Separatoare de inalta tensiune

SEPARATOARE DE INALTA TENSIUNE

Normele de protectia muncii cer ca lucrarile de intretinere si reparatii in instalatiile de inalta tensiune sa se execute numai dupa ce circuitul in care se lucreaza a fost deconectat si izolat vizibil de restul instalatiei. De asemenea, in instalatiile electrice sunt necesare uneori manevre de conectare sau de deconectare a unor circuite fara curent (schimbarea sau separarea barelor, trecerea de la un generator sau transformator la altul etc.), fiind necesare aparate de conectare simple, cu constructie robusta, cu manevrare usoara si pozitie usor vizibila. Pentru aceste scopuri se folosesc separatoarele de inalta tensiune.

Separatoarele sunt aparate de comutatie destinate conectarii si deconec­ta­rii circuitelor sub tensiune, insa fara sarcina. Ele pot intrerupe si curenti de inten­si­tate redusa, cum sunt curentii de magnetizare (de mers in gol) ai trans­for­ma­toa­relor de putere mica sau curentii nominali ai transformatoarelor de putere foarte mica.

Separatoarele de inalta tensiune se realizeaza in numeroase tipodimen­si­uni, care se deosebesc prin parametrii nominali (tensiuni intre 35 si 750 kV, cu­renti intre 200 si 6000 A), prin numarul de poli si varianta constructiva.

Intr-o instalatie energetica separatorul permite efectuarea transferului de ener­gie intre sistemele de bare colectoare la plecari sau sosiri. Cu ajutorul sepa­ra­toarelor se poate face cuplarea unei linii la unul din sistemele de bare colec­toa­re.

Clasificarea separatoarelor de inalta tensiune

Clasificarea sepatatoarelor de inalta tensiune se poate face dupa numeroa­se criterii dintre care cele mai semnificative sunt:

A. Dupa numarul de poli:

- monopolare;

- bipolare;

- tripolare.

B. Dupa modul de deplasare a contactelor mobile:

- separatoare cu rotatie in plan orizontal (tip cutit), care au un contact fix si un contact mobil, tip cutit, ce se roteste intr-un plan ce contine si axele izolantelor polului respectiv;

- separatoare cu rotatie in plan vertical, care au doua contacte mobile ce se rotesc spre a se uni intr-un plan perpendicular pe axele izolatoarelor suport ale polului;

- separatoare basculante, la care contactul mobil se roteste (basculeaza) im­preuna cu un izolator suport in planul axelor izolatoarelor suport ale polului;

- separatoare de translatie, la care contactul mobil executa o miscare de translatie spre contactul fix;

- separatoare pantograf, la care contactul mobil, de o constructie speciala, executa o miscare dupa directia axei izolatorului surport.

C. Dupa absenta sau prezenta dispozitivului de legare la pamant:

- separatoare cu cutite de legare la pamant;

- separatoare fara cutite de legare la pamant.

Un separator este constituit din urmatoarele elemente principale: sistemul de contacte, sistemul izolator si dispozitivul de actionare.

Sistemul de contacte contine un contact fix si un contact mobil (cutitul) sau doua contacte mobile, constituind calea de curent a separatorului.

Contactele separatoarelor pot fi liniare, plate cilindrice si de alte forme. Se construiesc din materiale bune conducatoare de electricitate, de preferinta din cupru.

Elementele care conduc la alegerea diferitelor tipuri de contacte sunt: den­si­tatea de curent si distributia ei; conditiile de racire a contactelor; efortul ne­ce­sar pentru conectarea separatorului; factorul de uzura al materialului; redu­ce­rea ac­tiunii fortelor electrodinamice asupra cutitelor. Pentru a micsora in­cal­zi­rea con­tactelor, se realizeaza presiuni de contact corespunzatoare. La separa­toa­re­le cons­truite pentru curenti nominali mari, cutitul este constituit din mai multe bare pa­ralele .

Sistemul izolator este constituit din izolatoarele suport ale contactelor: fix si mobil, precum si din tija izolanta care transmite miscarea de la dispozitivul de actionare la cutitul mobil.

