siguranţe fuzibile şi automate

2.1.

SIGURANŢE FUZIBILE ŞI AUTOMATE SIGURANŢE FUZIBILE

Aparatele de protecţie au rolul de a sesiza depăşirea limitelor impuse de regimul nominal şi prin comenzile pe care le dau evita producerea avariei. Cele mai frecvente deranjamente in instalaţiile electrice se datorează regimurilor de supracurenţi, care sunt de 2 feluri: de scurtcircuit si dePărţile supracurenţi de scurtcircuit când de curentul creste se de deteriorează la 6 pana la 10de orisarcina. curentulRegimul nominal. din instalaţie parcursearedeloc curenţi scurtcircuit rapid dacă aceşti curenţi durează un timp îndelungat. De aceea protecţia la acest regim trebuie sa fie teoretic instantanee. Aparatele care protejează la scurtcircuit in instalaţiile de joasă tensiune sunt siguranţele fuzibile si releele electromagnetice. Regimul de supracurenţi de sarcină are loc când curentul creşte peste valoarea curentului nominal cu 10–20 %. Supracurentul de sarcina este periculos numai dacă este menţinut in timp mai mare decât cel după care se atinge limita solicitării termice. Acesta se atinge mai repede, daca supracurentul este mai mare si mai încet. De aceea, protecţia la acest regim este temporizată şi se asigură prin siguranţe fuzibile si relee termice. Siguranţele fuzibile sunt aparate pentru protecţie atât la suprasarcina, cat si la scurtcircuit. Au in construcţia lor un fuzibil străbătut de curentul supravegheat si care întrerupe circuitul prin topire. Legătura dintre curentul electric si timpul in care are loc topirea fuzibilului

se numeşte caracteristica siguranţei fuzibile fuzibile se execută in 2 variante constructive: cu filet (panaI=f(t). la 100Siguranţele A) şi cu mare puterededejoasa ruperetensiune (de la 100 la 630 A). Siguranţele cu filet sunt formate din 3 elemente principale: soclul, patronul si capacul. Siguranţele cu mare putere de rupere se mai numesc si siguranţe cu mâner datorita mânerului cu care se poate monta fuzibilul in soclul siguranţei. Siguranţe înşurubate cu element fuzibil

Aceste siguranţe, încă mult răspândite, constau dintr-un corp de ceramică, format din cilindri de diametre diferite. La ambele capete se găsesc contacte metalice, legate printr -un fir amplasat într-o cămaşă de nisip cuarţos. La o anumită depăşire a curentului nominal (suprasarcină) acest fir se topeşte şi se întrerupe circuitul, înainte să apară defecţiuni în reţea. Timpul de reacţie variază – după intensitatea curentului – între câteva fracţiuni de secundă şi mai multe secunde. La exterior se recunoaşte o siguranţă arsă după pastila de identificare căzută sau topită.Capacele Aceasta soclurilor este o plăcuţă mică metalică centrul capacului de contact exterior. sunt prevăzute cu unamplasată vizor depesticlă pentru observarea stării siguranţelor dintr-o privire. Pentru o verificare precisă trebuie demontat elementul de siguranţă, deoarece se poate întâmpla ca şi după topirea firului, pastila să adere în continuare la corpul ceramic.Elementul fuzibil este redat în figura 2:

fi gura 2 . Elementul fuzibil al unei siguranţe fuzibile[ 6]

