PROIECT DE ABSOLVIRE

PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE CALIFICARE PROFESIONALA NIVEL III

CALIFICAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST

SEPARATOARE DE SARCINA

- 2008 -

ABSOLVENT,NIŢĂ ANDREI

ÎNDRUMĂTOR,ING. OLTI MARINELA

MINISTERUL EDUCAŢIEI ŞI CERCETĂRII

COLEGIUL TEHNIC “PAUL DIMO”GALAŢI

CUPRINS

Argument…………………………………………………………………………..3

1. Principiul de funcţionare a separatoarelor de sarcină…………………….5

2. Tipuri de separatoare……………………………………………8

A. Separatoare pentru instalaţii interioare…………………………….8

B. Separatoare pentru instalaţii exterioare…………………………….9

C. Dispozitive de acţionare a separatoarelor…………………………11

Bibliografie ……………………………………………………………………......13

Anexe…………………………………………………………………..………….14

2

ARGUMENT

Separatoarele sunt aparate electrice de comutaţie destinate să întrerupă

circuitele în mod vizibil şi cu izolaţie suficienta intre contacte, permiţând astfel

efectuarea in deplina siguranţa a diferitelor manevre sau reparaţii şi revizii în

instalaţie. Separatoarele nu sunt prevăzute cu dispozitive de stingere a arcului

electric care apare intre contacte si de aceea ele nu trebuie manevrate decât in

gol sau numai atunci când curenţii de sarcina sunt suficienţi de mici.

Manevrarea separatoarelor in sarcina, cu apariţia arcului electric, poate

avea consecinţe grave atât pentru instalaţie, cat si pentru persoana care a efectuat

manevra. Pentru a evita aceste accidente se utilizează de multe ori dispozitive de

blocare, care nu permit manevrarea separatoarelor decât atunci când este exclusa

posibilitatea apariţiei arcului electric intre contacte.

In mod excepţional se admite folosirea separatoarelor pentru închiderea si

deschiderea unor circuite cu sarcini reduse, cu condiţia ca sa nu apară arcul

electric intre contacte. Asemenea circuite cu sarcini reduse pot fi: circuitele

reductoarelor de tensiune, linii în gol cu curenţi capacitivi limitaţi,

transformatoare în gol de puteri limitate.

Construcţia separatoarelor diferă în primul rând după natura

instalaţiei pe care o deservesc: interioara sau exterioara. Diferitele tipuri

constructive se mai deosebesc intre ele după poziţia verticala sau orizontala a

cuţitelor, după planul de rotaţie al cuţitelor, după numărul de poli (monopolar

sau tripolar).

Creşterea continua a numărului staţiilor şi posturilor de transformare în

reţelele de transport şi distribuţie, implică cheltuirea unor sume din ce în ce mai

importante pentru aparatele de comutare folosite în aceste instalaţii. Această

situaţie a determinat o cercetare atentă a posibilităţilor de reducere a acestor

cheltuieli, menţinându-se evident un grad ridicat de siguranţa in funcţionare si

evitându-se pe cât posibil orice alte dezavantaje din punct de vedere tehnic.

3

Analiza posibilităţilor de adoptare a unor soluţii mai avantajoase din

punct de vedere economic a pornit de la constatarea ca întreruptoarele de medie

şi înaltă tensiune folosite în instalaţiile din reţelele de transport şi distribuţie sunt

utilizate îndeosebi pentru efectuarea unor comutări la sarcina nominala sau chiar

la valori mai scăzute (ca de exemplu pentru conectarea sau deconectarea sub

sarcina a transformatoarelor sau liniilor de transport sau distribuţie), în timp ce

comutările care supun aparatul unor solicitări deosebit de dure sânt relativ rare.

Pentru a asigura însa siguranţa funcţionarii instalaţiilor pe care le

protejează, întreruptorul trebuie astfel dimensionat încât să poată acţiona cu

promptitudine si corect la cele mai grele situaţii de avarii ce pot apare în punctul

de conexiune si in care este montat.

Acest fel de dimensionare constructiva a aparatelor de comutare sub

sarcina conduce evident la costuri importante.

