APARATE DE COMUTATIE SI DE PROTECŢIE

                    6.1. Aparataj de instalatii

            Aparatajul de instalatii este un ansamblu de produse destinate sa asigure cerintele impuse instalatiei electrice, sa protejeze instalatia si personalul de exploatare contra efectelor curentului electric, în cazul defectelor accidentale, si sa garanteze functionarea corecta a receptoarelor alimentate din retea.

            Având în vedere ca terminologia în domeniul aparatajului nu este prezentata înca pe plan international sub o forma unitara acceptabila, se poate consider 828t1923i a ca, din punct de vedere al rolului fundamental, cel de comutatie în circuitele electrice, se disting:

            - aparate de comutatie de putere, destinate în special pentru conectarea si deconectarea circuitelor de distributie si de alimentare a receptoarelor;

            - aparate de automatizare, care opereaza în circuitele de putere mica, în care circula semnalele de comanda.

             Din punct de vedere al rolului specific în reteaua de energie, se deosebesc, pe de o parte, aparate de distributie si, pe de alta parte, aparate de comanda si auxiliare.

            Aparatele de distributie asigura: functionarea corecta a retelei, prin conectarea sau deconectarea diverselor ramuri; protectia circuitelor, prin întrerupere automata în caz de defect accidental; separarea electrica a circuitelor.

            Aparatele de comanda au drept scop:

- asigurarea functionarii aparatelor de distributie conform scopului instalatiei, permitând:

            - un control al puterii transmise, inclusiv conectarea si deconectarea sarcinii,                           atât intentionat (manual sau automat), cât si în caz de avarie;

            - o anumita succesiune a manevrelor din retea;

- realizarea unor functii de automatizare:

- achizitii de date (detectie) constând în culegerea de informatii, prin                 intermediul unor captori, privind starea marimilor caracteristice de proces,                  în vederea transmiterii lor sistemului de prelucrare a informatiei;

            - prelucrarea datelor, având ca rezultat:

                        - emiterea de ordine spre aparatele de comutatie;

                        - informatii necesare operatorilor pentru monitorizare functionarii (de                           exemplu, semnalizari).

            Prin comanda unui aparat se întelege ordinul transmis aparatului de a efectua o anumita operatie (de exemplu, manevra de închidere sau de deschidere, reglajul).

            Se disting diverse moduri de comanda asupra aparatelor de comutatie:

            - manuala, realizata prin interventia umana;

            - automata, realizata fara interventia umana, în conditii predeterminate;

            - directa, dintr-un punct situat pe aparat sau în imediata vecinatate a acestuia;

            - la distanta (telecomanda), dintr-un punct îndepartat fata de aparatul comandat.

            Aparatele auxiliare sunt folosite în circuite speciale ca, de exemplu, circuitele de semnalizare.

                    6.2. Aparate de distributie                         6.2.1. Tipuri de aparate

            Aparatele de distributie pot fi clasificate în :

            - aparate de comutatie mecanice, care realizeaza modificarea continuitatii circuitului (închidere-deschidere respectiv stabilire-rupere) prin intermediul unor contacte separabile;

            - aparate electronice;

            - sigurante fuzibile care realizeaza numai întreruperea (ruperea) în conditii anormale (supracurenti).

                        6.2.2. Functiile aparatelor electrice în circuitele de putere

            Un aparat poate îndeplini una sau mai multe din urmatoarele functii: comutatia de putere, separarea, protectia electrica.

            Notiunea de comutatie poate fi privita sub diferite aspecte, în functie de context:

            - modificarea configuratiei circuitului;

            - modificarea continuitatii circuitului:

                        - mecanic: închiderea-deschiderea

                        - electric: stabilirea-întreruperea (ruperea) curentului.

Modificarea configuratiei sarcinii în circuitele de putere poate avea loc  sub actiunea unei comenzi manuale sau electrice. Se disting:

            - comutatia functionala, în conditii normale, eventual într-o secventa                prestabilita: conectarea/deconectarea de la sursa de energie; modificarea circuitului;

            - deconectarea (oprirea) de urgenta (întreruperea alimentarii), în caz de pericol;

            - deconectarea în vederea lucrarilor de întretinere curenta (mentenabilitate).

            Asigurarea unei anumite secvente de functionare a instalatiei se realizeaza prin comanda asupra aparatelor de comutatie din circuitele de putere (functia deauxiliar de comanda);

            Separarea consta în izolarea unui circuit/receptor fata de sursa de energie, astfel încât sa fie posibila efectuarea în siguranta a unor interventii la partea separata.