Dispozitivul de actionare trebiue sa asigure deschiderea si inchiderea com­pleta a separatorului, contactele mobile trebuind sa ajunga la sfarsitul cursei, in­dependent de viteza de actionare.

Dispozitivele de actionare a separatoarelor, din punct de vedere al agen­tu­lui de actionare se impart in: dispozitive manuale, dispozitive cu resorturi, dis­po­zitive pneumatice, dispozitive de actionare electrica.

Actionarea manuala se realizeaza in modul cel mai simplu cu o prajina, ca­­re este o tija izolanta de lungime corespunzatoare, prevazuta la un capat cu un varf metalic. Acest varf se introduce in urechea cutitului separatorului si se tra­ge, trecand cutitul din pozitia "inchis" in pozitia "deschis".

La serparatoarele grele se utilizeaza adeseori actionarea cu parghii cu ma­ne­ta sau cu roata de mana.

Pentru comanda la distanta a separatoarelor se folosesc actionarile elec­tri­ce sau pneumatice, care prezinta avantajul unei conectari fara socuri, ceea ce este deosebit de important.

Separatoare rotative

In aceasta categorie intra doua tipuri de separatoare:

- separatoare rotative cu rotatie in plan orizontal, avand tensiuni nominale de la 35 kV la 220 kV, curenti nominal de 1250 A si 1600 A;

- separatore rotative cu deschiderea cutitelor in plan vertical, cu tensiunea no­minala de 400 kV si I_n=1600 A. Aceste separatore se executa numai in cons­truc­tie monopolara iar cand este necesara o varianta tripolara fazele se cupleaza in­tre ele cu tije de legatura.

Forma constructiva a unui separator rotativ cu miscare de rotatie in plan ori­zontal, de 100 kV este prezentata in figura 4.5., in detaliu fiind prezentata bor­na de legatura a separatorului. Izolatorele suport 1 si 2 pot pivota executand o mis­care de rotatie de 90 sub actiunea unui dispozitiv de actionare 3 (pneumatic sau electric). Pe tijele 4 si 5 sunt montate contactele formate din cilindrul 6 si pie­sele 7 si 8 asa cum rezulta din figura. Piesa 9 reprezinta contactul fix al partii de legare la pamant a separatorului care poate ajunge in contact cu cutitul se­pa­ra­torului de punere la pamant 10, numai atunci cand contactele 6 respectiv 7, 8 sunt deschise. Pe cadrul pe care sunt montate coloanele de izolare se afla si dis­po­zitivul de actionare, precum si tijele de legatura, manivelele si axele de ac­tionare.

Figura 4.5. Separator cu miscare de rotatie in plan orizontal (de 110 kV),

inclusiv detaliu al pieselor de contact

1, 2-izolatoare suport, 3-dispozitiv de actionare, 4, 5-tije de actionare, 6-contact cilindric, 7, 8-piese de contact, 9-contact fix, 10-cutit de punere la pamant

In cazul separatoarelor tripolare montarea fazelor se face alaturat una din cele trei faze fiind faza motoare, la care se cupleaza dispozitivul de actionare asa cum se poate vedea in figura 4.6.

Actionarea separatorului se face de la polul de mijloc, miscarea transmi­tan­du-se celor doua izolatoare ale fazei printr-o legatura in contrasens, iar la ce­lelalte doua faze printr-un sistem de transmisie patrulatera. Tot printr-un sistem patrulater sunt actionate cutitele de punere la pamant ale separatorului de la axul de actionare. Deoarece in timpul rotatiei izolatoarelor unui pol, cutitele port con­tact se aproprie de polii vecini, se poate utiliza sipozare in linie.

Figura 4.6. Separatoare tripolare de 110 kV

1, 2-izolatoare suport, 3-dispozitiv de actionare, 8-piesa de contact, 9, 10-con­tac­te fix, 11, 12-tije de actionare.

