Procese Fundamentale de Comutație

1. Procese fundamentale de comutaţie

Aparatele electrice se găsesc în numeroase variante constructive şi funcţionale în toate instalaţiile electrice, îndeplinind în circuitele dintre sursele de energie şi receptoare funcţii de o deosebită importanţă precum: închiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor electrice, supravegherea şi protecţia instalaţiilor şi receptoarelor.

În funcţionarea aparatelor, atât în condiţii normale cât şi în caz de avarii, elementele componente ale aparatelor electrice sunt supuse unor solicitări. Aceste solicitări sunt produse de mărimile electrice curent şi tensiune fiind solicitări electrice sau dielectrice (tensiunea este cauza) solicitări termice (produse de curent) solicitări electrodinamice (curenţii de scurtcircuit fiind cauza) şi solicitări ale arcului electric (cauza fiind acţiunea combinată a curentului şi tensiunii).

Furnizarea energiei electrice oricărui consumator se face cu respectarea unor cerinţe numite condiţii de calitate impuse mărimilor electrice tensiune, frecvenţă, putere. condiţiile de calitate în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor se referă la condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească mărimile electrice dar şi condiţii referitoare la continuitatea alimentării consumatorilor.

Continuitatea alimentării consumatorilor este caracterizată de durata unei întreruperi a furnizării energiei, întrerupere datorată în general unui scurtcircuit. Din acest motiv spunem că într-o instalaţie electrică există o întrerupere scurtă, dacă durata acesteia este sub un minut sau întrerupere de lungă durată dacă se depăşeşte un minut. Cauza cea mai frecventă a întreruperilor o constituie existenţa unui scurtcircuit . Tensiunea furnizată celorlalţi consumatori are fluctuaţii lente sau rapide. Variaţiile lente sunt datorate consumului neuniform (zi, noapte, comutaţiei etc.) şi sunt admise prin STAS 930/75 şi CEI în funcţie de tensiunea nominală a reţelei. Astfel, pe joasă tensiune se prevede:

Tensiunea nominală

a reţelei Tipul reţelei

380 V LEA şi LES 10%

660V LEA şi LES 5%

1000V LEA şi LES 10%

Variaţia lentă a tensiunii presupune pe o durată mare o valoare efectivă a tensiunii relativ constantă (fig. 1.1). Peste aceste variaţii lente se pot suprapune fluctuaţii rapide caracterizate prin durată şi amplitudine. Din punct de vedere al amplitudinii aceste fluctuaţii pot fi minore, încadrându-se în limitele admise de STAS, goluri de tensiune, pierderi de tensiune şi supratensiuni.

Fig. 1.1 Amplitudinea şi durata perturbaţiei

Două cazuri extreme interesează din punct de vedere al solicitărilor produse, şi anume întreruperile ce au cauză scurtcircuitele şi supratensiunile .

Regimurile tranzitorii se produc fie prin închiderea sau deschiderea (conectarea sau deconectarea) unor circuite prin intermediul aparatelor de comutaţie, fie în cazul în care parametrii circuitului variază brusc datorită unor condiţii deosebite de lucru sau avarii – suprasarcinile şi scurtcircuitele.

Ca urmare, procesele de comutaţie care se realizează în circuite, în reţele, cu ajutorul aparatelor de comutaţie sunt procese care conduc la regimuri tranzitorii caracterizate fie prin curenţi anormali, fie prin tensiuni anormale. Aceste mărimi mărimi anormale conduc la solicitările termice, electrodinamice şi dielectrice pentru aparatele de comutaţie (şi pentru reţea în general), solicitări care trebuie cunoscute în scopul dimensionării, încercării şi alegerii corecte a aparatelor de comutaţie.

Obţinerea unui regim permanent într-un circuit electric nu se poate face instantaneu deoarece acumularea de energie magnetică sau electrică de către diverse elemente ale circuitului nu se realizează brusc, ci după un timp oarecare. Regimul nestaţionar suportat de circuit la trecerea de la un regim permanent la un alt regim permanent este cunoscut în teoria circuitelor sub numele de “regim tranzitoriu”.

În tratarea ce urmează se vor considera numai cazurile reprezentative şi schematizate, deci în anumite condiţii (ipoteze) de aproximare.

Aceste condiţii simplificatoare servesc mai ales la înţelegerea noţiunilor de curent de scurtcircuit şi tensiune tranzitorie de restabilire.