            Protectia electrica are în vedere evitarea si limitarea efectelor curentilor din instalatie:

            - protectia elementelor de circuit si/sau a receptoarelor în caz de:

                        - supracurenti (suprasarcini, scurtcircuite);

                        - supratensiuni;

                        - scadere sau lipsa de tensiune;

            - protectia persoanelor împotriva electrocutarii în cazul atingerilor accidentale                (cauzate, în principal, de defecte de izolatie).

            Protectia poate fi realizata direct de catre aparat (special conceput în acest scop) sau la comanda altor aparate sau dispozitive de supraveghere încorporate sau asociate aparatului.

                        6.2.3. Marimi caracteristice generale ale aparatelor de comutatie

            Caracteristicile nominale standard sunt valorile caracteristice aproximative ale marimilor, specifice ansamblului conditiilor de functionare, care servesc pentru identificarea aparatului si  pe care se bazeaza încercarile acestuia.

            Valorile nominale (valorile de utilizare) sunt valorile marimilor caracteristice stabilite, de regula de catre constructor, pentru un anumite conditii de functionare si care figureaza în documentatia aferenta aparatului (de exemplu, în cataloagele de produse).

            Tensiunea nominala de utilizare (notatie internationala Ue, notatie uzuala Un) este valoarea tensiunii care, alaturi de curentul nominal, determina domeniul de folosire a aparatului si la care se raporteaza încercarile corespunzatoare si categoria de utilizare.

            Curentul prezumat al unui circuit reprezinta intensitatea curentului care ar circula în circuitul considerat în absenta aparatului înseriat în circuit (deci daca acesta ar prezenta o impedanta nula); poate fi apreciat ca valoare efectiva sau ca valoare de vârf.

            Curentul nominal standard al unui aparat este intensitatea curentului, aleasa dintr-o serie normalizata de valori , de

regula asa-numita serie R10 cu modulul  (de exemplu: .....6, 10, 16, 20,25, 32 ,.......100, 125, 160, ..400, ... A).

            Curentul nominal permanent (neîntrerupt, notat international Iu si uzual In), precizat de constructor, este valoarea curentului care poate fi suportat de aparat în serviciu neîntrerupt.

            Curentul termic conventional (curentul nominal termic, curentul permanent maximal), în aer liber sau în carcasa, Ith este cea mai mare valoare a curentului de durata (8 ore), la 40oC, pentru care temperatura bornelor aparatului nu depaseste 105oC (= 65oC = 65 K).

            Capacitatea de deconectare (capacitatea de rupere), notata Id, Ir sau Ic, este curentul maxim (valoare eficace) pe care aparatul îl poate întrerupe, fara consecinte nedorite (degajare de flacara, arc electric permanent, amorsare a arcului electric între faze sau la masa, uzura exagerata a contactelor).

            Integrala Joule este precizata prin integrala curentului pentru un interval de timp dat:

                                                              

si este exprimata în A2s

            Categoria de utilizare defineste aplicabilitatea aparatului, fiind caracterizata, de exemplu, prin multiplii curentului sau tensiunii de serviciu, factor de putere, capacitate de rupere, selectivitate etc.

                    6.3. Probleme de comutatie a circuitelor electrice în curent alternativ

            În functie de natura sarcinii circuitului, fenomenele de comutatie în circuite au o evolutie diferita si, în consecinta, aparatele de comutatie cu acelasi curent termic vor avea o comportare diferita si performante diferite. Alegerea aparatelor de comutatie trebuie realizata deci în strânsa corelatie cu natura sarcinii comutate.

                        6.3.1. Conectarea circuitelor în sarcina

            Se vor reaminti particularitatile de conectare pentru câteva tipuri de sarcina reprezentative, la aceeasi valoare efectiva I a curentului în serviciu permanent.

            a. Curentul de conectare a receptoarelor rezistive normale, cu rezistenta R, a caror temperatura de functionare nu depaseste câteva sute de K, poate fi considerat practic egal cu curentul de functionare în serviciu de durata (treapta de curent):

                                                                                                                               (6.3.1)

            b. Conectarea sarcinilor cu caracter preponderent inductiv (R + L), caracterizate prin factorul de putere cos, include un regim tranzitoriu, în care intensitatea curentului este data de o relatie de forma mentionata anterior pentru regimul de scurtcircuit (§ 3.7):

                                                                                         (6.3.2)

unde  este amplitudinea curentului în serviciu permanent,  =  - ,  - unghiul de conectare (evaluat fata de trecerea prin zero a tensiunii), T = L/R - constanta de timp electrica a circuitului.