Pentru a reduce costul acestor aparate de comutaţie s-a trecut la folosirea

separatoarelor de sarcina pentru care s-au putut adopta soluţii constructive mult

simplificate fata de întreruptoare datorita solicitărilor incomparabil mai reduse

cărora trebuie sa le facă fata. Datorita dimensiunilor lor relativ mici,

comparabile cu acelea ale unui separator, aceste aparate formează o categorie

intermediara intre întreruptoare si separatoare, apropiindu-se mai mult de

acestea din urma. Ordinul de mărime al capacitaţii de rupere al acestor aparate

este, de obicei, de 26-30 MVA; asemenea puteri de scurtcircuit sunt de regulă,

depăşite de cele ce apar in reţelele de distribuţie. Dacă un astfel de separator de

sarcina, este utilizat pentru comutarea curenţilor de sarcină, iar protecţia

instalaţiei este asigurata prin siguranţe fuzibile montate in serie cu acesta, atunci

capacitatea lui de rupere nu este folosita, el fiind utilizat numai pentru

comutarea unor curenţi mult mai mici, evident apropiaţi de valoarea curentului

sau nominal.

Folosirea separatorului de putere pentru întreruperea curenţilor de sarcină

(protecţia elementelor de reţea se realizează prin siguranţe fuzibile) se justifica

4

numai in cazul in care in punctul unde este montat acest aparat se fac numeroase

comutări.

Pornind de la consideraţiile de mai sus s-a apreciat ca indicata realizarea

unui aparat capabil sa întrerupă numai curenţii de sarcina ai elementelor

circuitului din care face parte si care, in general, nu pot depăşi curentul sau

nominal; aceasta este separatorul de sarcina. Separatorul de sarcina are ca

element de baza separatorul propriu-zis căruia i s-a adaptat un dispozitiv cat se

poate de simplu pentru stingerea arcului electric.

Dintre toate solicitările arătate, separatorul de sarcina nu este in măsura

sa întrerupă curentul de scurtcircuit. Aceasta situaţie creează separatorului de

sarcina o gama larga de utilizări daca se admite ca întreruperea curentului de

scurtcircuit sa fie preluata de siguranţe fuzibile de înalta tensiune cu mare putere

de rupere.

În proiect sunt prezentate separatoarele pentru instalaţii interioare şi

separatoarele pentru instalaţii interioare. Totodată s-a prezentat principiul de

funcţionare ale acestora.

5

1. PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE A SEPARATOARELOR DE SARCINĂ

Elementul principal al separatorului de sarcina este dispozitivul de

întreruperea curentului. Jetul de gaz folosit pentru stingerea arcului electric este

produs chiar in interiorul dispozitivului de stingere executat din material

gazogen solid, iar arcul electric este acela care provoacă generarea de gaz.

Camerele de acest tip au forma plata sau cilindrica.

In figura 1 se prezintă un separator cu camera de stingere plată. După

cum se observa, cuţitului dublu 1 al separatorului i s-a adăugat un cuţit de rupere

2 cuplat cu ajutorul resortului 5 de acesta (fig. 1, e). In figurile 1, a, b, c, d se pot

urmări etapele de funcţionare ale separatorului.

Fig. 1. Separator cu camera de stingere plată

6

In poziţia anclanşata curentul trece prin cuţitul principal al separatorului 1.

Cuţitul de rupere 2 nu este in legătura electrica cu bulonul 3 care îi corespunde

(fig. 1, a). La deconectare, cuţitul de rupere este antrenat de cuţitul separatorului

prin intermediul resortului 5 pana in punctul in care este oprit de bulonul 3, (fig.

1, b). Când cuţitul principal al separatorului părăseşte calea de curent, aceasta

rămâne închisă cuprinzând traseul elementelor 2 şi 3, adică curentul circulă prin

cuţitul de rupere. Resortul care leagă cuţitul de rupere nu coincide cu punctul de

rotaţie al cuţitului principal al separatorului, in timpul mişcării acestuia din

urma, primul executa o mişcare de translaţie care permite ca, la un anumit unghi

de deschidere a separatorului, cuţitul de rupere sa fie eliberat de bulonul 3 (fig.

1, c). In aceasta situaţie cuţitul de rupere se deschide brusc, fiind acţionat de

resort si este fixat de un opritor (fig. 1, d).

