Varga Arpad Szakdolgozata 2

Védelmi készülékek

GÉPGYÁRTÓ ISKOLAKÖZPONT GYERGYÓSZENTMIKLOS

VIZSGADOLGOZAT

KÉSZITETTE: IRÁNYÍTO: Varga Árpád Borbély Magdolna XII.C

1


2011

A dolgozat témája:


2


Tartalomjegyzék 1. A túláram és túlfeszültség fogalma.......................................................5 oldal 1.1. Túláram......................................................................................................................5 oldal 1.2. Túlfeszültség..............................................................................................................5 oldal 2. A túláram és túlfeszültség elleni védelem készülékei...................................................6 oldal 2.1. Megszakítók...............................................................................................................6 oldal 2.1.1. Kisfeszültségű megszakítók..................................................................................11 oldal 2.1.2. Nagyfeszültségű megszakítók...............................................................................12 oldal 2.2. Olvadóbiztosítók......................................................................................................15 oldal 2.2.1. Diazed-rendszerű olvadóbiztosító.........................................................................16 oldal 2.2.2. Nagy teljesítményű késes olvadóbiztosító............................................................17 oldal 2.2.3. Csöves olvadóbiztosító.........................................................................................17 oldal 2.2.4. Nagyfeszültségű olvadóbiztosító..........................................................................17 oldal 2.3. Relék........................................................................................................................19 oldal 2.3.1. A relék fogalma, feladata és alapvető jellemzői...................................................19 oldal 2.3.2. A relék osztályozása.............................................................................................20 oldal

3


Bevezetés

Ha egy háztartásban van áram, ami a XXI. században elengedhetetlen, ott vannak olyan berendezések is, amik az életveszélyes helyzetek elkerülését biztosítják. Mivel, mint minden, ezek a rendszerek is meghibásodhatnak, főleg ha elektromosak. Ezért van szükségünk védelmi intézkedésekre, melynek célja kiküszöbölni az elektromos hálózat üzemeltetéséből adódó veszélyes kockázatát. Ily módon csökkenti a tűz, sérülés, anyagi károknak a fennálló esélyét. Az elektromos energia az elektronok áramlásakor alakul át más energiává, közben az elektronok a vezetékben az energia-átalakító berendezésen haladnak át. Az izzólámpában fény és hő keletkezik, a villamos motorok forgás közben mechanikai munkát végeznek. Az áramlás útját az elektromos zárt áramkör, röviden az áramkör. Kisfeszültségen a feszültség értéke 230V állandó értékű, az áramkörben kialakuló áram nagysága az ellenállás értékétől függ. A villamos vezetéken és a készülékekben, berendezésekben folyó áram melegíti a vezetéket, a készülékeket. Helyesen kialakított vezetékben és készülékekben a keletkező hő nem okoz károsodást. Azt a legnagyobb áramot, amelyik tartós terhelés esetén sem okoz termikus eredetű károsodást a vezeték esetében, megengedett áramnak , készülékeknél névleges áramnak nevezzük.

4


1. A túláram és túlfeszültség fogalma 1.1. Túláram A névleges, ill. a megengedett áramnál nagyobb áramot túláramnak nevezzük. A vezetékeken, a berendezéseken kialakuló túláram túlterhelés, vagy a zárlat következtében keletkezhet. A túláram keletkezésének megfelelően túlterhelési vagy zárlati áram lehet. Amikor a villamos berendezésen tartósan (hosszabb ideig) a megengedett, vagy névleges áramnál nagyobb áramerősség folyik túlterhelésről beszélünk, a kialakuló áramot túláramnak nevezzük. Amikor a villamos berendezés feszültség alatt álló vezetője meghibásodás következtében a fém testhez ér, vagy két vezető fémesen érintkezik egymással zárlat keletkezik. Zárlat bekövetkezésekor az áramkörben a névleges áram értékének többszöröse a keletkező zárlati áram, amely pusztító hatást fejt ki a berendezésben, ha kellő gyorsaságú védelemről nem gondoskodunk. Az áramköröket olyan biztonsági berendezésekkel kell ellátni, amelyek a megengedett legnagyobb áram túllépésekor az áramkört biztonságosan megszakítják az áramkört, ezáltal a berendezést megvédi a károsodástól.

1.2. Túlfeszültség A túlfeszültségek eredetüket tekintve lehetnek belső és külső túlfeszültségek. A belső eredetű túlfeszültség egyes félvezető elemek (pl. tirisztor) kikapcsolási folyamatának következménye. A külső eredetű túlfeszültségek a táp- vagy a fogyasztói hálózatról erednek. A túlfeszültség okai: 1. Induktivitást tartalmazó áramkörök megszakítása. 2. Zárlatok lekapcsolása (kapcsolási túlfeszültség). 3. Kapacitív és induktív csatolások útján keletkező túlfeszültségek. 4. Légköri zavarok esetén fellépő véletlenszerű túlfeszültségek. 5. Olvadóbiztosítók kiolvadásakor keletkező túlfeszültségek. A túlfeszültségek megszüntetésének (megelőzésének) ill. korlátozásának főbb módszerei: Védőkapcsolókkal és –kapcsolásokkal: •

egyenáramu biztosítók és gyorskapcsolók alkalmazása;

5


•

•

•

•

az egyenirányítókat tápláló transzformátorok primer és szekunder oldali kapcsolójának egymáshoz reteszelése úgy, hogy az utóbbi nyisson korábban (kapcsolások helyes sorrendje); az egyenáramú kör induktivitásának záródiódával való áthidalása; járulékos induktivitások beépítése túlfeszültségek csökkentésére;

a

zárlatok

lekapcsolásakor

keletkező

a transzformátorok primer és szekunder tekercse közötti földelt árnyékolás a kapacitív úton áthaladó túlfeszültségek ellen.

