de defect, curentul inductiv care strbate bobina compenseaz total curentul capacitiv care trece prin capacitile fa de pmnt ale fazelor sntoase.

n practic, nu este indicat ca bobina de stingere s fie perfect acordat. ntr-adevr, n cazul funcionrii reelei electrice n regim normal, datorit fenomenului de rezonan, tensiunea ntre punctul neutru i pmnt, poate atinge valori ridicate, periculoase pentru reea.

Din aceast cauz se lucreaz cu bobina dezacordat cu 15-25 %, n sensul unei supracompensri, adic curentul inductiv prin bobin s fie mai mare dect curentul

9

capacitiv total de punere la pmnt, nct curentul de defect s rezulte inductiv, fapt ce contribuie la uurarea stingerii arcului electric.

Experiena arat, c n cazul utilizrii bobinelor de stingere cu un dezacord de 15-25% supracompensat, arcul electric nu devine intermitent chiar dac intensitatea curentului de defect atinge intensiti apropiate de limita superioar sau chiar mai mari. Acest rezultat nu este n contradicie cu afirmaia, conform creia arcul se stinge numai pentru un curent mai mic de 5A. Explicaia const n faptul c bobina dezacordat favorizeaz stingerea arcului electric att datorit limitrii curentului de defect, ct i datorit limitrii tensiunii de revenire la capetele arcului electric.

Trebuie menionat faptul c, n realitate, curentul de defect nu devine niciodat nul, chiar dac bobina este perfect acordat, deoarece exist ntotdeauna un curent remanent, determinat de componentele active, att ale curentului prin bobin, ct i ale curenilor de scurgere la pmnt.

Utilizarea bobinelor de stingere duce la stingerea rapid a arcului electric, n caz de punere la pmnt, la evitarea supratensiunilor interne i d posibilitatea funcionrii reelei cu o faz pus la pmnt, un timp de 2-6 ore, n funcie de prescripiile de exploatare specifice fiecrei instalaii.

n regim normal de funcionare reeaua se comport ca o reea cu neutrul izolat, deoarece curenii capacitivi pe cele trei faze se compenseaz reciproc, iar prin bobin nu trece curent.

Utilizarea bobinelor de stingere, la tratarea neutrului reelelor de medie tensiune, prezint urmtoarele avantaje:

- funcionarea nentrerupt a reelei datorit stingerii arcului electric ce ia natere la locul de defect n cazul punerilor monofazate la pmnt (circa 70% din defectele pasagere nu sunt sesizate dect de aparatele nregistratoare);

- reducerea intensitii curentului de defect;

- influene mai reduse asupra liniilor de telecomunicaii dect n cazul reelelor cu neutrul izolat.

Printre dezavantaje se menioneaz:

- necesit un nivel de izolaie al fazelor fa de pmnt mai ridicat ca i n cazul reelelor cu neutrul izolat;

- cheltuieli mari legate de instalarea i exploatarea bobinelor de stingere, n special n

cazul celor fr reglaj automat al inductanei;

- efecte distructive n cazul punerilor duble la pmnt;

- nu sunt eficiente n cazul alimentrii unor consumatori deformani, curentul capacitiv avnd n aceast situaie un coninut ridicat de armonici.

Metoda tratrii neutrului prin bobin de stingere se utilizeaz, n ara noastr, la reele aeriene de 35kV, cu lungimi mai mari de 30-40 km, la care curenii capacitivi depesc valorile admise.

2.4.Reele cu neutral tratat cu rezistene.

10

Soluia de legare la pmnt a neutrului reelelor de medie tensiune, prin intermediul unei rezistene i, n general, prin intermediul unei impedane, s-a generalizat la noi n ar, pentru staiile de 110kV/m.t., ncepnd cu anul 1980.

Aceast soluie se aplic n cazul reelelor cu cureni capacitivi totali de punere la pmnt, de peste 10A i prezint, fa de varianta cu neutrul tratat prin bobin de stingere, urmtoarele avantaje:

- punerea la pmnt este de fapt un scurtcircuit monofazat sesizat de instalaia de protecie prin relee, care comand deconectarea rapid, curentul de scurtcircuit avnd totui valori moderate;

- reducerea suprasolicitrii izolaiei echipamentelor electrice prin eliminarea supratensiunilor de lung durat;

- reducerea pericolului de producere a ocurilor electrice prin micorarea tensiunilor de pas i a duratei acestora.

Dac transformatorul, pe partea de medie tensiune, nu are neutrul accesibil (cazul cel mai frecvent), pentru legarea rezistorului se utilizeaz o bobin trifazat n scopul realizrii unui neutru artificial. Bobina trifazat are conexiunea ZN, fiind legat direct la bornele de medie tensiune ale transformatorului (fig. 9).

1

2

3C

I

I

I

C U Up

1

2

d

p 2 p 1 p

P

RI 0

L L L

U p n

Fig. 9. Curenii i tensiunile, n caz de punere la pmnt a unei faze,

ntr-o reea cu neutrul legat la pmnt printr-un rezistor.

Dup cum se vede n figura 9, rezistena R este nseriat cu inductana L a bobinei trifazate care creaz neutral artificial.Dac rezistena R este mare n raport cu inductana L, atunci, n caz de defect, potenialul punctului neutru se apropie de valoarea tensiunii de faz.

Dac, ns, se dorete evitarea unor poteniale ridicate ale neutrului reelei, atunci se aleg rezistene de valori reduse, dar n acest caz curentul de defect poate atinge valori importante.

n consecin, este necesar s se aleag o rezisten care s limiteze intensitatea curentului, dar i potenialul punctului neutru, la anumite valori.

Astfel, n conformitate cu normativele din ara noastr, rezistorul trebuie s limiteze curentul de scurtcircuit monofazat, de pe barele de medie tensiune ale staiei de transformare, dup cum urmeaz:

- la 300A pentru reelele aeriene i reelele mixte cu cureni capacitivi totali de punere la pmnt de pn la 150 A;

11

- la 600A pentru reele n cablu cu cureni capacitivi totali de punere la pmnt cu valori cuprinse ntre 150 i 300A;

- la 1000A pentru reele n cablu cu cureni capacitivi totali de punere la pmnt de peste 300 A.

Plecnd de la aceste valori ale curenilor de defect, rezistena de tratare a neutrului va avea valorile prezentate n tabelul 2.

Avantajele tratrii cu rezisten sunt:- diminuarea solicitrilor izolaiei la supratensiuni tranzitorii ;- exploatarea simpl a reelei ;- amortizarea rapid a oscilaiilor libere, care apar n procesele tranzitorii, care

nsoesc scurtcircuitele cu arc ;- costuri mai reduse, dect n cazul tratrii prin bobine de stingere.

Ca dezavantaj se menioneaz creterea numrului de deconectri, fa de reeaua cu neutrul izolat. Tabelul 2

Limita

Isc pe

bare

Tipul reeleiTensiunea nominal [kV]

6 10 20

300 Reele aeriene sau mixte cu

Ipp < 150A

11,6 19,3 38,5

600 Reele n cablu cu

150 < Ipp < 300A

5,8 9,6 19,2

1000 Reele n cablu cu

Ipp > 300A

3,4 5,8 11,6

Valorile rezistenei de tratare a neutrului reelelor de medie tensiune, exprimate n (). Ca urmare a simplificrii exploatrii, ct i a celorlalte avantaje, aceast soluie ctig teren, fa de alte soluii de tratare, fiind adoptat tot mai frecvent n ultimii ani.n ara noastr au fost realizate rezistoare pentru tratarea neutrului, de 5-10 , cu elemente din font, tabl silicioas sau aliaje de Cr i Ni, precum i transformatoare speciale cu nfurri n zig-zag, pentru crearea neutrului artificial n reelele de medie tensiune.Tratarea neutrului printr-o reactan de mrime fix, nereglabil, soluie aplicat n unele ri europene i n S.U.A., permite de asemenea limitarea curenilor de scurtcircuit monofazat la valoarea dorit. n acest caz, curentul prin bobin va avea un caracter inductiv, efectul de limitare a curentului de scurtcircuit fiind mai pronunat dect n cazul utilizrii unei rezistene. Supratensiunea tranzitorie pe fazele sntoase este mai redus, fiind cuprins ntre limitele (1,4 1,73)*Uf.Bobina de tratare a neutrului reelelor are o construcie simpl i ieftin, fapt ce confer unele avantaje economice acestei metode n comparaie cu tratarea prin rezistor.

2.5.Reele cu neutral tratat prin legare direct la pmnt.

12

O msur radical de protejare a reelelor electrice mpotriva supratensiunilor tranzitorii, n caz de defect accidental al unei faze la pmnt, o constituie legarea neutrului reelei direct la pmnt, printr-o impedan de valoare neglijabil.

