Intreruptoare automate de joasa tensiune

Intreruptoare automate de joasa tensiune

Problema instalatiilor si a consumatorilor de energie electrica a devenit din ce in ce mai importanta pe masura ce puterile instalate au crescut.

Aparatul folosit in tehnica moderna care realizeaza o protectie cat mai completa este intrerupatorul automat.

Intrerupatorul automat este aparatul de comutare prevazut cu dispozitive adecvate care la aparitia unui defect manifestat prin cresterea curentului peste anumite limite reglate provoaca declansarea automata a aparatului, intrerupandu-se astfel circuitul electric respectiv.

Pentru a se evita lipirea contactelor din cauza cresterii lente a fortei de apasare pe contact s-a generalizat declansarea rapida cu acumulare de energie, la care viteza contactelor este independenta de viteza de manevrare a organului de manevra propriu-zis.

In vederea declansarii automate intrerupatoarele sunt prevazute cu declansatoare care indeplinesc urmatoarele roluri:

provoaca declansarea temporizata la aparitia unei suprasarcini;

provoaca declansarea la aparitia unui scurt circuit, deci a unui curent foarte mare.

Intrerupatoarele automate moderne din punct de vedere functional si constructiv se impart in intrerupatoare universale si intrerupatoare universale capsulate in carcase din material plastic. Intrerupatoarele automate in carcasa din material plastic, au contactele, mecanismul si declansatoarele de suprasarcina inchise intr-o carcasa cu rezistenta mecanica mare.

Acest tip de aparate au dimensiuni de gabarit mai reduse decat cele universale datorita carcasei si a capacului izolant care permite micsorarea distantelor de strapungere si de conturnare, izolarea completa a fazelor intre ele, precum si limitarea spatiului de stingere a arcului electric.

Intrerupatoarele automate de tip compact sunt construite pentru curenti de la 6A pana la 600A si chiar 1000A.

1 Elementele componente ale intreruptoarelor automate

Oricare ar fi varianta constructiva un intreruptor automat are urmatoarele elemente componente:

circuitul principal de curent format din contacte principale, contacte de rupere (bobina de suflaj magnetic) coarne de suflaj si borne de racord la circuitul exterior realizate din profile de cupru.

ostilele de contact se executa din materiale sintetizate (argint cu wolfram). La intreruptoarele mari se folosesc 2 categorii de contacte pe pol: contacte principale care se executa din argint si contactele de rupere, care se executa din argint-wolfram cu peste 50% W, argint grafit si altele.

camerele de stingere a arcului electric executate din materiale rezistente la actiunea arcului electric. In figura 6 este prezentata o camera de stingere cu fanta ingusta.

Fig.6. Camera de stingere cu fanta ingusta

1-contact fix; 2-contact mobil; 3- cornul de suflaj; 4-miez magnetic; 5-placa metalica

piesele izolante pentru sustinerea cailor de curent si separarea fazelor, realizate de obicei prin presare din rasini fenolice.

mecanismul de actionare si zavorare, realizate din table si profile de otel tratate in mod special pentru a face fata uzurilor si solicitarilor. Mecanismul de actionare are urmatoarele functiuni:

sa mentina intreruptorul in pozitie descris;

sa asigure declansarea intreruptorului cu ajutorul unei energii, respectiv a unei forte reduse;

sa asigure declansarea libera, adica la existenta unui ordin de declansare intreruptorul sa nu poata fi nici inchis, nici mentinut in pozitia inchis;

sa adapteze caracteristica cuplului rezistent la caracteristica motor;

sa asigure la inchiderea manuala a intreruptorului o viteza minima a contactului mobil.

Realizarea functiilor mentionate se obtine cu ajutorul clichetilor, mecanismelor cu genunchi sau combinatii ale acestora. In fig. 7 s-a reprezentat schematic un mecanism cu genunchi.

Fig. 7. Mecanismul cu genunchi

a- intrerupator inchis ; b-intrerupator deschis

1-contact; 2-contact mobil; 3-resort; 4-resort care prin deschidere provoaca declansarea; 5-pirghii pentru declansarea manuala.

Cutia aparatului executata din tabla de otel la aparatele mari si din materiale plastice la intreruptoarele tip ,,compact.''

Elementele de protectie, declansatoarele termice, declansatoarele electromagnetice instantanee sau temporizate iar la intreruptoarele automate folosite la protectia motoarelor si declansatoarele de tensiune minima;

Elementele accesorii, bobine de declansare transformatoare de curent, contacte auxiliare;

Curentii mari pe care aparatul trebuie sa-i intrerupa au necesitat forme si materiale noi pentru contacte, precum si specializarea functionala a unor contacte de preluare a arcului electric.

Schema de principiu a unui intrerupator este data in fig. 8.

