SOLICITĂRILE APARATELOR ELECTRICE

http://aparate.elth.ucv.ro/ SOLICITĂRILE APARATELOR ELECTRICE Solicitările sunt efectul curenţilor de scurtcircuit ce pot apărea aleator, în cazul deteriorării echipamentelor electrice sau a unor manevre gresite.În caz de avarie, releele sesizează cresterea valorii curentului si dau comanda deschiderii întreruptorului. La separarea contactelor apare arcul electric; după stingerea arcului electric apare tensiunea de restabilire. Din momentul apariţiei curentului de scurtcircuit până la deconectarea circuitului apar solicitări ale căilor de curent si echipamentelor electrice, solicitări de tip termic, electrodinamic si dielectric. Curentul de scurtcircuit provoacă: solicitări termice si forţeelectrodinamice. Aceste forţe pot deforma sau rupe căile de curent sau pot deschide contactele provocând arderea si sudarea acestora. Contactele se pot deschide datorită efectului de buclă. Forţa este orientată spre zonele de câmp mai slab. De exemplu separatoarele sunt prevăzute cu blocaje mecanice. La contactele unui întreruptor sau contactor apar forţe electrodinamice datorită stricţiunii liniilor de curent. Aceste forţe tind să deschidă contactele. Constructiv, acestor forţe de respingere li se opun forţele unor reostate de contact, prevăzute pentru a creea un contact bun si a împiedica deschiderea si sudarea contactelor. Datorită curenţilor mari de scurtcircuit, prin efect termic apar încălziri excesive ale căilor de curent si îndeosebi ale contactelor. Pot apărea deci topiri locale ale zonei de contact sau chiar sudarea lor. Alte solicitări termice apar datorită prezenţei arcului electric, în coloana căruia apar temperaturi de 10000-12000 K. Aceste temperaturi determină topirea si vaporizarea contactelor precum si carbonizarea materialelor izolante. SOLICITĂRI DIELECTRICE După întreruperea arcului electric în spaţiul dintre contacte se restabileste rigiditatea dielectrică. Această evoluţie a rigidităţii dielectrice este caracterizată de variaţia în timp a tensiunii de ţinere UT , care creste în timp datorită deionizării spaţiului dintre contacte si deplasării acestora spre deschidere. Concomitent cu restabilirea rigidităţii dielectrice în spaţiul dintre contacte se restabileste si tensiunea sursei printr-un proces oscilant (tranzitoriu). Această tensiune din

perioada regimului tranzitoriu este tensiunea de restabilire – Ur Între UT si Ur are loc o competiţie, de care depinde reusita deconectării (stingerea arcului electric) sau nu (reaprinderea arcului electric). Străpungerea termică fiind depăsită poate apare străpungerea dielectrică si reamorsarea arcului electric datorită fenomenelor de ionizare prin soc. La tensiune mare apare câmp electric intens între contacte ce accelerează electronii. Solicitările echipamentelor supuse factorilor ambientali Mediul ambiant influenţează comportarea echipamentelor electrice, în special a celor de înaltă tensiune, prin intermediul factorilor: •

Temperatura si variaţia în timp a acesteia.

•

Presiunea atmosferică.

•

Precipitaţiile, de ex. ploaia, roua, zăpada.

•

Ceaţa.

•

Gheaţa, chiciura formate pe piesele izolante sau mobile ale căilor de curent sau mecanismelor de acţionare.

•

Vântul, furtunile.

•

Radiaţiile solare.

•

Poluarea si contaminarea suprafeţelor.

•

Vibraţiile, scuturăturile.

•

Factorii microbiologici, microorganismele, mucegaiurile. Influenţa temperaturii, presiunii si densităţii relative a aerului Parametrii de referinţă ai mediului ambiant sunt: •

Presiunea

•

temperatura

•

umiditatea absolută normată

•

umiditatea relativă de 64%.

Temperatura si presiunea aerului influenţează comportarea echipamentelor electrice prin intermediul densităţii relative.

Supratemperaturile în diferite puncte ale echipamentului ca si tensiunile de ţinere ale izolaţiei externe sunt garantate pentru temperaturi ale mediului ambiant de 20 C si presiunea atmosferică de 760 mmHg . Pentru întreruptoare si transformatoare de putere temperatura mediului ambiant normalizată este de 40 C. Nivelele de izolaţie si temperaturile maxime admise ale echipamentelor sunt valabile pentru o altitudine de montaj de 1000m. Pentru altitudini mai mari, se reduc cu 1% limitele admisibile ale supratemperaturilor, pentru fiecare 300m depăsire a altitudinii normalizate. Similar, se reduc si tensiunile de ţinere ale izolaţiei externe. Prin urmare se majorează distanţele de izolaţie în aer cu 3,5%, pentru fiecare 300m depăsire a altitudinii normalizate, pentru echipamentele de interior cu tensiuni nominale până la 35kV sau de exterior cu tensiuni până la 15kV. Pentru echipamentele de exterior cu tensiuni peste 15kV se cresc tensiunile de ţinere la impuls de tensiune de trăznet si tensiunile de ţinere de frecvenţă industrială cu 3,5% pentru fiecare 300m depăsire a altitudinii normalizate. La scăderea densităţii aerului se reduce tensiunea de conturnare , funcţie de forma electrozilor cu ajutorul graficelor experimentale. În ceea ce priveste valoare minimă a temperaturii mediului la care sunt garantate performanţele echipamentului aceasta are valoare de − 40C sau − 25C media zilnică. Pentru echipamentele de interior această valoare este limitată de punctul de rouă la care o anumită parte a umidităţii aerului se depune sub formă de precipitaţii pe suprafaţa elementelor izolante, având ca efect reducerea tensiunilor de conturnare. Influenţa umidităţii aerului Umiditatea mediului ambiant influenţează tensiunile de conturnare ale izolatoarelor. Influenţa umidităţii este importantă, în special în cazul electrozilor cu câmp neuniform. La intervale de izolare cu câmp electric uniform sau slab neuniform, coeficientul de corecţie al tensiunilor de conturnare cu umiditatea poate fi egal cu unitatea. Influenţa precipitaţiilor Ploaia, ceaţa, roua sau zăpada crează condiţii de umiditate excesivă ceea ce determină reducerea tensiunilor de conturnare. Dincolo de punctul de rouă are loc condensarea umezelii pe suprafaţa izolatoarelor, caz în care se poate vorbi de conturnare umedă sau sub ploaie. Valoare tensiunii de conturnare sub ploaie este influenţată de valoarea presiunii atmosferice.