1

2

3

I

I

d

dU 3 0

Fig. 10. Curentul de defect, n caz de punere la pmnt a unei faze, ntr-o reea cu neutrul legat direct la pmnt.

n aceast situaie, orice punere la pmnt devine un scurtcircuit monofazat, n schimb potenialul punctului neutru este aproximativ egal cu potenialul pmntului, nct supratensiunile tranzitorii ale fazelor sntoase fa de pmnt au valori reduse.n ara noastr, soluia legrii neutrului direct la pmnt este generalizat pentru reele de joas, nalt i foarte nalt tensiune, fiind adoptat din motive de evitare a suprasolicitrii izolaiei.

Utilizarea reelelor cu neutrul legat direct la pmnt are urmtoarele avantaje:- eliminarea simpl i rapid a scurtcircuitelor cu ajutorul siguranelor fuzibile, n cazul reelelor de joas tensiune i cu ajutorul ntreruptoarelor declanate de instalaia de protecie prin relee, n cazul reelelor de nalt i foarte nalt tensiune; - reducerea solicitrii izolaiei n regimuri nesimetrice, ceea ce permite utilizarea transformatoarelor cu izolaie degresiv; n cazul transformatoarelor cu izolaie degresiv, n apropierea punctului neutru, nivelul izolaiei bobinelor este mai redus dect al celor din apropierea bornelor de nalt tensiune; supratensiunile tranzitorii au valori mai reduse, de maximum 1,8Uf ;- funcionarea selectiv i sigur a instalaiilor de protecie prin relee;- exploatare simpl.

Ca dezavantaje principale se citeaz:- ntreruperea alimentrii cu energie electric a consumatorilor la fiecare defect cupmntul;- tensiuni de pas ridicate n zonele de defect, fapt ce necesit msuri speciale de protecie mpotriva producerii ocurilor electrice;- influene maxime asupra liniilor de telecomunicaii i transmisii radiofonice;- posibilitatea ieirii din sincronism a generatoarelor electrice, ca urmare a deconectrii liniilor electrice importante.

Dac rezistena prizei de legare la pmnt a neutrului reelei electrice ar fi teoretic nul, n cazul punerii la pmnt a unei faze, tensiunea fazelor sntoase fa de pmnt ar trebui s rmn neschimbat. n realitate, rezistena prizei de legare la pmnt, dei are o valoare foarte mic, produce o cdere de tensiune semnificativ datorit intensitilor mari ale curenilor de scurtcircuit monofazat. Ca urmare, potenialul neutrului nu rmne egal cu zero, ceea ce face ca tensiunea fazelor sntoase fa de pmnt s creasc ntr-o oarecare msur.

Din aceast cauz se impune verificarea periodic a prizei de pmnt, deoarece nclzirea puternic a acesteia, la trecerea curenilor de scurtcircuit monofazat, provoac o cretere a

13

rezistivitii solului prin uscare i neutrul risc s fie legat la pmnt printr-o rezisten ridicat, fr ca exploatarea s fie prevenit.

Conform recomandrilor C.E.I., la reelele cu neutrul legat direct la pmnt, supratensiunea fazelor sntoase, n cazul unui scurtcircuit monofazat, nu trebuie s depeasc 1,8 Uf. n acelai timp, intensitatea curentului de scurtcircuit monofazat nu trebuie s depeasc pe cea a curenilor de scurtcircuit trifazat, pentru care sunt dimensionate aparatele de comutaie din reele. n afara unor mijloace speciale, realizarea acestor condiii impune ca raportul dintre reactana de secven homopolar Xh i reactana de secven direct Xd s fie cuprins ntre 1 i 3.

n acest scop, se leag direct la pmnt numai punctele neutre ale unora dintre transformatoare, celelalte rmnnd izolate. n general, se recomand ca ntr-o staie electric de nalt tensiune s existe cel puin un transformator cu neutrul legat la pmnt.

Un dezavantaj important al legrii neutrului reelelor electrice direct la pmnt l constituie i faptul c apariia curenilor de scurtcircuit monofazat afecteaz n mod negativ instalaiile de telecomunicaii i semnalizri feroviare situate n vecintate. Curenii de defect, scurgndu-se prin stlpii metalici ai liniei, prin prizele de legare la pmnt ale acestora i prin pmnt, pot determina tensiuni periculoase de pas i pot induce tensiuni nsemnate n liniile de telecomunicaii i n conductele metalice nvecinate de gaz sau ap. n reelele de nalt i foarte nalt tensiune cu neutrul legat direct la pmnt sistemul de reanclanare automat rapid (RAR) lichideaz cu destul siguran punerile la pmnt trectoare n 85% din cazuri.

Reanclanarea automat rapid const n declanarea i anclanarea repetat, la anumite intervale de timp, a ntreruptorului dup un ciclu D-P-A (declanare pauz - anclanare). n timpul pauzei, arcul electric, care ia natere n locul de defect, nu mai este alimentat, rigiditatea dielectric a aerului la locul de defect se reface, nct la nchiderea ulterioar a ntreruptorului este posibil ca arcul s nu se mai reaprind.

Durata de ntrerupere trebuie s fie judicios aleas pentru ca arcul s aib timp s se sting i n acelai timp s nu fie prea mare, nct s se piard stabilitatea sistemului electroenergetic (ieirea din sincronism a generatoarelor electrice).

Pentru evitarea pierderii stabilitii sistemului electroenergetic se utilizeaz reanclanarea automat rapid monofazat (RARM) numai pe faza defect. n timpul efecturii ciclului de ctre RARM, stabilitatea funcionrii n paralel a generatoarelor este meninut de fazele sntoase.

3. TRANSFORMATOARE ELECTRICE.

3.1. Rolul transformatorului electric.

n centralele electrice, tensiunea produs n generatoarele electrice este de 6 24 kV. Transportul economic al energiei electrice produse necesit tensiuni nalte.

La locul de utilizare ns, energia electric trebuie s aib o tensiune joas, pentru a putea fi folosit de ctre consumatori. Este necesar, deci, transformarea energiei electrice de o anumit tensiune n energie electric de alt tensiune. Aceast problem se rezolv simplu i economic numai n cazul curentului alternativ, cu ajutorul transformatorului.

Dac puterea P ar fi transportat la tensiunea U1, rezultnd un curent I1, pierderea de putere n linie este:

14

211 IRp = (1)R fiind rezistena liniei.

n cazul transportului aceleiai puteri la o tensiune U2, de K ori mai mare, (1

2

UU

K = ),

curentul I2 fiind mai mic n acelai raport, pierderea de putere este: 222 IRp = (2)Fcnd raportul pierderilor, rezult:

22

21

2

1

IRIR

pp

= i innd cont c KI

I 12 = , rezult: 2

2

21

21

2

1 K

KII

pp

==

de unde: 2121K

pp = (3)

adic pierderile de putere, scad cu ptratul raportului dintre cele dou tensiuni.Din acest motiv, la extremitile unei reele se gsesc transformatoare ridictoare de

tensiune la sursa de energie i transformatoare cobortoare de tensiune la distribuie.

3.2.Transformatorul monofazat.Transformatorul monofazat (fig.1) se compune dintr-un miez de fier, care reprezint un circuit magnetic nchis, format din tole cu grosime de 0,3 0,5 mm, izolate ntre ele pentru a evita formarea curenilor turbionari de intensitate mare.Tolele se confecioneaz din oel electrotehnic laminat la rece, cu cristale orientate, izolate cu carlit (izolaie ceramic obinut printr-un tratament de suprafa termic i chimic) care prezint o cretere a permeabilitii magnetice n direcia laminrii i o ngustare a ciclului histerezis, obinndu-se astfel reducerea pierderilor de magnetizare.n ultimii ani au fost fabricate transformatoare avnd miezul confecionat din aliaj amorf fier-siliciu, cu caliti magnetice deosebite.

Pe miezul de fier se bobineaz nfurrile transformatorului (bobine) din conductor de cupru sau de aluminiu. Poriunea circuitului magnetic pe care sunt dispuse nfurrile se numete coloan, iar partea care servete numai la nchiderea circuitului magnetic al coloanelor se numete jug.

Figura 11. Transformatorul monofazat.

Circuitul cruia i se aplic tensiunea de alimentare se numete, pe scurt, primar. Circuitul al doilea, se numete secundar; el este generatorul de tensiune n circuitul de ntrebuinare.

15

Acelai circuit de la doi transformatori identici poate fi numit primar sau secundar, dup cum se gsete la captul liniei de unde se furnizeaz energia electric sau la captul liniei receptoare de energie electric.

