Echipamentele Electrice Utilizate la Modulul Experimental

Echipamentele electrice utilizate la modulul experimental

3.1 Siguranțe fuzibile de joasă tensiune.

3.1.1 Generalitați, clasificări.

Siguranțe fuzibile sunt aparate electrice care asigură protecția circuitelor electrice împotriva scurtcircuitelor și suprasarcinilor. Sunt alcătuită din mai multe elemente, iar cel mai important parte din ele este patronul fuzibil care la apariția șocului de curent arde protejând astfel circuitul. Ele sunt niște declanșatoare termice, la care nu se poate regla valoarea curentului de declanșare numai prin alegerea corectă a firului fuzibil, care poate să aibă diferite dimensiuni. În caz în care apare un scurtcircuit materialul din care este confecționat fuzibilul, începe să se încălzească și pănă la urmă se topește întrerupănd circuitul de alimentare. Construcția lor este foarte simplă și robusta, au un volum redus, iar prețul de cost este relativ redusă.

Există numeroase tipuri constructive de siguranțe care se clasifică în trei mari categorii:

Siguranțe fuzibile de mare putere, utilizate în instalațiile industriale cu curenți nominali între 100 și 1000A la tensiuni până la 1000V.

Siguranțe fuzibile de mare putere, utilizate în instalațiile industriale și casnice pentru curenți nominali între 6 și 100 de amperi, la tensiuni până la 1000V

Siguranțe miniatură, utilizate în aparate electrice redresoare, aparate de radio și televiziune pentru curenți nominali între 0,1 și 10A, la tensiuni până la 550V.

3.1.2 Construcția siguranțelor fuzibile

Siguranțele fuzibile sunt formate dintr-un capac filetat, din elementul înlocuitor care cuprinde fuzibilul, format dintr-un fir sau o lamă conductoare, montat în serie cu elementul de protejat prin intermediul soclului.

Din punct de vedere constructiv siguranțele poate să fie realizate deschise sau închise. În cazul siguranțelor fuzibile deschise arcul electric este stins în aer, iar in cazul siguranțelor închise stingerea arcului electric se realizează în interiorul patronului fuzibil care poate să fie cu, sau fără umplutură de nisip.

Forma constructivă a siguranțelor fuzibile este prezentată în figura următoare:

Figura 3.1 Siguranțe fuzibile [http://www.garajuluimike.ro/electrice/sigurante-fuzibile.htm]

Nisipul în interiorul patronului are rolul de a răci coloanei arcului electric și stingerea rapidă a arcului electric care apare în urma topirii firului fuzibil. Astfel cu ajutorul nisipul de umplutură siguranțele fuzibile poate să rupe un curent mult mai mare, fără problemă de a stinge arcul electric, decât în cazul în care nu avem în interiorul patronului fuzibil material de umplutură. Cu un astfel de fuzibil se pot obține și o caracteristică de topire foarte rapidă. Cea mai nouă perfecționare o constituie elementul fuzibil de tip sită, care este o bandă fuzibilă în care s-au practicat un mare număr de perforații aliniate în șiruri longitudinale și transversale. În acest mod se obțin mai multe întreruperi în serie, care provoacă o creștere rapidă a căderii de tensiune pe arc, reducând extinderea și durata arcului.

Figura 3.2 Element fuzibil [http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/APARATE-DE-DISTRIBUTIE-IN-INST2346162013.php]

3.1.3 Funcționarea siguranțelor fuzibile.

Siguranțele fuzibile au două regimuri de funcționare, un regim numit regimul staționar și un regim tranzitoriu. Siguranța fuzibilă se află în regimul staționar atunci când curentul care trece prin el este mai mic decât curentul minim de topire, iar se află în regim tranzitoriu atunci când curentul ce trece prin el este mai mare decât curentul nominal, adică depășesc curentul minim de topire.

