Exhaustor de gaze arse cu acționare electrică utilizat în industria siderurgică [302847]

Universitatea Tehnică “Gh. Asachi “ [anonimizat]: [anonimizat]:

Grupa: 6602 Conf. dr. ing Pleșca Adrian Traian

Anul 2017

Introducere

Asigurarea unei bune funcționări a mașinilor electrice este dependentă de următoarele trei lucruri : expolatare, întreținere și reparare. [anonimizat], [anonimizat] a mașinilor de gabarit și turații mari unde intervine problema întreținerii lagărelor.

Astfel, pentru a avea o [anonimizat], trebuie realizată o [anonimizat] a începuturilor de defecte și luării de măsuri pentru indepărtarea acestora.

Funcționarea motoarelor electrice la standard state poate fi realizată prin deservirea și adaptarea acestora la condițiile locale precum: [anonimizat] (exterior, interior), [anonimizat] o mentenanță regulată și atentă cu scopul de a stopa amploarea potențialelor defecțiuni.

[anonimizat] o protecție rațională a [anonimizat], este recomanat să fie luate măsuri de protecție împotriva următoarelor efecte: [anonimizat], [anonimizat], depășirea vitezei de rotație normate a mașinilor, [anonimizat]/curenți reziduali.

Această lucrare are ca scop de a [anonimizat], supravegherea, depistarea și eleminarea defectelor unui sistem de exhaustare a gazelor arse. Am ales sa vorbesc despre , ’’sistem’’ întrucât acesta îmbină mai multe ramuri : electric, mecanic, hidraulic.

Capitolul 1

PREZENTAREA SISTEMULUI

1.1 Date nominale motor electric

Fig.1.1 Tubulatură de aspirație gaze Fig.1.2 [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

Acționarea acestui exhaustor se realizează cu ajutorul unui motor sincron ce are urmatoarele date nominale :

P= 5 [MW]

UN=6 [kV]

IN= 555 [A]

Uex= 62 [V]

Iex= 475 [A]

Sistemul este compus din două componente mari:

dulapul de automatizare

consola operator.

[anonimizat], comenzi în proces. Este împărțit în doua module funcționale:

►alimentare și acționări

►automatizare, realizat cu automatul Siemens și modulele aferente

Acționările: în dulapul de automatizare sunt cuprinse: alimentările, [anonimizat], [anonimizat] 1 și pompa ulei 2.

Automatizarea: culegerea datelor din proces:

-mărimile analogice sunt preluate cu ajutorul a două multicanale cu intrare 4-20mA care comunică prin modbus-rtu. Intrarea în multicanal este setată la 4000 pentru 4mA și 20000 pentru 20mA. Prin această setare se poate citi (afla prin calcule simple) valoarea curentului pe fiecare buclă de semnal unificat, lucru necesar la depanare.

-mărimile energetice sunt preluate din SEPAM (sepam 23 corespunzător celulei de 6kV care alimentează motorul ) prin comunicație modbus-rtu.

-comunicația (schimbul de informații) cu dulapul de excitație se face prin semnale digitale pentru comenzi și stări precum și prin comunicație profibus prin care se preiau stări.

1.2 Semnale analogice și digitale

Semnalele analogice sunt grupate pe cele două multicanale. În figura 1.3 este prezentat înregistratorul numeric ISU-MMC-24C.

Fig.1.3 Înregistrator ISU-MMC-24C

Caracteristici principale:

24 canale separate galvanic

afișare locală

intrări tip termocuplu, termorezistență, semnal unificat

ieșire releu, serială, Ethernet

poate afișa la distanță valorile măsurate, contorizare pentru semnal unificat, istoricul valorilor măsurate

Aplicații:

monitorizare și control fără PC

monitorizare locală cu transmitere în sisteme SCADA

Multicanalul 1

Multicanalul 2

În aceste ferestre se văd valorile analogice citite cu ajutorul multicanalului. Acesta este cu intrare 4-20mA și a fost setat ca sa afișeze 4000 la 4 mA și 20000 la 20mA, pentru a putea fi citite cu precizie și pentru a ușura verificarea buclei de curent.

Informații digitale, de stare ale protecție celulei, preluate din SEPAM

Informații analogice, preluate din SEPAM

Pentru citirea datelor de la multicanale și SEPAM, se utilizează un automat S7-1200 cu cartelă de comunicație serială.

2.3 Consola operator

Este compusă dintr-un calculator și un monitor LCD. Pe calculator rulează softul siemens de scada – WINCC.

HMI-interfața cu operatorul

-“OPERATOR” oferă datele necesare operatorului pentru a conduce procesul. Oferă comenzi de trecere către alte ecrane pentru detalierea informațiilor în cazul apariției unui eveniment.

-”ELECTRIC” este ecran dedicat pentru electricieni, unde au acces la informațiile necesare depanării unui eveniment.

-”ALARME” detalierea alarmele apărute, cele curente precum și istoricul de alarme

-”ANALOGICE 1” mărimile analogice legate în primul multicanal. Se poate seta domeniul și stabili limitele de avertizare și avarie

-”ANALOGICE 2” mărimile analogice achiziționate de al doilea multicanal. Se poate seta domeniul și stabili limitele de avertizare și avarie.

-”ISTORIC” istoricul mărimilor din proces. În ecranul operator mai sunt trei butoane de istoric.

-”RETEA COMUNICATIE” starea comunicațiilor modbus și profibus

-”CONVERTIZOR EXCITATIE” stările citite de la dulapul convertizor excitație prin comunicație profibus.

2.4 Comenzi generale:

ELECTRIC

Este ecranul folosit de electricieni pentru a diagnostica eventualele probleme apărute.

În ecran se disting mai multe zone:

zona de monitorizare a siguranțelor

zona de monitorizare a acționărilor

zona de date de la sepam

zona de monitorizare a celulei și a excitației

zona de comenzi pentru operații de schimbare parola sau modificări software

În cazul apariției unei probleme pe alimentarea mecanismelor, motivul căderii întrerupătorului este afișat în clar în alarme și pe desen se colorează în roșu cauza declanșării

În acest desen sunt afișate toate mărimile citite din sepam-ul corespunzător celulei 23.

În stînga sunt citirile parametrilor analogici, curent, tensiune, frecventă, puteri, factor de putere.

Al doilea curent este 0 deoarece modul de conectare a sepam-ului este cu numai două transformatoare de curent.

În partea dreapta sunt afișate protecțiile, cauzale pentru care sepam-ul a declanșat și starea acestuia. Dacă este activa o protecție, pătrățelul corespunzător devine rosu.

Sunt active semnalele “SEPAM NOT RESET” și “PIERDERE EXCITATIE”.

Aici avem reprezentata alimentarea motorului. Starea întrerupătorului celulei de 6kV “a0” este afișat și în cazul în care este închis apare și un pătrățel verde, pentru a fi mai vizibila starea lui.