S presupunem ambele circuite ale transformatorului nfurate n acelai sens, avnd fiecare W1 i respectiv W2 spire i c transformatorul funcioneaz n gol I2 = 0 (adic circuitul secundar este fr consumator).Dac se aplic transformatorului tensiunea u1 (de valoare efectiv U1), n primar apare curentul de intensitate i0 (de valoare efectiv I0), numit curentul de mers n gol, care d natere fluxului magnetic alternativ .Acest flux variabil care strbate spirele ambelor nfurri face s apar, n cele W1 spire ale primarului, o tensiune electromotoare de autoinducie:

t

We

= 11 (4)

iar n secundar, tensiunea electromotoare:

t

We

= 22 (5)

Prin mprire rezult:

2

1

2

1

WW

ee

= (6)

Conform legii lui Ohm aplicat circuitului primar, suma dintre tensiunea de alimentare u1 i t.e.m. de autoinducie e1 trebuie s fie egal cu cderea de tensiune n primar.

0111 iReu =+ (7)unde R1 este rezistena nfurrii primare.De obicei, valoarea R1 este mic i produsul 01 iR poate fi neglijat, astfel c: 11 ue (8)Semnul minus arat c t.e.m. de autoinducie e1 este n opoziie de faz cu tensiunea reelei de alimentare a transformatorului u1.La funcionarea n gol a transformatorului, t.e.m. e2 este egal cu tensiunea u2 la bornele secundarului: 22 ue = (9)

Prin mprire se obine:

2

1

2

1

uu

ee

(10)

Din relaiile (6) i (10) rezult c t.e.m. e1 i e2 sunt n faz, iar tensiunile u1 i u2 sunt n opoziie de faz (semnul minus din faa raportului indic aceast defazare de 180).Din aceleai relaii, scrise n valoare absolut, rezult relaia ntre valorile efective ale mrimilor alternative e1, e2, u1, u2.

KWW

EE

UU

==

2

1

2

1

2

1 (11)

Raportul tensiunilor la bornele nfurrilor, la mersul n gol al transformatorului, notat cu K, se numete raport de transformare al transformatorului.Diagrama vectorial de mers n gol al transformatorului este reprezentat n fig. 12.Tensiunile electromotoare E1 i E2 sunt n ntrziere fa de fluxul magnetic cu perioad (90).

16

Fig.12. Diagrama vectorial de mers n gol a transformatorului monofazat.

Dac KU1, transformatorul este numit transformator ridictor de tensiune, iar dac K>1, U2

Defazajele dintre tensiunile i curenii din primar, respectiv din secundar sunt egale, 21 =.

Puterile active i reactive primare i secundare sunt egale: 222111 coscos = IUIU 222111 sinsin = IUIUFuncionarea transformatorului fr cdere de tensiune, fr pierdere de putere activ i reactiv, cu un curent de mers n gol nul, este numit funcionarea transformatorului perfect.

La funcionarea transformatorului perfect s-au admis trei tipuri de erori:- s-a considerat curentul de magnetizare I0 = 0;- s-au neglijat rezistenele i reactanele nfurrilor primare (R1, X1)

i secundare (R2, X2); - circuitul magnetic nu prezint pierderi.

n realitate:- curentul de mers n gol I0 este mic, dar nu este neglijabil;- curenii I1 i I2 nu sunt exact n opoziie;- unghiurile de defazaj 1 i 2 ale curenilor primar i secundar n raport cu tensiunile

lor nu sunt egale;- rezistenele nfurrilor i reactanele nu sunt neglijabile:- exist cderi de tensiune n primar R1I1; X1I1 i n secundar R2I2; X2I2;- tensiunile la borne U1 i U2 nu mai sunt egale cu t.e.m. E1 i E2;- pierderile magnetice nu sunt neglijabile, cuplajul magnetic al celor dou

nfurri nu este perfect.Fluxul total prin fiecare nfurare poate fi considerat ca suma unui flux comun C i a unui flux de scpri f1 i f2 (fig. 14).

Figura14.Fluxurile de scpri la transformatorul monofazat.

Aceste pierderi sunt aproape exclusiv prin aer, astfel c fluxurile de scpri sunt proporionale cu curenii din nfurrile respective i n faz cu acetia. Datorit traseului aerian, fluxurile de scpri au valori foarte mici n raport cu fluxul util.

Diagrama vectorial a transformatorului la funcionarea real este reprezentat n fig.15. unde: R1I1 ; R2I2 reprezint cderile tensiune pe rezistenele ohmice ale nfurrilor, primar

respectiv secundar;L1I1 ; L2I2 reprezint cderile tensiune de pe reactantele inductive ale nfurrilor

18

transformatorului; U1 ; U2 tensiunea la bornele nfurrilor; E1 tensiunea electromotoare de autoinducie n nfurtoare primar; E2 t.e.m. indus n nfurtoare secundar;

Figura 15. Diagrama vectorial a transformatorului real.

3.3. Transformatorul trifazat.Construcia i funcionarea.Transferul energiei electrice trifazate, de la o anumit valoare a tensiunii, la o alt valoare a tensiunii, se poate realiza prin intermediul unui ansamblu de trei transformatoare monofazate sau cu ajutorul unui transformator trifazat.Un transformator trifazat const dintr-un miez de fier cu cele trei coloane, cu nfurrile primare i secundare montate pe aceste coloane (fig. 16).

Pe fiecare coloan a miezului se monteaz dou bobine aparinnd unei faze, una reprezint nfurarea primar, iar cealalt nfurarea secundar.

Figura 16.Transformatorul trifazat.

Deoarece suma vectorial ale celor trei cureni care formeaz un sistem trifazat este totdeauna egal cu zero, este evident c suma vectorial a celor trei fluxuri magnetice produse de aceti cureni este de asemenea egal cu zero.

Fenomenele care se petrec n fiecare faz a unui transformator trifazat, nu se deosebesc de fenomenele unui transformator monofazat i, prin urmare, diagrama vectorial a unui transformator monofazat poate fi privit ca diagrama uneia din fazele transformatorului trifazat.

19

Raportul de transformare al transformatorului trifazat

Ca i n cazul transformatorului monofazat, raportul de transformare al transformatorului trifazat se definete ca raportul tensiunilor msurate n gol la bornele omoloage:

2

1

l

l

ca

CA

bc

BC

ab

ABU U

U

UU

UU

UU

K ==== (14)

unde 1lU i 2lU - tensiunile de linie primare i secundareSpre deosebire de transformatorul monofazat, raportul de transformare KU depinde de schema de conexiuni nefiind totdeauna egal cu raportul numrului de spire.Se consider conexiunea stea stea: fl UU = 3atunci se poate scrie:

Wf

f

f

f

l

lU KW

WUU

U

UUU

K ===

==

2

1

2

1

2

1

2

1

3

3(15)

Rezult c, n cazul acestei conexiuni raportul de transformare este egal cu raportul spirelor.La conexiunea stea n primar i triunghi n secundar, pentru circuitul primar este valabil relaia:

113 fl UU = iar pentru circuitul secundar: 22 fl UU =

Aadar, raportul de transformare va fi:

Wf

f

l

lU KU

U

U

UK =

== 33

2

1

2

1 (16)

adic mai mare, dect raportul numrului de spire, de 3 ori.Urmnd raionamentul de mai sus, pentru orice conexiune a transformatorului, se poate stabili relaia ntre raportul de transformare i raportul spirelor.

Tensiunea nominal de scurtcircuit.

Se determin printr-o ncercare n scurtcircuit. Cu secundarul n scurtcircuit se alimenteaz nfurarea primar a transformatorului cu tensiune progresiv, astfel nct prin nfurri s circule curenii I1SC i I2SC egali cu curenii nominali ai nfurrilor; valoarea tensiunii pentru care se obin curenii nominali n nfurrile transformatorului, se numete tensiune nominal de scurtcircuit. Schema este dat n fig. 17.

Figura 17.Schema pentru aflarea tensiunii de scurtcircuit.

Tensiunea de scurtcircuit relativ (USC%) nscris pe placa transformatorului, reprezint raportul ntre tensiunea nominal de scurtcircuit i tensiunea nominal a nfurrii prin care se face alimentarea cu tensiune la efectuarea probei, nmulit cu 100:

100% =n

SCnSC U

UU (17)

20

Conexiunile transformatoarelor trifazate.

nceputurile nfurrilor de nalt tensiune se noteaz cu A, B, C, iar sfriturile cu X, Y, Z. Pentru nfurrile de joas tensiune se utilizeaz acelai mod de notaie, dar cu litere mici: a, b, c respectiv x, y, z (fig. 16).Borna de nul se noteaz cu litera N pentru nfurarea de nalt tensiune, respectiv cu n pentru nfurarea de joas tensiune.Cunoscnd bornele de nceput i de sfrit ale nfurrilor.acestea se pot conecta n stea, n triunghi sau zigzag (fig. 18).