A túlfeszültség korlátozása és csillapítása: •

speciális túlfeszültség levezetők alkalmazásával;

•

túlfeszültség korlátozó feszültségfüggő ellenállások alkalmazásával;

•

lökő feszültségálló tirisztorok és diódák, Zener diódák alkalmazásával;

•

RC körök megfelelő kapcsolásaival a nagy időben rövid idejű feszültségváltozások csillapítására.

2. A túláram és túlfeszültség elleni védelem készülékei A túlterhelést és a zárlatot külön-külön egyes berendezések biztosítsák, hogy károkat okozhassanak, azonban mindkét probléma elleni védelem is megengedett egy védelmi berendezésben, ha mindkét meghibásodás elleni védelmet tartalmazza. A túlterhelés-védelem alapvető követelménye, hogy túlterhelési áramot még az előtt az időpont előtt szakítsa meg, amelynél már beállna a védett berendezés károsodása. A vezetékékek minden olyan pontjára be kell építeni a túlterhelés védelmet, ahol a vezeték terhelhetősége csökken (ez általában vezeték keresztmetszet csökkenés, de lehet anyagminőség változás is rézről alumíniumra). A kizárólag túlterhelés védelmet szolgáló kikapcsoló eszközöknek nem okvetlenül szükséges zárlat iránti áram megszakítására alkalmasnak lenniük, ha olyan zárlatvédelem van felszerelve, amely az ilyen nagyobb zárlati áramokat rövidebb idő alatt szakítja meg.

2.1. Megszakítók a. A megszakítók feladata és felosztása Feladatuk a zárlati áramok és az üzemi áramok kapcsolása. Nem gyakori működésre méretezik. - Felosztásuk több szempont alapján történhet. A sikeres árammegszakításhoz az szükséges, hogy az áram nulla átmenetében az ívcsatorna lehűljön és a vezetőképessége megszűnjön. Ez az ív által gerjesztett és a hűtőközeg által elvezetett hőtől függ. Az ívoltás módja szerint megkülönböztetünk:

6


- természetes oltású megszakítókat; (Ezekben a megszakítókban az érintkezők nyitásán kívül más ívoltási módot nem alkalmaznak. Ilyen megszakítókat csak kisfeszültségen alkalmaznak.) - mesterséges oltású megszakítókat. Az ívoltó közeg minősége szerint: - mágneses fúvású légmegszakítókat; - olajmegszakítókat; - vízoltású megszakítókat (expanziós); - légnyomásos megszakítókat; - gáznyomásos megszakítókat; - vákuummegszakítókat Működés szerint: - Önműködő gyors visszakapcsolásra nem alkalmas megszakító - Önműködő gyors visszakapcsolásra alkalmas megszakító A megszakítókkal szemben támasztott követelmények: a) A névleges üzemi és a megengedett túlterhelési áramot biztosan be és ki kell tudnia kapcsolni. b) A bekapcsolás után a zárt érintkezőkön a terhelési áram káros melegedést nem okozhat. c) Kikapcsolás után a nyitott érintkezők között tökéletes szigetelésnek kell maradnia a leválasztott rész felé. d) A megszakítónak a beépítési helyen fellépő legnagyobb zárlati áramot biztosan és gyorsan kell megszakítania. A gyors működés a védett berendezés károsodását csökkenti, másrészt az együttműködő erőművek stabilitásának is feltétele. Igen gyors árammegszakítás esetén, ha az áram a természetes nulla átmenet előtt szakad meg, veszélyes túlfeszültség keletkezhet. e) A kis kapacitív és induktív áramok kapcsolásakor is hibátlanul kell működnie. f) Korszerű hálózati védelmek és automatikák működési feltételeit is biztosítani kell (pl. egy- és háromfázisú visszakapcsolás). g) A korszerű megszakítóknak ezeken felül még számos követelménynek is meg kell felelnie pl. nagy üzembiztonság, minimális és egyszerű karbantartási igény stb. b. Ívoltás A megszakító kikapcsolásakor villamos ív keletkezik, melyet igen gyorsan meg kell szüntetni. Az ívoltáshoz csökkenteni kell az ívet fenntartó tényezők hatását, és egyidejűleg növelni kell az érintkezők közötti szigetelőanyag átütési szilárdságát. Ívoltó tényezők: (azok a fizikai tényezők, amelyek az ív újragyulladását megakadályozzák, ill. az ív oltását biztosítják) a. az érintkezők gyors széthúzása (nő az ívhossz, nagyobb ívfeszültség kell); b. az érintkezők hűtése a termikus emisszió csökkentésére; c. az ív oszlopának hűtése, mert így akadályozható a hő ionizáció; d. az ív útjának kiöblítése (az ívoszlopban lévő töltéshordozók eltávolítása), de ez csak váltakozó áramnál lehetséges, az áram nulla átmeneténél; az ívoszlop villamos szilárdsága megnő; e. az ív nyújtása- az érintkezők széthúzásával, vagy különféle ívoltó szerkezetekben, kamrákban; f. az ív részekre bontása, s ezáltal az ívfeszültség növelése;

7


g. a nyomás növelése- csökkenti az ütközéses ionizációt, nagyobb lesz a szigetelőanyag

villamos szilárdsága. Csökkenti az ív átmérőjét, így az ívellenállás és az ívfeszültség nő.