În comparaţie cu ploaia, ceaţa si roua au o influenţă mai mare asupra reducerii tensiunilor de conturnare, datorită peliculei continue de apă creată pe suprafaţa izolatorului. Zăpada devine periculoasă din cauza impurităţilor pe care le conţine si a greutăţii proprii. Gheaţa si chiciura Conductivitatea stratului de gheaţă duce la cresterea curenţilor de conducţie dintre elementele constructive ale echipamentului aflate la potenţiale diferite, topirea gheţii, apariţia efluviilor si la descărcări prin arc electric la valori reduse ale tensiunii faţă de situaţiile normate. Chiciura poate imobiliza elementele mobile ale echipamentelor si solicita mecanic mecanismele de acţionare. Influenţa radiaţiilor solare Radiaţiiile solare sunt importante, în special, pentru echipamentele de exterior care absorb o cantitate de căldură (conform legii lui Stefan Boltzman). Absorbţia termică prin radiaţie depinde de culoarea suprafeţei sau luciul acesteia, suprafeţele lucioase si de culori deschise împiedicând absorbţia căldurii radiaţiilor solare. Echipamentele cu izolaţie în răsină sunt puternic influenţate de nivelul radiaţiilor solare din cauza degradării răsinii sintetice. Influenţa vântului Echipamentele electrice de înaltă tensiune de exterior sunt supuse unor solicitări mecanice importante datorită vântului sau furtunilor. Izolatoarele suport sunt supuse încovoierii de soc. Locaţia concretă de funcţionare al echipamentului este caracterizată de valori ale vitezei vântului, ceea ce permite o proiectare corespunzătoare pe baza deducerii valorii maxime a efortului de încovoiere la care este solicitat elementul izolant. Contaminarea izolaţiei sub acţiunea factorilor atmosferici poluanţi Gradul de contaminare al izolaţiei externe a echipamentelor electrice depinde de caracteristicile zonei de funcţionare si distanţa faţă de sursa de poluare. Poluarea se manifestă prin prezenţa în aer a unor substanţe nocive ionizate sau neionizate, în concentraţii care pot conduce la periclitarea funcţionării echipamentelor. Intensitatea poluării se evaluează prin

cantitatea de agenţi poluanţi raportată la unitatea de volum de aer sau unitatea de suprafaţă. Gradul de poluare al zonei se apreciază în funcţie de: caracterul sursei de poluare (agenţi solubili sau insolubili în apă, pelicule aderente sau neaderente pe suprafaţa izolatoarelor etc.) si intensitatea poluării care depinde de direcţia vântului, configuraţia terenului, ceaţa, roua, burniţa, zăpada etc. Ploaia este, în acest caz, un element pozitiv, conducând la curăţirea suprafeţelor contaminate. Poluarea suprafeţelor izolante poate fi: •

poluare granulară care constă din depunerea de particule solide organice sau anorganice, influenţată direct de viteza si direcţia vântului;

•

poluare electrolitică ce constă în formarea pe suprafeţele izolante a unor electroliţi cu umiditatea din atmosferă Proiectarea izolaţiei, în acest context, se va realiza prin intermediul liniei de fugă

specifică, reglementată pe baza definirii gradelor de poluare a zonelor de amplasament al echipamentelor. Linia de fugă a izolaţiei echipamentului este distanţa minimă măsurată pe suprafaţa curbilinie a izolaţiei externe între părţile metalice aflate la potenţiale diferite. Linia de fugă specifică este raportul dintre lungimea totală a liniei de fugă a izolatorului si tensiunea maximă de serviciu. Influenţa vibraţiilor si zgomotelor Datorită vibraţiilor , izolaţia solidă a echipamentelor pot să sufere deformări mecanice, să se fisureze, să crape. În ceea ce priveste componentele mobile ale echipamentelor, acestea se pot bloca; se pot dezarma piesele de armare sau se pot debloca intempestiv sistemele de blocare ale mecanisemelor de acţionare. Nivelul de zgomote si vibraţii influenţează decisiv durata de viaţă a echipamentelor. Echipamentle cele mai solicitate la zgomote si vibraţii sunt cele care funcţionează în staţiile interioare din centralele electrice, în special cele termoelectrice. Factorii microbiologici, microorganismele, mucegaiurile Degradarea biologică mai importantă o suportă în primul rând materialele izolante organice, materialele nemetalice sau pe bază de compusi monomoleculari sintetici, fibre textile si piele. Acţiunea agenţilor biologici asupra diferitelor materile diferă numai în ceea ce

priveste viteza de degradare. Microorganismele pot accelera si coroziunea metalelor si a sticlei.