Elementele fuzibile au diametre diferite la capătul subţire; cu cât este mai mare curentul nominal, cu atât este mai mare şi diametrul. Pentru a evita montarea unor elemente fuzibile prea puternice, care să fie ineficiente în cazul unei suprasarcini, soclurile acestora sunt prevăzute cu şuruburi de reglaj care corespund diametrelor corecte ale fiecărui element de siguranţă. Dacă în caz de urgenţă se foloseşte un element mai slab (mai subţire), aceasta nu prezintă risc pentru protecţie. În cel mai rău caz se arde siguranţa la punerea în funcţiune a consumatorului. Utilizare: siguranţele element fuzibil se utilizează astăziLadeechipamentele regulă înainteamai contorului, între rampa de alimentare şi cu tabloul de distribuţie al locuinţei. vechi se întâlnesc şi în tablourile de distribuţie ale locuinţelor, domeniu în care predomină de multă vreme siguranţele automate şi întrerupătoarele automate de protecţie. Ocazional se instalează siguranţe fuzibile şi la construcţii noi. Acestea se utilizează de regulă la circuite destinate alimentării unor maşini sau utilaje de putere mare pe o perioadă scurtă. Din punct de vedere constructiv, siguranţele pot fi: auto, mignon, normale cu filet si cu furci. Siguranţele cu filet sunt construite în două variante: cu legătura spate LS si cu legătură faţă

fi gura 3 . Structura şi dimensiunile unui sistem de siguranţe fuzibile monopolar şi tripolar [ 6]

Siguranţe cu mare putere de rupere

– mărime caracteristică unui aparat electric dependentă de tensiunea din circuit şi de valoarea celui mai mare curent care poate fi întrerupt de aparatul respectiv. Structura siguranţelor MPR este redată în Figura 4: puter e de r upere

a

b

Fi gura 4 Siguranţă tip MPR.[ 6] a – Soclu pentru siguranţă MPR 630 A cod 2380, b – Secţiune prin patronul fuzibil al unei siguranţe de joasă tensiune cu mare putere de rupere: 1 – tub de porţelan; 2 – fir fuzibil; 3 – cuţit de contact; 4 – capac de închidere; 5 – inel de fixare; 6 – rondelă de azbest; 7 nisip cuarţos.

La siguranţe, firul fuzibil a fost înlocuit cu acest benzi fel, metalice benzi acare au reduceri de aceste secţiune sau perforări în anumite locuri. În zona subţiri, de încălzire fuzibilului se concentrează în aceste locuri, reducându-se cantitatea de metal topit şi implicit limitarea curentului de scurtcircuit şi o reducere importantă a încălzirii bornelor de serviciu. La aceste siguranţe, forţa de apăsare pe contact este asigurată cu resoarte spirale, iar patronul are contactele realizate din bare plate. Siguranţe fuzibile rapide (fast) Siguranţele fuzibile rapide sunt caracterizate prin punct de vedere constructiv prin aceea că firul fuzibil este realizat dintr-un singur metal (cupru sau argint) şi, uneori, este pretensionat. • Avantaje. Ele reprezintă tipul cel mai folosit de siguranţe fuzibile, având o construcţie relativ simplă şi o putere mare de rupere. • Siguranţele rapide prezintă însă şi unele neajunsuri, printre care cele mai importante

sunt următoarele: — argintul si cuprul (metale folosite pentru realizarea firului fuzibil) ou o temperatură de topire foarte ridicată (967°C cuprul şi 1083"C argintul) ceea ce, în cazul unor curenţi de serviciu foarte apropiaţi de cel nominal, determină încălziri importante ale bornelor şi ale conductoarelor de racord; — temperatura ridicată a firului fuzibil favorizează oxidarea treptata a firului fuzibil (îndeosebi la ilizibilele din cupru), ceea ce deter mină reducerea secţiunii active a acestuia şi provoacă, după un timp relativ scurt de exploatare, topirea sa chiar la curenţi mai mici decât curenţii nominali. — în cazul consumatorilor caracterizaţi prin supracurenţi inevitabili de scurtă durată, la punerea sub tensiune (ca de exemplu: motoarele electrice cu rotorul în scurtcircuit, instalaţiile mari de iluminat incandescent, transformatoarele), aceste siguranţe nu pot realiza o protecţie eficace, deoarece, dacă sunt dimensionate astfel încât să nu se topească la supracurenţi obişnuiţi, ele nu mai realizează o protecţie suficient de rapidă la curenţii de scurtcircuit.