c. Megszakítók működtető szerkezetei A megszakító működtető szerkezetének alapfeladata a megszakító mozgó érintkezőjének a kellő sebességű be-, illetőleg kikapcsolása, de úgy hogy az az út végén a nagy sebesség ellenére se ütközzön fel túl erősen, ne okozzon mechanikai deformálódást. A működtető szerkezet lehet kézi hajtású, vagy gépi hajtású A kézi hajtás lehet az energiát szolgáltató személy működésétől függő, vagy független Függő kézi hajtás pl. a szakaszolók bekapcsolására szolgáló rudazatos emeltyűs hajtás, ahol a kés zárási sebessége a működtető kar mozgásától függ. Ez a működtetési mód a megszakítóknál nem kielégítő az esetleges zárlatra való rákapcsolás, illetőleg a kikapcsolásnál az ív oltásához szükséges gyors érintkező mozgási igény miatt. Független kézi hajtás esetén a kézi működtető kar (emelő kar, vagy forgató kar) egy rugót feszít meg és az érintkezőket a rugó működteti. A működés bekövetkezhet a rugó bizonyos feszitettségi állapotának elérése után, külön beavatkozás nélkül, vagy úgy hogy a rugó teljes megfeszített állapotában reteszelt helyzetbe kerül és csak a reteszelés feloldása után működteti a megszakító érintkezőit. Ez a rugó erőtárolós hajtás. A rugó erőtárolós hajtás „be-ki” kapcsolási művelet végzésére alkalmas elvi működését az ábra mutatja. A kézi forgattyúval áttételen keresztül felhúzott bekapcsoló rugó megfeszített állapotban van. A beoldó kilincs mechanikus vagy elektromágneses elmozdítása után a bekapcsoló rugó bekapcsolja a megszakítót, és közben felhúzza a (az ábrán összenyomja) a kikapcsoló rugót. A kikapcsoló kilincs mechanikus, vagy elektromágneses elmozdítása után a kikapcsoló rugó kikapcsolja a megszakítót. A közép és nagyfeszültségű hálózatokon fellépő múló jellegű zárlatok esetén szükséges a megszakítónak a zárlatoltás után néhány tized másodperc utáni visszakapcsolása a fogyasztók ellátásának biztosítása érdekében. A mennyiben a zárlat tartós, a megszakítónak ismét ki kell tudni kapcsolni. A gyors visszakapcsolási „ki-be-ki” működtetés elvégzésére alkalmas rugó erőtárolós hajtás elvi működési vázlatát látjuk az ábrán. A megszakító kikapcsolt helyzetben van. A „be”- oldó kilincs elmozdításakor a megszakítót e rugó bekapcsolja és a mozgó érintkező beakad a (13) kioldó kilincsbe. Ezután a motor a rugót ismét teljesen megfeszíti (az ábrán összenyomja). A (13) kioldó kilincs elmozdításakor a rugó kikapcsolja a megszakítót. Ezután a „be”- oldó kilincset a mechanizmus önmaga, vagy a megszakítóhoz tartozó automatika elmozdítja: bekövetkezik a bekapcsolás és ezután – ha a védelem ismét zárlatot érzékel – a (13) kikapcsoló kilincs elmozdításával létrejön a kikapcsolás. Amennyiben gyakori kapcsolási műveletek végzésére van szükség a megszakítók működtető szerkezeteinek az „üzemképessé tételére” célszerű „gépi” megoldást alkalmazni. Ez lehet: elektromágneses, • •

• •

• •

•

8


• • •

villamos motoros, légnyomásos, hidraulikus

Rugó erőtárolós hajtás „be-ki” kapcsolási művelet végzésére (elvi vázlat) Jelölések: 1-kéziforgattyú; 2-fogaskerék áttétellel; 3-bütykös tárcsa a 4-bekapcsoló rugó összenyomására; 5-bekapcsoló rugó beoldó kilincse; 6-közbetét darab; 7-megszakító érintkezők; 8-kioldó kilincs; 9-kioldó rugó

9


Gyors visszakapcsolási működtetésre alkalmas rugó erőtárolós hajtás (elvi működési vázlat) Jelölések: 1…9 az 1. ábra szerint; 10-be- és kikapcsolást végző rugó; 11- kulissza kar; 12- a 8-as kioldó kilincset működtető bütyök; 13-a megszakító érintkezőt bekapcsolt helyzetben tartó kioldó kilincs; 14-felhúzó villamos motor; 15-csigakerék hajtás

10


2.1.1. Kisfeszültségű megszakítók a. Kismegszakítók A kismegszakító a legnagyobb számban alkalmazott és a mindennapi életből is jól ismert megszakító típus. Alkalmasak fogyasztói vezetékhálózat belső vezetékeinek, kisebb motoroknak, háztartása villamos készülékeknek zárlat-és túlterhelés védelmére. Az ívoltást deion oltókamra segíti. A túláram védelmet elektromágneses gyorskioldó, a túlterhelésvédelmet ikerfémes hő kioldó látja el. Így alkalmas olvadóbiztosító helyettesítésére, azzal az előnnyel, hogy kioldás után egyszerűen visszakapcsolható, ha a zárlatot, illetőleg túlterhelést előzőleg megszüntetik. (Túlterhelés esetén rövid üzemszünet szükséges a hő kioldó lehűlésére!) A kismegszakító független működésű és szabad kioldású. Utóbbi azt jelenti, hogy a zárlat, vagy túlterhelés fennmaradása esetén hiába tartjuk benyomva a „be” gombot, a kismegszakító ettől függetlenül kikapcsol. b. Nagyteljesítményű megszakítók A kisfeszültségű nagyteljesítményű megszakítók jelentős része légmegszakító. Ezek már fő- és segédérintkezőkkel, valamint oltókamrával rendelkeznek. Megszakításkor először a főérintkező nyílik ki – gyakorlatilag árammegszakítás nélkül. Ezután nyílik az ívhúzó résszel is ellátott segédérintkező, amelyen létrejött ívet az áramút megszakítóban való kialakulása folytán előálló dinamikus erőhatás az oltókamrába tereli, ahol az kialszik.