Figura 18.Conexiunile transformatoarelor trifazate.

Primele dou conexiuni se ntlnesc att la transformatoare ct i la motoare electrice.Conexiunea zigzag este specific transformatoarelor.

Conexiunile nfurrilor de nalt tensiune se reprezint prin simbolurile Y stea, - triunghi, Z zigzag; pentru nfurrile de joas tensiune se noteaz n acelai mod, dar cu litere mici. Dac o conexiune are punctul de nul scos, la simbolul corespunztor se adaug indicele o. Toate combinaiile de conexiuni (n numr de ase) sunt reprezentate n figura 19.

Figura 19.Combinaiile de conexiuni.

Dac se schimb ntre ele capetele fiecrei faze, fie n primar, fie n secundar, ceea ce echivaleaz cu bobinarea n sens invers a nfurrilor respective, se obine o alt variant de conexiuni; se zice c aceasta este rsturnat celeilalte. Rezult 12 variante de conexiuni.n tabelul 3 sunt prezentate schemele de conexiuni utilizate mai frecvent.

21

n funcionarea normal conexiunile pot fi de orice fel. n regim dezechilibrat, anumite montaje prezint grave inconveniente. n cele ce urmeaz vor fi examinate calitativ principalele conexiuni.

Conexiuni stea-stea.

Dezechilibrul cel mai grav se produce n cazul debitrii unei singure faze pe neutru, este cazul clasic al transformatoarelor cobortoare de tensiune din reelele de utilizare care au un caracter mixt de iluminat i for.

Curentul de dezechilibru secundar ia face s apar un curent primar IA n faza considerat, care se nchide prin fazele B i C. Astfel amper-spirele primare i secundare nu se mai compenseaz n coloanele B i C (fig. 20). Se constat o scdere de tensiune pe faza A i supratensiuni periculoase pe fazele B i C i totodat apar pierderi exagerate. Deci montajul nu poate fi folosit n regim dezechilibrat. Dac sarcina nu este simetric, curentul n conductorul neutru nu trebuie s depeasc 25% din curentul nominal.

Figura 20.Conexiunea stea-stea. Figura 21. Conexiunea triunghi-stea.

Conexiuni triunghi-stea.

n acest caz, curentul primar IA produs de curentul de dezechilibru ia , circul din firul de linie A la firul de linie C prin nfurarea fazei considerate. Compensarea amper- spiralelor primare i secundare ale coloanelor B i C este pstrat (fig. 21). Inconvenientele montajului stea-stea sunt astfel evitate.

Tabelul 3.

22

Conexiuni stea zigzag.

23

2

1

WW

2

1

WW

2

1

3WW

2

13WW

2

1

32WW

2

1

3WW

2

13WW

2

1

32WW

2

21

WWW +Y0

Yz-11

La aceast conexiune nfurarea secundar a fiecrei faze este divizat n dou semi-bobine identice, plasate pe dou miezuri diferite i puse n serie n sens invers. Curentul de dezechilibru Ia d natere curentului primar IA care circul prin coloanele A i B (fig. 22).

Concepia nfurrilor permite s se realizeze compensarea amper-spiralelor primare i secundare n fiecare coloan. Inconvenientele montajelor stea-stea i triunghi-stea sunt astfel evitate.

Cuplajul zigzag se ntrebuineaz numai n secundarul transformatoarelor n care primarul este legat de obicei n stea, aceast conexiune se folosete numai pentru puteri mici i numai pentru transformatoare cobortoare de tensiune ale reelelor de utilizare.

Ia

Figura 22.Conexiunea stea-zigzag.

Grupa de conexiuni.

n diagramele vectoriale, tensiunile de linie (ntre faze) sunt reprezentate prin triunghiuri echilaterale ABC, iar tensiunile de faz sunt reprezentate prin distane le de la centrul de greutate al triunghiului ABC la cele trei vrfuri. Deoarece steaua fazorilor tensiunilor de faz se rotete n sens direct, spre dreapta (sensul acelor de ceas), notarea vrfurilor trebuie fcut n acest sens. Dac nfurrile sunt conectate n triunghi, laturile triunghiului ABC, care reprezint tensiunile ntre faze, reprezint n acelai timp i tensiunile de faz ale nfurrilor.Dac nfurrile sunt legate n stea, ntre tensiunile de faz i tensiunile ntre faze este un defazaj de 30o (fig. 23).

Figura 23. Defazajele dintre tensiunile de linie i tensiunile de faz.

24

Oricare vor fi conexiunile nfurrilor primare i secundare, defazajul dintre tensiunile omoloage din primar i secundar este sigur 30o sau un multiplu de 30o .

Numrul care, nmulit cu 30o, ne d unghiul de defazaj dintre tensiunile omoloage din primar i secundar definete grupa de conexiuni care cuprinde toate transformatoarele care au acelai defazaj. n tabelul 1 sunt pezentate cele mai ntlnite grupe de conexiuni.

Exist grupe notate cu numere pare (ex. 6,12) i grupe notate cu numere impare (ex. 5,7,11). Transformatoarele cu conexiunile stea-stea sau triunghi-triunghi aparin unor grupe pare, iar transformatoarele cu conexiunile stea-triunghi sau triunghi-stea aparin unor grupe impare. Transformatoarele cu conexiunile stea-zigzag fac parte din grupe impare.

Pierderi n transformator.

ntr-un transformator pierderile sunt ntlnite att n fier (miez) ct i n cupru (nfurri).

Pierderile n fier sunt de dou feluri:- pierderi prin cureni turbionari (Foucault);- pierderi prin histerezis.

Pierderi prin cureni turbionari (Foucault).

Tolele circuitului magnetic sunt supuse variaiei cmpului electromagnetic i, ca urmare, n jurul liniilor de cmp iau natere cureni circulari cu diamatrul maxim ct grosimea tolelor. Aceti cureni, numii cureni turbionari sau cureni Foucault, produc nclzirea tolelor prin efectul Joule. Pentru reducerea acestor pierderi, circuitul magnetic se realizeaz din tole de grosime redus izolate ntre ele.

Pierderi prin histerezisSubstanele feromagnetice (de exemplu fierul) se magnetizeaz dac sunt plasate ntr-un cmp magnetic de inducie B. Prin creterea intensitii cmpului magnetic, magnetizarea fierului tinde spre o limit de saturaie.Descrescnd intensitatea cmpului, pentru aceeai valoare a cmpului, nu se gsete aceeai valoare a magnetizrii. Dac intensitatea cmpului devine zero, fierul pstreaz o magnetizare remanent.Variaia cmpului magnetic ntre dou valori egale +H1 i H1, produs de un curent alternativ care circul printr-o bobin, determin magnetizarea fierului dup o curb nchis numit ciclul de histerezis (fig. 24).Energia pierdut n fier este egal cu suprafaa ciclului histerezis.

Figura 24.Ciclul de histerezis.

25

Calitatea fierului din care se confecioneaz circuitul magnetic al transformatorului este aleas astfel nct suprafaa ciclului s fie ct mai mic.

Separarea pierderilor n fier n pierderi histetezis i pierderi prin cureni Foucault, se bazeaz pe faptul c la inducie constant n fier, deci la aceeai tensiune primar aplicat transformatorului, pierderile histerezis variaz proporional cu frecvena, iar pierderile prin cureni Foucault cu ptratul frecvenei.

Pierderi n cupru.

Dac R1 i R2 sunt rezistenele nfurrilor primar i secundar, I1 i I2 curenii care circul prin aceste nfurri, atunci pierderile prin efect Joule sunt:

- n nfurarea primar 211 IR - n nfurarea secundar 222 IR

Pierderile prin efect Joule, n transformator sunt egale cu suma pierderilor din nfurri.

Rcirea transformatorului.

Pierderile n fier i n cupru se transform n cldur. nclzirea transformatorului trebuie limitat la o anumit valoare, astfel nct n nici un punct temperatura s nu ating o valoare periculoas pentru starea izolaiei.

Durata de via a materialelor izolante este redus cnd sunt supuse la temperaturi anormale. De exemplu, dac durata unui material izolant este de 20 ani, cnd el funcioneaz la temperaturi de 80 900 C, aceasta scade la jumtate dac temperatura de funcionare este de 1050C.

La transformatoarele cu ulei, cldura degajat n transformator se evacueaz n mediul nconjurtor prin intermediul uleiului. Uleiul n contact cu tolele i cu nfurrile, se ridic spre capacul cuvei intrnd n contact cu suprafaa cuvei i a radiatoarelor de rcire; uleiul rcit revine spre nfurri i circuitul magnetic i ciclul continu.

