 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Aeronautica | Comunicatii | Constructii | Electronica | Navigatie | Pompieri |
| Tehnica mecanica |
INTRERUPATOARE CU HEXAFLORURA DE SULF (SF6)
Folosirea gazului hexaflorura de sulf (SF6), la stingerea arcului electric si apoi la asigurarea izolatiei intre piesele de contact, se justifica prin proprietatile fizice ale acestui gaz.
SF6 este un gaz electronegativ (adica moleculele sale prezinta o mare afinitate fata de electronii liberi, din combinatia lor rezultand ioni negativi, cu masa mare, avand deci o mobilitate extrem de redusa si devenind practic neutilizabili ca purtatori de sarcina) si isi pastreaza aceasta proprietate pana la cateva mii de grade. Aceasta proprietate determina tensiuni de strapungere mult superioare celor in aer, la aceasi presiune.
Acest gaz poseda prietati termice remarcabile: energie de disociere redusa, temperatura de disociere redusa si ca urmare, o constanta de timp mai mica cu 2 ordine de marime fata de cea a aerului. Aceste calitati dielectrice exceptionale, permit distante reduse intre electrozii sub tensiune, putere de rupere foarte ridicata, viteza mare de regenerare dielectrica an spatiului dintre contacte dupa ruperea arcului.
Hexaflorura de sulf nu ataca materiale de constructie, cu exceptia celor cu continut de hidrogen si de aceea piesele izolante se construiesc din teflon.
SF6 este un gaz multiatomic atomii de fluor aflandu-se in varfurile unui octaedru, iar cei de sulf in centrul octaedrului. Aceasta structura determina un important coeficient de dilatare volumica si, ca urmare, intr-o incinta in care arde arcul electric presiunea gazului creste extrem de mult. Aceasta proprietate este folosita in constructia intrerupatoarelor numite cu "autostingere".
Toate variantele de intrerupatoare cu SF6, din generatiile de astfel de intrerupatoare au arcul electric racit printr-un jet de gaz longitudinal.
Fazele stingerii arcului electric intr-un ajutaj in care se dezvolta arcul electric racit cu SF6 se stabilesc pe baza unui model, reprezentat schematic in figura 4.15. In aceasta figura este prezentat un model simplu de camera de stingere cu un singur jet longitudinal de gaz.
Etapele de stingere a arcului electric in SF6 sunt dupa cum urmeaza:
- Faza curentului intens (figura 4.15.a). In aceasta faza arcul electric consta dintr-o plasma de mare conductivitate electrica si de temperatura mare (aprox. 25.000K) corespunzand unei densitati de masa extrem de mici si unei viteze de curgere extrem de mari. In aceasta plasma se gasesc si vapori metalici proveniti din piesele de contact. Dimensiunile corecte ale geometriei ajutajului asigura o curgere neturbulenta si evita fenomenul de refulare.
- Faza termica (figura 4.15.b). Inainte de trecerea curentului prin valoarea 0, diametrul plasmei scade continuu, iar in momentul trecerii curentului prin valoarea 0 diametrul arcului este extrem de mic (aproximativ 1 mm). Caracteristic acestei faze este producerea intensa de turbulente, cauzata de sosirea in ajutaj a gazului cu temperatura redusa si viteza mica si coliziunea cu plasma caracterizata prin temperatura mare si viteza mare. Reaprinderea sau stingerea definitiva a arcului electric se decide in aceasta faza si depinde in cea mai mare masura de formarea turbulentei.
- Faza dielectrica (figura 4.15.c). Dupa ce arcul electric a fost stins, plasma de inalta conductivitate electrica a fost inlocuita cu gaz neconductor dar cald, in care exista purtatori de sarcina liberi. Acesti purtatori de sarcina pot distorsiona campul electric in ajutajul izolant. In aceasta faza apare, intre piesele de contact ale intrerupatorului, tensiunea tranzitorie de restabilire, care constituie solicitarea dielectrica maxima a intreruptorului dupa o intrerupere reusita.
Figura 4.15. Modelul stingerii arcului electric in SF6
4.7.1. Variante constructive de intrerupatoare cu SF6
Primele variante de intrerupatoare cu SF6 au aparut in anii 60 si se bazau pe principiul intrerupatoarelor pneumatice, adica cu instalatii de compresie auxiliara, lucrand la doua presiuni.
Datorita proprietatilor dielectrice bune, aceste intrerupatoare s-au dezvoltat in variantele cu autocompresie, ce folosesc deplasarea contactului mobil la deconectare pentru comprimarea gazului. Aceste intrerupatoare cu autocompresie (sistem puffer) au fost introduse in exploatarea de firmele Merlin-Gerin (1966), GEC Alstom (1971) Hitachi (1969), Mitshubishi (1965), GEC Anglia (1974), Siemens (1974), AEG (1974), Brown-Broweri (1977). La noi in tara firma Electroputere Craiova a realizat 1979 primul intrerupator capsulat cu SF6 de 123 kV / 2000A, iar in 1984 a realizat un intrerupator integral in constructie independenta cu autocompresie de 145kV (3150A si putere de rupere 40kA). In anul 1986 s-a realizat un intrerupator de 170kV/ 3150A/ 40kA.