CARACTERISTI CILE SIG URANŢELOR FUZIBILE 1. Curentul nominal

Valori uzuale ale curentului nominal a siguranţelor fuzibile sunt : 1, 2A, 3A, 5A, 6A, 10A, 16A, 25A, 63A, 100A, 200A, 350A, 630A, 1000A c.c sau c.a. În funcţie de curentul nominal se dimensionează contactele soclului şi fuzibilul. 2. Tensiunea nominală

Valorile uzuale ale tensiunii nominale a î a siguranţelor fuzibile sunt de obicei: 120 V c.a., 220 V c.a., 380 V c.a. În funcţie de tensiunea nominală se dimensionează izolaţia siguranţei 3. Puterea de rupere 4. Clasa de protecţie 5. Timpul de declanşare

6. Caracteristica de topire a fuzibilului 7. Caracteristici speciale: poziţia de funcţionare, modul de montare, etc.

SIGURANŢE AUTOMATE Siguranţe automate

Siguranţa automată este un dispozitiv mecanic de comutare, care serveşte la: decuplarea automată a circuitului electric de la reţea, atunci când curentul depăşeşte o anumită valoare maximă conectarea manuală circuitului electric la reţea sau deconectarea de la aceasta 

 

PROTECŢIA PERSOANELOR

Protecţie faţă de curenţii periculoşi prin corp, în cazul tensiunilor înalte de contact o datorate defecţiunilor de izolaţie, legăturii la masă 

PROTECŢIA CONTRA INCENDIILOR

Protecţia cablurilor şi conductorilor împotriva supraîncălzirii în caz de o suprasarcină, scurtcircuit şi scurtcircuit la pământ În cazul unui scurtcircuit acţionează sistemul electromagnetic, care întrerupe reţeaua în câteva fracţiuni de secundă. Mecanismul de declanşare este astfel construit, încât nu poate fi recuplat cât timp defectul se menţine, chiar dacă este blocată pârghia întrerupătorului basculant. Principiul de funcţionare al siguranţei automate este redat în figura 5:

figura 5 . Principiul de funcţionare al siguranţei automate [ 7]

Defectele de izolaţie, care pot apărea in instalaţiile electrice, pot duce, printre altele, la apariţia curentului diferenţial rezidual. Efectele acestuia sunt periculoase: risc de şoc electric pentru persoane, risc de incendiu sau explozie, risc de indisponibilitate a energiei electrice. Curentul de defect este adesea prea slab pentru a putea fi detectat şi eliminat de protecţiile la scurtcircuit sau la suprasarcină convenţională. Ca urmare, este nevoie de dispozitive specifice pentru detectarea si eliminarea lui, dispozitivele diferenţiale reziduale. Noţiunea de "protecţie diferenţială" sau "diferenţială" in limbaj curent reprezintă unul sau mai multe dispozitive de măsurare care au funcţia de a detecta o diferenţă intre curentul de intrare şi curentul de ieşire dintr-o anumita parte a instalaţiei: linie, cablu, transformator, generator, motor etc.