Pentru partea de excitație este afișat întrerupătorul de conectare a excitației sau de scurtcircuitarea a rotorului. Întrerupătorul de alimentare a excitației QT este static (desenul nu se schimba în funcție de starea întrerupătorului)

În cazul în care avem o comandă pe contactorii de forța pentru clapete sau pompele de ulei și aceștia nu răspund la comanda, apare semnalul de avarie electrica. Acest semnal trebuie șters (confirmat) de operator. În cazul apariției lui pătrățelul devine rosu. Cât timp este activă alama sunt blocate comenzile de acționare a mecanismelor. Resetarea semnalului se face prin apăsarea butonului.

Este ecranul operatorului, unde se află toate informațiile și comenzile necesare conducerii procesului.

Fiecare element care afișează informații are asociat un text explicativ “tooltip” care apare în momentul cînd cursorul mouse-ul sta deasupra elementului respectiv.

Pentru semnalizarea unor evenimente care trebuie cunoscute de operator (depășirea pragurilor, apariția unui eveniment) este acționată o hupă pentru semnalizarea sonoră

Mărimile energetice ale motorului, care sunt măsurate în stator. Curentul statoric, tensiunea pe bare, puterea activa, reactiva și factorul de putere.

Motorul este gri dacă este în staționare Are conturul verde dacă este cuplat întrerupătorul de 6kV (celula 23 de 6kV), este verde dacă este pornita și excitația.

Informațiile despre excitație sunt afișate numeric pentru curent și tensiune.

Starea convertizorului de excitație este afișată grupat.

În această parte de ecran se găsesc în informații referitoare la starea întrerupătorului de 6kV, starea celulei, și protecția tehnologica.

În partea de sus sunt informații despre întrerupătorul de 6kV, dacă este cuplat sau decuplat.

Dedesubt sunt afișate informații despre îndeplinirea condițiilor de cuplare a celulei. Dacă totul este în regula apare pătrățelul verde “CONDITII CUPLARE”.

Dacă toate condițiile tehnologice sunt îndeplinite atunci va apare scris ”PROTECȚIE TEHLOGICĂ” pe fundal verde, altfel va fi pe fundal roșu.

Condițiile tehnologice ce trebuie îndeplinite în funcționare sunt:

presiunea uleiului de ungere sa fie peste valoarea de alarma

temperatura ancoselor motorului sa nu depășească valoarea de alarma

temperatura lagărelor sa nu depășească valoarea de alarma

La pornire se adaugă condițiile

clapa de aspirație trebuie sa fie închisă

clapa de refulare trebuie sa fie închisă

ușa boxa motor trebuie sa fie închisă

Capitolul 2

PROTECȚIILE CLASICE ALE MOTOARELOR ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV

Aceste protecții sunt utilizate la :

Defecte interne :

Scurtcircuite polifazate

Puneri la pămât

Scurtcircuite între spirele aceleiași faze

Regimuri anormale de funcționare

Supraintensități datorate suprasarcinilor

Întreruperea unei faze de alimantare

Scăderea tensiunii în rețea

Tipuri de protecții :

Protecția diferențială longitudinala (scurtcircuite interne)

Protecția maximală de curent netemporizată (scurtcircuite interne)

Protecția homopolară împotriva punerilor la pământ

Protecția la tensiune minimă

Protecția motoarelor sincrone împotriva ieșirii din sincronism

2.1 Protecția diferențială longitudinală

Acest tip de protecție se utilizează împotriva scurtcircuitelor polifazate în stator, cu două ramuri diferențiale în loc de trei așa cum se prezintă în figura de mai jos:

Fig.2.1 Schema protecției diferențiale longitudinale realizată pe două faze, cu relee maximale de curent RC-2

Condițiile de funcționare a acestei protecții sunt:

1. Să nu acționeze în regim normal de funcționare al motorului când acesta este încărcat la sarcină normală;

2. Să acționeze la cel mai mic curent de scurtcircuit, de regulă la un scurtcircuit bifazat în zona protejată, zonă delimitată de ramurile protecției diferențiale cuprinse între cele două transformatoare de măsură de curent. În acest sens se va calcula curentul de scurtcircuit pe fază la un scurtcircuit bifazat, ținându-se seama de aportul surselor din amonte și a impedanței (reactanței) căilor de curent dintre sursele existente și poziția geografică a motorului protejat;

2.2 Protecția de minimă tensiune

Are rolul de a preveni încălzirea motoarelor, asigurarea autopornirii celor mai importante, urmărindu-se deconectarea celor de importanță mai redusă, în perioada golurilor de tensiune și a microîntreruperilor tensiunii de alimentare.

Golul de tensiune este definit ca fiind scăderea amplitudinii sau a valorii eficace a tensiunii în rețelele electrice, într-un anumit punct al acesteia, cuprinsă între o valoare minim sesizabilă de regulă 0,2Un și valoarea nominală, având o durată de maxim 3 secunde. Peste această durată până la cca. 10 secunde variația de tensiune poartă denumirea de microîntrerupere.

Pe durata golurilor de tensiune în sistem acționează numai automatica de sistem de prevenire a avariilor care asigură revenirea tensiunii la valoarea normală. În cazul în care procesele tehnologice complexe nu admit o întrerupere mai mare de 3 secunde, atunci este nevoie de luarea unor măsuri speciale la nivelul consumatorului pentru păstrarea continuității în alimentarea acestuia.

Rezultă deci că protecția de minimă tensiune poate acționa pe durata micro- întreruperilor în alimentare, coordonată cu automatizarea cunoscută sub denumirea de AAR – anclanșarea automată a rezervei – care poate asigura menținerea continuității în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, cu consecințe favorabile asupra menținerii în funcțiune a proceselor tehnologice.

În figura 2.2 se prezintă schema unei protecții de minimă tensiune a unui grup de patru motoare realizată în două trepte de tensiune și timp.

Treapta 1 – este realizată cu relee de minimă tensiune 1, releul de timp 2, releul de semnalizare 3 și releul intermediar 4.

Treapta 2 – este realizată cu releele de medie tensiune 5, releul de timp 6, releul de semnalizare 7 și releul intermediar 8.

Motoarele M1, M2 sunt deconectate în treapta 1 de releul intermediar 4 iar motoarele M3, M4 sunt deconectate în treapta 2 de releul intermediar 8.

Reglajul releelor de minimă tensiune 1 și 5 se face după aptitudinea termică globală așa cum se arată în figura 2.3.

Fig.2.3 Schema protecției diferențiale longitudinale

2.3 Protecția maximală de curent temporizată împotriva suprasarcinilor.

Schema electrică a acestei protecții se prezintă în figura 2.4, ea comandând deconectarea motorului în cazul când curentul prin releul 1 depășește valoarea reglată.

Fig.2.4 Schema electrică a protecției cu două transformatoare de măsură de curent și două relee cu caracteristică independentă

2.4 Protecția împotriva punerilor monofazate la pământ

Pentru motoarele electrice de medie tensiune în funcție de puterea și importanța lor în procesul tehnologic, funcționând în rețele electrice cu neutrul izolat se poate utiliza o protecție simplă de curent sau o protecție direcțională, având la bază schema monofilară din figura 2.5 , care reprezintă o rețea de medie tensiune cu neutrul izolat, la care s-a realizat un defect monofazat pe faza R a circuitului motorului M2.