Cnd puterea transformatorului crete, cresc i pierderile i, ca urmare, suprafaa neted a cuvei devine insuficient pentru a evacua cldura; atunci se adopt soluii care ofer aerului ambiant o suprafa mai mare de rcire (ondularea pereilor cuvei, adugarea la cuv a radiatoarelor etc).

Rcirea astfel realizat se numete rcire natural cu ulei, simbolul NL (N circulaie natural a uleiului, L micarea natural a aerului).

Pierderile transformatoarelor de mare putere sunt apreciabile, rezultnd o cantitate mare de cldur care trebuie evacuat. Pentru a accelera transmiterea cldurii de la partea activ n mediul ambiant, se folosesc diferite sisteme de rcire.

Pentru a activa schimbul de cldur din transformator n mediul ambiant, se utilizeaz ventilatoare care sufl aer proaspt pe pereii radiatoarelor. Acest sistem se numete rcire natural cu ulei, cu ventilaie forat (suflare - S) a aerului, simbol NS.

La transformatoare de mare putere, radiatoarele sunt aezate n baterii separate, alturi de transformator i legate de el prin evi. Uleiul rcit n radiatoare este retransmis transformatorului.

26

Pentru a mri viteza de circulaie a uleiului, n radiatoare i a activa astfel schimbul de cldur se utilizeaz pompe de circulaie intercalate n circuitul de ulei (circulaie forat de ulei - F); radiatoarele sunt rcite natural cu aer, sistemul de rcire are simbolul FL.La transformatoare de mare putere, se utilizeaz mpreun cu circulaia forat a uleiului i ventilaia forat, sistemul de rcire avnd sistemul FS.

Se folosete i sistemul de rcire cu ap (simbolul A) n situaia n care spaiul de montaj este redus; capacitatea mare de rcire a apei permite realizarea unei rciri corespunztoare, n gabarite mult reduse. Rcirea cu ap se execut n dou variante:

- prin serpentine instalate n cuva transformatorului prin care circul ap;- prin baterii de radiatoare, separate de cuv, rcite cu ap; uleiul cald este transmis

n radiatoare prin intermediul pompelor de ulei. Sistemul de rcire are simbolul FA.Pentru a evita ptrunderea apei n ulei, presiunea uleiului trebuie s fie ntotdeauna mai mare dect presiunea apei din radiatoare.

Comutatorul de ploturi.

Cnd tensiunea primar variaz, tensiunea secundar trebuie meninut n anumite limite. Acest lucru se realizeaz prin modificarea raportului de transformare, mrind sau micornd numrul de spire, fie n nfurarea primar, fie n nfurarea secundar.

Exist comutatoare de reglaj n sarcin (pentru transformatoare de mare putere), dar i comutatoare mai simple, a cror acionare se face, obligatoriu, cu transformatorul deconectat (pentru transformatoare de mic putere), ca n fig. 25.Schimbarea prizelor (modificarea n trepte a numrului de spire al nfurrii) se face cu ajutorul unui comutator legat la punctul neutru al nfurrilor conectate n stea.

Comutatorul este manevrat printr-o manivel aezat la exteriorul cuvei transformatorului. Cele trei trepte de reglaj sunt: - 5%; 0; +5%.

Figura 25. Comutator de ploturi.

Tubulatura de expansiune.

Pentru protejarea cuvei i a radiatoarelor mpotriva suprapresiunilor interne care se pot crea ca urmare a degajrilor de gaze rezultate din descompunerea materialelor izolante sau a uleiului sub aciunea arcului electric, se monteaz deasupra cuvei supapa de siguran numit i eava de expansiune. Aceasta are o nclinaie fa de cuv pentru ca la acionare, uleiul s fie evacuat n afara transformatorului. La captul evii de expansiune se monteaz o diafragm din tabl subire de cupru sau alam, dimensionat corespunztor, fa de presiunea pe care o poate suporta cuva.

27

Pentru a preveni spargerea membranei la variaia nivelului de ulei (comprimarea sau rarefierea aerului din eav cuprins ntre suprafaa uleiului i membran) spaiul dintre membran i ulei se pune n legtur cu conservatorul printr-o eav subire de egalizare (poziia 6 din fig. 26).

Figura 26.Tubulatura de expansiune i conservatorul.

Conservatorul de ulei, filtrul de aer.

Conservatorul de ulei este un rezervor aezat deasupra capacului transformatorului i care comunic cu cuva printr-o conduct cu mic nclinare (spre conservator) pentru a asigura circulaia gazelor (eventual a aerului) din transformator n conservator.

Conservatorul asigur meninerea n stare plin a cuvei i preia variaiile de volum ale uleiului produse de temperatura transformatorului (temperatura cea mai sczut cnd transformatorul este deconectat n timpul cel mai friguros al anului i temperatura maxim admisibil a uleiului).

n contact cu aerul, uleiul cald se oxideaz. Pe de alt parte, uleiul absoarbe umezeala din aerul cu care vine n contact. Conservatorul reduce suprafaa de ulei n contact cu aerul, iar temperatura uleiului din conservator este net inferioar temperaturii uleiului din cuv. n aceste condiii, procesul de oxidare i de absorbie a umiditii se produc mult mai lent.Caracteristicile izolante ale uleiului se nrutesc n timpul funcionrii sub influena a doi factori: umiditatea i oxigenul. n consecin, metoda cea mai simpl de protecie a uleiului este izolarea lui de influena atmosferei. La majoritatea transformatoarelor rolul de protecie este asigurat de conservator. Influena umiditii atmosferice poate fi eliminat parial prin introducerea pe eava de legtur ntre conservator i mediul nconjurtor a unui dispozitiv n care aerul trece printr-un strat care absoarbe umiditatea, numit filtru de aer (fig. 27).

28

Ca material absorbant se folosete gelul de siliciu numit silicagel n adaos cu clorur de calciu i ntotdeauna cu un mic adaos de clorur de cobalt, care d silicagelului uscat o culoare albastr. Sub influena umiditii absorbite, aceast culoare se schimb n rou. Caracteristicile higroscopice ale silicagelului pot fi regenerate, nclzindu-l la 400-5000C pn cnd capt iari culoarea albastr.

Eficiena filtrelor este pus sub semnul ntrebrii prin faptul c, n timpul unei cee dense se poate satura rapid cu umiditate, nemaindeplinindu-i rolul. Filtrele de silicagel rein umezeala din aer dar nu nltur absoria oxigenului. Din acest motiv se utilizeaz din ce n ce mai frecvent construcii care prentmpin orice contact ntre uleiul transformatorului i atmosfer. n prezent, a cptat o utilizare larg o alt metod de protejare a uleiului din transformator constnd n izolarea lui fa de influena atmosferei printr-o membran elastic din material plastic (fig. 28).Simplitatea construciei i a deservirii n timpul exploatrii, face ca acest mod de protecie a uleiului s reprezinte o soluie superioar fa de celelalte soluii folosite. Din acest motiv, protejarea uleiului din transformator cu o membran elastic, a cptat o utilizare din ce n ce mai larg.

Figura 28.Conservator cu membran.

29

Figura 27. Conservatorul i filtrul de aer.

Releul de gaze.Cunoscut i sub denumirea de releu Bucholtz, asigur protecia transformatorului mpotriva defectelor interne. Funcionarea releului se bazeaz pe principiul c orice defect care se produce n transformator (deteriorarea izolaiei principale sau a izolaiei ntre spire, deteriorarea miezului, etc.) formeaz centre locale de temperatur ridicat, provocnd n locul respectiv descompunerea uleiului, care este nsoit de gaze ca produse ale descompunerii.

Releul de gaze este amplasat pe conducta de legtur ntre cuv i conservator. n interior releul are dou plutitoare:

- plutitorul superior coboar n cazul cnd n releu se adun o anumit cantitate de gaze nchiznd totodat contactele cu mercur care dau semnalizare;

- plutitorul inferior, montat ntre intrarea i ieirea uleiului din releu i acioneaz atunci cnd viteza fluidului prin releu, depete o anumit valoare; aceasta se ntmpl cnd apare un defect important n transformator, care produce brusc o degajare mare de gaze. Contactul cu mercur legat cu plutitorul inferior, d declanarea transformatorului pe toate tensiunile.

Plutitorul inferior acioneaz i n alte cazuri n afara defeciunilor n nfurri:- scderea nivelului uleiului n releu sub plutitorul inferior;- neevacuarea la timp a aerului colectat n releu, care conduce la scderea nivelului

de ulei n releu etc.

