APARATE DE COMUTATIE SI DE PROTECTIE

tehnica mecanica

Tabelul 6.9.1. Curbe de declansare

6.9.3. Alegerea întreruptoarelor

Pe lânga cerintele mentionate anterior pentru functia de comutatie si pentru protectia la suprasarcina, este necesar, în principiu, ca declansatoarele de curent maxim sa asigure protectia conductorului retelei la scurtcircuit si sa nu reactioneze la supracurentii functionali (de vârf) din circuit (daca acestia exista).

a. Protectia conductorului este realizata atunci când caracteristica de declansare a întreruptorului se situeaza sub caracteristica I²t a conductorului (integrala Joule a întreruptorului trebuie sa fie inferioara integralei Joule a conductorului) pentru toate valorile curentului de defect pâna la capacitatea de rupere I_ds a aparatului (fig. 6.9.7).

În practica se foloseste frecvent pentru întreruptoarele normale relatia:

(6.9.1)

fiind intensitatea curentului maxim admisibil, în conditii de exploatare, functie de sectiunea conductorului (cap. 5);

b. Nefunctionarea la curentii de vârf are loc daca declansatorul electromagnetic este reglat astfel încât:

(6.9.2)

Pentru situatiile concrete, este necesar sa se aiba în vedere caracteristicile de declansare specifice.

Alegerea întreruptoarelor limitatoare urmeaza aceleasi principii aplicate însa particularitatilor constructive si functionale corespunzatoare.

6.10. Sigurante fuzibile

Siguranta este un aparat destinat ca, prin topirea unuia sau mai multor elemente dimensionate în acest scop, sa deschida circuitul in care este intercalata, întrerupând curentul atunci când acesta depaseste o anumita valoare într-un timp suficient.

6.10.1. Constructie si functionare

O siguranta fuzibila are, în general, doua componente de baza :

- elementul înlocuibil (de înlocuire) - partea mobila care contine elementul fuzibil ce urmeaza a se topi în caz de defect si care va fi înlocuita dupa functionare - prevazut cu contacte în vederea montarii în soclu ;

- soclul - partea fixa, în care se monteaza elementul de înlocuire, prevazut cu contacte fixe racordate direct la circuitul protejat.

În functie de realizarea constructiva, privind asamblarea elementului de înlocuire cu soclul, se deosebesc :

- sigurante cu filet ;

- sigurante tubulare ;

- sigurante cu "cutite".

Sigurantele functioneaza (prin topirea elementului fuzibil) în principal ca aparate de protectie în caz de scurtcircuit. În anumite circuite, sigurantele pot fi folosite si ca aparate de protectie la suprasarcina.

6.10.2. Caracteristici principale

Curentul nominal al elementului de înlocuire I_n este curentul la care elementul de înlocuire (fuzibil) rezista timp nelimitat.

Valorile curentilor nominali sunt (conform CEI): 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 A.

Curentul nominal al soclului I_soclu caracterizeaza functionarea normala a soclului în care se monteaza elementele de înlocuire.

Valorile celor doi curenti variaza în trepte corelate, conform tabelului 6.10.1 si se indica în scheme sub forma unei fractii I_soclu/I_n.

Tabelul 6.10.1. Trepte de curent pentru sigurante fuzibile

Identificarea sigurantelor fuzibile se face printr-un grup de doua litere:

- prima litera indica domeniul curentilor de rupere (de catre elementul de înlocuire):

- g - toti curentii;

- a - numai o parte din curenti;

- a doua litera precizeaza categoria de utilizare, definind caracteristica timp-curent, timpii si curentii conventionali:

- gG - sigurante de uz general, care pot rupe orice curent;

- aM - sigurante pentru protectia circuitelor motoarelor, care pot rupe numai o parte din curenti.

În practica de proiectare se mai întâlneste notatia gL - sigurante pentru protectia liniilor (conductoare si cabluri).

În mod frecvent, sigurantele gG sunt folosite si pentru protectia circuitelor motoarelor, în masura în care caracteristicile lor tin seama de curentul de pornire al motorului. Este evident ca, la acelasi curent de calcul al circuitului, sigurantele din circuitul unui motor vor avea curenti nominali mai mari decât în cazul unui receptor fara curent de vârf.

Curentul (conventional) de nefuziune I_nf este valoarea curentului pe care elementul de înlocuire îl poate suporta un timp precizat (1, 2, 3, 4 ore, în functie de curentul nominal) fara a se topi. Pentru fuzibilele cu I_n > 25 A, I_nf = (1,3 I_n. Curentul (conventional) de fuziune I_f este valoarea curentului care provoaca functionarea elementului de înlocuire înainte de expirarea timpului specificat. Pentru fuzibilele cu I_n > 25 A, I_f = 1,6 I_n