Fig. 8. Reprezentarea schematic a unui intrerupator de putere.

2 Tipuri constructive de intreruptoare automate

1. Intreruptoare automate de instalatii - sunt dotate cu declansatoare termice si electromagnetice pentru protectia impotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor.

2. Intreruptoare automate tripolare ca mandate prin butan - se executa pentru curenti nominali pana la 40 A.

3. Intrerupatoare automate in constructie deschisa : - se construiesc pentru curenti medii si mari si pot fi comandate manual sau cu electromagneti sau servomotoare. Se monteaza intotdeauna in celule sau panouri.

Intreruptoare automate compacte - in carcasa de masa plastica fenolica se construiesc pentru curenti nominali de ordinul sutelor de amperi, ele sunt folosite pentru protectia circuitelor electrice din instalatii industriale unde se impun dimensiuni reduse ale panourilor.

5. Intreruptoare automate limitatoare - se construiesc pentru instalatii de ordinul sutelor de A si capacitati de rupere pana la 100 kA . Ele limiteaza valoarea curentilor de scurtcircuit in instalatie reducand mult solicitarile termice si electrodinamice la care este supusa instalatia. Pot fi actionate manual sau cu servomotor.

3 Intreruptoare automate de c.c

Aceste intreruptoare se folosesc pentru curenti mari sau pentru protectia redresoarelor si sunt de constructii speciale cum sunt cele din fig. 9.

Fig.9. Intrerupatorul automat ultrarapid

1-magnetul de retinere; 2-circuit magnetic pentru declansarea rapida; 3-armatura mobila; 4-miezul magnetic pentru declansarea dependenta de curent; 5,6-contacte mobile principale si de rupere; 7-legatura flexibila; 8,9-contacte mobile principale si de rupere; 10-bobina de suflaj; 11-contact care se deschide pentru declansarea ultrarapida; 12-condensatorul.

Dupa principiul de functionare intreruptoarele ultrarapide de c.c se impart in electromagnetice si cu explozibil.

Intreruptoarele automate ultrarapide electromagnetice sunt cu electromagnet de retinere si cu electromagnet de atractie.

Cele din prima categorie au contactele normal deschise si se mentin declansate cu ajutorul unui electromagnet de c.c avand o bobina de tensiune si o bobina de curent strabatuta de curentul principal care trece printre contacte si creeaza un flux invers celui creat de bobina de tensiune.

Eliberarea miezului mobil si deschiderea contactoarelor se face sub actiunea cresterii curentului principal. Declansarea, respectiv miscarea contactului mobil se face fie sub actiunea unui resort puternic care este tensionat atat timp cat aparatul este declansat fie sub actiunea combinata a unui resort cat si a campului magnetic produs de curentul principal. In primul caz viteza contactelor mobile este dependenta de curent si viteza lui de crestere, iar in cazul al doilea viteza contactelor este cu atat mai mare cu cat curentul este mai mare si panta cresterii sale mai abrupta.

Limitarea curentului de scurtcircuit este foarte importanta in c.c unde arcul se intrerupe mai greu decat in c.a. Pentru aceasta trebuie micsorat timpul propriu al aparatului si limitata cat mai mult cresterea curentului dupa aparitia arcului.

De asemenea , este convenabil a micsora si timpul in care curentul atinge valoarea care provoaca actiunea releelor . Aceasta se obtine cu ajutorul unui scurt inductiv pe bobina de curent. In perioada tranzitorie de crestere a curentului sunetul inductiv isi mareste impedanta si prin bobina de curent trece un procent mai mare decat in cazul curentului de regim ceea ce duce si la scaderea timpului t₀ si a timpului propriu de actionare.

Limitarea cresterii curentului dupa aparitia arcului electric se obtine prin lungirea rapida a coloanei de arc si deci a cresterii caderii de tensiune in coloana de arc. Aceasta se obtine in c.c. prin intarirea campului magnetic de suflaj care poate duce evident la tensiuni mari.

Din aceasta cauza campul magnetic de suflaj are intensitatea mare numai intr-o zona restransa. Supratensiunea apare in special in partea finala a arderii arcului cand curentul s-a micsorat.

Pentru micsorarea timpului propriu de actionare partile mobile se fac cat mai usoare posibil si in acelasi scop, pentru micsorarea dimensiunilor curentului magnetic, se folosesc zale laminate la rece, admitand inductii ridicate.

Pentru a obtine o rupere cat mai ridicata este important ca schimband fluxul magnetic din circuitul principal sa lamureasca cat mai rapid schimbarea valorii curentului principal, se evita in acest scop cat mai mult formarea de spire in scurtcircuit prin bolturi, nituri, elemente de fixare. Din aceasta cauza miezurile magnetice sunt executate din tabla silicioasa.

