Cu privire la principiul comutatiei statice Contactor static

Cu privire la principiul comutatiei statice

Contactor static de cc Stingere fortata pentru T 1 si naturala pentru T 2

Contactor static de ca (cu un tiristor sau cu doua tiristoare)

Intrerupator static de ca

Comutatie statica in scheme trifazate • Scheme cu tiristoare sau cu grupe tiristor-dioda

Comparaţie între diferitele posibilităţi de realizare a AEC fără arc electric • comutaţia sincronizată; • comutaţia hibridă; • comutaţia fără contacte, numită şi “statică” atât pe seama utilizării elementelor semiconductoare comandate pe de o parte cât şi datorită absenţei pieselor în mişcare ce însoţesc de obicei comutaţia AE.

Comparaţie între diferitele posibilităţi de realizare a AEC fără arc electric • 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 • AE cu comutatie hibrida 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.

Problema comutaţiei magnetice

Cu privire la comutatia magnetica directa • Comutatie magnetica directa : cu acumulare de energie în miezul magnetic

Cu privire la comutatia magnetica directa • Intirzierea la comutatia magnetica

Cu privire la comutatia magnetica inversa • Disponibilizare de energie magnetica

Cu privire la comutatia magnetica inversa Se manifestă macroscopic prin: - supratensiuni de comutaţie - cresterea duratei de ardere a arcului electric în camera de stingere

Posibilitati de considerare a comutatiei magnetice • Scrierea ecuatiei circuitului sub forma: • Considerarea functionalei

Efecte ale comutatiei magnetice asupra ciclului de histerezis • Schimbarea formei ciclului B(H)

Problema comutaţiei mecanice • In construcţia AEC cu contacte exista dispozitive de acţionare, DA, care, la o comandă dată, de conectare sau de deconectare, asigură schimbarea stării de mişcare a unor ansambluri mobile, ce includ contactele mobile, în sensul “închiderii” sau al “deschiderii” circuitului • DA trebuie să fie sensibile la acţiunea unor elemente specializate de protecţie, astfel încât cu energii cât mai mici, corespunzătoare unor dimensiuni de gabarit reduse ale acestor elemente, să fie posibilă efectuarea comenzii de “deconectare”, prioritară pentru asemenea AEC

Comutatie mecanica Dispozitive de actionare a AEC • Schema cinematica pentru DA a unor întrerupatoare (jt)

Problema izolaţiei în construcţia şi funcţionarea AE- Influente (p, T) • Problema izolaţiei electrice - Izolatorii gazoşi • Aer (etalon Ustr) • Hexafluorura de sulf

Problema izolatiei electrice Izolatorii lichizi • Apa / expansina : asimetria moleculei de H 2 O, (între cei doi atomi de hidrogen este un unghi de 105°), rezulta proprietati polare – dubleti electrici • uleiul de transformator sensibil la impuritati

Problema izolatiei electrice Izolatorii solizi : • anorganici - stabili în timp dar fragili (sticlă, ceramică ) • Organici-instabili in timp (de tip macromolecule obţinute prin polimerizare)

Problema izolaţiei magnetice • Aerul cea mai buna izolatie magnetica • Gradul de comutatie magnetic 1000 -100 000 (dispersie mare !) • Influente si perturbatii in vecinatate • Izolatia prin distanta (gabarit) si pozitii avantajoase (fara influente)

Problema izolaţiei mecanice • Construcţiile închise de AEC - prevăzute să funcţioneze în condiţii speciale (mediu exploziv, coroziv, cu intervenţia unor picături de apă sau a prafului • AEC - caracterizate printr-un anumit “grad de protecţie”, indicat chiar ca parametru nominal, prin “I P” urmate de două cifre, ale căror semnificaţii sunt precizate prin norme specifice

Problema siguranţei în funcţionare a AE • AE sunt de fapt sisteme, constituite din elemente, astfel încât buna funcţionare a fiecăruia condiţionează exploatarea în siguranţă a ansamblului • Elementele pot fi de rangul I sau de rangul II, cele de rangul I fiind practic sisteme în raport cu elementele de rangul II

Problema sigurantei in functionare a AEC - Ca elemente de rangul I semnalăm: căile de curent cu contactele aferente, camera de stingere, dispozitivul de acţionare - Ca elemente de rangul II semnalam componentele dispozitivului de acţionare, (pârghii, resorturi elastice, suruburi etc. )

Problema sigurantei in functionare a AEC • Evenimentul prin care un element din construcţia AE, trece din stare de bună funcţionare, (validă), în stare de nefuncţionare, (de defect), se numeşte “cădere”, sau “defectare”. • Problema siguranţei în funcţionare a AE presupune la comportarea bună (fiabilă) a elementelor şi desigur a ansamblului, un timp dat, în condiţii de exploatare impuse, în concordanţă cu funcţionalitatea şi cu parametrii nominali ai aparatului electric

Rata de manifestare a caderilor • Căderile previzibile pot fi anticipate dacă se analizează, cu mijloacele statisticii matematice, comportarea în timp a unui număr cât mai mare de elemente de acelaşi tip, şi în condiţii de funcţionare date

Probabilitatea de buna functionare • P(t) = exp( -λt) • Structura AE din punct de vedere al siguranţei în funcţionare - serie - paralel (redondanta sau cu rezervare) - mixta (reala)