Principiul functionarii camerelor de stingere cu autocompresie este prezentat in figura 4.16. exemplificat pentru o camera de stingere folosita la intrerupatoarele AEG la tensiuni intre 72,5 kV si 765kV. Presiunea gazului SF6 in interiorul camerei este de 5 bari.
Figura 4.16. Camera de stingere cu autocompresie
1-piston fix, 2-cilindru de compresie, 3-piesa de contact, 4-contact pentru contactul nominal, 5-ajutaj izolant, 6-piesa de contact pentru arcul electric,
7 flanse de racord, 8- cavitate, 9-filtru de alumina (Al2O3).
In pozitia inchis a) se stabileste continuitatea circuitului prin contactul fix tubular 6 si contactul mobil de tip tulipa 4. Prin actionarea asupra tijei de comanda, solidara cu cilindrul de autocompresie 2 si contactul mobil 4 apare arcul electric intre contactul fix si contactul de arc din interiorul tulipei 6. Contactul mobil impreuna cu cilindrul de autocompresie se deplaseza in directia pistonului fix 1, comprimand gazul si obligandu-l sa treaca prin orificiile de cilindru si sa patrunda in zona arcului electric unde se realizeaza un puternic suflaj longitudinal datorita formei duzei 5, ceea ce contribuie la rapida stingere arcului electric. Capacul prins de camera de stingere prin intermediul flansei 7 cuprinde un filtru de alumina 9, rolul de a curata gazul de florurile metalice ce se formeaza. Refacerea rapida a rigiditatii dielectrice a gazului SF6, ofera acestui tip de intrerupator posibilitatea de a fi utilizat la deconectarea sarcinilor capacitive.
Utilizand principiul modulului pot fi construite intrerupatoare pentru tensiuni foarte inalte cu mai multe camere de stingere. In figura 4.17. este prezentat un pol al unui intrerupator cu SF6 cu doua camere de stingere in serie.
Figura 4.17.Modul intrerupator cu doua camere de stingere cu SF6 inseriate
1-carcasa cu sistemul de parghii, 2-tija de actionare, 3- pistonul fix, 4- cilindrul de compresie, 5- contactul mobil, 6- duza, 7-contactul fix, 8- flansa, 9-capac,
10-filtru, 11-condensator, 12-izolator suport, 13-tija izolanta, 14-placa de fixare,
15-tija de actionare, 16-cilindrul de actionare, 17-indicator de pozitie.
Actionarea acestor intrerupatoare se face pneumatic cu ajutorul cilindrului 16 si a pistonului solidar cu tija 15.
O alta forma a camerei de stingere utilizata la intrerupatoarele cu SF6 cu autocompresie, pentru tensiunea pana la 420kV este prezentata in figura 4.18.
In figura 4.18.a) este reprezentata camera de stingere cu contactele in pozitia inchis. Calea de curent se asigura prin contactul fix de lucru de tip tulipa 1 si contactul de lucru tubular 4.
In figura 4.18.b) se prezinta momentul separarii contactelor de lucru, momentul in care curentul se comuta pe contactele de arc 2 si 3.
In figura 4.18.c) se reprezinta momentul separarii contactelor de arc si arcul ce apare intre acestea arde in interiorul duzei 6. Gazul SF6 comprimat in deplasarea cilindrului mobil 5 spre pistonul fix 6, realizeaza un puternic suflaj al arcului in interiorul duzei (ajutajului) B.
In figura 4.18.d) se prezinta contactele in pozitea deschis, arcul fiind stins si presiunea egalizata in interiorul camerei de stingere.
Figura 4.18. Camera de stingere cu SF6 cu autocompresie
Actionarea acestor intrerupatoare se face cu ajutorul unui servomotor. Duzele pentru intrerupatoarele cu SF6 se construiesc din materiale electroizolante si materiale conductoare. Ca materiale electroizolante se utilizeaza teflonul (PTFE) si matrialele ceramice pe baza de AL2O3 denumite si superaluminoase.
Figura 4.19. Polul unui intrerupator cu SF6 cu autocompresie
1-flansele de conectare a conductoarelor, 2-contactul fix de lucru, 1
5
Duzele din materiale conductoare sunt executate din metale sau grafit. In prezent duzele la intrerupatoare se fac cel mai adesea din teflon care prezinta niste proprietati speciale: rezistenta mecanica mare, prelucrabilitate usoara, rezistenta la temperaturi ridicate.
Intrerupatoarele cu autocompresie impun anumite cerinte asupra mecanismului de actionare. Astfel pentru a invinge blocajul ajutajului si presiunea dinamica a arcului electric pistonul trebuie antrenat de energie in resoarte, sau mecanisme oleopneumatice, astfel incat pretul de cost al intreruptorului creste.
A treia generatie de intreruptoare cu SF6 denumite intreruptoare cu autosuflaj sau autoexpansiune se bazeaza pe rotirea arcului provocata de un camp magnetic produs de o bobina parcursa in momentul deschideri de propriul curent de rupere. Sub actiunea arcului electric gazul incalzit produce o presiune ridicata care este folosita la curgerea gazului si implicit la deionizarea arcului electric.