Fig.2.5. Rețea electrică de medie tensiune cu neutrul izolat cu defect monofazat pe faza R, a motorului M2

Din analiza figurii 2.5 rezultă că protecția împotriva punerii monofazate la pământ poate fi realizată ca o protecție maximală de curent, criteriul maximal fiind asigurat dacă numărul plecărilor de pe bara de medie tensiune este cel puțin de trei lungimi.

2.5 Protectia contra iesirii din sincronism

La trecerea din regim sincron în regim asincron, apar perturbații (pendulații) mari ale curentului statoric, iar în înfășurarea rotorică circulă o componentă alternativă a curentului.

Varianta 1:

În cazul pendularilor apare o componentă alternativă în circuitul rotoric. Protecția se realizează prin relee de curent sau tensiune.

Varianta 2:

În timpul pendularilor se modifică defazajul dintre tensiunea statorică și curentul rotoric.

Fig.2.6. Protecția contra ieșirii din sincronism

Capitolul 3

SCHEME TIPICE DE PROTECȚIE A INSTALAȚIILOR PRIN RELEE

3.1 Definirea si obiectivele protecției prin relee

Protecția prin relee (PR) a unei instalații electroenergetice (EE) reprezintă un ansamblu de aparate și dispozitive destinate să asigure în mod automat deconectarea instalației în cazul apariției unui defect sau a unui regim anormal de funcționare periculos pentru instalație.

Separarea automată a instalației de defecte urmărește:

– să împiedice dezvoltarea defectului și extinderea efectelor asupra altor instalații din SEN;

– să restabilească în cel mai scurt timp un regim normal de funcționare.

3.2 Condțtii impuse funcționării protecției prin relee

Rapiditatea este necesară pentru ca o avarie să rămână fără urmări asupra funcționării instalațiilor neavariate – se are în vedere atât integritatea instalației cât și menținerea stabilității dinamice. Protecția trebuie să acționeze rapid pentru a limita efectele termice ale curenților de scurtcircuit, scăderea tensiunii, pierderea stabilității sistemului electric. Timpul de lichidare (eliminare) a unui defect se compune din timpul propriu de lucru al protectie ( =0,02…0.04 s), timpul de temporizare reglat și timpul de declanșare a întreruptorului ( =0,04…0,06 s). Pentru protecțiile clasice timpul minim de deconectare din momentul aparitiei scurtcircuitului va fi =0,06…0,10 s. Aceste valori sunt suficiente pentru instalațiile electroenergetice. Deci rapiditatea se obține prin utilizarea unor echipamente de calitate (performante).

Selectivitatea reprezintă proprietatea unei protecții de a deconecta numai elementul (echipamentul, tronsonul) pe care a apărut defectul, restul instalației (sistemului) rămânând sub tensiune. Protecția trebuie să comande declanșarea celor mai apropiate întreruptoare de la locul defectului. Selectivitatea se poate realiza pe bază de timp (prin temporizări), pe baza de curent sau prin direcționare. În funcție de particularitățile instalației și de importanța consumatorului se va adopta prioritatea între rapiditate și selectivitate.

De exemplu, în rețeaua de joasă tensiune, începând de la tabloul general din postul de transformare și până la ultimul receptor, sunt montate diferite aparate de protecție (întreruptoare automate cu declanșatoare, siguranțe fuzibile, relee termice) alese în funcție de cerințele impuse de porțiunea respectivă a rețelei.

Deoarece curentul de defect parcurge toate elementele serie de pe calea de curent de la sursa de alimentare (transformator) până la locul defectului, el poate influiența și alte aparate decât cele care trebuie să elimine defectul produs.

De aceea este necesară corelarea caracteristicilor de protecție pentru asigurarea selectivității protecției, adică să functioneze numai aparatul de protecție de pe tronsonul cu defect, restul instalației rămânând sub tensiune.

Fig.3.1 Selectivitatea protecțiilor la sesizarea defectului

Pentru aparatele de protecție se poate calcula pentru curentul limită termic și timpul impus. Selectivitatea sigurațelor fuzibile poate fi analizată și din punct de vedere al stabilității dinamice a aparatelor de comutație la scurtcircuit. De exemplu, în ansamblul siguranța-contactor-relee termice, siguranța asigură protecția la scurtcircuit, iar releele termice protecția la suprasarcină. Curentul limitat (tăiat) de siguranță trebuie să fie suportat de contactor.

Funcționarea selectivă a protecției se verifică în mod riguros prin suprapunerea caracteristicilor de protecție ale dispozitivelor care lucrează în serie.

Vor rezulta diferențe de timp între timpii de acționare la aceleași valori ale curentului. Selectivitatea este asigurată atunci când diferențele de timp sunt suficiente.

Siguranța presupune acționarea protecției numai când este necesar, făra funcționări intempestive, adica atunci cand nu au apărut defecte în instalația protejată. Siguranța presupune o protecție bine proiectată (alegerea tipului schemei reglajului și calculul acestuia) și echipamente cu fiabilitate ridicată. Acestea se pot obține printr-un grad crescut de integrare, folosind microprocesoare specializate.

Sensibilitatea constă în sesizarea tuturor defectelor și regimurilor anormale de funcționare chiar dacă acestea se deosebesc foarte puțin de regimul normal de funcționare. Ea se apreciază printr-un coeficient de sensibilitate a căror valoare este stabilită prin normative. Pentru ca o protecție să fie sensibilă trebuie ca elementele componente schemei să consume o putere cât mai redusă pentru acționare.

Independența de schema de conexiuni se referă la protecția unei instalații care trebuie proiectată astfel încât să acționeze corect, independent de configurația schemei de conexiuni a sistemului electric la momentul respectiv (de numarul surselor în funcțiune și poziția cuplelor). Corectitudinea funcționării protecției se asigură verificând selectivitatea în regim maxim și sensibilitatea în regim minim.

Eficiența economică -cu toate că în general costul echipamentelor de protecție este mic în comparație cu costul instalațiilor protejate, cheltuielile de investiții și de exploatare vor fi comparate cu daunele produse în cazul nefuncționării protecției. De aceea, nu este indicat să se facă economii la acest capitol. Pe langa aceste calități, la alegerea instalațiilor de protecție se vor mai avea în vedere: gabaritul, elasticitatea în modificarea caracteristicilor de acționare, tipizarea (modularea) subansamblelor, invariabilitatea parametrilor reglați și a caracteristicilor indiferent de condițiile de funcționare (vibrații, temperatură variabilă, variația regimului de funcționare al instalației protejate). Proiectarea instalațiilor de protecție trebuie să aibă ca obiectiv păstrarea continuității în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, chiar în cazul aparției unor defecte în sistem.

3.3 Tipuri de protectii. Principii tehnice

Elementele de protecție, de tip releu sau declanșator, au rolul de a sesiza defectele care apar în instalații, permițând obținerea unui semnal care să asigure eliminarea, sau măcar limitarea, efectelor avariilor ce pot să apară, prin separarea elementelor avariate de restul instalației, ce apelează la aparate de comutație specializate, de tip contactor sau întrerupător.

Cele mai frecvente defecte care se manifestă în instalații constau în deteriorarea izolației electrice, ceea ce conduce la manifestarea unor supracurenți, de tip suprasarcină sau de tip scurtcircuit.