Exploatarea i mentenana transformatoarelor.Pentru ca transformatorul s aib o durat de funcionare normal, trebuie respectate n timpul funcionrii o serie de reguli care s evite mbtrnirea prematur a izolaiei i ptrunderea umiditii n transformator:

- tensiunea reelei nu trebuie s depeasc 10% tensiunea prizei pe care funcioneaz transformatorul;

- temperaturile de funcionare admise la transformatoarele cu ulei sunt: - ulei maxim 950C;

- nfurri maxim 1050C.n condiiile n care temperatura aerului de rcire nu depete 400C.

n cazul n care temperatura aerului depete valoarea admis cu pn la 50C, temperaturile maxim admise pentru ulei i nfurri se reduc cu 50C, iar dac depirea este cuprins ntre 50C i 100C, temperaturile admise pentru ulei i nfurri se reduc cu 100C.

- nivelul uleiului n transformator, n funcie de temperatura mediului exterior, sesupravegheaz la indicatorul de nivel (sticl de nivel sau alt dispozitiv) pe care se indic nivelurile corespunztoare unor temperaturi ale mediului exterior de: -350C, +150C, +350C

- capacitatea de suprancrcare a transformatorului n regim normal de funcionare, ncazul n care fabrica constructoare nu face alte precizri, se regsete n tabelul 4.

- n cazul funcionrii cu suprancrcare se va face o supraveghere continu a aparatului de msur.

Tabelul 4.

30

Temperatura iniial a uleiului, n 0C, funcie de modul de rcire

Durata admisibil a suprasarcinii de:

% NL;NS FS;FA 10% ore

20% ore

30% minute

40% minute

50% minute

507590

556875

496065

321

1,51

0,5

603015

30158

1584

n lipsa indicaiilor fabricii constructoare, la transformatoarele cu circulaie natural a uleiului i suflaj de aer (NS), se admite funcionarea de lung durat la 60% din puterea nominal n cazul absenei suflajului de aer.

n cazul transformatoarelor cu circulaie forat a uleiului i rcire cu suflaj de aer sau cu ap (FS sau FA) se admite funcionarea transformatorului n cazul opririi pompelor sau a ventilatoarelor pe o durat de maxim 10 minute la plin sarcin sau o or la mers n gol. Ventilaia forat se pune n funciune la atingerea unei temperaturi de 550C a uleiului n straturile superioare, precum i la depirea curentului nominal indiferent de temperatura uleiului.Instalaia de rcire cu ap, la transformatoarele cu rcire forat cu ap, va fi inut tot timpul n funciune indiferent de mrimea sarcinii cu care este ncrcat transformatorul. La punerea n funciune a instalaiei, se pornete nti pompa de ulei i apoi cea de ap, iar la scoaterea din funciune, se oprete nti pompa de ap i apoi cea de ulei (pentru a nltura posibilitatea ptrunderii apei n ulei).nfurrile transformatoarelor cu izolaie degresiv trebuie s funcioneze cu neutrul legat direct la pmnt sau protejat printr-un descrctor cu rezisten variabil, corespunztor.

La deconectarea automat a transformatorului, se verific toate releele de protecie, constatnd ce protecie a lucrat.

n cazul n care declanarea se datoreaz unei cauze externe, transformatorul se poate pune sub tensiune.

Dac au lucrat proteciile mpotriva defectelor interne se determin cauza, se remediaz i se efectueaz msurtorile necesare.Dac rezultatele sunt bune, transformatorul se pune n funciune.

In cazul n care nu s-a putut constata cauza declanrii, cu aprobarea conducerii tehnice , transformatorul poate fi pus n funciune, dac sunt ndeplinite simultan urmtoarele condiii:

- gazele nu sunt inflamabile;- transformatorul i comutatorul nu prezint semne vizibile de avariere;- declanarea a fost comandat numai de una din proteciile contra defectelor

interne.

Supravegherea funcionrii transformatorului se face n mai multe feluri:a. supraveghere curent asigurat prin personalul permanent de exploatare, i se

refer la: gradul de ncrcare; tensiuni, cureni; sarcini active, reactive, frecven; temperaturi;

31

instalaii de rcire; efluvii (descrcri) pe timp de cea.

b. supravegheri periodice prin examinare vizual la care se verific: starea cuvelor i a circuitelor de ulei (integritate, etanare, etc.); nivelul uleiului din transformator; starea instalaiilor de protejare a uleiului din conservator (filtre cu silicagel,

membranele de separare a uleiului din conservator etc.); starea izolatoarelor (dac nu se produc pe ele efluvii, dac au urme de conturare,

fisuri, murdrie etc.); zgomote produse i caracterul acestor zgomote; buna funcionare a sistemelor de rcire; starea mprejmuirilor (ncperilor), accese, nchideri, iluminat, curenie, etc.; starea legturilor la pmnt, de protecie sau de exploatare; starea instalaiilor de protecie, control, msur etc

Periodicitile pentru supraveghere i control sunt stabilite n Regulamentul de Exploatare Tehnic (n funcie de organizarea exploatrii, cu personal permanent de exploatare sau fr personal permanent).

c. controale neperiodice care se efectueaz cu ocazia unor evenimente deosebite: incidente sau avarii; fenomene sau manifestri deosebite.

La intervale mai mari (prevzute n norme) se verific: reglarea i funcionarea proteciei prin relee (inclusiv releul de gaze); calitile electrice i fizico-chimice ale uleiului din transformator i comutatorul de

ploturi; funcionarea dispozitivului de acionare a comutatorului de reglaj a tensiunii.

Dac se constat abateri de la prevederile instruciunilor de exploatare, se determin cauzele i n funcie de gravitatea acestora, se iau msuri de remediere; n cazul n care situaia o impune, se scoate transformatorul de sub tensiune i se fac msurrile necesare.

Manifestri anormale n funcionare.

Dup natura i cauza lor, defectele la transformator se manifest prin urmtoarele manifestri:

supranclzirea transformatorului; zgomot anormal n transformator; trosnituri n interiorul transformatorului; strpungerea izolaiei i ntreruperea nfurrilor; funcionarea proteciei de gaze.

Supranclzirea transformatorului poate fi cauzat de: suprancrcarea transformatorului; funcionarea defectuoas a instalaiilor de rcire; depirea temperaturii aerului n camera de lucru a transformatorului peste valoarea

admis; defecte interioare n transformator, scurtcircuite ntre spire, ntre faze, scurtcircuite

datorate deteriorrii izolaiei buloanelor care strng miezul (tolele) transformatorului, scurtcircuite ntre tole. Numai intensificarea acestor defecte conduce la creterea rapid a temperaturii uleiului;

dac sunt transformatoare care funcioneaz n paralel, se poate ntmpla ca supranclzirea s fie cauzat de diferena ntre rapoartele de transformare (funcionarea pe prize diferite cu comutatoarele de ploturi), caz n care apare un curent de egalizare. n sarcin, transformatorul a crei tensiune secundar la funcionarea n gol este mai ridicat va prelua o sarcin mai mare.

32

Se identific cauza supranclzirii i n funcie de aceasta se iau msuri corespunztoare: reducerea sarcinii; punerea n funciune a instalaiei de rcire; aducerea pe acelai plot a comutatoarelor etc.

n cazul n care se depesc limitele maxime admise ale temperaturii uleiului sau ale nfurrilor, se scoate din funciune transformatorul i se remediaz defeciunea. Dac nclzirea este cauzat de un defect n transformator, se oprete imediat transformatorul i se repar.

Zgomot (bzit) anormal n transformator poate fi determinat de urmtoarele cauze: slbirea strngerii tolelor miezului; suprancrcarea transformatorului sau sarcina pe faz este deosebit de nesimetric; tensiunea de funcionare ridicat; scurtcircuite ntre spire sau faze;

n funcie de cauza care produce zgomotul anormal se iau msuri de remediere: nlturarea suprasarcinii sau reducerea nesimetriei, scderea tensiunii la valoare normal, refacerea strngerii miezului magnetic, repararea nfurrilor etc.

Pocnete i trosnituri se pot auzi n transformator atunci cnd apar conturnri (nu strpungeri) ntre bobine sau ntre capetele de ieire i cuv; ntreruperea legturii la pmnt prin capac i cuv a oelului masiv i a altor piese ale circuitului magnetic al transformatorului. Se verific i funcie de cauza care produce aceste zgomote (sub form de trosnituri) se reface izolaia prilor sub tensiune sau legare la pmnt, dup caz.

Cauzele strpungerii izolaiei nfurrilor sau a ntreruperii nfurrilor pot fi: supratensiuni datorit descrcrilor atmosferice, avariilor sau proceselor tranzitorii; deteriorarea calitii uleiului (umezire, impurificare, mbtrnire etc.); scderea nivelului uleiului; mbtrnirea izolaiei; eforturi electrodinamice la scurtcircuite etc.