APU tipusú kisfeszültségű megszakító metszete Jelölések: 1-főérintkezők; 2-segédérintkezők; 3-ívhúzó szarvak; 4-keramikus válaszfalas (rekeszes) oltókamra; 5-gyorskioldó; 6-főtengely; 7-rugós hajtószerkezet; 8-motorhajtás

c. Gyors légmegszakítók A gyorsan működő megszakítók először az egyenáramú áramkörök megszakítására terjedtek el. Minél rövidebb ugyanis a működési idő, annál kisebb áramértéken kezdődik a 11


megszakítás. Az egyenáramú zárlati áramkörök időállandója 7-15x10-3 s közötti értékű, ami azt jelenti, hogy az állandósult érték 63%-át ennyi idő alatt éri el a zárlati áram. Tehát, ha a zárlati áramot hatásosan akarjuk korlátozni, úgy a fenti időnél lényegesen rövidebb működési idő szükséges. Ennek elérésére csökkenteni kell a kioldási késést, tehát gyorsítani kell a kioldó működését, gyorsítani kell az érintkezők szétválását, az ívet nagy sebességgel el kell távolítani az érintkezőkről és meg kell nyújtani úgy, hogy az oltáshoz szükséges ívfeszültséget minél hamarabb elérjük. Az első két feltétel teljesítésében segít az áramútnak a megszakítóban való helyes kialakítása, a zárlati áram dinamikus erőhatása nyissa az egyébként nyíló érintkezőket. A harmadik feltétel kielégítéséhez hatásos oltókamrán kívül igen erős járulékos mágneses ívfúvás alkalmazása is szükséges. • • •

2.1.2. Nagyfeszültségű megszakítók a. Légnyomásos megszakító Oltóközegük nagynyomású levegő. Hátránya, hogy a sűrített levegőhöz kompresszorra és megfelelő csővezeték hálózatra (vagy megszakítónként külön kompresszorra) van szükség. A megszakító elvi felépítése az ábrán látható. Kikapcsoláskor az ív oltását és az érintkezők mozgatását, nyitott helyzetben a villamos szilárdságot a nagynyomású levegő biztosítja, a bekapcsolást rugók végzik.

a - tárcsás dugattyú; b - előérintkező; c, d - rugók; e - szelep; f - csőperem; h - fékkamra; i - kipufogónyílás

b. Kis olajterű (olajszegény) megszakítók Szigetelő- és oltóközegük az olaj. Az oltókamrában keletkező ív olajgőzt ill, bomlási gázt fejleszt, ami nagy nyomást és erőteljes olajáramlást létesít. A nyomás az ívet összeszorítja, a gőzfejlődés energiát von el, az olaj áramlása az érintkezőket hűti és az ívcsatornát kiöblíti. Az érintkezők szétválása után az áram nulla átmenetét követően az újragyulladást a keletkezett gáz nagy nyomása akadályozza meg. A megszakítási teljesítmény az oltókamrában megengedhető nyomás függvénye. Az ívközegbe fújt gázt vagy gőzt általában még irányítják is, e szerint megkülönböztetünk hosszanti-, kereszt- és vegyes fúvású rendszert. A kis olajterű megszakítók oltókamrája különleges kialakítást kíván. Az oltókamra magában foglalja a nagynyomású meg-szakítási teret, amelyet nagy szilárdságú öntvények és 12


rétegelt műanyag henger határol. A szabadtéri kivitelű megszakítóknál ezt porcelán védi. A tér belső részét olaj tölti ki, meghatározott tér-fogatú légpárnával, amely a keletkező nyomás növekedési sebességét csökkenti. A külső térrel csak a gázelvezető nyílás köti össze. A megengedettnél nagyobb nyomás kialakulásának megakadályozására szelepet vagy valamilyen biztonsági törőelemet építenek be.

a)hosszfúvású; b) keresztfúvású kényszeráramoltatással; c) keresztfúvású differenciáldugattyús fúvással; d) keresztfúvású; f) vegyes fúvású

c. SF6 szigetelésű megszakítók A tiszta SF6 színtelen, szagtalan, nem mérgező és nem gyúlékony gáz. 1500C-ig kémiailag közömbös. A levegő hiánya következtében az érintkezők nem oxidálódnak. A megszakítás gyors, az érintkezők fogyása kicsi. A gáz villamos szilárdsága 1,5-3 bar nyomáson kb. az olaj villamos szilárdságával egyezik meg E=120 kV/cm. A gázáramlás előállításának módjától függően egy- és kétnyomásos megszakítókat különböztethetünk meg. A kétnyomásos megszakítóknál két, különböző nyomású SF6-gázt hasznának. A kisnyomású gáztartályban több oltókamra egységet helyeznek el. A nagynyomású tárolótartályból mechanikailag működtetett szelepeken keresztül jut a gázáram az oltótérbe kikapcsoláskor. Záráskor nincs gázáramlás. A nagynyomású gáz lecsapódásának megelőzésére 10 °C alatt a tartályt fűteni kell. A működtetés földpotenciálon lévő légnyomásos hajtással történik. A középfeszültségű SF6 gázos megszakítók ívoltó szerkezetei gáz- és mágnes fúvásúak. A gázfúvásúak egynyomású megszakítók. A mágnes fúvásúaknál a villamos ív a mágnes tér hatására egy hengerpalást mentén pörög, s így ugyanazon hatást éri el, mintha gáz áramolna az ív tengelyére merőlegesen. d. Vákuummegszakítók A vákuum a kapcsolókészülékek számára kiváló szigetelő és ívoltó közeg. Minimális az ionizálható gázmolekulák száma. Erősáramú technikában a vákuum-ívoltó kamrák

