PARAMETRII NOMINALI AI APARATELOR ELECTRICE SI SEMNIFICATIA LOR PENTRU CONSTRUCTIA , FUNCTIONAREA SI EXPLOATAREA ACESTORA
Exploatarea corectă a AE trebuie să ţină seama *de parametrii lor nominali *de funcţionalitatea acestora
Tensiunea nominală, notată de obicei Un şi indicată în [V] sau [kV] • Tensiuni nominale la 50 Hz, curent alternativ: • Joasă tensiune, [V], STAS 553-8024: 6, 12, 24, 48, 110 sau 127, 220 sau 250, 380, 660, 1000 • Inaltă tensiune [kV], CEI 56-13: 6, 7.2, 12, 17.5, 24, 36, 52, 72.5, 100, 123, 145, 170, 245, 300, 362, 420, 525, 765 • Tensiuni nominale, curent continuu: • Joasă tensiune [V]: 24, 48, 110, 125, 220, 250, 400, 800(1000) • Inaltă tensiune [kV]: 220 - 400 - 800
Tensiuni semnificative pentru constructia si functionarea AEC • tensiune de serviciu, notată Us
• supratensiuni : tensiunea de tinere, U* – la impuls tipizat sau la frecventa industriala
Curentul nominal, notat In,[A] Curenţi nominali pentru aparatele electrice conform normelor CEI • Joasă tensiune: 2,4,6,10,16,25,40,63,80,100,125,160,200,250,315,400,630,800,100 0,1250,1600, 2000,2500,3150,4000, 5000,6000 • Inaltă tensiune: 400,630,800,1250,1600,2000,2500,3150, • 4000,5000, 6000
Curenti semnificativi pentru functionarea AEC • curentul de serviciu, notat Is • supracurenţi : de suprasarcina si/sau de scurtcircuit • curentul de reglaj, notat cu Ir : este reglabil între 0,6 In şi In
CurenĹŁi de reglaj pentru aparatele electrice Se acopera continuu curentii posibili la consumator pentru valori discrete ale curentului nominal
In [A] Ir [A]
6
10
16
25
40
63
100
3,6-6 6-10 9,6-1 15-2 24-4 37,8- 60-1 6 5 0 63 00
Alti parametri nominali ai AEC (pentru regim normal de functionare) • natura curentului : curent continuu sau curent alternativ ; • numărul de « poli » sau de căi de curent principale : monopolare, bipolare, tripolare sau chiar multipolare ; • numărul de contacte auxiliare şi tipul lor, normal închis (NI) sau normal deschis (ND) ; • locul de montare pentru exploatarea propriuzisă, acesta poate fi în exterior, (E) sau în interior, (I) ; • numărul de manevre, sau durata de viaţă, notată cu N, având valori de la 1000 manevre până la 1000000 manevre.
Parametri nominali definind performantele de comutatie Calitatea aparatelor electrice de comutaţie poate fi apreciată prin parametri nominali specifici, cum sunt:
• curentul de conectare, Ic • curentul de rupere, IR • (sau uneori puterea de rupere )
Parametri nominali ce definesc siguranta in functionare a AEC •
Numărul de manevre, sau durata de viaţă, notată cu N, având valori de la 1000 manevre până la 1000000 manevre
•
Durata relativă de conectare, DC,cu valori 0,15; 0,25; 0,40; 0,60; 1
•
Frecvenţa de conectare, fc, cu valori de la 10 [cicluri/ora] la 3000 [cicluri/ora]
Parametri derivati privind siguranta în functionare a AEC • Durata ciclului : τ = 3600/fc [s] , τ = tc + tp • Timpul de conectare, tc : tc = τ · DC • Timpul de pauză, tp : tp = τ · (1 – DC) • Timpul mediu de bună funcţionare, Tf : Tf = N / fc [h]
Parametri derivati privind siguranta în functionare a AEC •
rata sau intensitatea de manifestare căderilor, λ : λ = 1 / Tf
•
probabilitatea de bună funcţionare a aparatului electric, P(t): P(t) = exp(–λ t)
Dependenta 位(t) si semnificatii pentru AEC
Parametri nominali ai AEC cu semnificatii pentru functionarea înnregim de defect •
I
stabilitatea termică ; curent de stabilitate termica, lt si
tSTAS : solicitare termica la defect < stabilitatea termica a AEC •
I
stabilitatea dinamică ; curent limita dinamic, ld :
curentul de soc < curent limita dinamic
PROBLEME FUNDAMENTALE IN CONSTRUCTIA, FUNCTIONAREA SI EXPLOATAREA APARATELOR ELECTRICE •
- problema contactelor;
•
- problema comutaţiei;
•
- problema izolaţiei;
•
- problema siguranţei în funcţionare.
Cu privire la problema contactelor electrice -Piese de contact cu puncte elementare de contact -Raportul între suprafaţa “aparentă” de contact şi suprafaţa “reală” de contact este de ordinul a 1000 – 100 000
Factori de influenţă asupra calităţii contactelor electrice •
natura materialului pieselor de contact;
•
forma pieselor de contact şi gradul de prelucrare mecanică a suprafeţelor pieselor de contact;
•
forţa de apăsare exercitată între cele două piese de contact
Contacte de tip metalo-lichid N = 10 milioane de manevre !!!