Ca urmare a apariției acestor supracurenți, aparatele electrice și consumatorii din tronsonul defect, sunt supuse unor solicitări, termice și electrodinamice, sporite. În același timp rezultă o creștere a căderii de tensiune pe toate rezistențele ( impedanțele) parcurse de acești supracurenți, având ca efect o scădere a tensiunii de alimentare, ce poate fi inadmisibilă pentru funcționarea corectă a unor elemente componente ale instalației cu defect.

Principalele tipuri de scheme de protecție întâlnite în instalațiile electrice, sunt :

protecția de curent

protecția de tensiune

protecția diferențială

protecția direcțională

protecția de distantă

3.3.1 Protecția de curent

Din punct de vedere al valorilor curentului, instalațiile electrice pot funcționa în regim normal, când valorile curentului de serviciu rămân inferioare curentului nominal, respectiv în regime de defect, când în circuitul respectiv se manifestă supracurenți ( de suprasarcină sau de scurtcircuit), când se impune sesizarea acestora și asigurarea deconectării în timp util a tronsonului defect.

Astfel, protecțiile de curent sunt în general protecții maximale de curent și acționează atunci cand valorile curenților depășesc anumite valori prestabilite. Aceste protecții se realizează cu relee de curent ce pot fi conectate :

direct în circuitul primar protejat, când sunt numite relee primare

indirect prin interrmediul transformatoarelor de măsură de curent, TC, când sunt numite relee secundare.

Pentru identificarea unor defecte nesimetrice se folosesc protecții de curent de secvența inversă (în cazul defectelor bifazate) și protecții de curent de secvență homopolară ( în cazul defectelor monofazate).

3.3.1.1 Protecția maximală de curent

Asemenea scheme se utilizează pentru rețelele electrice radiale cu alimentare de la o singură sursa de energie, precum în figura 3.2.

Fig.3.2 Rețea radială de distribuție cu alimentare de la un singur capăt

Pentru un defect de tip scurtcircuit care intervine pe linia L2, schema de protecție maximală de curent conține un releu maximal de curent, (I >), 1, alimentat de la un transformator de curent, TC, și un releu intermediar, 2, prin contactul căruia este alimentată bobina de deconectare, BD, a întrerupătorului Q3. Deconectarea este practic instantanee, conform unei caracteristici de protecție t(I) de tip independent, dar și selectivă, deoarece nu se deconectează celelalte linii de defect.

Fig.3.3 Schema de principiu a protecției maximale de curent

Q3 –întrerupător principal

BD- bobina declanșatorului

TC- transformator de curent

Fi- releu maximal de curent

Ki- releu intermediar

L2-linia electrică defectă

Dacă scurtcircuitul apare pe linia L2, el este sesizat de releul maximal de curent Fi, care comandă releul intermediar Ki și care la rândul său comandă declanșarea întrerupătorului Q3, așa cum este prezentat în schema electrică. Semnalul pentru releul maximal de curent Fi este preluat prin transformatorul de curent TC.

3.3.1.2 Protecția de curent sensibilă la componente nesimetrice

Detectarea unor defecte nesimetrice, cum ar fi încărccarea diferită a fazelor unui sistem trifazat de distribuție, întreruperea unei faze, necesită utilizarea unor elemente de protecție sensibile la componentele simetrice de curent, care sunt filtrele de curent de secvență homopolară, respectiv filtrele de curent de secvență inversă.

Elementul sensibil ce folosește filtrul de curent de secvență homopolară, FCSH, se realizează cu ajutorul a trei transformatoare de curent, câte unul pe fiecare fază, acestea alimentând bobina unui releu maximal de curent, (I>), așa cum este redat în figura 3.3.

Valoarea curentului care parcurge bobina releului maximal de curent, va fi suma fazorială a curenților din înfășurările secundare ale transformatorului de curent. În sisteme trifazate echilibrate, componenta homopolară este nulă, astfel încât depășirea unui anumit prag pentru valorile componentei homopolare a curentului, va fi asociată cu depășirea unui anumit grad de nesimetrie a valorilor curentului pe cele trei faze alea schemei de distribuție.

Fig.3.4 Schemă de protecție cu filtru de curent de secvență homopolară

3.3.2 Protecția de tensiune

Majoritatea defectelor care intervin în instalațiile electrice afectează nivelul tensiunii din circuitele respective.

Scurtcircuitele polifazate sunt însoțite de scăderea tensiunii între fazele pe care s-a produs defectul iar scurtcircuitele monofazate conduc la reducerea tensiunii fazei respective. Protecția de minimă tensiune poate sesiza aceste defecte și în plus nu acționează în cazul regimurilor de suprasarcina.

Scurtcircuitele nesimetrice sunt însoțite de apariția componentei de secvență inversă a tensiunii (scurtcircuite bifazate) și a componentei de secvență homopolară (scurtcircuitele monofazate).

Protecția maximală de tensiune de secvență inversă sau homopolară poate sesiza apariția unor asemenea defecte.

3.3.2.1 Protecția de minima tenisune

Această protecție se realizează de obicei cu relee de minimă tensiune cu contact NÎ, conectate în secundarul transformatorului de măsură de tensiune, TT, fiind posibilă și conectarea directă în circuitul de protejat, așa cum este indicat în schema de principiu din fig. 3.5.

Fig.3.5. Protecția minimală de tensiune

Coeficientul de revenire al releelor minimale de tensiune este dat de relația:

(3.1)

Releele de minimă tensiune se realizează într-un mod asemănător cu releele maximale de curent. Astfel pentru releele electromagnetice valorile factorului de revenire sunt supraunitare obținânud-se , iar pentru cele electronice .

Fig.3.6 Valori specifice ale tensiunii pentru protecția de tensiune minimă

3.3.2.2 Protecția maximală de tensiune

Permite identificarea unor defecte nesimetrice , cum ar fi punerile monofazate la pământ în rețelele de medie tensiune cu neutrul izolat sau tratat prin bobină de stingere , în care releul maximal de tensiune este conectat în secundarul în triunghi deschis al transformatorului de măsură de tensiune al barei respective , având rol de filtru de tensiune de secvență homopolară , figura 3.5.a sau în prima înfășurare secundară a acestui transformator pentru protecția de secvență inversă a generatoarelor sincrone , figura 3.5.b.

Fig.3.7 Protecție maximal de tensiune sensibilă la component homopolară

Realizarea releelor de maximă tensiune apelează la aceleași principii constructive ca și cele de realizare a releelor maximale de curent, variantele de relee electromagnetice maximale de tensiune caracterizându-se prin valori ale factorului de revenire, Kr= 0,85, în cazul releelor electronice maximale de tensiune fiind posibilă obținerea unor valori Kr=0,99, deci mai performante.

3.3.3 Protecția diferențială

Funcționare protecției diferențiale se bazează pe compararea mărimilor electrice de același tip de la extremitățile elementului protejat sau în circuite identice conectate în paralel , compararea făcându-se atât din punct de vedere al amplitudinilor cât și din punct de vedere al defezajelor.

Cele două posibilități de aplicare a principiului diferențial determină două tipuri de protecții diferențiale: longitudinală când se compară mărimile de la intrare și ieșire din elementul protejat și transversală când se compară mărimi identice ce funcționează în paralel.

