Separatoare [PDF]

Zitiervorschau

Curs 9 ECHIPAMENTE ELECTRICE 2018-2019

Separatorul este un aparat de comutaţie capabil • să închidă • să deschidă un circuit, care asigura pentru motive de securitate, in pozitia deschis, o distanta de izolare vizibila in cadrul circuitului electric din care face parte.

Separatorul – Rol 1 Prin montarea separatoarelor este posibila:

• • • • • •

Efectuarea de revizii la intreruptoare, Controlul starii izolatoarelor suport sau de trecere Schimbarea fuzibilelor sigurantelor de inalta tensiune Examinarea cutiilor terminale ale cablurilor Examinarea conductoarelor liniilor electrice Examinarea descarcatoarelor etc

Fara a se scoate de sub tensiune intreaga instalatie.

Rolul separatoarelor este deci de a separa fata de sursa o parte a instalatei si aceasta separare trebuie sa fie vazuta de operator.

Separatorul – Rol 2 De asemenea, de foarte multe ori in exploatare este necesar sa se faca modificari in schemele instalatiilor energetice, legate de o mai buna functionare sau deservire a consumatorilor: • separarea unei portiuni din retea, • trecerea de pe un sistem de bare colectoare pe al doilea sistem de bare colectoare, • legarea la pamant a liniilor etc. Separatorul trebuie sa poata suporta curentul de lunga durata, curentul nominal, in conditii normale de functionare al circuitului si, de asemenea, sa suporte un curent mare de durata scurta in cazul scurtcircuitelor.

Important!!!! Deschiderea separatorului trebuie sa fie precedata de deconectarea intreruptorului de inalta tensiune corespunzator. Separatorul neavand dispozitiv de stingere a arcului electric, deschiderea lui sub sarcina poate sa conduca la producerea unui scurtcircuit cu urmari grave pentru operator, cat si pentru instalatia respectiva, datorita arcului electric care se formeaza intre contactele sale.

• Intr-o instalatie energetica separatorul permite efectuarea transferului de energie intre sistemele de bare colectoare si plecari sau sosiri. • Cu ajutorul separatoarelor S1 sau S2 se poate face cuplarea liniei L1 la unul din cele doua sisteme de bare colectoare I, II. • Separarea liniei L1 de restul instalatiei se asigura prin manevrarea separatorului S5; pentru a proteja personalul care eventual ar lucra pe linia L1 deconectata la ambele capete este strict necesar ca linia sa fie legata la pamant prin separatorul de legare la pamant S6. • Separatoarele S3 si S4 permit efectuarea transferului de energie intre sistemele de bare colectoare I si II.

CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE Un separator este constituit din urmatoarele elemente principale: • Sistemul de contacte • Sistemul izolator • Dispozitivul de actionare • Constructia metalica de asamblare a elementelor de mai sus.

Sistemul de contacte - Comporta 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. Pentru a micsora incalzirea contactelor, se realizeaza presiuni de contact corespunzatoare. La separatoarele construite pentru curenti nominali mari, cutitul este constituit din mai multe placi paralele. Se mai utilizeaza sectiuni in U si sectiuni tubulare.

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

Cutitul din figura a - Are o distributie neuniforma a densitatii de curent intre placi - Are o racire neuniforma a placilor Cutitul din figura b - Are o distributie mult mai uniforma a densitatii de curent intre placi - Are curentul admisibil mult mai mare - Are un factor de uzura a materialului mult imbunatatit Cutitele din figurile c, d, e - au o distributie mai buna a densitatii de curent intre placi - Au o racire mai buna - au un factor de uzura a materialului mai bun

Pentru a se asigura o stabilitate termica suficienta, spre a se evita sudarea contactelor, la separatoarele construite pentru curenti de valori mari se mareste sectiunea cutitelor. La aceste separatoare se folosesc unele dispozitive electromagnetice care asigura o presiune de contact ridicata. Constructia acestor dispozitive electromagnetice se bazeaza pe actiunea FED. La trecerea unor curenti mari aceste forte maresc presiunea pe suprafetele de contact. Cresterea presiunii de contact este aproximativ proportionala cu patratul curentului. Pentru ca FED importante ce apar in circuitul separatorului in cazul unui scurtcircuit sa nu provoace o deschidere a acestuia, se iau urmatoarele masuri: • Folosirea unei presiuni de contact suficiente • Realizarea unei cai liniare de curent in circuitul separatorului • Folosirea unor dispozitive mecanice sau electromagnetice care sa impiedice deconectarea cutitelor.