Corespunzator principiului de functionare a sigurantelor caracteristica timp - curent (caracteristica de protectie) este o curba care indica, în functie de curentul prezumat întrerupt, fie durata de prearc, numita si durata de topire, (timpul scurs între aparitia curentului de defect si momentul formarii arcului electric), fie durata de functionare (suma duratelor de prearc si de arc). Caracteristicile de protectie se reprezinta în coordonate dublu logaritmice. Caracteristica de topire(curba a, fig. 6.10.1) are drept asimptote dreapta curentului de topire I_f si dreapta (c) corespunzatoare integralei Joule de topire (curba b reprezentând caracteristica de functionare). Practic, curbele de prearc si de functionare sunt identice pâna la valori ale curentului în jur de 20 I_n. De retinut ca, în cataloagele producatorilor de sigurante, sunt indicate, de regula, caracteristicile de prearc corespunzatoare fuzibilelor în stare rece; pentru sigurantele preîncalzite, prin trecerea curentului de serviciu, duratele se reduc proportional cu sarcina preliminara, ajungând la circa 65% dupa functionarea la curentul nominal.

Având în vedere dispersia timpilor de topire si de functionare, la aceeasi valoare a curentului, fiecarei sigurante îi corespund, în general, doua curbe delimitând o zona de protectie în care poate avea loc întreruperea. Dispersia caracteristicilor de protectie se ia în considerare în proiectarea retelelor pentru receptoare foarte importante; în rest se recurge la caracteristica de protectie sub forma unei singure curbe reprezentând, de regula, durata de prearc în functie de intensitatea curentului.

Diferenta între caracteristicile celor doua clase de sigurante gG si aM este evidentiata în figura 6.10.2. În timp ce sigurantele de uz general întrerup curentii cu valori cuprinse între curentul conventional de fuziune (circa 1,6I_n) si capacitatea lor de rupere I_r, sigurantele de însotire functioneaza ca protectie începând cu valori de circa 4I_n.

Caracteristicile sigurantelor gG cu diferiti curenti nominali I_n alcatuiesc o familie de caracteristici (fig. 6.10.3) din care se observa ca, la aceeasi valoare a curentului de scurtcircuit care parcurge succesiv mai multe sigurante, functioneaza mai întâi, de regula, fuzibilul cu curentul nominal cel mai mic. Asa cum s-a mentionat, timpii de functionare indicati în caracteristici pentru starea rece a sigurantelor se reduc cu circa 35% în cazul unei sarcini preliminare egale cu curentul nominal.

Integrala Joule de functionare are valorile maxime prezentate selectiv in tabelul 6.10.3.

Tabelul 6.10.2

Caracteristica de limitare (fig. 6.10.4) indica, la o anumita valoare a curentului nominal I_n, valoarea curentului limitat taiat (numit si curent de trecere) i_D (valoarea instantanee maxima a curentului limitat i_l) functie de valoarea efectiva a curentului de scurtcircuit prezumat I_p (în exemplul din figura, la un scurtcircuit simetric cu I_p = 10 kA, curentul din circuit este limitat, în cursul întreruperii la 7 kA pentru o siguranta cu I_n = 100 A, în timp ce o siguranta cu I_n = 10 A limiteaza valoarea curentului la 1,4 kA). Fenomenul de limitare a curentului este ilustrat în figura (6.3.2).

6.10.3. Alegerea sigurantelor fuzibile

Alegerea sigurantelor consta în stabilirea curentului nominal al elementului de înlocuire I_n, urmata de alegerea soclului corespunzator (de exemplu, conform tab.6.10.1). În acest scop, în practica se folosesc relatii simple între curentul nominal al sigurantei si parametrii circuitului în care sunt înserate (curentul de calcul I_c, curentul de vârf I_v, curentul maxim admisibil al conductorului sau cablului ), specifice conditiilor de exploatare.

I. Sigurantele de uz general folosite în circuitele de putere trebuie sa satisfaca simultan doua sau trei conditii în absenta respectiv în prezenta curentului de vârf în circuitul respectiv.

1. Siguranta trebuie sa suporte timp nelimitat curentul de calcul al circuitului, ceea ce se realizeaza atunci când curentul nominal al sigurantei este superior curentului de calcul:

(6.10.1)

(din acest punct de vedere, siguranta ar trebui sa fie de un curent cât mai mare).

2. Trebuie sa se asigure protectia conductorului retelei la supracurenti anormali, deconectând circuitul înainte ca temperatura acestuia sa depaseasca limitele admise, în corelatie cu valoarea curentului maxim admisibil corespunzator materialului si sectiunii conductorului metalic, executia circuitului (conductor, cablu, bare) si conditiilor de montaj si exploatare:

a. protectia numai la scurtcircuit (daca este cazul, în circuit trebuie sa existe un dispozitiv special de protectie la suprasarcina):

(6.10.2)

b. protectia la suprasarcina si scurtcircuit (daca în circuit nu sunt prevazute aparate specifice de protectie la suprasarcina):

(6.10.3)

Din acest punct de vedere, siguranta ar trebui sa aiba curent nominal cît mai mic.

Mai precis, protectia conductorului rezulta din corelarea integralei Joule a acestuia cu integrala Joule de functionare a sigurantei (fig. 6.10.5).