3.3.3.1 Protecția diferențială longitudinală

Se folosește împotriva scurtcircuitelor polifazate cu întindere teritorială redusă datorită necesității unor conductoare de legătură între extremități ,cum sunt generatoarele , transformatoarele și liniile de lungimi reduse.

Acest tip de protecție se realizează în două variante și anume:

– cu circulația curenților;

– cu echilibrarea tensiunilor.

Ambele scheme funcționează pe principiul comparării în modul și fază a curenților de la începutul și sfârșitul elementului protejat , extremitățile care delimitează zona protejată. În acest scop , la extremitățile menționate , pe fiecare fază se montează transformatoare de măsură de curent, cât mai apropiate de întrerupătoarele elementului protejat. Cele două transformatoare de curent de pe fiecare fază , se aleg și se conectează astfel încât în regimul normal sau de scurtcircuit exterior , curenții secundari ale transformatoarelor de măsură de curent să fie egale și în fază.

Fig.3.8 Protecția diferențială longitudinală cu circulația curenților

Dacă curenții primari în regimul normal de funcționare sunt egali

, (3.2)

iar transformatoarele de măsură de curent TCA , TCB cu caracteristici de magnetizare identice , teoretic , curenții secundari sunt egali și în fază.

(3.3)

iar prin releu va circula curentul

(3.4)

Dacă în regim normal și la defecte exterioare , curenții primari nu sunt egali și în fază , pentru a asigura egalitatea curenților secundari în modul și fază se aleg în mod corespunzător rapoartele de transformare a transformatoarelor de măsură de curent ale montajului diferențial precum și modul de conectare al înfășurărilor secundare ale acestora.

La defecte în zona protejată , punctul K2 , valorile curenților primari de la extremitățile elementului protejat nu mai sunt aceleași , iar sensul curentului de la extremitatea B se inversează.

(3.5)

Curentul prin releu are valoarea:

(3.6)

și are o valoare ridicată întrucât

și sunt în opoziție de fază , iar diferența lo din (1.64) devine egală cu suma curenților secundari:

(3.7)
unde este curentul de scurtcircuit primar total raportat la secundar.

În cazul când elementul protejat este alimentat numai din sursa A,

, și (3.8)

În condițiile reale , transformatoarele de măsură de curent TCA , TCB , funcționează cu erori ceea ce face ca în regim normal și la defecte exterioare,

deci

(3.9)
prin releul de curent circulă curentul de dezechilibru raportata la secundar,

de care trebuie să se țină seama în alegerea curentului de pornire al releului și al protecției , respectiv:

3.3.3.2 Protecția diferențială transversală

Fig.3.9 Schema de principiu a protecției diferențiale transversale (PDT)

Protecția diferențială transversală ( PDT) funcționează pe seama comparării unor mărimi electrice din circuite identice conectate în paralel, linii electrice sau generatoare sincrone cu două căi de curent pe fază.

Schema de pricipiu a unei asemenea protecții diferențiale transversale cu releu maximal de curent este de forma prezentată în figura 3.9.

Înfășurările secundare ale celor două transformatoare de curent, TC1 și TC2, sunt conectate într-o conexiune transversală diferențială, numită schemă ‘’în opt’’, iar releul maximal de current, I>, este conectat în paralel cu această schemă diferențială.

În regim normal de funcționare sau în regim de scurtcircuit exterior zonei protejate, curenții primari din cele două căi de curent, Ip1 și Ip2, ca și curenții din înfășurările secundare ale celor două transformatoare de curent, Is1 și Is2, sunt egali:

Ip1=Ip2, respectiv Is1=Is2 ,

astfel încât curentul Ir, ce parcurge releul maximal de curent este nul:

, (3.10)

unde nTC reprezintă factorul de transformare al celor două transformatoare de curent identice.

În cazul unor defecte de tip scurtcirccuit în interiorul zonei protejate, intervin diferențe între valorile curenților primari Ip1 si Ip2, care generează diferențe între valorile curenților obținuți în înfășurările secundare ale TC Is1 si Is2, astfel încât curentul Ir ce parcurge releul maximal de curent în aceste condiții devine de valoare superioară celui de pornire a protecției, releul de curent acționează și asigură o comandă oportună de protecție a consumatorului.

3.3.4 Protecția direcțională

Această protecție se utilizează de obicei pentru asiurarea protecției unor elemente situate în liniile electrice cu alimentare bilaterală ( rețele buclate), de obicei fiind asociate cu alte tipuri de protecții.

Considerând o rețea de distribuție alimentată de la ambele capete, A și E așa cum este precizat în figura 3.10, conține consumatori care pleacă de la sistemele de bare din A,B,C,D și E, se constată că doar prin eșalonarea reglajelor releelor de timp aasociate protecțiilor maximale de curent, nu se poate asigura selectivitatea ce impune doar deconectarea tronsonului defect.

Fig3.10 Rețea cu alimentare bilaterală

Astfel, pentru un defect de tip scurtcircuit, toate protecțiile atașate întrerupătoarelor Q1-Q8 sunt parcurse de curentul de defect, iar defectul va fi izolat de protecțiile care intervin în timpmai scurt, deci prin deconectarea de fiecare dată a întrerupătoarelor Q3 și Q7, cu timpii de răspuns ai protecțiilor de 0,1 , practic indiferent de punctul în carea ar interveni defectul considerat, ceea ce semnalizează o protecție care nu poate interveni selectiv.

Pentru a realiza selectivitatea este necesar să introducem un nou criteriu (în afara celui a curentului mărit) și anume sensul în care circula puterea (curentul) spre locul de defect. Este necesar ca fiecărei protecții maximale să i se adauge un releu directional care sesizează sensul de circulație al puterii și actionează numai dacă transferul de putere are loc conform sagetilor din figura 3.11, excitând releul de timp corespuzator.

Fig 3.11 Schema monofilară de principiu a protecției maximale direcționale

Q5–întrerupator pricipal, BD–bobina declanșatorului, TC–transformator de curent, F1–releu maximal de curent, F2–releu direcțional, K1T–releu de temporizare,

K2–releu intermediar, L–linia electrică defectă.

Schema electrică principială monofilară, a protecției maximale direcționale este prezentată în figura 3.11. După cum se observă, pentru ca releul de timp K1T să fie excitat și să comande după trecerea timpului reglat declanșarea întrerupatorului Q5, este necesar ca atât curentul să depășească valoarea reglată și deci releul maximal F1 să-și închidă contactul, cât și ca sensul de circulație a puterii de scurtcircuit să fie de la bare spre linie și deci releul directional F2 să-și închidă contactele.

Ca relee direcționale se folosesc releele de inducție cu rotor cilindric, având înfășurarea de curent înseriată cu cea a releului maximal și înfășurarea de tensiune legată printr-un transformator de tensiune la bare. În cazul în care scurtcircuitul se produce pe porțiunea CD conform figurii XX, releele direcționale ale întrerupătorului Q7 si Q4 nu acționează și ca urmare vor declanșa întrerupatoarele Q5 și Q6 dupa 0,7 s și după 1,3 s, asigurând declanșarea selectivă a porțiunii defecte din rețea.