Pentru o buna exploatare a separatoarelor de exterior in conditii climatice care favorizeaza formarea chiciurii, s-au realizat contacte adecvate care sa asigure spargerea ghetii si indepartarea ei de pe contactele separatoarelor; Spargerea ghetii de pe contacte se realizeaza inainte de a incepe cutitul sa iasa din contactul fix sau sa intre in acesta. Pentru a conecta la pamant parti ale unui circuit, unele separatoare sunt prevazute si cu cutite de legare la pamant.

Clasificarea separatoarelor se poate face dupa mai multe criterii: a) Dupa modul de miscare a contactului mobil • separatoare rotative (cu 2 sau 3 coloane), la care braţele port contact, fixate pe un izolator suport rotativ se rotesc într-un plan perpendicular pe planul determinat de axele izolatoarelor unui pol; • separatoare cu mişcare în plan vertical • separatoare de tip pantograf, la care cuţitul pliant deplasează contactul mobil pe verticală după axa izolatorului suport; • separatoare articulate cu deschidere verticală, • separatoarele de translaţie (culisante), la care contactul mobil are o deplasare liniară, fiind pus în mişcare de un izolator care culisează pe o şină acţionat de un servomotor.

b) după locul de instalare; • separatoare de interior; • separatoare de exterior;

c) după modul de acţionare: • cu acţionare pneumatică; • cu acţionare electrică; • cu acţionare manuala.

Principalele tipuri de separatoare din producția ABB

Semi-pantograf

Rotativ cu doua coloane in V

123 - 245 kV

123 - 420 kV

Alte reprezentari schematice ale diferitelor tipuri de separatoare. Alaturi de imagini este menţionată si gama de valori pentru tensiunea nominala (Ur) şi curentul nominal (Ir) respectiv valoarea nominală a curentului limită dinamic (Ik).

Toate separatoarele sunt formate din următoarele părţi constructive principale indicate şi în figura: • suportul (cadrul) pe care sunt montate coloanele de izolatoare prin intermediul unor suporţi tip lagăr; pe cadru se găsesc montate dispozitivele de acţionare (în cazul acţionării pneumatice), precum şi tijele de legătură, manivelele şi axele de acţionare; • coloanele izolante sunt formate din câte un izolator nestrăpungibil cu linie de fugă specifică de 2,1cm/kV sau 2,7cm/kV pentru variantele de 110kV...132 kV, pentru varianta de 220 kV fiecare coloană izolantă este formată din câte două izolatoare suprapuse având de asemenea linie specifică de fugă de 2,1cm/kV sau 2,7cm/kV; • calea de curent este formată din bornele de racord, contactul bornei, semi-cuţitele şi contactele dintre acestea. • Variantele de separatoare prevăzute cu punere la pământ sunt echipate în plus cu cuţitul şi contactul de punere la pământ, precum şi cu axul şi pârghiile corespunzătoare de acţionare. Tot pe acest suport se găseşte sistemul de blocaj mecanic între cuţitele principale şi cele de punere la pământ.

Principalele condiţii pe care trebuie să le îndeplinească toate tipurile de separatoare sunt: • poziţiile închis şi deschis ale separatorului să fie uşor vizibile; • in poziţia deschis să asigure izolaţia necesară între polii săi; nivelul de izolație corespunzător distanței de separație în aer în poziția deschis, trabuie să fie cu 15 – 20 % mai mare decât nivelul de izolație asigurat de aparat între fază și pământ; • în poziţia închis să suporte curentul nominal fără încălzirea zonei de contact (corespunzător, rezistența de contact în regim de lungă durată trebuie să fie de valoare mică ceea ce se obține prin valori mari ale presiunii cu care se face contactul); • în poziţia închis să suporte curentul de scurtcircuit fără a se deteriora, deci să aibă o stabilitate termică (în regim de scurtă durată) şi o stabilitate electrodinamică mare; piesele de contact trebuie realizate astfel încât presiunea pe contact să crească în condiții de scurtcircuit pentru a evita deschiderea accidentală a aparatului sub acțiunea forțelor electrodinamice; • separatoarele de exterior trebuie să reziste bine la acţiunea agenţilor atmosferici (chiciură, ploaie, vânt, frig, căldură); • dispozitivul său de acţionare să fie inter-blocat cu întreruptorul, astfel încât numai dacă acesta este deschis să se poată face manevra; • separatoarele cu cuţite de punere la pământ trebuie asigurate cu blocaj care să evite punerea fazei la pământ; • construcţia să fie simplă, comodă pentru transport, montaj şi exploatare.

Există o mare varietate constructivă de separatoare, denumite folosind următoarele simbolizari: • S - separator; • M - monopolar; • U-bipolar; • T-tripolar; • I-de interior; • E - de exterior; • P - cu cuţit de punere la pământ; • S de sarcină (de exemplu SMEP-110/1250 =>separator monopolar de exterior cu cuţit de punere la pământ de 110 kV si 1250 A).