In camera de stingere plata arcul electric apare intre contactul fix 3 si

contactul mobil 2, realizat, de obicei, sub forma unui cuţit de rupere. Degajarea

de căldura provocata de arcul electric ce apare la întreruperea curentului

încălzeşte pereţii 4 care generează gaze sub acţiunea căldurii. Jetul de gaz

dezvoltat in urma acţiunii arcului absoarbe o parte din căldura acestuia,

diminuându-i deci conţinutul de energie termica, deionizându-l astfel. Prin

direcţia sa jetul de gaz împreună cu forţele electrodinamice duc la întinderea

arcului care capătă astfel forma de bucla. Lungimea arcului datorita schimbării

formei sale duce pe de alta parte la mărirea cantităţii de gaz degajate, ceea ce are

ca efect creşterea presiunii in camera de stingere care prezintă un volum

mărginit din doua parţi de pereţii rezistenţi si dintr-o parte de cuţitul

separatorului.

Distanta dintre pereţii camerei de stingere trebuie aleasa astfel incat

capacitatea gazogenă a arcului sa asigure o dezvoltare suficienta de gaz pentru

întreruperea arcului in cazul curenţilor mici. Deoarece arcul electric baleiază in

timpul procesului de stingere o mare parte din suprafaţa camerei de stingere,

7

uzura acesteia (prin ardere) este relativ redusa, ceea ce are ca urmare menţinerea

practic constanta a distantei dintre pereţi.

Datorita cantităţilor mici de material care se consuma la fiecare acţionare

sub sarcina, numărul de acţionari ale unui separator prevăzut cu o camera de

stingere plata este limitat numai de uzura cuţitului de rupere. Pentru uşurarea

exploatării se practica in cuţitul de rupere o gaura speciala care serveşte drept

indicator al gradului de uzura. Când materialul cuţitului de rupere se reduce

pana la gaura, acesta servind drept marca, exploatarea trebuie sa treacă la

înlocuirea acestuia.

Pentru o funcţionare corecta a separatoarelor de sarcina este neapărat

necesar ca cuţitul de rupere sa ajungă in poziţia sa finala. Acest lucru se

realizează evident in cazul unor dispozitive de acţionare cu aer comprimat sau

resorturi, dar nu se poate asigura cu certitudine in cazul acţionarii printr-un

operator.

In cazul unei camere de stingere cilindrice (fig. 2, a) contactul de durata

se stabileşte intre piesa fixa 1 si piesa mobila 2, care se fixează prin intermediul

unui conductor 6 la extremitatea cuţitului mobil al separatorului. Tot cu cuţitul

separatorului mai este solidara si tija 5 cu un vârf de prindere. In ţeava izolanta 3

se afla fălcile de stingere 4 care sânt prevăzute la partea inferioara cu legături

elastice pentru formarea tulipei de prindere 7 si a contactelor de arc 11. La

deschidere tija 5 antrenează tulipa 7 comprimând resortul 8 cu pistonul 9, solidar

cu 7. Camera de stingere este plasata in capătul izolatorului 10.

8

Fig. 2. Separator cu camera

de stingere plată

La o forţa data, capul tijei 3 scapă din tulipa 7, obţinându-se o viteza mare

intre tija 3 si tulipa 7.

In figura 2, b se reprezintă tocmai revenirea tulipei in poziţie iniţiala prin

acţiunea resortului 8, care acum se destinde.

Acum apare intre piesa 11 si vârful tijei 5 intr-o încăpere practic total

închisa, iniţial de volum foarte redus ; in acest fel, gazul degajat de câtre fălcile

4 odată cu formarea arcului se găseşte sub o puternica presiune si jetul produs

provoacă stingerea arcului inca înainte ca tija 5 sa părăsească camera de

stingere.

In aceasta construcţie se contează deci pe formarea unui arc electric de

lungime mare, dar totuşi mai redusa decât in cazul camerei plate. Aceasta

caracteristica a camerei de stingere cilindrice permite utilizarea unui contact

mobil de lungime mai redusa, ceea ce are ca efect posibilitatea realizării unei

soluţii constructive si cinematice mult mai simple. Suprafaţa redusa asupra

căreia se exercita acţiunea gazogena a arcului electric format intre cele doua

contacte ar avea ca urmare, in cazul unui volum rigid al camerei de stingere, o

mărire apreciabila a diametrului ei interior după fiecare declanşare. O camera de

stingere cilindrica secţionata longitudinal având partile componente presate pe

contactul mobil prin resorturi, permite revenirea la dimensiunea normala chiar

daca diametrul interior variază in urma comutărilor efectuate.