Se determin cauza prin msurtori de izolaie, de continuitate, de rezistene ohmice a nfurrilor, analiza compoziiei gazului din releul de gaze i se remediaz defectul.

Funcionarea proteciei de gaze se analizeaz astfel:n funcie de intensitatea degajrii de gaze, protecia acioneaz la semnalizare sau la declanarea de la reea a transformatorului. Dac releul a acionat la semnalizare, nseamn c n interiorul lui au aprut defecte mici, care au condus la degajarea slab de gaze sau a sczut nivelul de ulei datorit scderii temperaturii sau apariiei unor neetaneiti. Semnalizarea poate fi i ca urmare a colectrii n releu a aerului ptruns n transformator la umplerea sau la curirea uleiului.

n cazul producerii unui scurtcircuit ntre faze care a evoluat foarte rapid (strpungerea izolaiei) protecia de gaze acioneaz la declanare. Defectul poate fi nsoit i de aruncarea uleiului din conservator sau prin supapa de siguran (eava de expansiune).

Deoarece semnalizarea releului de gaze poate fi provocat de cauze foarte diferite, nainte de a trece la nlturarea defectului, este necesar s se stabileasc cauza care a produs acionarea releului de gaze. Pentru aceasta se face analiza gazelor colectate n releu, inflamabilitate, culoare, compoziie chimic etc.

33

Inflamabilitatea gazelor denot prezena unui defect n interior. Dac gazele sunt incolore i nu ard, cauza acionrii releului este aerul degajat din ulei. Culoarea gazului poate da indicaii asupra naturii defectului: alb gri se datoreaz hrtiei sau cartonului; galben lemnului; negru uleiului. Analiza gazelor, completat cu efectuarea msurtorilor transformatorului, conduce la determinarea defectului i n consecin la stabilirea lucrrilor de remediere.

Funcionarea transformatoarelor n paralel.Spunem c dou transformatoare funcioneaz n paralel atunci cnd au primarele conectate pe o bar comun i secundarele conectate pe alt bar comun.Pentru a putea funciona n paralel, cele dou transformatoare trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

1- tensiunile primare i secundare s fie egale; se admite o abatere de 0,5% a rapoartelor de transformare la funcionarea n gol;

2- tensiunile de scurtcircuit s fie egale; se admite o abatere maxim de 10%;

3- s fac parte din aceeai grup de conexiuni;

4- raportul puterilor s fie de cel mult 2/1 (sau ); pentru transformatoarele construite nainte de anul 1976 se admite raportul puterilor 3/1 (sau 1/3).

Nerespectarea uneia din aceste condiii face imposibil funcionarea n paralel.

Considerm dou transformatoare cu primarele conectate pe o bar comun, identice, dar avnd tensiunile secundare diferite. La conectarea n gol pe bara secundar, va lua natere un curent de egalizare care circul dinspre transformatorul cu tensiune mai mare ctre cel cu tensiune mai mic. La conectarea sarcinii pe bara secundar, cele dou transformatoare, se vor ncrca diferit: transformatorul cu tensiune mai mare se va ncrca suplimentar cu valoarea curentului de circulaie, iar transformatorul cu tensiune mai mic se va descrca cu aceeai valoare. Cu ct diferena dintre tensiunile secundare este mai mare, cu att se va ncrca mai mult transformatorul cu tensiune mai mare, putnd ajunge n suprasarcin.

Dac dou transformatoare au tensiunile de scurtcircuit diferite, la conectarea n paralel transformatorul cu tensiunea de scurtcircuit mai mic se va ncrca mai mult, putnd ajunge n suprasarcin.

n cazul cnd cele dou transformatoare fac parte din grupe diferite, la conectarea n paralel, ntre cele dou transformatoare apare un curent de circulaie de valoare mare; dac diferena este de o grup, curentul de circulaie este de mrimea curentului nominal al transformatoarelor; dac diferena este de dou-trei grupe curentul de circulaie are valoarea unui curent de scurtcircuit.

Dac nu este respectat raportul puterilor, apar diferene mari la tensiunile de scurtcircuit i sarcina nu se repartizeaz convenabil pe cele dou transformatoare.

4. NTRERUPATOARE CU VID.

4.1. Principiul de funcionare al ntreruptoarelor cu vid.La un aparat de comutaie n vid piesele de contact se afl ntr-o incint vidat i etan fa de mediul ambiant. Funcionarea unui astfel de aparat se bazeaz pe mai multe considerente.

34

n principiu, vidul este un mediu dielectric ideal, nefiind materie, nu prezint conducie electric.

Vidul nu este niciodat perfect, totui un vid de 10 -4 10-6 bar are performane deosebite; rigiditatea dielectrica n cmp omogen poate atinge valoarea de 200 kV la o distan ntre electrozi de 12 mm. Rigiditatea dielectric a vidului este mult superioar rigiditii dielectrice a altor medii ca aerul atmosferic sau gazul SF6.

n figura 29. sunt date curbele comparative ale rigiditii dielectrice pentru vidul avansat 10 -7-10-10 (curba 3), aerul la presiunea de 1 bar (curba 1) i SF6 la presiunea de 1 bar (curba 2). La presiuni de ordinul 10-7- 10-10 bar n poziia deschis a aparatului, distana ntre piesele de contact este cuprins ntre 2 mm (la Un = 1000 V) i 22 mm (la tensiunea Un= 24 kV). n aceste condiii parcursul mediu liber al particulelor de gaz este sensibil mai mare dect distana ntre piesele de contact i ca urmare probabilitatea ionizrii prin oc scade considerabil, iar rigiditatea dielectric va crete sensibil. Datorit presiunii reduse i rigiditii dielectrice crescute, n vid se realizeaz camere de stingere miniaturale.

Figura 29.Curbele rigiditii dielectrice pentru aer, SF6 i vid.

La separarea pieselor de contact, curentul electric se scurge prin punctele de contact, care pe msura ndeprtrii pieselor se reduc ca numr si suprafa, iar densitatea de curent crete.

Ca urmare se produce topirea si vaporizarea punctelor de contact. Arcul electric are drept suport vaporii metalici provenii din piesele de contact. Aceti vapori metalici difuzeaz n vid, o parte se condenseaz pe piesele de contact iar restul pe un ecran de protecie a izolaiei electrice mpotriva depunerilor metalice. Prin condensarea vaporilor metalici, vidul este refcut cu condiia s nu se elimine gaz din metalul vaporizat .

Pn la aproximativ 10 KA arcul electric este difuz, se extinde pe toat suprafaa pieselor de contact. Solicitarea termic si eroziunea sunt relativ reduse (fig. 30a). La valori ale curentului in arc peste 10 KA apare fenomenul de autocompresie. n coloana de plasm a arcului electric de curent intens se face simit fora Lorentz, ca urmare a interaciunii ntre densitatea de curent si inducia magnetic proprie. ntr-un arc electric de form cilindric, fora Lorentz este dirijat spre axul coloanei, astfel nct aceasta sufer o compresie. Piciorul arcului electric, dac acesta rmne imobil, solicit puternic piesa de contact care va suferi o eroziune important.

ntreruptoarele de putere ntrerup cureni de scurtcircuit mari i deci arcul electric are o for de autocompresie, astfel c apare necesitatea ca piciorul arcului electric s se deplaseze pe suprafaa de contact, pentru a nu solicita excesiv piesa de contact. n acest scop piesele de contact iau forma unor pahare prevzute cu tieturi nclinate pentru ca fora electrodinamic Lorentz s vehiculeze arcul electric pe marginea piesei de contact. (fig. 30b)

35

Figura 30.Contacte pentru intreruptoare cu vid.

Ca urmare a difuziei rapide a vaporilor metalici n camera de stingere, arcul electric se stinge nainte de trecerea curentului electric, n mod natural, prin valoarea zero. Stingerea arcului este precedat de apariia unei instabiliti nainte de tierea curentului la valoarea i0 (fig. 31.) Curenii critici care determin cureni tiai relativ mari au valori reduse i anume I = 40...80A. Curenii mai mari produc o cantitate mai mare de vapori metalici, ceea ce conduce la meninerea arcului electric ctre valori mai mici ale curentului electric. Curentul tiat i0 determin o supratensiune n reea de mrimea:

CL

iu 0= (18)

unde inductivitatea L i capacitatea C sunt parametrii reelei.

