Influența Arcului Intern Asupra Solicitărilor Descărcătoarelor la Trecerea Curentului de Scurtcircuit

Rezumat: Pentru simularea defectelor aparute în exploatare, descarcatoarele de înalta tensiune se încearca la arc intern în concordanta cu cerintele standardelor de încercare. Solicitarile termice si dinamice aparute datorita arcului intern genereaza o deteriorare completa a descarcatorului încercat pâna la explozia acestuia. În aceasta lucrare se analizeaza factorii ce influenteaza efectele arcului intern cum ar fi: conditiile de predefectare, firul fuzibil de scurtcircuit (diametru, material), locul de realizare al scurtcircuitul, parametrii si circuitul de încercare.

1. Introducere Una din cele mai importante încercari ale descarcatoarelor este încercarea la scurtcitcuit în scopul de a le verifica capacitatea la trecerea curentului de defect. Deoarece procedurile de încercare specificate de standarde sunt interpretabile exista o serie de aspecte practice înca neelucidate. Astfel, pentru simularea comportarii la defect intern, descarcatoarele cu oxizi metalici (fara eclatoare) sunt încercate la curenti de scurtcircuit de mare si mica amplitudine. La trecerea curentului de scurtcircuit descar- catoarele se distrug prin spargere datorita efectului dinamic si termic al arcului electric produs în timpul încercarii. Arcul electric influenteaza comportarea descarcatorului în timpul încercarii iar evolutia sa în interiorul descar- catorului este influentata de o serie de factori. S-au analizat mai jos unele aspecte privind factorii care influenteaza arcul electric în timpul încercarii de scurtcircuit ale descarcatoarelor cu oxid metalic cu anvelopa de polimer

2. Factorii ce determina solicitarile datorate arcului intern pe durata trecerii curentului de scurtcircuit Urmatorii factori determina solicitarile dinamice si termice ce apar ca urmare a arcului electric în descarcatoare în timpul încercarilor de scurtcircuit [1, 2, 3]:

- conditiile de predefectare;

- mediul din interiorul coloanei descarcatorului;

- forma si gabaritul descarcatorului;

- parametrii de încercare;

- circuitul de încercare

În continuare vom arata modul în care ei influenteaza solicitarile ce apar în descarcatoare.

2. Conditiile de predefectare Exista doua metode de predefectare prevazute în standardele europene (IEC) [3] si cele americane (IEEE) [2]. Ele difera prin: - modul de pregatire a descarcatorului la încercare; - numarul de exemplare de încercat

Nota: Conform IEC [2], încercarea la curentul de scurtcircuit nominal se va face pe un descarcator cu fir fuzibil sau predefectat cu supratensiune, iar conform IEEE, aceasta încercare se va face pe doua descarcatoare cu fir fuzibil si pe doua predefectate cu supratensiune. În ceea ce priveste pregatirea descarcatoarelor cu fir fuzibil, conform standardului IEC, firul fuzibil intern trebuie amplasat intr-un orificiu cu diamatrul de 5 mm care traverseaza rezistorul si este situat în cercul cuprins între centrul rezistorului si cercul cu raza egala cu jumatate din raza rezistorului. Conform standardului IEEE, elementele de valva si eclatoarele, daca se folosesc, trebuie scurtcircuitate extern prin intermediul unui fir fuzibil care urmareste conturul elementelor, adiacent suprafetelor acestora. Pentru ambele standarde sectiunea firului fuzibil va fi astfel aleasa încât acesta sa se topeasca într-un timp corespunzând la 30 grade electrice dupa initierea curentului de defect [2, 3]. În ceea ce priveste pregatirea descarcatoarelor prin pre- defectare cu supratensiune, aceata se face cu o tensiune mai mare decât tensiunea de functionare continua, care este valoarea eficace a tensiunii de frecventa nominala care poate fi aplicata continuu la bornele descarcatorului. Supratensiunea trebuie sa provoace defectarea descarcatorul în 5 ± 3 min. Curentul de scurtcircuit al sursei de supra- tensiune trebuie sa fie între 1 A si 30 A [2,3].

2.2. Mediul din interiorul coloanei descacatorului Descarcatoarele cu oxid metalic în anvelopa de polimer sunt cu coloane umplute cu gaz, lichid sau material solid, astfel încât acest mediu are o influenta asupra arcul electric.

2.3. Gabaritul si forma Gabaritul si forma constructiva ridica probleme majore în obtinerea parametrilor de încercare. Cerinta obtinerii unui factor de asimetrie de 2,5 ridica probleme în cazul descarcatoarelor cu o înaltime mai mare de 1,5 m. Descarcatoarele cu tensiunea nominala mai mare de 100 kV, care au mai multe coloane conectate în serie ridica de asemenea probleme în ceea ce priveste tensiunea apliata. Aceasta nu poate fi redusa sub 30 kV deoarece arcul electric trebuie sa se mentina pe toata durata scurtcircuitului [1].

2.4. Parametrii de încercare Standardele specifica parametrii încercarii prin curentii de mare, redusa (intermediara) si mica, tensiunea aplicata, si durata încercarii [2, 3]

Curentii de mare amplitudine produc solicitari dinamice, iar curentul de mica amplitudine solicitare termica. În cele mai multe cazuri tensiunea aplicata este inferioara tensiunii nominale (0,77-U n ), descarcatoarele cu tensiuni nominale mari (peste 100 kV) fiind încercate la tensiuni reduse dar, asa cum am precizat, destul de mari pentru a mentine arcul electric pe toata durata scurtcircuitului.

2.5. Circuitul de încercare 2.5.1. Montarea esantioanelor de încercat Incinta în care descarcatorul este montat trebuie sa fie din material nemetalic, cu exceptia unor bucati mici de metal cum ar fi cuiele sau suruburile folosite la îmbinare iar exemplarul de încercat trebuie plasat în centrul ei. Înaltimea incintei trebuie sa fie de 40 cm ± 10 cm iar diametrul sau (sau latura în cazul unei incinte patrate) trebuie sa fie egal cu cea mai mare valoare dintre 1,8 m si diametrul esantionului de încercat plus de doua ori înaltimea esantionului (conform IEC) [2]. Stardardul IEEE [3] în schimb specifica o valoare fixa de 1,8 m pentru diametrul sau latura incintei, facând astfel încercarea mai dificila în cazul descarcatoarelor înalte. O alta diferenta între aceste doua standarde în ceea ce priveste montarea descarcatorului este ca, în concordanta cu IEC [2], partea de jos a esantionului trebuie asezata pe un suport izolant cu o înaltime cât înaltimea incintei circulare sau patrate, pe când conform IEEE [3] partea de jos a descarcatorului trebuie sa fie la o înaltime minima de 1,2 m de partea de sus a incintei. Si în acest caz conditiile încercarii sunt mai dure pentru descarcatoarele înalte ale caror parti desprinse din ele pot sari mai usor în afara îngraditurii. Incintei nu-i este permis sa se deschida sau sa se deplaseze în timpul încercarii.