Din figura 4.6. se observa ca actionarea se face de la unul din capete prin transmisie patrulatera. Pentru tensiuni mai mari de 220 kV aceasta pozitionare a separatoarelor conduce la marirea gabaritului unei celule de inalta tensiune si de aceea separatorii monopolari se monteaza cate doi in linie si al treilea in paralel cu primii, caz in care actionarea este independenta pe fiecare faza.

Toate separatoarele de tip rotativ au neajunsul ca sunt solicitate la impor­tan­te momente de inconvoiere, si necesita distante relativ mari intre poli, iar con­tactele de jonctiune ale liniei cu cupa izolatoare implica dificultati cons­truc­ti­ve.

Separatoare de translatie

Acest tip de separatoare se utilizeza in instalatiile de distributie de exterior la tensiuni peste 220 kV.

Schematic un asemenea separator este prezentat in figura 4.7.

Un pol al separatorului are doua izolatoare suport, unul fix 1, iar celalalt mobil 2, montat pe un carucior ce poate realiza o translatie limitata pe doua sine rec­tilinii. Contactul mobil 3 poate intra in contactul fix 4, ca urmare a apropierii izo­latorului culisant 2 de cel fix 1. Separatorul mai este prevazut cu inelele de pro­tectie 5, conductorul de legatura 7 si legatura flexibila 6.

Miscarea este asigurata cu ajutorul unui dispozitiv format din cablul flexi­bil 11 antrenat de servomotorul 8. Cutitul de legare la pamant 9 este actionat cu un dispozitiv propriu cu motor electric 10.

Aceste separatoare prezinta o buna vizibilitate a separarii, au insa o cons­truc­tie complicata, legaturi flexibile lungi si exista posibilitatea de blocare a ca­ru­ciorului in cazul depuneri de gheata pe sine.

Figura 4.7. Separator cu miscare de translatie pntru tensiuni mai mari de 220 kV

1-izolatorul suport al polului fix, 2- izolatorul culisant al polului mobil, 3-con­tac­tul mobil, 4-contactul fix, 5-inele de protectie, 6-legatura flexibila, 7-conduc­tor de legatura, 8-servomotor, 9-cutit de impamantare, 10-dispozitiv de antrenare cu motor electric, 11-cablu flexibil.

Separatoare pantograf

Aceste separatoare sunt utilizate in instalatiile de foarte mare tensiune (220kV<U_n<750kV) avand o constructie robusta si indeplinind cele mai ridicate exigente cerute de o buna siguranta in exploatare.

Fata de celelalte tipuri de separatoare prezentate, separatorul pantograf prezinta o serie de avantaje cum ar fi: reducerea suprafetei ocupate de separator in plan orizontal; o supravechere mai buna a elementelor instalatiei (permitand o observare clara si rapida a elementelor aflate sub tensiune fata de cele scoase de sub tensiune); siguranta mare la conectare si deconectare in orice conditi atmosferice si siguranta totala impotriva deschiderilor intempestive.   

Figura 4.8. Separator pantograf pentru 420 kV

1-contact fix de racord, 2-pantograf, 3-contacte mobile tip foarfeca, 4-pozitia deschisa a pantografului, 5-contact racord, 6-brat portcontact, 7-contragreutate,

8-contact fix de punere la pamant, 9-borne racord, 10-izolatoare suport, 11-co­loana izulatoare, 12, 13-arbori racordati la mecanismului de actionare.

Contactul de racord 1 se monteaza pe linia conductoare a statiei exterioare fiind format dintr-o bara de cupru. Pantograful propriu zis 2 este format dintr-un sistem de bare articulate, confectionate din duraluminiu, avand configuratia unei foarfeci care se termina la capete cu contactele mobile 3, prevazute cu un dispo­zi­tiv de spargere a ghetii si cu cate o emisfera in partea superioara. Rolul emis­fe­relor este sa amelioreze repartitia neuniforma a campului electric in lungul pan­to­grafului si sa evite efectul corona.