            Se observa ca la t = 0 rezulta curentul de conectare

                                                                                                                       (6.3.3)

iar dupa prima semiperioada se manifesta curentul de soc, a carui valoare se calculeaza cu relatia similara expresiei 3.7.4:

                                                                                                                       (6.3.4)

            c. Pentru sarcinile cu caracter capacitiv (C+R), în cazul cel mai defavorabil de conectare, curentul va fi.

                                                                                                     (6.3.5)

iar la t = 0 rezulta:

                                                                                                                         (6.3.6)

care, în cazul când rezistenta circuitului este foarte mica, poate atinge valori de (3  10)I.

            d. La conectarea lampilor cu incandescenta, filamentul aflat initial în stare rece, ajunge în stare finala la temperaturi ce depasesc 2500 K. Deoarece rezistenta variaza aproximativ cu puterea 1,2 a temperaturii absolute, valoarea initiala a acesteia este de circa 13 ori mai mica decât valoarea în serviciu permanent. Rezulta, în general, un curent la conectare de ordinul (12  15)I.

            Curentul de conectare intra, de regula, în categoria supracurentilor functionali. Valorile curentului de conectare influenteaza încalzirea cailor de curent, inclusiv comportarea contactelor aparatelor de comutatie, existând riscul de sudare a contactelor. Aceleasi valori sunt resimtite de aparatele de protectie la supracurenti, care nu trebuie sa le interpreteze drept valori de defect si, prin urmare, nu trebuie sa provoace deconectarea sarcinii.

                        6.3.2. Deconectarea circuitelor

            Întreruperea unui circuit este însotita de formarea unui arc electric între contactele aparatului de comutatie. Arcul electric reprezinta, în general, un fenomen nedorit, având un efect termic distrugator si prelungind timpul de întrerupere efectiva a circuitului. De retinut ca arcul în curent alternativ se stinge în fiecare semiperioada în momentul trecerii naturale a curentului prin zero si se poate reaprinde în semiperioada urmatoare daca deionizarea nu este suficienta, respectiv daca rigiditatea dielectrica a spatiului de descarcare este inferioara tensiunii aplicate.

            Dupa trecerea prin zero a curentului si stingerea arcului electric, tensiunea între contactele aparatului de comutatie devine tensiunea retelei, în urma unui proces tranzitoriu sub forma unei oscilatii sinusoidale amortizate, cu o frecventa mult superioara frecventei retelei, ceea ce da nastere la o supratensiune (tensiunea oscilanta de restabilire). În absenta

amortizarii, valoarea de vârf poate atinge  sau chiar   (cum este, de exemplu, cazul sarcinilor capacitive).

            Reamorsarea arcului electric este rezultatul unei adevarate competitii între tensiunea oscilanta de restabilire (determinata de retea) si restabilirea rigiditatii dielectrice a spatiului dintre contacte (determinata de constructia aparatului de comutatie), competitie care se desfasoara diferit în diferite aparate si la diferite tipuri de sarcini. Viteza de restabilire a tensiunii si amplitudinea acesteia depind, în principal, de constantele circuitului întrerupt. Restabilirea rigiditatii dielectrice este determinata, în primul rând, de actiunea dispozitivelor pentru stingerea arcului, de proprietatile mediului care stinge arcul, etc. În figura 6.3.1 sunt reprezentate evolutiile în timp pentru: tensiunea retelei (cu valoarea U0 în momentul trecerii prin zero a curentului, curba 1), tensiunea oscilanta de restabilire (curba 2), tensiunea de arc Ua, restabilirea rigiditatii dielectrice în spatiul de descarcare (curba A - caz în care are loc strapungerea spatiului de descarcare si reamorsarea arcului electric, respectiv curba B - când arcul nu se reaprinde).

            În general, aparatele de comutatie mecanice sunt construite astfel încât, în mod repetitiv si fara a suferi deteriorari sensibile, sa accelereze stingerea arcului electric, prin deionizarea intensiva a spatiului de descarcare si prin realizarea unei anumite viteze de separare a contactelor.

            Trebuie subliniat si faptul ca, în anumite situatii, coloana de arc electric de deconectare poate juca un rol pozitiv în limitarea valorii curentului întrerupt, prin înserierea rezistentei sale în circuit (§ 6.3.3).