9

In ambele soluţii se montează in paralel cu cuţitele principale alea

separatoarelor câte un cuţit de rupere ; acesta preia curentul după deschiderea

separatorului si se deschide la rândul sau cu mare viteza si după o anumita

temporizare. In acest fel, cuţitul de rupere este singurul element mobil care

acţionează efectiv la întreruperea curentului si este afectat de un oarecare grad

de uzura.

10

2. TIPURI DE SEPARATOARE

A. SEPARATOARE PENTRU INSTALAŢII INTERIOARE

Sunt de obicei verticale si cu rotirea cuţitelor in planul izolatoarelor.

In figura 3 este prezentata schiţa unui separator monopolar pentru

instalaţii interioare la 10 kV, 400 A. Separatorul este instalat pe doua izolatoare

suport, aşezate orizontal. Acţionarea se face cu ajutorul unei prăjini izolante,

prevăzuta la capăt cu un cui care se introduce in urechea 1. Cuţitul mobil este

rabatat pana la un unghi de 100° peste care nu se poate trece din cauza plăcutei

opritoare 2.

Fig. 3. Separator monopolar de interior, cu cuţit

Firma Schneider realizează separatoare compacte trifazate de interior de

mare performanţă şi varietate constructive, în raport cu normele internaţionale

impuse (anexa1). Acestea au următoarele avantaje:

Controlul şi protecţia circuitelor pe o gamă largă de curenţi (de la 40 până

la 2500 A)

Pot fi realizate modular cu sau fără motor de deservire

Funcţii complexe comparativ cu cele clasice.

11

B. SEPARATOARE PENTRU INSTALAŢII EXTERIOARE

Au o construcţie speciala, care permite spargerea crustei de gheata sau

chiciura depusa pe contacte. Fiecare faza a separatorului este prevăzuta cu doua

izolatoare fixe si un izolator mobil, care foloseşte pentru acţionarea cuţitului.

In figura 4 este prezentata fotografia unei faze a separatorului de tip

exterior pentru tensiunea de 6 kV si curentul nominal de 200 A. Izolatorul mobil

1, acţionat de mecanismul 2, exercita asupra cuţitului o forţa suficienta pentru ca

gheata de pe contacte sa fie sparta uşor atât la închidere, cat si la deschidere.

Coarnele 4 si 5 servesc pentru protecţia contactelor de lucru 3, in cazul când la

manevrarea separatorului ar apărea un arc electric.

12

Fig. 4. Separator monopolar de exterior.

In figura 5 este prezentat un separator mai perfecţionat, la care cuţitul are

o mişcare complexa in vederea spargerii cu uşurinţa a crustei de gheata de pe

contacte.

Fig. 5. Separator de tip exterior,

cu mecanism de spargere a ghetii.

Mecanismul de acţionare (fig. 6) da cuţitului o mişcare de rotaţie in jurul

axului O₁O₁ atunci când cuţitul se afla intre contacte si deci gheata trebuie

sparta, după care urmează o mişcare de rotaţie in jurul axului OO pentru

îndepărtarea contactelor.

13

Fig. 6. Mecanismul de acţionare al cuţitului

pentru spargerea crustei de gheata de pe contacte.

Aceasta mişcare complexa se realizează rotind pârghia 3, care roteşte

cadrul 2 si comunica cuţitului mai întâi o mişcare de rotaţie in jurul axului sau

O₁O₁. La rotirea mai departe a pârghiei 3, cuţitul începe sa alunece de-a lungul

cadrului 2 si sa se rotească in jurul axei OO. Acest mecanism permite realizarea

unui contact foarte bun al cuţitului si spargerea uşoara a crustei de gheata cu un

cuplu relativ redus pe axul de acţionare.

Separatoarele se construiesc uneori si cu un singur izolator sub forma de

coloana verticala, având cuţitul in prelungirea coloanei. Contactul superior in

care intra cuţitul separatorului este situat pe barele rigide ale staţiei. Aceasta

soluţie poate conduce la construcţii mai economice si mai compacte, cu toate ca

necesita utilizarea barelor rigide la instalaţii de tip exterior.