Figura 31. Stingerea arcului prin tierea curentului.

n domeniul tensiunilor 12 36 kV sunt trei variante de ntreruptor de putere i anume:

a) ntreruptorul cu ulei puin, n reelele de distribuie a energiei electrice avnd cureni de scurtcircuit mici (sub 15 kA). Costul de fabricaie al aparatului este cel mai mic dintre cele trei variante. Necesitatea reviziei aparatului (schimbarea uleiului, a pieselor de contact) dup un numr de declanri pe scurtcircuit, determin limitarea folosirii lui n reelele cu defeciuni frecvente;

b) ntreruptorul cu SF6 cu autosuflaj n reele cu cureni de scurtcircuit mai mari (15- 25kA) ca variant mai fiabil i cu cheltuieli de ntreinere mai reduse dect la prima variant;

c) ntreruptorul n vid ca variant universal, cu capacitate de rupere pn la 50 kA la 12 kV si 31,5 kA la 36 kV. Acest aparat este considerat a fi fr ntreinere are o durat de via confirmat la 20 ani.

Aparatul este folosit n instalaii cu numr mare de conectri pe scurtcircuit (cuptoare electrice cu arc) i cu cureni de scurtcircuit importani. Pn la tensiuni de 24 kV inclusiv ntreruptorul are o singur camer de stingere pe pol; pentru tensiuni de 36 kV i 52 kV exist dou camere de stingere conectate n serie i acionate de acelai dispozitiv.

36

4.2. ntreruptor cu vid, fabricat de ABB (VD4).

Din punct de vedere constructiv ntreruptoarele sunt realizate din trei poli construii n form de coloan (fig. 32 a ,b, c) montai pe partea dorsal a carcasei mecanismului (1). Fiecare pol este fixat pe cte un izolator suport . Camera de stingere a ntreruptorului este prezentat n fig. 33.Prile sub tensiune ale polilor ntreruptorului se afl n tuburile izolante 12. Cnd ntreruptorul este nchis, calea de curent duce de la terminalul superior 13 i un suport al camerei de stingere fixat n tubul protector la contactul fix, apoi prin contactul mobil i contactul cu degete sau contactul cu role (n funcie de curentul nominal al ntreruptorului 630A respective 1250 A) pn la terminalul inferior 14). Micarea prii de comutaie este asigurat printr-o biel izolant 18, care are un resort interior pentru asigurarea forei de contact 17.

Fig.32 a. ntreruptor VD4-aspect exterior.

Fig. 32b. ntreruptor VD4-seciune. Fig.32c. ntreruptor VD4-armare manual.

37

Figura 33. ntreruptor VD4-camera de stingere.

Mecanismul de acionare este de tip cu resort de stocare a energiei i opereaz simultan asupra celor 3 poli ai ntreruptorului. n tabelul 5 sunt prezentate datele tehnice pentru variantele constructive ale ntreruptorului n vid tip VD 4. ntreruptorul cu vid este considerat ca fiind un aparat fr mentenan. Durata de via este influenat de numrul de comutaii, de intensitatea curentului comutat. La fiecare deconectare sub curent se produce procesul de topire i de vaporizare a metalului din piesele de contact precum i o degradare a vidului prin eliberarea unor molecule de gaz incluse piesele de contact. La stadiul actual al tehnologiei comportamentul ntreruptorului in vid este definit prin:- 100 de conectri la curentul nominal de scurtcircuit care poate fi de 20, 31,5, 40 KA;- 20. 000 de conectori la curentul nominal care poate fi de exemplu 630 sau 1250 A.

Tabelul 5.

38

Polii ntreruptorului mpreun cu camera de stingere nu necesit mentenana pn la atingerea numrului maxim de cicluri de operare specificat mai sus. Cnd este atins numrul maxim permis de ciclul de operare, polii ntreruptorului trebuie sa fie nlocuii.Meninerea vidului, n limite acceptate, n interiorul unei camere de stingere asigur funcionalitatea aparatului, dar n decursul timpului, aerul poate ptrunde n camera de stingere, vidat, eventual apariia de gaze n procesul de vaporizare a metalului contactelor la ruperea curenilor, iar presiunea intern crete (vidul se deterioreaz). Aceast presiune, poate crete, odat cu timpul, pn la 10 -2 bar, valoare la care proprietile dielectrice sunt nc meninute n limite.

Practic testarea vidului fr a demonta ntreruptorul se face prin ncercarea cu tensiune continu mrit dup cum urmeaz : Tensiune nominal ( kV) Tensiune de ncercare n curent continuu (kV)

12 4017.5 4024 60

Testarea trebuie fcut cu contactele n poziie deschis, la distana nominal. Verificarea calitii vidului este necesara doar atunci cnd se suspecteaz c o for extern aplicat cilindrului izolant a provocat o distrugere a camerei de stingere din interior. Dac cilindrul izolant este afectat poate fi necesar s se nlocuiasc ntregul pol. Inspectarea i revizia mecanismului de acionare sunt necesare dup 10 000 de cicluri de operare.

Potrivit datelor furnizorilor, probabilitatea de apariie a defectelor este foarte redus, totui, n timpul exploatrii pot aprea inerent defecte constnd n principal din arderea siguranelor sau a motorului de acionare; n acest ultim caz, pn la nlocuirea motorului (de ctre personalul de service) se recurge la acionarea armrii manuale. n caz de nefuncionare a ntreruptorului, remedierea trebuie fcut numai de personal specializat.Tehnica de rupere n vid permite realizarea de aparate avnd o mare anduran electric la tensiuni tranzitorii de restabilire cu front de creteri foarte rapide.Este cea mai utilizat tehnic n medie tensiune, ntreruptoare de folosin general sunt acum disponibile pentru toate puterile de rupere obinuite (pn la 63 kA).n tabelul 6 sunt prezentate comparativ, calitile ntreruptoarelor cu SF6 i cu vid.

ntreruptoarele n vid sunt utilizate, la medie tensiune, pe circuitele liniilor aeriene i n cablu, transformatoare, baterii de condensatoare, motoare electrice.La joas tensiune,folosirea tehnicii ruperii arcului n vid rmne marginal din motive de cost; utilizarea sa se limiteaz la cureni cuprini ntre 800 2500 A i pentru puteri de rupere inferioare sub 75 kA.La nalt tensiune (U 52 kV) utilizarea acestei tehnici rmne domeniului de perspectiv.

Observaii .Pentru ruperea curenilor capacitivi n vid refacerea rigiditii dielectrice dup rupere este ntmpltoare i se traduce printr-un risc de reamorsare important.La ntreruptoarele cu contacte n vid exist riscuri de sudare a contactelor mai ales dup o nchidere pe scurtcircuit.Deteriorarea strii suprafeei de contact faciliteaz preamorsajul n timpul nchiderilor succesive i amplific importana sudurilor, cu riscul unei suduri definitive.Pentru comanda motoarelor trebuie luate msuri de precauie pentru c ntreruptoarele n vid taie cureni de nalt frecven (fenomene de reaprindere) ceea ce conduce la apariia

39

supratensiunilor; este preferabil s se prevad aparate de protecie mpotriva supratensiunilor de tip ZnO.

Tabelul 6 .SF6 Vid

Aplicaii : motoare, cuptoare cu arc electric, linii electrice, transformatoare

Toate. Mai degrab adaptate la ruperi ridicate (I i U)

Toate. Mai degrab adaptate tensiunilor reduse cu tensiune tranzitorie de restabilire foarte rapid.

Caracteristici : andurana Satisfctoare pentru toate aplicaiile curente.

Poate fi foarte ridicat pentru anumite aplicaii curente

supratensiune

Nu este risc la cureni capacitivi slabi. Foarte slab probabilitate de reamorsare la cureni capacitivi

Recomandat protecie mpotriva supratensiunilor pentru manevrarea motoarelor i a treptelor de condensatoare.

izolaia intrare-ieire

Foarte reproductibil permind funcionri de secionare

Dimensiuni Foarte compact in tensiunile joase

Sigurana infuncionare :

Pierderi de etaneitate

Pn la 80% meninerea performanelor la Patm .Supaveghere posibil n mod continuu.

Mentenana Controlul sistemului de comand Controlul permanent posibil al presiunii gazului

Controlul sistemului de comandaControl ocazional posibil al vidului

Numr de defecte

Foarte jos (< 4/10 000), n principal datorate prilor auxiliare

Foarte jos dac procesul de fabricaie a recipienilor este bine condus

40

TRATAREA NEUTRULUI N REELELE ELECTRICE.

3. TRANSFORMATOARE ELECTRICE.Figura14.Fluxurile de scpri la transformatorul monofazat.Figura 17.Schema pentru aflarea tensiunii de scurtcircuit.

Tolele circuitului magnetic sunt supuse variaiei cmpului electromagnetic i, ca urmare, n jurul liniilor de cmp iau natere cureni circulari cu diamatrul maxim ct grosimea tolelor. Aceti cureni, numii cureni turbionari sau cureni Foucault, produc nclzirea tolelor prin efectul Joule. Pentru reducerea acestor pierderi, circuitul magnetic se realizeaz din tole de grosime redus izolate ntre ele.