13


nyomása 10-2…10-6 Pa. Nehéz megvalósítani a szükséges vákuumot, mert az anyagok felületén molekula vastagságú gázréteg található. Vákuumban az ív fenntartásához rendelkezésre álló közeg:  a katódfoltból közvetlenül elpárolgó fém,  a teljes érintkező felületről elpárolgó fém,  a vákuumban levő szilárd anyagok felületén megkötött molekuláris gázréteg. A nagy villamos szilárdságú vákuum és a rendkívül kicsi elektródatávolság miatt gyors deionizáció ideális kapcsolószerkezet kialakítását teszi lehetővé. Az érintkezők távolítása, nyitása csekély, pl. 11…15 kV-os kamránál 8-12 mm. A kedvező ívoltási tulajdonság miatt kis áramnál áramlevágás következhet be, ezért az érintkezők anyagába alacsony olvadáspontú ötvözőket visznek (réz-bizmut, réz-króm). A vákuummegszakítók villamos élettartama minden más megszakítónál jóval nagyobb. A nagyfeszültségű vákuummegszakítók külsőleg az egységkamrás megszakítókhoz hasonlítanak. A megszakító térben sorba kötve megfelelő számú vákuumkamra van, amelyeket közösen működtetnek légnyomásos hajtással. Különösen alkalmas a névleges zárlati vagy kisebb áramok sokszori kapcsolására, mert villamos élettartamuk minden más megszakítónál jóval jobb. Jellegzetességük, hogy az oltókamrát nem kell, de nem is lehet karbantartani (cserélni kell). A hajtás mágneses vagy rugóerő tárolós. Tokozott berendezésekben alkalmazható az igen kis mérete miatt. A vákuumtérben levő megszakító érintkezőkben az áram utakat úgy alakítják ki, hogy a keletkező ívre jelentékeny mágneses erő hasson. Ezt az érintkezők behasításával érik el. A mágneses erők hatására az ív az érintkező homlokán körbe fut, így talppontja nem tud egy helyben állva maradni és mély krátereket égetni az érintkező felületén.

Jelölések: 1-oltókamraház szigetelőanyagból és fémből, vákuum biztos lezárással; 2érintkezők; 3-kondenzációs ernyők az elpárolgott érintkező fém megkötésére; 4-álló- és mozgató érintkező áram-hozzávezetései; 5-csőmembrán a mozgatóérintkező elmozdulásának vákuumzáró tömítésű bevezetésére; 6-mozgóérintkező megvezető

14


2.2. Olvadóbiztosítók Az olvadóbiztosító olyan készülék, amely egy vagy több, a túláramok elleni védelem céljára méretezett alkatrészének megolvadása útján megszakítja az áramkört, ha abban az áram egy megadott értéket meghatározott ideig meghalad. Tehát az olvadóbiztosító feladata a villamos berendezések, készülékek túláramvédelme, ezen belül a zárlati áramok elleni védelem. Az olvadóbiztosítók feszültségmentesítés céljára is alkalmasak, ha árammentes állapotban az olvadóbetéteket eltávolítjuk, ezen kívül még érintésvédelmi feladatokat is elláthatnak. Az olvadóbiztosítókat az alábbiak szerint csoportosíthatjuk: Névleges feszültségük szerint: - nagyfeszültségű (középfeszültségű), - kisfeszültségű. Szerkezeti kialakításuk szerint: - becsavarható (D-rendszerű), - késes, - csöves. Kiolvadási jelleggörbéjük szerint: - gyors (hirtelen), - késleltetett (lomha), - igen gyors (ultragyors), - kombinált (lomha-gyors). •

•

•

a. Működése: Az olvadószál kör vagy szalag kialakítású. Alapvetően végig azonos keresztmetszetű, ill. az áramkorlátozó jellegű biztosítók esetében változó keresztmetszetű. A zárlati áram hatására az olvadószál hőmérséklete gyorsan növekszik egészen az olvadásig. A magas hőmérséklet következtében az olvadószálat körülvevő kvarc homok is megolvad, olvadék csatorna keletkezik. Az olvadószál hirtelen elgőzölgése miatt a betétben nyomásnövekedés jön létre, az ebből következő térfogattágulásra nincs lehetőség, ezért a nyomás jelentősen megnő. A hideg kvarchomok szemcséi közé szoruló nagynyomású fém gőzök lehűlnek, lecsapódnak, hőenergiájukat leadják. Ennek következtében az ív megszűnik, az áramkör megszakad. b. Az olvadóbiztosítók villamos jellemzői Az olvadóbiztosítókat névleges feszültségük, névleges áramerősségük, névleges megszakítóképességük, valamint idő-áram kiolvadási jelleggörbéjük jellemzi. A névleges feszültség az a legnagyobb üzemi feszültség, amelyen a biztosítót használni lehet. A névleges áramerőség az az áramerősség, amellyel a biztosító kiolvadás nélkül tartósan terhelhető. A megszakítóképesség az a legnagyobb független zárlati áram, amelyet a biztosító adott feszültségnél és adott feltételek mellett meg tud szakítani.