3.3.5 Evoluția construcției releelor de protecție.Funcția de protecție

Fig.3.11 Schema bloc a unui sistem de protecții

TC-transformatorul de curent

TT-transformatorul de tensiune

BI- blocul de intrare

BPL-bloc de decizie.

BE-blocul de ieșire

BTP- blocul de temporizare

BA- blocul de

Utilizarea largă a releelor de protecție, ce a impus realizarea lor industrială, s-a impus la începutul secolului al XX-lea, în 1902 fiind folosite pentru protecția unei linii electrice, relee maximale electromagnetice de curent. Principiile de realizare a protecției de curent au fost extinse pentru obținerea unor protecții mai bine adaptate pentru anumite situații de defect și anume protecția diferențială, ce propune compararea unor mărimi electrice identice (curenți), aceasta fiind propusă în anul 1905.

Dezvoltarea electronicii a condus la primele încercări de realizare a releelor statice (electronice) după 1940. S-au propus de asemenea releele cu comutație magnetică, cu combinații de transformatoare, modulatoare sau amplificatoare magnetice, însă utilizarea acestora era limitată de dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare, a căror miniaturizare și perfecționare continuă a condus la obținerea unor protecții cu performanțe superioare releelor din generațiile anterioare.

Procedeele numerice de tratare a semnalelor, de eșantionare sau/și de memorare a acestora (tensiuni, curenți…), dezvoltarea calculatoarelor numerice, au oferit, dupa 1960 o alternativă nouă pentru tehnicile analogice, care erau folosite anterior în realizarea releelor de protecție și a sistemelor complexe de protecție.

Noile realizări de relee și protecții digitale și-au probat calitățile și au fost acceptate deplin în tehnica inginerească, existând astfel corespondentul digital în realizarea tuturor tipurilor de relee de protecție, necesare în instalațiile electrice. Performanțele acestora au evoluat, fiind capabile să anticipeze valorile periculoase ale unor mărimi electrice ( curent, tensiune), prin evaluarea derivatei acestor mărimi, astfel încât a devenit posibilă chiar asigurarea protecției în schemele cu semiconductoare.

După apariția microprocesoarelor și a microcontrolerelor, cu posibilități deosebite de procesare a datelor, s-a trecut la un nou concept în realizarea sistemelor de protecție a instalațiilor electrice, realizându-se la scară largă protecții numerice.

Schema de protecție cu microcontroler sau cu microprocesor, asigură prelucrarea logică a mărimilor, ducând la posibilitatea identificării situațiilor de defect și de a genera o comanda convenabilă de protecție, ce ține seama și de restricțiile memorate de sistemul numeric de protecție astfel realizat.

Mărimile de intrare pot fi curenți, tensiuni normalizate, de tip analogic sau numeric, în concordanță cu capacitatea microprocesorului considerat. Uneori asemenea scheme numerice de protecție pot fi atașate la mai multe elemente protejate, a căror stare este evaluată într-o succesiune dată, prin lectura mărimilor de intrare specifice, ce permit luara unei decizii convenabile de protecție, chiar și aceea a deconectării conform unei caracteristici de protecție t (I) de tip dependent, înscrisă în memoria protecției.

În figura 3.12 este prezentată schema de principiu a declanșatorului electronic echipat pe un întrerupător automat de joasă tensiune, cu avantaje legate de adaptrea aparatului de comutație la condițiile de exploatare : gama largă de reglaj a valorilor curentului, repunere imediată în funcționare după deconectare, posibilitatea de a eșalona caracteristica de protecție dependentă în mai multe trepte, selectivitate sporită în deconectarea unor defecte, etc.

Fig.3.12 Schema de principiu a declanșatorului electronic

Alimentarea declanșatorului electronic se realizează cu semnale tipizate, obținute de la un transformator de curent TC, respectiv de la un transformator de tensiune TT. În blocul ,,m’’ se prelucrează semnalul provenit de la TC (redresare, comparare), după care semnalul rezultat este trimis pe canalul ,,1’’ care realizează caracteristica de protecție dependentă, dar și pe canalul ,,2’’, ce realizează caracteristica de protecție independent, pentru curenți de ( 2-12)IR, unde IR reprezintă curentul de reglaj al protecției, respectiv pe canalul ,,3’’, ce realizează caracteristica de protecție de tip independent neregrabil pentru curenți de defect intenși, 24 IR.

Cele 3 canale, dispun împreuna de un etaj final de declanșare ,,d’’, de un etaj pentru blocarea reînchiderii după o declanșare ,,b’’ și de un etaj de anulare a blocajului ,,ab’’, completate cu blocuri de semnalizare internă ,,si’’. Pentru alimentarea cu energie a schemei declanșatorului electronic este folosit transformatorul de tensiune TT.

Schema de principiu a unui releu numeric, în care sunt precizate elementele de bază care intră în componența acestuia, este redata in figura 3.13.

Fig.3.13 .Schema de principiu a unui releu numeric

Între aceste elemente componente ale releelor numerice semnalăm: elementele de izolare galvanic a intrărilor și a ieșirilor, cu separare galvanică între circuitul protejat și releul numeric (folosind transformatoare sau comenzi optice de exemplu), filtre speciale, elementul de eșantionare-memorare pilotate cu o bază de timp proprie (ceas),convertorul analogic/numeric, procesorul, completate cu cele trei tipuri de memorii ( RAM, ROM și EPROM).

Fiecare dintre aceste elemente, proprii unor structuri numerice logice, se poate realiza pe baza unor principii funcționale speciale, având performanțe care se reflectă în performanțele ansamblului, în acest caz releul numeric de protecție.

Pornind de la asemenea structuri se pot realiza protecții numerice sau digitale complexe, care răspund cerințelor precizate prin funcția de protecție, adaptată obiectului protejat.

3.3.5 Monitorizarea, controlul și achiziționarea datelor

3.3.5.1 Scada

SCADA vine de la Supervisory Control And Data Acquisition (Monitorizare, Control și Achiziții de Date) făcând referire la un sistem amplu de masura si control. Automatizarile SCADA sint folosite pentru monitorizarea sau controlul proceselor din diferite industrii dintre care putem enumera cele chimice, energetice, tehnologice, transport, etc.

Termenul SCADA face referire la un centru de comandă care monitorizează și controlează un întreg sistem de productie, marea parte a operațiunilor executându-se în mod automat de catre RTU – Unitați Terminale Comandate la Distanță (Remote Terminal Unit) sau de către PLC- Unități Logice de Control Programabile (Programmable Logic Controller).

Funcțiile de control ale centrului de comanda sunt de cele mai multe ori restrînse la funcții decizionale sau funcții de administrare generală.

Un sistem SCADA include componentele: HMI, controlere, dispozitive de intrare-iesire, rețele, software și altele.

Achiziția de date începe la nivelul RTU sau PLC și implică citirea indicatoarelor de măsură și a stării echipamentelor, care apoi sunt comunicate la cerere către SCADA.

Datele sunt restructurate într-o formă convenabilă operatorului ce utilizează HMI, pentru a putea lua eventualele decizii care ar ajusta modul de lucru al RTU/PLC.

