Aparate de protectie - Sigurante electrice, Intrerupatoare automate

Aparate de protectie

            a) Sigurante electrice. Depasirea intensitatii admisibile a curentului intr-un conductor de o anumita sectiune duce la supraincalziri. Pentru a nu se produce incalziri periculoase trebuie sa existe o perfecta corelare intre sectiunile conductoarelor si intensitatile admisibile. Aceasta corelare se arata in tabela 13.

            Tabela 13

Corelarea intre sectiunile conductoarelor si intensitatile admisibile

            Nedepasirea valorilor mentionate in tabela 13 asigura o functionare normala a instalatiei. De multe ori se conecteaza la retea lampi suplimentare, radiatoare, receptori care nu au fost prevazuti la proiectarea instalatiei. In acest caz consumul de curent se mareste si intensitatea admisibila este depasita, apar deci suprasarcini.

            Impiedicarea cresterii intensitatii curentului electric peste valoarea admisibila se realizeaza prin dispozitive speciale numite sigurante, care constituie pe drept cuvant aparatorii instalatiei.

            In cazul scurtcircuitelor, intensitatea curentului depaseste cu mult intensitatea admisibila, conductoarele se incalzesc puternic si numai siguranta intrerupe curentul si protejeaza instalatia.

            Cele mai des intrebuintate sigurante sunt sigurantele fuzibile si sigurantele automate.

            O siguranta fuzibila este caracterizata printr-un curent nominal indicat pe ea, care reprezinta pe cel mai mare dintre curentii nominali ai fuzibilelor destinate acesteia.

            Curentul nominal al fuzibilului I_n, indicat de fabrica constructoare, este curentul la care fuzibilul trebuie sa functioneze timp indelungat. El se determina prin calibrare in baza rezultatelor obtinute prin incercari.

            Pe timpul functionarii fuzibilului in conditii normale exista un echilibru termic; intr-o parte cantitatea de caldura care se degaja in fuzibil la trecerea curentului I, intr-un interval de timp t si in cealalta parte cantitatea de caldura cedata de catre fuzibil mediului ambiant si contactelor in acelasi timp t, plus caldura cheltuita pentru cresterea temperaturii fuzibilului si caldura latenta de topire. In conditii normale, caldura se produce la trecerea curentului electric prin fuzibil se disperseaza in mediul ambiant prin radiatie, convectie si conductie.

            In cazul cand caldura care se produce in fuzibil este mai mare decat cea pe care acesta o degaja, diferenta de caldura provoaca cresterea temperaturii fuzibilului pana la punctul de echilibru termic, corespunzator noii temperaturi sau pana la punctul de topire a fuzibilului.

            Cresterea temperaturii fuzibilului parcurs de un curent electric depinde de sectiunea sa. Cantitatea de caldura consumata pentru cresterea temperaturii fuzibilului este proportionala cu masa (greutatea fuzibilului), cu diferenta dintre temperatura sa la sfarsitul si inceputul functionarii si cu caldura specifica.

            Incalzirea sigurantelor se produce mai repede ca a conductoarelor pentru ca au o masa mai mica decat a acestora. Inseamna ca sigurantele intrerup circuitul cu mult inainte de a se ajunge la supraincalzirea periculoasa a conductoarelor.

            Conditiile de topire pentru sigurantele unipolare cu maner sunt date in tabela 14.

            Tabela 14

Conditiile de topire a sigurantelor unipolare

            In principiu, sigurantele fuzibile se caracterizeaza printr-o functionare foarte rapida, in cateva miimi de secunda. In practica sunt situatii, de exemplu, la aprinderea lampilor cu filament de putere mare sau la pornirea motoarelor electrice cu rotorul in scurtcircuit, cand apar supraintensitati care nu pot fi evitate si care fiind de scurta durata nu prezinta pericol. In asemenea cazuri este indicat ca firul fuzibil sa suporte supraintensitatile trecatoare. In acest scop se folosesc sigurante fuzibile cu declansare intarziata care suporta intr-un timp relativ lung (secunde sau minute) supraintensitati de cateva ori mai mari decat curentul nominal.