15


2.2.1. Diazed-rendszerű olvadóbiztosító

A Diazed-rendszerű biztosítók 500V névleges feszültségre és 200A névleges áramerősségig készülnek. A D-rendszerű biztosító egyben felcserélhetetlen biztosító, mert méretei és kialakítása olyan, hogy csak meghatározott típusú és meghatározott értéknél nem nagyobb névleges áramerősségű betét behelyezését teszi lehetővé. Az illesztő elem megakadályozza, hogy a felhasználó tévedésből nagyobb áramerősségű olvadó betétet helyezzen be. A D-rendszerű olvadóbiztosító szerkezeti felépítése látható az ábrán. Részei: porcelán aljzat mellső vagy hátsó áramkörbe való csatlakozásra alkalmas kivezetésekkel, a biztosított vezetéket mindig a menet hüvelyéről kivezetett érintkezőhöz kell kötni. •

•

Illesztő gyűrű, melyet a biztosító aljzatba kell csavarni. Belső átmérője megegyezik az azonos névleges áramú olvadó betét csapszerűen illeszkedő érintkezőjének átmérőjével. Így nagyobb áramerősségű betétet nem lehet benne elhelyezni.

a biztosítóbetét (olvadó betét). A porcelánból készült hengeres test (7) belsejében elhelyezett olvadószálat (3) és a kiolvadást jelző szálat (6) kvarc homok (4) veszi körül. Az olvadószál a betét két végén lévő érintkezőket (1,5) köti össze, a kiolvadást jelző szál rugónyomás ellenében egy jelző gombot (2) tart a betét felső érintkezőjének közepén. A betéteket 4...200A névleges áramerősségű tartományban, szabványosított méretnagyságokban (az áramerősségekhez tartozó szintén szabványosított színes jelzőtárcsákkal) gyártják. biztosítófej becsavarásával helyezzük el a betéteket az aljzatba. A gyártó vállalatok sokszor nem jelleggörbéket, hanem jellegsávokat adnak meg a biztosítókra, a gyártásból eredő szórás miatt. •

•

16


2.2.2. Nagy teljesítményű késes olvadóbiztosító A késes olvadóbiztosító olyan aljzatból és zárt szigetelőházas, általában fogantyúval kezelhető olvadó betétből álló biztosító, amelynek olvadó betétje késszerű érintkezőkkel érintkezik az aljzattal. A késes olvadóbiztosító három alkatrészből áll: biztosítóaljzatból (a), olvadó betétből (b) és fogantyúból (c).

A betétek névleges megszakító képessége nem lehet kisebb, mint 50kA. Az olvadó betét belső szerkezetében van a fő olvadószál több párhuzamosan kapcsolt, általában ezüstből készült szalag, szűkítő kivágásokkal. A nagyellenállású segéd olvadószál párhuzamosan van kapcsolva a fő olvadó szállal, utoljára olvad el, jelzi a kiolvadás tényét.

2.2.3. Csöves olvadóbiztosító

Elsősorban hiradástechnikai berendezésekben alkalmazzák. 25mm hosszú, 5,2mm átmérőjű üvegcsőbe forrasztott olvadószál, két végét fém sapka zárja le. Rugós villák közé szorítható. Készül gyors és lomha kivitelben.

2.2.4. Nagyfeszültségű olvadóbiztosító Nagyfeszültségen, a hazai gyakorlatban csak középfeszültségen, 35 kV-ig alkalmaznak olvadóbiztosítót. Működési jelleg szempontjából áramkorlátozó és megszakító jellegű olvadóbiztosítókat különböztethetünk meg. Az áramkorlátozó olvadóbiztosítók egy meghatározott áramérték felett nem engedik kifejlődni a független zárlati áram csúcsértékét, hanem már lényegesen kisebb értéknél kiolvadnak (az áramot levágják). A levágott áram lényegesen kisebb, mint a független zárlati áram csúcsértéke. Az áramkorlátozás mértéke függ a biztosító névleges áramától és a 17


független zárlati áram nagyságától. Az áramlevágás következtében túlfeszültség jön létre, amelyet kapcsolási túlfeszültségnek nevezünk. Ha az áramkorlátozó biztosító a zárlati áram hatására működik, kétszer keletkezik áramlevágás és túlfeszültség. Először a fémes áramvezetés megszakadásakor (olvadó elem kiolvadása), másodszor az áramkör végleges megszakításakor. Az olvadó elemek kialakításával biztosítani lehet, hogy a kapcsolási túlfeszültség a hálózatra ill. villamos berendezésekre veszélyes érték alatt maradjon. Az áramkorlátozó biztosítók működésekor az olvadó elemek kiolvadása, ill. elgőzölgése után nagy ellenállású ív iktatódik az áramkörbe; azt túlnyomóan hatásossá teszi, tehát a megszakítás gyakorlatilag áram- és feszültség-nulla átmenetében történik. Az áramkorlátozó olvadóbiztosítók áramkorlátozó képességét jellemző jelleggörbéket nevezik a védelmi jelleggörbéknek, amelyek a levágott (tényleges megszakítási) áramok legnagyobb értékeit ábrázolják a biztosító beépítési helyén fellépő független zárlati áram függvényében. A középfeszültségű áramkorlátozó olvadóbiztosító szerkezeti felépítését szemlélteti az ábra. A biztosítók 1 ezüst olvadó szálai leggyakrabban hőálló kerámiából készült 2 bordázott száltartóra vannak feltekercselve. A száltartó furatában helyezik el a rugószerűen tekercselt, az ezüst olvadó szálakkal párhuzamosan kapcsolt, nagy ellenállású ún. segédszálat, amely a biztosító 3 kiolvadás jelzőjét vagy a biztosító kioldószerkezetét működteti. Az egészet a fémből készült 4 csőfoglalattal légmentesen és nyomásállóan lezárt 5 szigetelő-, rendszerint porcelán csőbe helyezik és a csövet 6 szemcsés ívoltó anyaggal pl. tiszta kvarc homokkal töltik ki. A csőfoglalatok a biztosító érintkezői. A biztosítóbetétet 7 rugózott érintkezőkkel ellátott aljzatba helyezik, amely a 8 fém alapra szerelt 9 támszigetelőkből, a rájuk szerelt 7 aljzatérintkezőkből és a 10 áram-hozzávezetésekből áll.