Un sistem SCADA tipic implementează o bază de date distribuită care conține elemente denumite puncte. Un punct reprezintă o singură valoare de intrare sau ieșire monitorizată sau controlată de către sistem. Punctele pot fi fie hard, fie soft. Un punct hard este reprezentarea unei intrări sau ieșiri conectată la sistem, iar un punct soft reprezintă rezultatul unor operații matematice și logice aplicate altor puncte hard și soft. Valorile punctelor sunt stocate de obicei împreuna cu momentul de timp când au fost inregistrate sau calculate. Seria de puncte+timp reprezintă istoricul acelui punct.

RTU realizează conexiunea cu echipamentele supravegheate, citesc starea acestora (exemplu – poziția deschis/închis a unui releu ), citesc mărimile măsurate cum ar fi presiunea, debitul, tensiunea sau curentul. Exemplu control RTU: control echipamentele trimițând semnale, cum ar fi cel de închidere a unui releu sau de setare a vitezei unei pompe.

PLC -Controllere logice programabile (Pogrammable Logic Controller)

Un PLC, este un mic computer cu un microprocesor utilizat pentru automatizarea proceselor. Programul unui PLC poate adesea controla secvențe memorate in memoria EEPROM.

Un PLC este prevăzut cu intrari/ieșiri către senzori și relee. PLC-urile citesc starea comutatoarelor, a indicatoarelor de temperatură, de poziție, etc. PLC-urile comandă motoare electrice, pneumatice sau hidraulice, relee magnetice. Intrările/ieșirile pot fi externe prin module I/O sau interne.

Folosind standardul IEC 61131-3 este posibilă programarea PLC folosind limbaje de programare structurată și operații logice elementare.

HMI – Interfata om-masina (Human Machine Interface)

Industria de HMI/SCADA a aparut din nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator intr-un sistem alcătuit cu unitati PLC.

Un PLC este programat sa controleze automat un proces, însă faptul ca unitățile PLC sunt distribuite într-un sistem amplu face ca colectarea manuală a datelor procesate de PLC să fie dificilă.

HMI/SCADA are rolul de a aduna, combina și structura informațiile din PLC printr-o formă de comunicație.Un HMI elaborat, poate fi de asemenea conectat la o bază de date pentru realizarea de grafice în timp real, analiza datelor, proceduri de întreținere planificate, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum și metode de depanare a sistemului.

Un sistem SCADA prezintă de regulă informația operatorului sub forma unei schite sugestive. Aceasta înseamnă ca operatorul poate vedea o reprezentare a instalatiei supravegheate.

Pachetul HMI/SCADA include de obicei un program de desenare pe care operatorul sau personalul de întreținere il folosește pentru a schimba modul în care punctele sunt reprezentate în interfața utilizator.

3.3.5.2 Gama Sepam 20

Aplicația prezentată în aceasta lucrare utilizează pentru protejarea motorului releul de protecție din gama SEPAM 20.

Fig 3.14. Releu de protecție Sepam 23

În proiectarea sistemelor de alimentare cu energie electrică, numerele standard ale dispozitivelor ANSI (standardul ANSI / IEEE Standard C37.2 pentru numerele de funcții ale aparatelor electrice, acronime și denumiri de contact) identifică caracteristicile unui dispozitiv de protecție, cum ar fi un releu sau un întrerupător de circuit . Aceste tipuri de dispozitive protejează sistemele electrice și componentele împotriva deteriorării atunci când apare un eveniment nedorit, cum ar fi o defecțiune electrică. Numerele dispozitivului sunt utilizate pentru a identifica funcțiile dispozitivelor prezentate pe o diagramă schematică. Descrierea funcțiilor este dată în standard.

Un dispozitiv fizic poate corespunde unui număr de funcție, de exemplu "27-Protecție de tensiune minimă)", sau un singur dispozitiv fizic poate avea numeroase numere de funcții asociate cu acesta, cum ar fi un releu de protecție numerică.

Identificare echipament

Fig.3.15 Panou frontal cu HMI

LED verde: sepam.

LED-uri roșii: Sepam indisponibil.

LED-uri de semnalizare galbene.

Etichetă care identifică indicatoarele LED.

Ecran LCD grafic.

Afișarea măsurătorilor

Afișarea comutatorului, a rețelei și a mașinii Resetare Sepam

Afișarea mesajelor de alarmă

Resetare Sepam (sau confirmați introducerea datelor).

Recunoașterea și ștergerea alarmelor

Test LED (sau deplasați cursorul în jos).

Accesul la setările de protecție.

Acces la setarea parametrilor Sepam

Introducerea a 2 parole.

port de conectare PC

LED verde: sepam funcționează

LED-uri roșii: Sepam indisponibil.

LED-uri de semnalizare galbene

Etichetă care identifică indicatoarele LED.

Recunoașterea / ștergerea alarmei și resetarea Sepam.

Port de conectare PC.

Fig.3.16 Spate panou Sepam

Unitate de bază.

Un conector cu 20 de pini pentru:

sursă de alimentare auxiliară

4 ieșiri releu

1 intrare de curent rezidual

Conector pentru intrări de curent trifazat I1, I2, I3 și curent rezidual

Conector pentru tensiune trifazică V1, V2, V3 și 1 tensiune reziduală de intrare V0.

port de comunicare.

Port de conectare la modulul de la distanță.

3.3.5.2 Conectarea circuitelor de curent/tensiune

Fig3.17. Măsurători ale curentului de fază ( conexiunea standard)

Conectarea senzorilor 3 x 1 A sau 5 A la conectorul CCA630 sau CCA634.

Măsurarea curenților de fază 3 permite calcularea curentului rezidual.

Parametrii :

Tip senzor 5 A TC sau 1 A TC

Numărul de TC-uri I1, I2, I3

Curent nominal (In) 1 A la 6250 A

Fig.3.18 Măsurători ale curentului de fază ( cu două transformatoare)

Conectarea senzorilor 2 x 1 A sau 5 A la conectorul CCA630 sau CCA634.

Măsurarea curenților de fază 1 și 3 este suficientă pentru a asigura toate funcțiile de protecție pe bază de curent de fază.

Curentul de fază I2 este evaluat numai pentru funcțiile de măsurare, presupunând că I0 = 0. Acest aranjament nu permite calcularea curentului rezidual.

Fig3.19. Măsurarea tensiunilor treptate la neutru (conexiune standard)

Parametrii:

Tensiunile măsurate prin VTs V1, V2, V3

Tensiune reziduală Sumă de 3V

Funcțiile disponibile:

Tensiunile măsurate- V1, V2, V3 2

Valorile calculate U21, U32, U13, V0, Vd, f

Măsuratori disponibile -Toate

Funcții de protecție disponibile (în funcție de tipul de Sepam) Toate

Capitolul 4

ECHIPAMENTE DE COMUTAȚIE

4.1 Întrerupătoare cu vid

Proprietățile dielectrice ale vidului au fost recunoscute înca din anii 1890, astfel încât de foarte mult timp au existat încercari de a-l folosi la echipamentul de comutatie, în anii 1920 au fost declanșate primele studii ale arcului electric (în 1926 apare prima menționare scrisă a unui întreruptor de 40 kV ce folosește stingerea arcului în mediu vidat. Străpungerea electrică în vid are la bază fenomene de la suprafața electrozilor și nu din spațiul izolant. Aceasta a făcut ca în vid studiul întreruperii arcului electric să difere fundamental față de celelalte întreruptoare.