Arderea firului fuzibil trece prin următoarele procese:

Încălzirea elementului fuzibil până la temperatura de topire;

Topirea și vaporizarea elementului fuzibil;

Apariția arcului electric dintre contacte;

Stingerea arcului electric

Arderea arcului în siguranță trebuie să dureze un timp cât mai scurt, capacitatea de rupere a siguranțelor fiind strâns legată de micșorarea duratei de funcționare, care se obține prin: folosirea firelor fuzibile cu conductivitate electrică mare, utilizarea fuzibilelor sub formă de benzi și site, folosirea materialelor granuloase, ca material de umplutură, montarea fuzibilului în buclă sau îndoirea în unghi drept pentru a favorizarea acțiunea forțelor electrodinamice.

Față de întreruptoare, siguranțele fuzibile au un mare avantaj în sensul că aceste siguranțe pot limita considerabil valoarea unui curent de scurtcircuit, realizând ruperea acestuia înainte ca el să fie ajuns la valoarea maximă.

Topirea siguranțelor fuzibile poate să fie de dou tipuri, în funcție de tipul scurtcircuitului și anume: scurtcircuit și suprasarcină. Arderea siguranțelor fuzibile la scurtcircuit elementul fuzibil se topește în zona de secțiune minimă iar arcul electric care apare, erodează banda și se extinde lungime, până când nisipul de umplutură îl răcește suficient pentru a-l stinge. Topirea siguranțelor fuzibile la suprasarcină este mai pronunțată în felul că, dacă din anumite motive curentul crește foarte mult prin elementul fuzibil, el își pierde proprietățiile nominale, și începe să se incălzească pănă când are loc topirea lui. Topirea elementului fuzibil se realizează în zona centrală a benzii fuzibile, în care este plasat aliajul ușor fuzibil, ca urmare a efectului metalurgic.

Din explicarea funcționării siguranțelor fuzibile rezultă că cel mai mare problemă este stingerea arcului electric, care se poate limita dacă folosim fuzibile cu întrerupere multiplă a arcului electric, sau efectiv reducăm lungimea elementelor fuzibile.

3.1.4 Caracteristicile siguranțelor fuzibile

Caracteristica de bază a fuzibilului reprezintă caracteristica timp-curent, sau caracteristica de protecție, care se poate reprezenta prin variația timpului de funcționare în funcție de supracurent. După această caracteristică amintită mai sus, avem siguranțe fuzibile rapide, siguranțe fuzibile lente, siguranțe fuzibile mixte și siguranțe fuzibile ultrarapide.

Siguranțele fuzibile rapide sunt destinate pentru a proteja liniile electrice de joasă tensiune cu sarcină fără vârfuri pronunțate. În cazul acesta siguranțele sunt alcătuite dintr-un singur metal, cu ecțiunea uniformă.

Siguranțele fuzibile lente sunt destinate de a proteja liniile electrice de joasă tensiune cu vârfuri de sarcină de scurtă durată , cum este cazul pornirii motoarelor electrice de inducție. Utilizarea lor permite protecția motorului, fără ca ele să ardă în procesul de pornire.

Siguranțele fuzibile mixte sunt realizate prin înserierea a două fuzibile, un fuzibil cu acțiune lentă obținut cu efect metalurgic și altul cu acțiune rapidă construit dintr-o bandă cu gâtuiri. Aceste siguranțe se folosesc în special la protecția cablurilor având caracteristica de topire apropiate de curba de încălzire a cablului.

Siguranțe fuzibile ultrarapide sunt destinate protecției instalațiilor de redresoare echipate cu ventile semiconductoare. Acest tip de siguranță limitează curenții de ordinul 4In , într-un timp sub 2ms, și se confecționează dintr-un fuzibil puernic gâtuit sau sub formă de sită.

Caracteristica termică a unui siguranță fuzibilă este curba care reprezintă dependența dintre timpul în cursul căruia temperatura părții celei mai încălzite a obiectului atinge valoarea limită admisibilă și valoarea supracurentului.