4 Intreruptoare automate de c.a.

Intreruptoarele automate de c.a. cel mai des utilizate sunt:

intreruptoarele automate universale;

intreruptoare automate de (tip compact) in carcasa izolanta;

5 Intreruptoare automate universale

Intreruptoarele automate universale se fabrica in prezent intr-o gama larga de valori nominale. Tensiunea nominala este de obicei 500V, exista tendinta de a creste aceasta tensiune la 660V.

Elementele constructive principale ale intreruptoarelor automate sunt:

cadrul (suportul aparatului), caile de curent, contactele, camerele de stingere, declansatoarele mecanismului de declansare libera si sistem de actionare.

a)   Cadrul (suportul aparatului) - este elementul de rezistenta pe care sunt montate toate celelalte subansamble ale intreruptorului. El trebuie sa asigure rigiditatea mecanica a intregului aparat, simultaneitatea inchiderii si deschiderii contactelor pe toate fazele si sa reziste la eforturile mecanice cerute de dispozitivul de actionare.

Cadrele sunt executate din profile cu rezistenta mecanica (corniere si U) sau din profile de tabla ambutisata

b)     Contactele electrice constituie unul din subansamblele cele mai importante , deoarece ele trebuie sa asigure trecerea curentului in cele mai bune conditii in timpul pozitiei declansat si in acelasi timp intreruperea valorilor mari ale curentilor de scurtcircuit fara deteriorari.

Contactele se realizeaza din materiale rezistente la coroziune si sa suporte in bune conditii piciorul arcului electric cu uzura cat mai mica.

Este necesar ca prin constructia aparatului sa se asigure o functionare succesiva a celor doua contacte si anume:

- la declansare se inchide mai intai contactul de rupere si cel principal.

- la declansare se deschide intai contactul principal si apoi cel de rupere.

c)     Camerele de stingere . Camerele de stingere trebuie sa stinga in cele mai bune conditii si intr-un spatiu cat mai strans arcul electric format la intreruperea curentului maxim pe care aparatul il poate intrerupe.

Prin camera de stingere propriu-zisa se intelege spatiul in care se formeaza si se stinge arcul electric si se pot imparti in camere ermetice, camere inchise si camere deschise.

In marea majoritate intreruptoarele sunt echipate cu camere semiinchise in care sunt luate masuri speciale pentru racirea si iesirea gazelor la fel ca si pentru limitarea zonei de aruncare a gazelor ionizate.

In figura 10 este prezentata o camera de stingere deschisa.

Fig.10. Camera de stingere deschisa.

1-perete de fier pentru suflaj; 2- camera de stingere.

d)     Declansatoarele. La functionarea intreruptoarelor automate un rol deosebit il au elementele care provoaca declansarea automata a aparatului.

Aceste elemente denumite declansatoare trebuie sa actioneze in urmatoarele cazuri:

la suprasarcina temporara;

la scurtcircuit;

la caderea tensiunii retelei sub o anumita limita si la impuls voit.

Deoarece suprasarcinile pot fi pasagere, declansatoarele de suprasarcina trebuie sa aiba o caracteristica dependenta, invers proportionala cu curentul. Aceasta se obtine cu ajutorul unor lamele bimetalice care se incovoaie la incalzire. declansatoarele termice sunt larg utilizate in constructia intreruptoarelor automate.

In ultima perioada au aparut sisteme cu temporizare care dau caracteristica dependenta necesara.

e)     Mecanismul de declansare libera. Prin mecanismul de declansare libera la intreruptoarele automate se intelege ansamblul pieselor mecanice care alcatuiesc legatura cinematica dintre sistemul de actionare al intreruptorului automat, contactele mobile si declansatoarele care asigura mentinerea in pozitia a contactelor dupa incetarea lucrului sistemului de actionare si deschiderea contactelor sub actiunea declansatoarelor.

De asemenea mecanismul trebuie sa execute declansarea voita a contactelor, mentinerea lor ferma in pozitia declansat indiferent de modul de declansare pentru a evita inchiderea accidentala a contactelor.

Mecanismul se numeste cu declansare libera deoarece deschiderea contactelor la actiunea declansatorului nu poate fi blocata sau stanjenita prin actiunea voita din afara asupra sistemului de actionare. Aceasta asigura capacitatea de rupere a aparatului in orice conditie de actionare.

Pentru a asigura si capacitatea de inchidere a aparatului s-au adaptat din ce in ce mai mult mecanismele care permit miscarea contactelor la anclansarea cu viteza mare, independenta de viteza de miscare a sistemului de actionare. Se evita astfel, dupa atingerea contactelor, o crestere lenta a fortei de apasare pe contact, lucru care in cazul unei anclansari pe scurtcircuit duce in mod sigur la sudura contactelor.