Tipuri constructive de separatoare de înaltă tensiune a) Separatoare rotative In această categorie intră seria de separatoare rotative cu deschiderea cuţitelor în plan orizontal, având tensiuni nominale de la 35 kV la 220 kV inclusiv, curenţi nominali de 1250A si 1600 A şi separatoare cu deschiderea cuţitelor în plan vertical, cu tensiunea nominală de 400 kV si curent nominal 1600 A. Aceste separatoare se execută numai în construcţie monopolară: pentru a forma construcţii tripolare fazele se cuplează intre ele cu tije de legătură. Forma constructivă a unui separator rotativ de 35 kV este prezentată in imagine. Separatorul este acționat pneumatic.

Funcționare separator rotativ cu deschiderea cutitelor in plan orizontal

•

Prin intermediul pârghiei 1 mișcarea de la dispozitivul de acționare se transmite flanșei de acționare 2 care se rotește.

• Odată cu flanșa 2 se rotește și coloana izolantă 3 legată rigid de flanșă. • De la flanșa 2 prin intermediul tijei 4 se transmite o mișcare de rotație în sens invers celei de a doua coloane izolante. • Prin rotirea coloanelor izolante cu 90° se obține rotirea semicuțitelor 5 și 6 într-un plan orizontal.

• La rotirea coloanelor izolante bornele 7 aflate în partea de sus se rotesc. • Reglarea presiunii de contact pe contactul dintre cuțite se face cu ajutorul șurubului 16. • Legătura între borna 7 și cuțitul 5 se face prin intermediul contactului tulipă 9 a cărui presiune se reglează cu șurubul 8. Contactul 9, șurubul 8 și resortul de presiune 14 sunt protejate prin capacul 15.

• Pentru a se roti în jurul axului propriu 13 coloana izolantă are la bază un lagăr aflat în suportul 12. • Cuțitul de legare la pământ 10 se poate închide făcând contact cu 11 numai când cuțitele 5 și 6 sunt deschise, blocajul mecanic nepermițând deschidrea lor simultană. Separatorul este prevăzut și cu posibilitatea acționării manuale (în absența posibilitatii de actionare automata). • Detalii ale reperelor menționate mai sus pot fi observate în imaginile din slide-ul urmator.

• Pol de separator rotativ deschis. Cuțitul de legare la pământ este închis, legând la pământ borna din stânga a separatorului (spre linie).

Detalii privind execuția contactelor • Calea de curent este formată din piesa cilindrică 12 din care curentul se divide în piesele 13 și 14 după care este colectat în tija 4. • Piesele 13 și 14 sunt racordate prin conexiuni elastice la tija 4, ceea ce creează forța de apăsare pe suprafața de contact și sunt poziționate astfel încât forțele electrodinamice de interacțiune se adaugă forței de apăsare asigurată de racordul elastic. • Pentru a evita magnetizarea permanentă a conexiunilor elastice, acestea nu sunt executate din oțel de arc obișnuit ci dintr-un oțel special, inoxidabil, care nu are proprietăți magnetice. • Profilul pieselor de contact 13 și 14 creează un contact punctual, formă pentru care se pot asigura presiuni de contact mari cu forțe de apăsare relativ moderate. Piesele de contact 12, 13 și 14 sunt argintate.

O alta solutie pentru asigurarea presiunii pe suprafata de contact este cea din figura alaturata: 1 – piesa de contact de tip deget 2 – arc 3 – piesa de contact cilindrica 4 – carlig care acroseaza si retine piesa cilindrica de contact dupa ce aparatul a fost inchis 5 – piesele de contact sunt argintate 6 – ecrane pentru protejarea suprafetei de contact impotriva curentilor de aer si cetii. Pentru tensiuni nominale mai mari de 220 kV, piesele de contact sunt protejate de inele metalice sau dispozitive cu alte geometrii cu ajutorul carora se uniformizeaza intensitatea campului electric in vecinatatea cutitelor separatorului. In absenta armaturilor metalice, apare descarcarea corona deoarece local, intensitatea campului electric poate depasi 21 kV/cm. Descarcarea corona genereaza pierderi de putere active, perturbatii electromagnetice Radio si TV, generare de ozon etc.

In cazul separatoarelor tripolare montarea fazelor se face alăturat, una din cele trei faze fiind fază motoare, la care se cuplează dispozitivul de acţionare. Din imagine se constată că acţionarea separatorului se face de la polul din mijloc (în figură se poate vedea dispozitivul de acționare), mişcarea transmiţânduse celor două izolatoare ale fazei printr-o legătură în contrasens, iar la celelalte două faze printr-un sistem de transmisie patrulateră. Tot printr-un sistem patrulater sunt acţionate cuţitele de punere la pământ ale separatorului de la axul de acţionare. Deoarece în timpul rotaţiei izolatoarelor unui pol cuţitele port contact se apropie de polii vecini, se poate utiliza dispoziţia în linie ilustrata în imagine.