Az olvadó betétek általában olyan kialakításúak, hogy belsőtéri és szabadtéri felhasználásra egyaránt alkalmasak. Az aljzatok belsőtéri támszigetelőkkel belsőtéri, szabadtéri támszigetelőkkel szabadtéri felhasználásra készülnek. Az utóbbi időben törekednek arra, hogy a biztosítóbetétek hosszméretei és az aljzathoz csatlakozó csőszerű érintkező foglalataik átmérője lehetőleg egységesítve legyen. Követelmény az is, hogy a biztosítók rendelkezzenek olyan kioldószerkezettel (striker), amely a kiolvadás jelzésén túl alkalmas arra, hogy külön közbeiktatott segéderőtároló-szerkezet nélkül közvetlenül működtethesse pl. a biztosítóval kombinált terhelésszakaszolót. a megszakítási folyamat ugyanolyan, mint a megszakítókban, a zárlati áram teljes értékre kifejlődik, de az ívfeszültség kisebb a hálózati feszültségnél. Kapcsolási túlfeszültség az áramkör végleges megszakításakor keletkezik. A megszakító jellegű biztosító rövid, néhány cm hosszúságú olvadó szálból és a vele párhuzamosan kapcsolt nagy szilárdságú tartószálból áll. Ezeket folyékony vagy gázképző A

megszakító jellegű biztosítók nál

18


ívoltó anyagba, majd rugós feszítőszerkezetükkel együtt szigetelőcsőbe helyezik. Amíg az olvadószál ép, a rugós szerkezetet a tartószál megfeszített helyzetben tartja. Az olvadószál és a tartószál együttes kiolvadása után a rugó az ívet az ívoltóanyagba behúzza, ahol az ívoltó tényezők hatására az ív kialszik, az áramkör megszakad. A középfeszültségű megszakító jellegű biztosítók egy jellegzetes típusát, a gázképző ívoltó anyaggal működő kifúvós biztosítót mutatja az ábra.

1-érintkező; 2-szigetelőcső; 3-vörösréz cső (sönt); 4-rugó; 5-bórsav; 6-ívhúzó rúd; 7-érintkező; 8-olvadóelem; 9-tartószál; 10-filberggyűrű

2.3. Relék 2.3.1. A relék fogalma, feladata és alapvető jellemzői A mechanikus relék valamilyen fizikai, többnyire villamos mennyiség megváltozását (megjelenését, eltűnését, nagyságának változását) érzékelik és e változás előre meghatározott, beállított mértékének elérése vagy meghaladása esetén olyan elmozdulást végeznek , amelynek segítségével a hozzájuk kapcsolódó berendezések (megszakító, szabályozó, jelző stb.) állapotváltozását hozzák létre. A működést jelentő elmozdulás rendszerint egy érintkező zárását (nyitását) okozza, amely egy vezérlő áramkört befolyásol. Digitális védelmekben a logikai szintek, és logikai kapcsolatok eredményeként változik a relé állapota. Az összetett védelmekben a relék működése láncszerűen történik, pl. áram relé érintkezője időrelé gerjesztő áram-körét zárja, az időrelé érintkezője segéd relét működtet, utóbbi pedig a megszakító kioldást vezérlő áramkörét kapcsolja stb. A relék feladata tehát kettős: érzékelés és parancsadás. Ennek megfelelően a legegyszerűbb villamos relének is legalább két áramköre, s így négy csatlakozó kapcsa van. A villamos mennyiségeket (áram, feszültség, frekvencia, energiairány, impedancia stb.) érzékelő relék működése alapvetően abban különbözik az ugyanolyan mennyiségeket mérő műszerektől, hogy utóbbiakkal ellentétben a relék nem állapítják meg a vizsgált mennyiség nagyságának éppen uralkodó értékét, hanem csak azt, hogy ezen érték egy beállított, meghatározott nagyságnál kisebb vagy nagyobb-e. Működésük tehát nem folyamatos, hanem billenő jellegű .

19


Minthogy a relék működését kiváltó nyomaték többnyire a működést jelentő elmozdulás során maga is megváltozik, továbbá az elkerülhetetlen súrlódás mindig a mozgással ellentétes irányban hat, egy nyugalmi állapotban volt relé meghúzása és egy meghúzott relé nyugalmi helyzetbe történő visszaállása az érzékelt villamos mennyiség nem ugyanazon értékénél következik be. A megszólalási és elengedési érték hányadosát tartóviszonynak (ct), reciprokját (ce) elengedési viszonynak vagy ejtő viszonynak nevezzük. A relék nagy részénél a megszólalási érték az e célra szolgáló skálán adott határok között beállítható. A tényleges megszólalási érték és a skálán beállított érték különbsége a skálahiba, amit a skálaértékhez viszonyítva százalékosan szokás kifejezni. Jó minőségű relénél az 5%-ot nem haladja meg. Adott beállítású relé többszöri megszólalása a mért mennyiség nem pontosan azonos értékénél következik be. E tulajdonság a relé szórása . Mennyiségileg úgy fejezik ki, hogy több, rendszerint tíz működésből megállapítják a megszólalást kiváltó legnagyobb és legkisebb érték különbségét és ezt viszonyítják az átlagos értékhez. A védelmi célokat szolgáló relék szórása 5%-nál mindig kisebb.