Intrerupatoarele cu SF6 cu autocompresie au urmatoarele avantaje comparativ cu intrerupatoarele cu dubla presiune: gazul SF6 nu este permanent comprimat; nu necesita compresoare si rezervoare la presiune ridicata; simplitatea constructiei prin utilizarea unui numar mic de piese mobile si garnituri de etansare; autogenerarea presiunii necesare pentru intreruperea curentilor inductivi fara aparitia supratensiunilor; reducerea uzurii contactelor prin reducerea energiei de arc; nivel de zgomot redus; timp de rupere mici; adaptibilitatea la circuitul RAR, deoarece presiunea nu este stocata in rezervor pentru rupere; pretul scazut.
A doua varianta de intrerupatoare cu SF6 intrerupatoarele cu autosuflaj au urmatoarele avantaje: au o anduranta mecanica mai mare, campul magnetic realizeaza rotirea si ghidarea arcului astfel incat se dezvolta perfect centrat si stabilizat si se evita prezenta unei duze izolate care perturba campul; deplasarea rapida a arcului pe contacte limiteaza erodarea lor. Ca dezavantaje ale acestor intrerupatoare amintim: au o dimensionare dificila a bobinelor de suflaj, a contactelor de arc si a camerei de presiune; sunt limitate de puterea de rupere.
In tara noastra se fabrica la Electroputere Craiova intrerupatoare independente cu SF6 de 72,5 kV, 145 kV (123 kV)si 170 kV cu curenti nominali de 2500 A si 3150 A si curenti de rupere de 40 kA ,cu un loc de rupere pe pol si actionate cu mecanisme oleopneumatice. La medie tensiune au fost realizate intrerupatoare de 24 kV / 1250 A si la 27,5kV / 1600A ;i patere de rupere de 20kA. Din punct de vedere constructiv pentru inalt[ tensiune aceasta gama este acoperita de un model functional si trei module de constructie care au un inalt grad de tipizare intre ele. Astfel intreruptorul de 420kV poate fi realizat din trei module functionale de 170kV.
Astazi se realizeaza intreruptoare capsulate cu SF6 ce cuprind intr-un lot unitar barele colectoare, separatoarele, intrup[torul de putere, reductoarele de tensiune si curent. Introducerea in exploatare a acestor instalatii, ce reprezinta solutia cea mai favorabila pentru domeniul inaltei tensiuni, fapt justificat de urmatorii factori: necesitatea de transfera energie electrica in centrele industriale si in orasele mari cu o tensiune nominala cat mai ridicata si de a afecta un spatiu cat mai redus pentru statia de conexiune sau de transformare; eliminarea defectelor posibile din cauza poluarii in zonele industriale sau cu atmosfera salina; cresterea gradului de securitate, carcasele metalice fiind legate la pamant; eliminarea pericolului de explozie; exploatare mai simpla si fiabilitate ridicata.
Pentru actionarea intrerupatoarelor de inalta tensiune se folosesc mecanisme de actionare specifice. Acestea sunt ansamble distincte sau incluse in intrerupatoare asigurand comutatia acestora. Aceste mecanisme asigura transmiterea, in urma comenzii manuale sau electrice, a energiei de actionare a contactelor mobile ale intrruptorului. Energia pusa in joc de aceste dispozitive asigura imprimarea vitezei prescrise a contactului. De asemenea aceste mecanisme trebuie sa mentina intreruptorul blocat in pozitia inchis sau deschis, in toate conditile de exploatare: vibratii, trepidatii, trecerea curentului de scurt circuit de soc. Principalele subasamble ale dispozitivelor de actionare sunt: mecanismul de anclansare, de blocare si mecanismul de decuplare. Dupa sursa de energie utilizata, mecanismele de actionare ale intreruptoarelor de inalta tensiune se clasifica in: mecanisme cu acumulare de energie in resoarte, mecanisme pneumatice si mecanisme cu actionare hidraulica.
Tendinta actuala in ceea ce priveste constructia intrerupatoarelor de inalta tensiune cu SF6 pe plan mondial vizeaza: realizarea unei capacitati de rupere marite la 100kA; realizarea etansarilor cu ferofluide magnetice; optimizarea mecanismelor de actionare pentru asigurarea comenzilor sincrone prin prevederea unor dispozitive electonice; compiuterizarea sistemelor de protectie, comanda si diagnoza penrtu cresterea fiabilitatiilor intreruptoarelor; cresterea perioadei de revizie la 20-30 de ani; proiectarea asistata de calculator a intreruptoarelor.
Principiul autosuflajului se extinde la aparate cu tensiuni nominale de 52 72,5KV si chiar pana la 145 KV, deoarece energia de actionare se reduce la aproximativ 20% din energia necesara unui intreruptor cu aceasi capacitate de rupere functionand pe baza principiului de autocompresie. La curenti de scurtcircuit intensi, jetul de gaz este format, in esenta, prin dilatarea gazului SF6. limitarea acestui avantaj decurge din faptul ca gazul astfel format, si care serveste la racirea arcului electric, este cald.
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