Contacte magnetice - Saturatia magnetica a punctelor elementare de contact
ÎŚ B= S
Problema comutaţiei în construcţia, funcţionarea şi exploatarea aparatelor electrice •
Problema comutaţiei electrice în curent continuu
t rk ( t ) = rk 0 ⋅ t0
p
Cu privire la gradul de comutatie
gradul de comutaĹŁie, Îł
R k max Îł= rk 0
Cu privire la supratensiuni de comutatie in curent continuu •
Ecuatia care descrie comportarea AE la comutatia de curent continuu
di L⋅ +[ R + r k ( t ) ]⋅i= U , i( 0 ) =In dt •
Caderea de tensiune pe contact:
di UK ( t) = U − R ⋅ i − L ⋅ dt
Bilantul de energie la comutatia de cc • Energia de comutatie la bornele AE
Wcom = ∫0 U K ( t ) ⋅ i( t ) ⋅ dt td
•
Wcom = Ws + Wmagn
• Energia magnetica tinde sa revina catre sursa si intretine arcul electric de comutatie
Wmagn =1/2 · L · In · In
Evolutia curentului la deconectarea reala de cc •
Expresia curentului de deconectare
t i( t ) = I n ⋅ 1 − t d
n
Comutatie performanta de cc •
Wcom R = U ·In ·td ·k sau
•
Wcom L=0,5L·In^2(1+2·k·td/T), T=L/R
•
3⋅n 2magn ⋅n 2 +3⋅n +1 Wcom = (2-4) W k=
Problema comutaţiei electrice în curent alternativ •
R(t) poate fi Z(t) : R, L, C (?)
Deconectarea fără arc electric a aparatelor electrice •
Comutatie sincronizata
•
Comutatie hibrida
•
Comutatie statica
Principiul comutatiei sincronizate
Comutatie hibrida in cc
Comutatie hibrida de ca â&#x20AC;˘
Realizabila cu tiristoare sau cu triacuri
Evolutia curentilor la comutatia hibrida de ca
Cu privire la principiul comutatiei statice
Contactor static de cc Stingere fortata pentru T1 si naturala pentru T2
Contactor static de ca (cu un tiristor sau cu doua tiristoare)
Intrerupator static de ca
Comutatie statica in scheme trifazate â&#x20AC;˘ Scheme cu tiristoare sau cu grupe tiristor-dioda
Comparaţie între diferitele posibilităţi de realizare a AEC fără arc electric Realizarea AE cu comutaţie fără arc electric foloseste: • • •
comutaţia sincronizată; comutaţia hibridă; comutaţia fără contacte, numită şi “statică”
•
realizarea AE cu comutaţie sincronizată impune performanţe deosebite dispozitivelor de acţionare ale acestora
Pentru un curent de 1000 A: • căderea de tensiune pe contacte este de ordinul (10 – 40) mV, •
puterea disipată în aceasta zonă este de (10 – 40) W, valoare pentru care calea de curent se comportă ca un radiator termic eficient.
Cazul AEC fără contacte • căderea de tensiune pe elementul semiconductor în conducţie e de ordinul voltului şi deci, în această zonă se disipă o putere de circa 1 kW, (pierdere de energie in funcţionarea AE, ce trebuie evacuată pentru a evita distrugerea termică a joncţiunilor) semiconductoare • acest lucru presupune utilizarea unor radiatoare, asigurarea unui curent de aer prin utilizarea unor ventilatoare sau chiar a unor trasee prin care circulă apa ca lichid de răcire • • pierderile de energie în zona echivalentă contactului sunt încă mai mari la utilizarea bobinelor comandate ca element de comutaţie • Avantajele certe ale AEC fără contacte cu privire la procesele tranzitorii de conectare sau de deconectare sunt deci plătite scump, pe seama acestor pierderi de energie şi a accesoriilor pe care le implică.
Cazul AE cu comutatie hibrida • AE cu comutaţie hibridă asigură în situaţia “conectat” o funcţionare similară cu aceea a AE obişnuite, pierderile de energie în zona de contact fiind practic preluate de căile de curent care se comportă ca un radiator termic, • În comutatie beneficiază de avantajele comutaţiei fără arc electric prin intervenţia comandată a unor elemente semiconductoare, un timp scurt, deci chiar fără utilizarea unor soluţii de răcire a acestora • prelungirea conductiei după deschiderea contactului unui asemenea AE evita apariţia arcului electric de comutaţie • performanţele impuse AE de bază nu sunt deosebite, însă asemenea AEC sunt scumpe fiindcă dublează într-un anumit fel AE de bază, şi inevitabil au un gabarit sporit. • AE cu comutaţie hibridă pare practic cel mai avantajos, dacă se adaugă accesorii care permit funcţionalitatea de întrerupător ultrarapid cu efect de limitare, dar oricum cumulează avantajele evidente ale AE cu contacte pentru situaţia “conectat” şi ale celor fără contacte în timpul procesului de deconectare.