            Sigurantele fuzibile utilizate in instalatiile pana la 1000 V, in tara noastra, se pot imparti in urmatoarele tipuri: deschise; tubulare deschise; tubulare inchise fara material de umplutura; tubulare inchise cu material de umplutura.

            Sigurantele fuzibile deschise sunt constituite din lamele de zinc, cu un singur loc de topire. Ele se construiesc pentru curenti nominali de 100 la 500 A.

Sigurantele fuzibile tubulare deschise sunt prevazute cu fuzibile pentru curenti de 60, 80, 100, 125, 160 si 200 A. Capacitatea de intrerupere a acestor sigurante este mai mare decat a celor deschise, insa folosirea lor este limitata pentru motivul ca tubul de portelan se poate sparge din cauza socului provocat de arcul electric, care se produce in interior.

            Pentru limitarea efectelor arcului electric intr-un spatiu mai mic se construiesc sigurante tubulare inchise, in trei variante: pentru curentul nominal de 60 A cand se utilizeaza fuzibile de 30 si 60 A; pentru curentul nominal de 350 A cand pot fi utilizate fuzibile de 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350 A; pentru curentul nominal de 600 A pot fi folosite fuzibile de 450, 500 si 600 A. Fuzibilul pentru curentul de 30 A este dintr-un fir de cupru cu diametrul de 0,8 mm.

            Din categoria sigurantelor tubulare inchise cu material de umplutura fac parte sigurantele unipolare cu filet, care au o mare raspandire la noi in tara, ele fiind folosite la instalatiile de iluminat si forta, pentru curenti nominali intre 6 si 100 A.

            Sigurantele fuzibile cu filet se construiesc in trei variante: prima varianta pentru 6, 10 si 16 A; a doua varianta pentru 20, 25, 36, 45 si 60 A, iar ultima pentru 80 – 100 A, la tensiunea nominala de 500 V.

            Siguranta fuzibila cu filet este formata din soclu, patron fuzibil, capacul filetat si piese de contact.

            Dupa domeniul de utilizare, soclurile de siguranta sunt de trei tipuri: de tip LS pentru legaturi in spate si se monteaza pe panouri izolate; de tip LF pentru legaturi in fata, montandu-se pe panouri izolante sau din tabla; de tip LF destinate a fi utilizate in instalatiile industriale, montate in destinate a fi utilizate in instalatiile industriale, montate in cutii, tablouri capsulate etc.

            Patronul fuzibil este format dintr-un corp cilindric din portelan umplut cu nisip fin de cuart. In cele doua capete metalice ale sale se fixeaza firul fuzibil de argint ce trece prin masa de nisip care are rolul de a absorbi o mare cantitate de caldura.

            Patronul este prevazut la capatul din fata cu un indicator colorat (pentru fiecare intensitate nominala cate o culoare), care indica topirea rapida a firului fuzibil.

            Piesa de contact este formata dintr-un inel de portelan prevazut la mijloc cu un surub de alama. Ea face contactul cu unul dintre capacele patronului fuzibil si se insurubeaza in contactul din fundul soclului.

            Piesa de contact impiedica introducerea in soclu a unor patroane fuzibile care au o intensitate mai mare decat cea corespunzatoare circuitului protejat.

            Capacul filetat foloseste la fixarea patronului in soclu. Piesele izolante ale capacului se executa din material ceramic; piesele conductoare (o bucsa filetata cu patru aripioare) se fac din alama, protejate cu un strat de metal anticorosiv. Cauzele cele mai frecvente care duc la topirea firului fuzibil al sigurantei sunt:

            - defectarea unor prize, dulii sau intrerupatoare, in instalatiile electrice interioare;

            - conectarea la prize a unor aparate cu defecte interne sau cu cordoane deteriorate;

            - supraincarcarea instalatiei electrice cu consumatori peste puterea pentru care a fost construita.

            Sigurantele automate. In scopul maririi sigurantei in exploatarea unei instalatii electrice interioare se folosesc sigurante automate. Prin sistemul de functionare a acestor sigurante, curentul se intrerupe automat ori de cate ori intensitatea curentului depaseste limita pentru care siguranta a fost dimensionata.