In pozitia inchis separatorul asigura racordul electric intre linia 1 aflata in planul superior si linia electrica aflata in planul inferior, racordata la bornele 9, intre care exista o diferenta de nivel de aproximativ 5 m la o tensiune de 420 kV.

Cu linie punctata 4 s-a reprezentat pozitia pantografului cand separatorul se afla in pozitie deschis. In aceasta pozitie linia din planul inferior este legata la pa­mant ca urmare a atingerii dintre contactul mobil 5 si cel fix 8 de punere la pa­mant. Coloana de izolatoare suport 10 sustine separatorul, iar actionarea cu­ti­te­lor principale se realizeza ca urmare a miscarii de rotatie transmisa prin coloana izo­latoare 11 de la arborele 12 racordat la mecanismul de actionare a cutitelor prin­cipale. Actionarea cutitelor de punere la pamant este efectuata de catre un dispozitiv de actionare separat racordat la arborele 13, contragreutatea 7 dimi­nu­and prin echilibrare cuplul necesar rotirii bratului 6 ce sustine contactul 5. Intre mis­carile cele doua dispozitive de actionare exista o corelare. Actionarea acestor separatoare se face pneumatic.

5.Separatoare de sectionare si punere la pamant

Separatoarele de sectionare sunt aparate cu deconectare automata, co­man­da­te de aparate de protectie, destinate separarii de la retea a sectoarelor avariate. Sectionarea se face in lipsa curentului, in timpul pauzei de curent determinata de functionarea unui dispozitiv de recalansare automata rapida (R.A.R.).

Separatoarele de punere la pamant si de scurtcircuit sunt aparate care realizeza legarea automata a unei retele electrice la pamant in caz de avarie, prin realizarea unui scurtcircuit artificial ce determina deconectarea retelei prin intermediul intreruptorului.

Constructiv aceste aparate sunt separatoare de tip cutit, iar modul lor de func­­tionare este ilustrat in figura 4.9.

Pe suportul metalic 1 se afla izolatorul 2 avand pe flansa superioara con­tac­tul fix 3, prevazut cu borne pentru racordarea la conductoarele liniei. Dispo­zitivul de actionare comanda cutitul mobil 4, din teava de otel sudata pe axul 5, care se roteste in lagarele 6. Parghia 7 este folosita in cazul actionarilor manuale. Legatura electrica 8 asigura trecerea curentului de la contactul mobil la rama metalica legata la pa­mant.

Figura 4.9. Separator de punere la pamant tip cutit

1-suport metalic, 2-izolator, 3-contact fix, 4-cutitul mobil, 5-ax, 6-lagar, 7-par­ghie, 8-legatura electrica flexibila.

Pentru a exemplifica modul de utilizare al separatoarelor de sectionare si al separatoarelor de punere la pamant si de scurtcircuit in figura 4.10 este pre­zen­tata o schema electrica de alimentare a liniilor L₁ si L₂ prin intermediul unor trans­formatoare T₁ si T₂, a intreruptoarelor Q₁, Q₂ si Q₃, de la un sistem de bare de 110 kV.

Figura 4.10. Functionarea separatoarelor de sectionare si punere la pamant

Transformatoarele T₁ si T₂ nu sunt racordate la retea prin intreruptoare, ci prin separatoare de sectionare S₁ si S₃. In cazul in care se produce o avarie la linia L₁ sau la transformatorul T₁, protectia prin relee comanda inchiderea separatorului de punere la pamant S₁, producand in mod artificial un scurtcircuit monofazat, care duce la declansarea intreruptorului principal Q₁. Dupa intre­ru­perea curentului de scurtcircuit, elementul defect este separat cu separatorul de sectionare S₁, apoi sub actiunea dispozitivului RAR, intreruptorul Q₁ se re­in­chi­de si celelalte plecari sunt realimentate.

Separatorul de sectionare impreuna cu separatoarele de punere la pamant si scurtcircuitare ofera o simplificare a schemelor de inalta tensiune, asigurand separarea automata a sectorului avariat si protectia personalului de interventie.