Structura AE conform sigurantei in functionare 1) AE cu structura serie Ps(t) = P 1(t) · P 2(t) ·…·Pn(t) Ps(t) = exp[ - (λ 1 + λ 2+…+ λn) t] 2) AE cu structura paralel Pp(t) = 1 - [ 1 – Pk(t) ]^ (m+1) > Pk(t) 3) AE cu structura mixta - reala PAE(t) = Ps(t) · Pp(t) = exp(- AE t )

Metode de creştere a siguranţei în funcţionare a AE Interventii posibile la: • Proiectare • Fabricatie • Exploatare

Metode de creştere a siguranţei în funcţionare a AE-la proiectare • conceperea unor structuri cât mai simple, cu cât mai puţine elemente serie şi de calitate cât mai bună şi cu rezervarea raţională a elementelor slabe; • utilizarea în realizarea AE a unor elemente cu toleranţe largi pentru a facilita interschimbabilitatea; • utilizarea unor subansambluri de tip “bloc funcţional”; • asigurarea unor puncte de funcţionare convenabile pentru elementele componente; • utilizarea unor elemente cu o bună stabilitate termică şi dinamică; • preconizarea unei întreţineri corecte, prin prevederea asigurării cu piese de schimb pentru exploatare

Metode de creştere a siguranţei în funcţionare a AE- la fabricatie • automatizarea procesului de fabricaţie; • controlul statistic al calităţii elementelor şi al ansamblului; • rodajul elementelor şi al ansamblului.

Metode de creştere a siguranţei în funcţionare a AE-in exploatare • exploatarea raţională, în concordanţă cu parametrii nominali şi cu funcţionalitatea AE; • ridicarea nivelului de calificare a personalului; • generalizarea experienţei pozitive de exploatare.

SOLICITARI ALE AE IN FUNCTIONAREA DE REGIM NORMAL • solicitări termice pe seama efectului Joule. Lenz ; • solicitări mecanice datorate forţelor sau cuplurilor electrodinamice ; • solicitări specifice comutaţiei, datorate amorsării, arderii şi stingerii arcului electric

Solicitări termice în funcţionarea normală a AE. Surse termice • Efectul Joule-Lenz • Pierderile în circuitele magnetice • Pierderile în izolaţia AE • Pierderile mecanice • Arcul electric de comutaţie

Surse termice în functionarea AE Efectul Joule-Lenz • Expresia pierderilor Joule-Lenz -pe unitate de volum: p = · j^2 [W/m 3] -pe întregul volum V: P = V · j^2 d. V [W] -pentru materiale omogene si izotrope P = R · I^2 [W]

Cu privire la efectul pelicular • Repartitia densitatii de curent in sectiunea transversala a conductorului in cc si ca

Efect pelicular -Caracterizarea efectului pelicular: -Adâncimea de pătrundere, p : p =

Corectii datorate efectului pelicular • Distribuţia neuniformă a densităţii de curent în secţiunea transversală a căilor de curent ale AE - cauza unor încălziri suplementare ale acestora faţă de cazul curentului continuu, astfel încât corespunzător efectului Joule- Lenz în acest caz se poate scrie o relaţie de forma : P~ = Kp · P [W]

Cu privire la coeficientul de pierderi prin efect pelicular, Kp Pentru valorile uzuale : Kp = 1 + 4 / 3 > 1, pentru <1 Kp = + 0, 265 , pentru > 30

Cu privire la efectul de vecinatate • Influenta pozitiei conductoarelor asupra efectului de vecinatate valori subunitare valori supraunitare

Pierderile totale prin efect Joule-Lenz Coeficientul total de suplimentare a pierderilor Ks = Kp · Kv > 1 Pierderile totale « corectate » PJ = K s · P [W]

Pierderile în circuitele magnetice Formula de calcul a PFe Pmagn = KH f B^1, 6 m. Fe + KF f^2 B^2 m. Fe unde: KH = 1, 6 – 4, 4 si KF = 0, 4 – 1, 44 Considerând pierderile specifice, p. Fe Pmagn = p. Fe VFe [ W]

Pierderile în izolaţia AE • Relatia de calcul: Piz = C U^2 tg [W]

• • • Pierderile mecanice prin frecare sau prin ciocniri între elementele componente ale AE în timpul funcţionării reprezintă de asemenea o sursă termică, dificil de evaluat exact, dar care impune precauţii şi măsuri constructive care tind să diminueze efectele acestora. Arcul electric de comutaţie, cu acţiune locală, la nivelul contactelor şi al camerei de stingere, prezentând importanţă mai ales pentru valori importante ale frecvenţei de conectare. Se poate afirma deci că în funcţionarea AE intervin mai multe surse termice, cu acţiune mai mult sau mai puţin localizată, dar care completează acţiunea cu ponderea cea mai mare, ce se referă la pierderile prin efect Joule-Lenz.

Temperaturi admisibile în funcţionarea AE. Clase de izolaţie pentru materialele utilizate în • • • construcţia AE proprietăţilor fizico-mecanice ale componentelor; proprietăţilor dielectrice ale materialelor izolante; fenomenelor de oxidare a contactelor AE; regimului de funcţionare a AE destinaţiei AE; condiţii speciale cu privire la mediul ambiant, pentru alegerea corectă a valorilor temperaturilor admisibile