Se observă că în acest caz acţionarea se face de la unul din capete prin transmisie patrulateră. Pentru tensiuni mai mari de 220kV aceste dispoziţii ale separatoarelor ar conduce la mărirea gabaritului unei celule de înaltă tensiune şi de aceea separatoarele monopolare se montează câte două in linie şi al treilea în paralel cu primele două, caz în care acţionarea este independentă pe fiecare fază.

Parametrii principali funcţionali Separatoarele rotative se execută pentru tensiunile nominale de 35, 110, 220 şi 400 kV. Separatoarele cu tensiuni nominale: • 35, 66 şi 132 kV se execută pentru curent nominal de 1250A, • cele de 110 kV se execută şi pentru 1600 A, • iar cele cu tensiunea nominală de 220 si 400 kV se execută numai pentru curentul nominal de 1600. Separatoarele se execută în variantele: • fără cuţit de punere la pământ, • cu unul sau două cuţite de punere la pământ. Toate separatoarele de tip rotativ au neajunsul că sunt solicitate la importante momente încovoietoare şi necesită distanţe relativ mari între poli, iar contactele de joncţiune ale liniei cu capa izolatorului rotativ implică dificultăţi constructive.

b) Separator tip cuțit (cu deschidere pe verticală) Separator cu acţionare în plan vertical, Un 420 kV. 1-contact mobil; 2-contact fix (ambele prevăzute cu armături pentru uniformizarea structurii câmpului electric); 3-suport izolant

Deschis

Inchis

c) Separatoare pantograf Sunt utilizate în instalaţiile de foarte mare tensiune (220 kV < Un < 750 kV) având o construcţie robustă şi îndeplinind cele mai severe exigenţe cerute de o bună siguranţă în exploatare. Faţă de celelalte tipuri de separatoare, prezintă o serie de avantaje dintre care: • reducerea suprafeţei în plan ocupată de separator; • o supraveghere mai bună a elementelor instalaţiei, permiţând o departajare clară şi rapidă a elementelor aflate sub tensiune faţă de cele fără tensiune; • siguranţă mare la conectare şi deconectare în orice condiţii atmosferice; • siguranţă totală împotriva deschiderilor intempestive. Separator pantograf pentru Un = 420 kV, In = 2000 A

• Contactul de racord 1 se montează pe bara colectoare a staţiei exterioare, fiind format de o bară de cupru. • Pantograful propriu zis 2 este format dintr-un sistem de bare articulate, confecţionate din dur-aluminiu, având configuraţia unei foarfeci şi se termină la capete cu contactele mobile 3, prevăzute cu un dispozitiv de spargere a gheţii şi cu câte o emisferă în partea superioară care să amelioreze repartiţia ne-uniformă a câmpului electric în lungul pantografului şi să evite apariţia efectului corona. • In poziţia închis, separatorul asigură racordul electric între bara colectoare aflată în planul superior şi sistemul aflat în planul inferior, racordat la bornele 9, între care există o diferenţă de nivel de cca. 5 m la o tensiune de 420kV.

Separator pantograf pentru Un = 420 kV, In = 2000 A

• Cu linie punctată s-a reprezentat poziţia pantografului când separatorul se află în poziţie deschis. • În această poziţie linia din planul inferior este legată la pământ ca urmare a atingerii dintre contactul mobil 5 şi cel fix 8 de punere la pământ. • Coloana de izolatoare suport 10 susţine separatorul, iar acţionarea cuţitelor principale se realizează ca urmare a mişcării de rotaţie transmisă prin coloana de izolatoare 11 de la arborele 12, racordat la mecanismul de acţionare al cuţitelor principale. • Acţionarea cuţitelor de punere la pământ este efectuată de către un dispozitiv de acţionare separat, racordat la arborele 13, contragreutatea 7 diminuând prin echilibrare cuplul necesar rotirii braţului 6 ce susţine contactul 5. • Intre mişcările celor două dispozitive de acţionare există o corelare. • Acţionarea acestor separatoare se face în mod obişnuit pneumatic.

Separator pantograf pentru Un = 420 kV, In = 2000 A

Separator pantograf tripolar

în poziție deschis

în poziție închis

La separatorul cu trei coloane coloana din mijloc este cea care se rotește pentru a creea separarea vizibilă a circuitului

Separator de medie tensiune

• film