2.3.2. A relék osztályozása A sokféle célú, elvű, szerkezetű és tulajdonságú relék célszerű osztályozása a működési elv, a megszólalást kiváltó mennyiség, az érzékelőszerv kialakítása, a parancsadó-szerv kialakítása és az érintkezők működésmódja szerint történhet. Működési elv szerint megkülönböztetünk: - elektromágneses, - indukciós, - elektrodinamikus, - hőhatáson alapuló - egyenirányítós, - elektronikus (félvezetős), - egyéb elven működő reléket. Az első öt típus működési elve azonos az ugyanilyen elnevezésű mérőműszerekével. A hatodik elektronikus relé többnyire nem elemi relé, hanem kapcsolási kombináció, amelynek legfeljebb csak kimeneti oldala tartalmaz egy elektromechanikus segéd relét. Az utolsó csoportba tartoznak pl. a transzformátorok gázképződésére és olajáramlására reagáló Buchholz-relék, nyomásváltozásra működő relék stb. A megszólalást kiváltó jellemző mennyiség szerint az alábbi csoportok állíthatók fel: - Áram relék. A relé tekercsén átfolyó áram beállítással meghatározott értékének túllépésekor működnek. Rendszerint In = 5 A, ritkábban In = 1 A névleges szekunder áramú áramváltóhoz való csatlakozásra készülnek. A megszólalási áram az egyes típusoknál általában (l...2)In, esetleg (0,5...1,0)In között állítható be. Egyes célokra (4...8)In és (8...16)I sávon belül megszólaló relék is készülnek. - Feszültség relék. Az érintkező kialakítási módjától függően feszültségemelkedési és feszültségcsökkenési változata van. Többnyire: 100 vagy ritkábban 200 V névleges szekunder feszültségű feszültségváltókról való táplálásra készítik. A beállítási skálatartomány többféle, de a skála-határok aránya rendszerint 1:2, pl. 60...120 V, vagy 30...60 V. - Teljesítményirány-relék vagy más néven energiairány-relék a wattos vagy meddő teljesítmény irányát érzékelik. Két tekercsük van: áramtekercs és feszültségtekercs. Nyomatékuk nagysága és előjele az áram, a feszültség és köztük lévő szög valamelyik 20


szögfüggvényének szorzatától függ, ezért szorzat reléknek is nevezzük. Elmozdulásuk mindkét irányban lehetséges, így két érintkezőjük van, amelyek az egyik és másik energiairánynak felelnek meg. Beállítási lehetőségük nincs. Rendszerint In=5 A és Un=100 V névleges csatlakozási értékre készülnek. - Impedancia csökkenési relék. Szintén két tekercsük van, egy áram- és egy feszültségtekercs. A nyomatékukat a feszültség és áram hányadosa szabja meg. Megszólalnak, ha a hányados a beállítással meghatározott érték alá süllyed. Többnyire In = 5 A, vagy In =1 A és U =100 V névleges értékre készülnek. - Frekvencia relék. A váltakozó áram frekvenciáját érzékelik. Un=100 V névleges feszültségű feszültségváltóhoz csatlakoznak. Megszólalnak, ha a frekvencia a beállított érték alá csökken, vagy föléje emelkedik. Európában a névleges frekvencia 50 Hz, a relék beállítási tartománya rendszerint 45...55 Hz. - Impulzusra működő relék. E kategóriába sorolhatók a segéd relék és az időrelék, amelyek tekercse az áramforrásból csak nulla, vagy gyakorlatilag névleges működtető-feszültséget kaphat és ennek megfelelően húz meg vagy enged el. Feladatuk tehát az előző csoportoktól eltérően nem a kapcsaikon megjelenő villamos mennyiség nagyságának megítélése, hanem csupán annak jelenléte és hiánya közötti megkülönböztetés. A felsorolás csak a legjellemzőbb rendeltetéseket tartalmazza. Egyes összetett relék (pl. stabilizált különbözeti relék, áramtól függő késleltetésű túláramrelék, stb.) a fenti kategóriákba egyértelműen nem sorolhatók be. A szorzat-, ill. hányados relék két villamos mennyiség együttes hatására működnek, a többiek egy villamos mennyiség változására szólalnak meg. Az érzékelőszerv kialakítása szerint a primer és szekunder relékről vagy kioldókról beszélhetünk. Primer jellegű az érzékelés, ha mérőváltók közbeiktatása nélkül a relén az ellenőrzött áram közvetlenül áthalad, ill. a relé közvetlenül a mérendő feszültségre csatlakozik. Szekunder érzékelésűek az áramváltók, ill. feszültségváltók szekunder tekercséről táplált relék. A parancsadó szerv kialakítása szerint a működtetés közvetlen vagy közvetett hatású lehet. Az előbbi csoportba tartoznak a kioldók, amelyeknél a mechanikai elmozdulás közvetlenül működteti a megszakító kilincsművét. A közvetett hatású relék érintkezője működtető segédáramforrás közvetítésével hat a megszakítóra. Ezek a szorosabb értelemben vett relék. Mivel mind az érzékelésnek, mind a parancsadásnak kétféle módja van, elvben négyféle kombináció alakítható ki: - primer kioldó, - primer relé, - szekunder kioldó, - szekunder relé. A védelemtechnikában döntő súllyal a szekunder reléket, korlátozott mértékben a primer kioldókat alkalmazzák. A másik két kombináció csak elvétve fordul elő.

21


Az érintkezők működésmódja szerint a relék vagy munkaáramú, vagy nyugalmi áramú érintkező révén fejtik ki hatásukat. A gyakorlatban elsősorban munkaáramú vezérlést használnak.

Forrásanyagok

http://bmf.hu/users/morvagy/VEL-III/1.V%E9delmi%20alapelvek-k%F6vetelm%E9nyek/A%20rel %E9k%20fogalma%20%E9s%20oszt%E1lyoz%E1sa.pdf A relék feladata, osztályozása http://digita.uw.hu/VillM/muvek_10.pdf Az olvadóbiztosítók http://digita.uw.hu/VillM/muvek_11.pdf Kapcsolókészülékek

Dimény László – Kliment Tibor: Villanyszerelő szakmai ismeretk I-III B+V Lap és Könyvkiadó kft. 2006

22

Varga Arpad Szakdolgozata 2

Recommend Documents