3. Siguranta nu trebuie sa functioneze la curentii de vârf (supracurenti functionali, care nu trebuie interpretati drept curenti de defect). Curentul nominal al sigurantei trebuie corelat cu intensitatea curentului de vârf I_v si cu durata acestuia t_v.

În cazul cel mai des întâlnit al motoarelor electrice, intervin curentul de pornire I_p:

(cf. §. 4.6) (6.10.4)

si durata pornirii

(6.10.5)

care depinde de dificultatea pornirii, în functie de sarcina în momentul pornirii. Se pot considera aproximativ valorile din tabelul 6.10.3:

Tabelul 6.10.3

Exista mai multe modalitati de aplicare a acestei conditii.

a. folosirea caracteristicilor individuale timp-curent t = f(I_n) ale sigurantelor
(fig. 6.10.6); se poate alege orice siguranta a carei caracteristica se gaseste deasupra punctului critic, de coordonate (t_p, I_p);

b. folosirea unei caracteristici comune pentru o familie de sigurante t = f(I/I_n), care, de regula este reprezentata printr-o zona în planul caracteristicilor (fig. 6.10.7); conditia de alegere este

(6.10.6)

în care C_p depinde atât de felul motorului si schema de pornire (K_p), cât si de dificultatea pornirii (t_p). În practica de proiectare actuala, se considera valorile din tabelul 6.10.4 (care conduc, se pare, la o supradimensionare acceptabila).

Tabelul 6.10.4

c. utilizarea indicatiilor din cataloagele de produs, specifice tipului de siguranta, care se pot prezenta sub cel putin doua forme:

tabele indicând direct curentul nominal al sigurantei în functie de puterea motorului;

relatia între curentul nominal al sigurantei si curentul nominal al motorului

(6.10.7)

De exemplu, pentru unele sigurante produse de AEG se indica pentru factorul C valorile 1,2 1,5 pentru pornire normala si peste 1,5 pentru pornire grea.

Pentru a permite conectarea receptoarelor cu sarcini de vârf, sigurantele din circuitele respective (cu curentul nominal superior valorii I_v/C_v) ar trebui sa fie de gabarit cât mai mare. Limita superioara este determinata de asigurarea protectiei conductorului retelei.

II. Sigurantele de uz general folosite în circuitele de lumina si prize (care asigura si protectia la suprasarcina rezultata prin supraîncarcare) trebuie sa satisfaca relatia:

a. daca posibilitatea de aparitie a suprasarcinilor este minima (de exemplu, în cazul lampilor fluorescente tubulare)

(6.10.8)

b. în restul cazurilor:

(6.10.9)

III. Sigurantele de însotire se aleg conform indicatiilor din cataloagele referitoare la receptorul alimentat.

6. Aparate de comutatie si de protectie

6.1. Aparataj de instalatii   

6.2. Aparate de distributie    6.

6.2.1. Tipuri de aparate 6.

6.2.2. Functiile aparatelor electrice în circuitele de putere 6.

6.2.3. Marimi caracteristice generale ale aparatelor de comutatie 6.

6.3. Probleme de comutatie a circuitelor electrice în curent alternativ 6.

6.3.1. Conectarea circuitelor în sarcina    6.

6.3.2. Deconectarea circuitelor 6.

6.3.3. Limitarea curentului întrerupt    6.

6.4. Aparate de comutatie mecanice    6.

6.4.1. Aparate cu functii specifice    6.

6.4.2. Asociatii de aparate    6.

6.4.3. Aparate integrate, cu functii multiple    6.

6.4.4. Marimi caracteristice comune    6.

6.4.5. Circuitele aparatelor de comutatie    6.

6.4.6. Conditii generale pentru realizarea functiei de comutatie 6.

6.5. Protectia circuitelor electrice    6.

6.5.1. Functiile protectiei    6.

6.5.2. Aparate de protectie la suprasarcina    6.

6.5.3. Aparate de protectie împotriva scurtcircuitelor 6.

6.5.4. Protectia la scaderea tensiunii de alimentare 6.

6.6. Contactoare 6.

6.6.1. Contactorul electromagnetic    6.

6.6.2. Marimi caracteristice specifice    6.

6.6.3. Alegerea contactoarelor 6.

6.7. Relee si declansatoare   

6.7.1. Principiul de functionare    6.

6.7.2. Marimi caracteristice pentru releele si declansatoarele de curent 6.

6.8. Relee si declansatoare termice    6.

6.8.1. Constructie si caracteristici    6.

6.8.2. Alegerea releelor/declansatoarelor termice 6.

6.9. Întreruptoare de putere (disjunctoare)    6.

6.9.1. Constructie si functionare    6.

6.9.2. Marimi caracteristice specifice    6.

6.9.3. Alegerea întreruptoarelor    6.

6.10. Sigurante fuzibile 6.

6.10.1. Constructie si functionare    6.

6.10.2. Caracteristici principale    6.

6.10.3. Alegerea sigurantelor fuzibile    6.