Figura 3.3 Caracteristica temporală de protecție a siguranțelor fuzibile ținând seama de dispersia valorilor. 1-domeniul de protecție al siguranțelor normale; 2-domeniul de protecție al siguranțelor rapide[http://www.rasfoiesc.com/inginerie/electronica/Sigurante-fuzibile-de-medie-si51.php]

3.2 Contactoare

3.2.1 Generalități

Contactoarele sunt aparate electromagnetice cu două poziții de comandă care servesc la închiderea și deschiderea circuitelor electrice, efectuând sau separând legăturile electrice dintre bornele lor de intrare și ieșire. El este comandat automat prin electromagnetul care în timp ce este alimentat își închide contactele asigurând trecerea curentului prin circuit. Întrerupând alimentarea electromagnetului contactorul își schimbă poziția și curentul devine zero prin el. Contactoarele sunt aparate cele mai răspândite din instalațiile de comandă și automatizări. Se folosesc deobicei la pornirea motoarelor electrice de mare putere unde nu se poate realiza întreruperea curentului cu un simplu întrerupător, din cauza curentului foarte mare ce trece prin circuit. Contactoarele sunt folosite foarte des în circuite deoarece ele permit acționarea de la distanță la primirea unui impuls care poate fi dat manual sau automat, au o frecvență mare de conectare și au o rezistență foarte mare la uzura mecanică și electrică.

Cele mai răspăndite contactoare sunt cele electromagnetice, dar pe lângă acestea mai există contactoare pneumatice, hidraulice și mecanice.

După felul curentului de alimentare a bobinei avem contactoare de curent continuu și contactoare de curent alternativ.

3.2.2 Construcția contactoarelor electromagnetice

Contactoarele electromagnetice au 5 părți principale și anume:

Organul motor este de fapt un electromagnet, care asigură deplasarea contactelor mobile, asigurând închiderea acestora. Electromagnetul acționează asupra unui resort antagonist care are tendința de a readuce aparatul în poziția de repaus și el este care transformă energia primită sub formă electric, în formă mecanic, care până la urmă acționează asupra contactelor.

Cea mai importantă parte reprezintă polii principali care sunt formate din contactele fixe, contactele mobile și camera de stingere. Contactele fixe și mobile se stabilesc în circuit întreruperea sau continuitatea curentului electric. Camera de stingere are rolul, stingerea arcului electric care apare la deschiderea contactelor, mărind astfel capacitatea de rupere și diminuând timpul de ardere.

Polii auxiliari sunt formate din contacte fixe și mobile auxiliare, iar aceste contacte sunt cuplate la același mecanism de acționare ca și contactele principale, astfel încât fiecărei poziții de funcționare a contactorului să-i corespundă o anumită poziție de funcționare a contactelor auxiliare.

Releu termic și declanșator se utiliează frecvent pentru protecția la supracurenți și electromagnetice pentru protecția la scurtcircuit.

Carcasa și sistemul de fixare asigură fixarea diverselor părți ale contactorului, și izolarea părțile componente între ele și față de masă.

Figura 3.4 Elementele constructive ale contactorului cu mișcare de translație;

1,2,3-organul motor; 4- resort antagonist; 5-calea de curent; 6-plăci feromagnetice; 7-puntea; 8- resort; 9-caseta;[ http://inginerie.ulbsibiu.ro/cat.iee/mat/EECursvol2PopescuLizeta.pdf]

3.2.3 Utilizarea și alegerea contactoarelor electromagnetice

Datorită posibilităților de comandă de la distanță, pe cale electrică, a adaptabilității ușoare la comenzile voite sau atutomate, contactoarele au un larg domeniu de utilizare în toate instalațiile moderne.

În instalațiile mai complexe contactoarele servesc la închiderea, deschiderea sau la comutarea unor circuite, în urma unor comenzi voite sau automate. Comenzile pot fi date de relee sensibile la un anumit parametru fizic de exemplu temperatura, presiunea, nivel etc. Aceste din urmă fiind montate pe același panouri sau pe panouri diferite.

Cu ajutorul contactoarelor se realizează și echipamente complexe necesare pornirii și reglării turației motoarelor electrice. Astfel în figura se reprezintă schema electrică a unui inversor, format din douăcontactoare, care folosește la inversarea sensului de mers al motoarelor asincrone. Contactoarele sunt blocate mecanic pentru a nu permite închiderea simultană.