4.1.1 Construcția întrerupătorului

Fiecare pol al înteruptorului cu vid (fig.4.1) constă din suportul mecanic al camerei de stingere, fixat la rândul lui prin izolatoare suport compozite (rașini sintetice armate cu fibră din sticlă) de structură mecanică a mecanismului de acționare, asigurând astfel camerei de stingere un cadru mecanic solid, protejând-o față de acțiunea forțelor electrodinamice sau a celor ocazionate de manevrarea sa. Într-o secțiune transversală a camerei de stingere se observă (fig.4.2) cele două poțiuni ale anvelopei izolante (porțelan) , ce adăpostesc elementele fix și mobil ale contactului principal, aflate în zona numită camera de arc electric. Elementul mobil al contactului (cel inferior) este acționat de un mecanism exterior prin intermediul unui element izolant. Ambele elemente ale contactului sunt înconjurate de un ecran protector rezistent la acțiunea arcului electric. Discul aflat la partea superioara a camerei de stingere se fixeaza de suportul acesteia, iar partea ei inferioara se conecteaza mecanic cu mecanismul de acționare, ce deplasează elementul mobil prevăzut cu un burduf metalic elastic și etanș.

Camera arcului electric acționează și ca un ecran ce protejează cele două anvelope izolante de acțiunea vaporilor metalici ce provin de pe suprafată.

Elemente constructive:

1 – suporții camerei de stingere

2 – borne

3 – elementul fix al contactului

4 – elementul mobil al contactului

5 – camera de stingere

6 – pârghie cotită

7 – tijă izolantă

8 – resort

Fig.4.1. Polul unui întrerupător cu vid

Fig.4.2. Camera de stingere a întrerupătorului cu vid

1 – disc de contact ; 2 – anvelopa ceramică ; 3 – cameră de arc electric 4 – piese de contact

5 – burduf metalic 6 – piesă de ghidaj 7 – capacul elementului mobil

4.1.2 Principiul întreruperii arcului electric în vid

Se bazează pe două considerente:

– rigiditatea dielectrică ridicată la distanțe extrem de reduse între contacte;

-dezvoltarea arcului electric în vapori metalici proveniți din eroziunea fină a elementelor de contact.

Rigiditatea dielectrică ridicată se justifică cu ajutorul legii lui Paschen Ustr = f (pd) în domeniul 8 – 10 MPa x (5…20 mm), (fig.4.3). La curent zero, plasma metalica difuzeaza rapid și dispare, ceea ce face ca întreruptoarele de acest tip sa fie caracterizate de o mare putere de rupere, în schimb întreruperea arcului electric tinde sa se produca nu la trecerea curentului prin zero, ci putin mai devreme, producându-se "taierea" curentului (current chopping). Intensitatea curentului tăiat (4…5 A) constituie un criteriu de calitate pentru aparat. Deoarece întreruperea nu dureaza mai mult de o semiperioada, energia dezvoltata de arcul electric este redusa, astfel încât efectele termice asupra contactelor, dar si a camerei în ansamblu, sunt relativ reduse.

Fig.4.3. Curbele lui Paschen

4.2 Întrerupătoare de medie tensiune cu SF6

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

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).

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

4.2.1 Principiul auto-expansiunii-tehnica de rupere

Această tehnică este rezultatul unei experiențe de mulți ani în domeniul tehnologiei SF6 și a tehnologiei majore. Combină efectul expansiunii termice cu tehnica arcului rotativ pentru a crea condiții de suflare și de stingere a arcului. Rezultatul este reducerea energiei stocate și eroziunea contactului arc, adică creșterea rezistenței mecanice și electrice.

b)

c ) d)

Fig.4.4. Etapele de auto-expansiune

Secvența de operare a unei camere de rupere cu auto-expansiune a cărei partea mobilă este acționată de mecanismul de acționare mecanică are loc în etapele:

Fig.a) :Întrerupătorul este închis.

Fig.b) :La deschiderea contactelor principale (a), curentul este dirijat în circuitul de frânare (b).

Fig.c): La separarea contactelor de arc, apare un arc electric în volumul de expansiune (c). Acest arc se rotește sub efectul câmpului magnetic creat de bobina (d) prin care curge curentul de rupere. Suprapresiunea generată de creșterea temperaturii gazului în volumul de expansiune (c) determină un flux gazos care suflă arcul în interiorul contactului arc tubular (e) și are ca rezultat stingerea de arc atunci când curentul trece prin punctul zero.

Fig. d): Întrerupătorul este deschis.

Fig.4.4 Arc electric într-o cameră de rupere automată

Comparatia performantelor pentru diferite tehnici de rupere

Capitolul 5

ANALIZOR PENTRU ÎNTRERUPĂTOARE

Dintre aparatele de comutație, întrerupătorul de înaltă tensiune este cel mai important aparat, atât din punct de vedere constructiv și funcțional, cât și din punct de vedere al costului. Întrerupătorul de înalta tensiune se poate defini ca un aparat destinat închiderii și deschiderii circuitelor electrice când acestea sunt parcurse, fie de curenți normali de lucru, fie de curenți anormali de lucru, cum sunt cei de suprasarcină sau de scurtcircuit. Din acest motiv trebuie asigurată o mentenanță predictivă cu ajutorul analizorului pentru întreruptoare.

Fig.5.1. Analizor întrerupătoare

Cu ajutorul analizorului de tensiune putem obține informații din timp a începuturilor de defecte și luării de măsuri pentru indepărtarea acestora. De exemplu valoarea curentului ne arată posibilitatea blocării mecanismului de anclanșare.

5.1 Măsurarea sincronizării

Măsurătorile simultane într-o singură fază sunt importante în situații în care mai multe contacte sunt conectate în serie. Aici , întrerupătorul devine un divizor de tensiune, atunci când deschide un circuit. Dacă diferențele de timp sunt prea mari, tensiunea devine prea mare pe un contact, iar toleranța pentru cele mai multe tipuri de întrerupătoare este sub 2 ms.

5.2 Curenții bobinei

Curenții bobinei pot fi măsurați în mod regulat pentru a detecta eventualele probleme mecanice și/sau electrice ale bobinei de acționarea cu mult înainte de apariția lor ca și defecte reale. Curentul maxim al bobinei (dacă i se permite curentului să atingă valoarea sa cea mai mare) este o funcție direct a rezistenței bobinei și tensiunii de acționare. Acest test arată dacă o înfășurare a fost sau nu scurt-circuitată.

5.3 Măsurarea rezistenței dinamice (DRM)

Metoda de testare DRM este foarte potrivită pentru testarea de diagnosticare. Testele sunt efectuate prin injectarea de curent continuu, aproximativ 250 A sau mai mare, prin disjunctor și măsurarea căderii de tensiune și a curentului în timp ce disjunctorul este operat. Analizorul disjunctorului calculează apoi și prezintă grafic rezistența în funcție de timp.

Verificarea timpilor la anclanșare/declanșare

În grafic se poate observă o discontinuitate a conectării, evidențiind probleme de contact și anume vibrația contactelor.