Protecţia diferenţială reziduală este protecţia împotriva acelui curent de defect care nu se închide la sursa prin conductoarele active, ci pe un traseu anormal, constituit, in general, din diverse elemente conductoare (carcasa metalica, conductor PE sau PEN, corpul unei persoane... şi, eventual, pământ). Acest curent de defect este numit curent diferenţial rezidual. Traseul si valoarea lui depind de schema de legare la pământ. Dispozitivul diferenţial rezidual (DDR) este numit şi "diferenţial". Siguranţele automate se mai numesc şi întreruptoare automate, protecţii diferenţiale, etc. In multe domenii elementele fuzibile au fost înlocuite de multă vreme cu siguranţe automate. Denumirea este depăşită, deoarece pe vremuri siguranţele automate înlocuiau siguranţele fuzibile în soclurile cu filet. Astăzi ne referim de fapt la întrerupătoare automate de protecţie. Acestea au avantajul că, după îndepărtarea defectului, pot fi reconectate imediat. La nevoie, pentru lucrări de întreţinere sau reparaţii la instalaţia electrică, pot fi utilizate ca un întrerupător obişnuit. Pe termen lung utilizarea acestora este la fel de ieftină ca şi a siguranţelor fuzibile, deoarece nu necesită elemente consumabile pentru refacerea circuitului. În exterior întrerupătoarele automate de protecţie sunt prevăzute cu o carcasă de material plastic, echipată frontal cu un întrerupător basculant. Pentru identificarea circuitelor (de ex. „maşina de spălat”) se pot aplica pe carcasă etichete adezive. În interior sunt două mecanisme de protecţie, unul termic şi unul electromagnetic. Sistemul termic reacţionează la încălzirea generată de supracurenţi. Un mecanism bimetalic întrerupe circuitul la depăşirea curentului nominal. Curentul nominal, siguranţe / întrerupătoarele de protecţie, reprezintă curentul maxim, la depăşirea căruiamarcat acesteapeîntrerup circuitul (25 A, de ex.) În cazul unui scurtcircuit acţionează sistemul electromagnetic, care întrerupe reţeaua în câteva fracţiuni de secundă. Mecanismul de declanşare este astfel construit, încât nu poate fi recuplat cât timp defectul se menţine, chiar dacă este blocată pârghia întrerupătorului basculant. Siguranţele fuzibile şi întrerupătoarele automate de protecţie protejează reţeaua contra suprasarcinilor şi scurtcircuitelor, evitând incendiile şi alte pagube costisitoare, dar nu asigură protejarea persoanelor. Spre deosebire de siguranţele electrice, care după fiecare declanşare trebuiesc înlocuite (deoarece se arde fuzibilul), întrerupătoarele automate trebuiesc doar reanclanşate (manual sau automat), după înlăturarea defectului. Întrerupătoarele automate există într-o largă diversitate de mărimi, de la întrerupătoare miniatură până la întrerupătoare de foarte mari dimensiuni, folosite la tensiuni foarte înalte (e.g. 400kV). Numărul de poli poate fi 1, 1+N, 2, 2+N, 3, 3+N. În schimb, întrerupătoarele Îndecazul protecţie la curent (FIîn/ contact RCD) cu protejează persoanele contra electrocutărilor. în care corpul rezidual uman intră o reţea electrică, curentul electric peste o anumită intensitate are mai multe efecte vătămătoare. Electrocutările produc frecvent arsuri, în mod deosebit sunt afectaţi negativ nervii şi funcţiile muşchilor. Pericolul devine mortal la curenţi peste 30 mA care traversează inima (muşchii). În acest caz inima intră în fibrilaţie, fiind perturbată funcţia de pompare. Drept urmare nu se mai asigură oxigenarea creierului şi în câteva minute survine moartea. Întrerupătoarele la curent rezidual, pe scurt FI, sau în nomenclatura engleză RCD (Residual Current Device), sunt disponibile în variante cu doi şi patru poli, pentru diferiţi curenţi nominali de defect. Pentru asigurarea protecţiei contra electrocutării în cazul atingerii directe a părţilor sub tensiune, trebuie ales un model care are curentul nominal 30 mA.

figura 6 . Siguranţă automată - aspect exteri or [ 13]

Funcţionarea siguranţelor automate

Întrerupătoarele FI / RCD funcţionează pe principiul sumării curenţilor între faze şi neutru: suma acestora trebuie să fie nulă. Pentru un circuit monofazic, curenţii de fază şi neutru trebuie să fie egali şi de semn contrar. În cazul atingerii conductorului de către o persoană, o parte din curent tinde să se scurgă spre pământ prin corp, astfel încât curenţii de fază şi neutru nu mai au valori egale. Sistemul comandă printr-un releu întreruperea imediată a circuitului. La instalaţiile noi, întrerupătoarele FI / RCD exemplifică de multă vreme evoluţia tehnicii în domeniu. De atunci numărul accidentelor prin electrocutare s-a redus simţitor, de asemenea s-au redus pagubele mari (incendii de ex.) cauzate de scurtcircuite la pământ, generate de defecte în maşini sau instalaţii. Din motivele menţionate trebuie echipate de către electricieni cu sisteme FI / RCD şi reţelele vechi. Contact fix

Comutator

Contact mobil Prindere

figura 7 . Structură siguranţă automată[14]