            Aceste sigurante sunt prevazute cu relee termice si electromagnetice care actioneaza independent. Din punct de vedere al actionarii se deosebesc doua feluri de sigurante automate: sigurante cu buton si sigurante cu parghie.

 

            b) Intrerupatoare automate. Pentru protectia motoarelor electrice, sigurantele fuzibile prezinta o serie de neajunsuri. Asa de exemplu, fuzibilul topindu-se la un curent de 1,3 – 1,5 ori valoarea nominala, nu se mai poate asigura o buna protectie ca in cazul supraincarcarilor mici si ca urmare motorul functioneaza timp indelungat cu o astfel de sarcina, care duce la distrugerea izolatiei.

            Mai sunt si alte neajunsuri ale sigurantelor ca posibilitatea topirii in timpul perioadei de pornire, imposibilitatea protejarii motorului in cazul cand alimentarea lui ramane in doua faze etc.

            Protectia sigura si corespunzatoare a motoarelor electrice in toate perioadele de functionare, adica la pornire, in  mersi si in sarcina normala sau in suprasarcina se obtine prin folosirea intrerupatoarelor automate.

            Intrerupatoarele automate sunt aparate care in afara de faptul ca inchid si intrerup voit circuitul comandant au si functia de intrerupere automata a acestuia, cu ajutorul unui releu de protectie.

            In principiu un intrerupator automat poate indeplini mai multe functiuni de protectie: protectia contra curentilor de scurtcircuit; protectia contra caderii tensiunii; protectia contra suprasarcinilor.

            Dupa mediul de stingere a arcului se deosebesc intrerupatoare in aer si intrerupatoare in ulei.

            Intrerupatoarele automate in aer sunt cele mai raspandite, avand o constructie relativ simpla. Ele se exploateaza mai usor si se construiesc pentru un curent a carui intensitate nominala este de 6 – 3000 A si o tensiune de 500 V.

            Pentru curenti sub 100 A ele se construiesc in carcase compacte si se pot monta separat sau pe tablourile de distributie.

            Intrerupatoarele pentru curenti mai mari au o constructie mai complicata, indeplinind si functii mai complexe. La noi in tara se fabrica intrerupatoare automate in aer cu actionare si retinere prin electromagnet, pentru curenti nominali pana la 100 A sub denumirea DITA (DITA – 10 A, DITA – 25 A, DITA – 60 A, DITA 100 – A). De asemenea, s-au fabricat si intrerupatoare cu actionare manuala si cu o retinere prin zavor, pentru curenti nominali de 350 A.

            Intrerupatoarele automate in aer DITA, cu carcasa din fonta, se pot monta in incaperi umede cu vapori corosivi si cu praf. Cele deschise se pot monta numai in incaperi uscate si fara praf.

            Intrerupatoarele automate in ulei (DITU) cu actionare si cu retinere prin electromagnet au contactele principale si secundare precum si electromagnetul scufundate in ulei, iar releele termice si electromagnetice, dispozitivele de semnalizare si bornele in aer.

            Uleiul foloseste drept mediu de limitare a arcului electric si de stingere a acestuia; de asemenea diminueaza socurile mecanice, asigura o limitare a fenomenului de vibratie a contactelor.

            Datorita faptului ca contactele principale se gasesc in ulei, intreruperea circuitului si ruperea arcului se produce intr-un mediu separat de cel exterior, dand astfel posibilitatea ca asemenea intrerupatoare sa se poata folosi in incaperi umede, incaperi cu praf, cu vapori corosivi ca si in incaperi care prezinta pericol de incendiu si de explozie.

            La noi in tara se fabrica intrerupatoare in ulei pentru curenti nominali de 25 A (DITU – 25 A) si 100 A (DITU – 100 A).

            Pentru o perfecta functionare, intrerupatoarele trebuie bine intretinute si verificate periodic. Se curata de praf, de impuritati, se verifica starea contactelor si reglajul releelor.

            La intrerupatoarele in ulei se verifica periodic si nivelul uleiului, in caz de innegrire se schimba. Uleiul se schimba si in urma unui scurtcircuit.