Figura 3.5 Schema electrică a unui inversor de sens[http://scheme-electrice.com/wp-content/uploads/2012/02/schema-electrice-de-comanda-si-inversare-de-sens-a-uni-motor-asincron.jpg]

La alegerea contactoarelor trebuie ținut seama și de faptul că frecvența de conectare a contactorului trebuie să fie superioară frecvenței utilajului. Alegerea contactorului cu care poate fi comnadat un motor necesită o analiză amănunțită a condițiilor de funcționare ale motorului. În acest sens trebuie determinat gradul de utilizare și curentul nominal termic.

Această din urmă se determină din egalitatea efectului termic al curentului variabil cu efectul termic al curentului nominal termic, considerat în regim permanent.

Figura 3.6 Contactor pe bară tripolar LC1 B (AC, AC3) 750-1800A pentru comanda motoarelor.
[ http://inginerie.ulbsibiu.ro/cat.iee/mat/EECursvol2PopescuLizeta.pdf]

Figura 3.7 Contactor LP4 D (DC, AC3)

3.3 Întreruptoare automate (Disjunctoare)

3.3.1 Generalități. Clasificări

Figura 3.8 Variante constructive de întrerupătoare automate de tip compact.
[http://inginerie.ulbsibiu.ro/cat.iee/mat/EECursvol2PopescuLizeta.pdf]

Întreruptoarele automate de joasă tensiune de construcție actuală sunt în general de tipul disjunctor, numai cu declanșarea automată, acționarea făcându-se manual fie prin acționare directă, fie prin comandă de la distanță.

Din punct de vedere al timpului propriu de declanșare întreruptoarele automate pot fi grupate în:

Întreruptoare automate limitatoare

Întreruptoare automate rapide

Întreruptoare automate selective sau temporizate

3.3.2 Construcția și mecanismele întreruptoarele automate

Principalele părți constructive ale întreruptoarele automate sunt: organul motor, polii principali, polii auxiliari, relee și declanșatoare, carcasa aparatului și sistemul de fixare. Întrerutoarele automate, au în plus față de contactoare, un mecanism cu un sistem de blocare de tip broască prin intermediul căruia se realizează comanda de închidere sau de deschidere. Spre deosebire de contactoare, întreruptoarele automate sunt menținute în poziția anclanșată cu ajutrul acestui mecanism de zăvorâre asupra căruia, în caz de avarie, acționează declanșatoarele.

Electromagnetul de comandă rămâne sub tensiune un timp scurt, dezvoltând o mare forță pentru a putea întinde resoartele antagoniste și a arma mecanismul de declanșare , deosebindu-se esențial de electromagnetul contactoarelor care rămâne conectat la tensiune, timp îndelungat.

Anclanșarea se poate face prin mai multe moduri: manual, cu ajutorul unui servo-motor sau pneumatic. Pentru a se evita lipirea contactelor, din cauza creșterii lente a forțelor de apăsare, s-a generalizat anclanșarea rapidă cu acumulare inițială de energie, la care viteza contactelor este independent de viteza de manevrare a organului de manevră propriu zis.

Figura 3.9 Secțiune prin întrerupătorul automat capsulat de tip USOL.

1-maneta de acționare, 2-clichetul principal, 3-clapeta de armare, 4,5-biele, 6-echipajul mobil, 7-contactul mobil, 8-contactul fix, 9-resort principal, 10-clapetă ax declanșator, 11-declanșator termic, 12-buton de reglaj, 13-armătura fixă a declanșatorului electromagnetic, 14-axul suport al echipajului mobil, 15-carcasa aparatului, 16-placă de prindere, 17-borne de racordare, 18-cameră de stingere cu plăci feromagnetice, 19-armătura mobil a declanșatorului electromagnetic, 20-axul declanșatorului, 21-clichet auxiliar. [http://inginerie.ulbsibiu.ro/cat.iee/mat/EECursvol2PopescuLizeta.pdf]