Pentru o economie si mai mare de spaţiu, contactul mobil poate fi realizat

nu sub forma unui cuţit care trebuie răbătut, ci sub forma unei tije articulate care

se deplasează pe verticala. In afara de aceasta forma, construcţia separatoarelor

mai poate fi de tip pantograf sau de tip foarfecă.

C. DISPOZITIVE DE ACŢIONARE A SEPARATOARELOR

14

Acţionarea separatoarelor poate fi manuala sau cu dispozitive pneumatice

si electrice.

Acţionarea manuala se realizează in modul cel mai simplu cu prăjina, aşa

cum s-a arătat mai sus. Pentru separatoarele grele, efortul necesar la manevrarea

cu prăjina devine prea mare si de aceea se utilizează adesea un dispozitiv (fig. 7)

format dintr-un sistem de pârghii acţionat de o maneta. Este posibila si o

acţionare cu roata de mana insa aceasta soluţie este costisitoare si nu prezintă

avantaje deosebite fata de acţionarea cu maneta.

Fig. 7. Acţionarea separatoarelor

cu ajutorul unui dispozitiv cu pârghii.

Acţionarea cu ajutorul unui motor electric sau cu ajutorul unui servomotor

pneumatic se utilizează pentru manevrarea separatoarelor grele cu curenţi

nominali de 2 000 - 3 000 A si mai mult.

15

Pentru obţinerea unei mişcări cat mai line a mecanismului de acţionare se

utilizează transmisii cu roti dinţate si şurub melc.

In figura 8 este prezentata schema acţionarii cu servomotor pneumatic.

Apăsând pe butonul 1, bobina 3 este parcursa de curent si armatura metalica

loveşte pârghia din fata sa, deschizând supapa dispozitivului 5. Aerul pătrunde

in partea superioara a cilindrului si deplasează pistonul care acţionează asupra

sistemului de pârghii, deschizând separatorul. Apăsând pe butonul 2, aerul

pătrunde in partea inferioara a cilindrului si separatorul se închide.

Fig. 8. Schema de principiu a dispozitivului

de acţionare pneumatica a unui separator.

O categorie intermediara de aparate de comutaţie o formează

întreruptoarele de sarcina sau separatoarele de sarcina. Acestea pot întrerupe

curenţii de sarcina, dar nu pot întrerupe curenţii de scurtcircuit.

Ele se instalează pe anumite circuite in serie cu siguranţele fuzibile.

Întreruptorul de sarcina sau separatorul de sarcina foloseşte ca aparat de

manevra, iar siguranţa fuzibila are rolul de a proteja împotriva curenţilor de

scurtcircuit.

16

17

BIBLIOGRAFIE

AUREL POPA - APARATE ELECTRICE – EDITURA DIDACTICA SI

PEDAGOGICA BUCURESTI 1975

SCHNEIDER ELECTRIC ROMANIA - MANUALUL INSTALATIILOR

ELECTRICE 2002

NICOLAE GHEORGHIUL - ECHIPAMENTE ELECTRICE PENTRU

CENTRALE SI STATII - EDITURA DIDACTICA SI PEDAGOGICA

INTERNET :

1. HTTP://WWW.SCHNEIDER.RO.

18

ANEXA 1

19

SEPARATOARE DIFERENTIALE PROTEJEAZĂ VIATA SI BUNURILE

   Întreruptoarele diferenţiale constituie un mijloc de protecţie împotriva atingerilor indirecte. Moeller oferă doua game de întreruptoare diferenţiale: Xpole si Xclear. In toata lumea, ele sunt utilizate pentru a realiza instalaţii electrice fiabile, cu grad ridicat de siguranţa, fie ca este vorba de locuinte, cladiri de birouri sau hale industriale.

Date globale:Curenţi nominali de utilizare: 16A , 125ACurenţi de defect: 10mA , 1000mASelectivitate: fara, de tip G (min.10ms întârziere), de tip S (min.40ms întârziere)Domeniu: AC - funcţionare numai c.a.; A - funcţionare c.a.+ curent redresat pulsator

20