                        6.3.3. Limitarea curentului întrerupt

            În timpul întreruperii, în functie de parametrii aparatului de comutatie si ai retelei, curentul de defect din circuit atinge cel putin o data valoarea de vârf.

            Efectele termice si electrodinamice ale curentilor de scurtcircuit, ale caror valori depasesc de zeci de ori valorile curentului în serviciu normal si care pot necesita câteva semiperioade pâna la întreruperea de catre aparatul de comutatie, impun ca, pe cât posibil, sa se diminueze amplitudinea si durata curentilor respectivi.

            Limitarea curentului întrerupt consta în abilitatea aparatului de a împiedica atingerea valorii de vârf a curentului de defect prezumat din circuit, reducând valoarea curentului întrerupt si durata acestuia prin circuit (sub o semiperioada) si diminuând astfel solicitarile termice si mecanice din elementele de retea parcurse de curent si perturbarile electromagnetice rezultate. Limitarea curentului contribuie la exploatarea optima a circuitelor electrice, a sistemelor de bare colectoare si a aparatelor de comutatie si contribuie la prelungirea semnificativa a duratei de viata a acestora. În acelasi timp, devine posibila realizarea în mod economic a selectivitatii functionarii aparatelor pe niveluri diferite ale retelei de distributie.

            Procesele fizice care contribuie la limitarea curentului întrerupt sunt specifice fiecarui aparat de comutatie.

            Figura 6.3.2 exemplifica procesul de întrerupere în cazul întreruptoarelor si al sigurantelor fuzibile. Curentul întrerupt

este limitat la o valoare il   .

                    6.4. Aparate de comutatie mecanice                         6.4.1. Aparate cu functii specifice

            O mare parte din aparatele de comutatie sunt destinate sa realizeze sarcini specifice în circuitele de distributie, fiecare aparat prezentând anumite particularitati de functionare.

            a. Separatorul se caracterizeaza prin:

            - închidere si deschidere manuala, cu viteza dependenta de operator;

            - doua pozitii de repaus (închis, deschis);

            - în pozitia deschis, evidentiabila în mod clar (fie vizibil, fie prin dispozitive de semnalizare), realizeaza o distanta de izolare corespunzatoare, care asigura protectia personalului la interventia în instalatia din aval;

            - nu poate fi manevrat în sarcina, ci numai în gol (stabilirea si întreruperea curentului de sarcina se realizeaza de catre alte aparate din circuit);

            - realizeaza functia de separare;

            - suporta timp nelimitat curentii normali si, pentru scurt timp (precizat), curenti de suprasarcina si de scurtcircuit, pâna la eliminarea acestora de catre aparate specializate din circuit.

            b. Întreruptorul (separator de sarcina) este caracterizat prin:

            - închidere si deschidere manuala, în general cu viteza independenta de operator;

            - doua pozitii de repaus (închis, deschis);

            - suporta si întrerupe curenti normali, inclusiv curenti de suprasarcina; poate fi manevrat în sarcina;

            - suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit,  pâna la eliminarea acestora de catre alte aparate specializate înseriate în circuit;

            - realizeaza functiile de comutatie functionala (într-un domeniu limitat de curenti) si separare.

            c. Întreruptorul de putere (disjunctor) are drept particularitati:

            - închidere manuala sau prin acumulare de energie într-un resort, cu viteza independenta de operator (de exemplu, cu ajutorul unui motor);

            - doua pozitii de repaus (închis, deschis); mentinerea în pozitia închis se realizeaza printr-un mecanism cu zavor (clichet);

            - deschidere voita (ca urmare a  comenzii operatorului (manuala sau electromagnetica, locala sau de la distanta) sau automata, în caz de supracurenti (la comanda unor aparate de protectie - declansatoare - încorporate);

            - prin echipare cu declansatoare, îndeplineste simultan functiile de comutatie de putere si de protectie;

            - poate fi conceput sa realizeze si functia de separare;

            - stabileste si întrerupe curenti normali, inclusiv curenti de suprasarcina; întrerupe curenti de scurtcircuit;

            - suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit,  pâna la eliminarea acestora de catre aparatul respectiv;

            - numar posibil de manevre (în gol si în sarcina normala) relativ redus, datorita constructiei mecanice.

            d. Contactorul (electromagnetic) se deosebeste prin:

            - actionare exclusiv prin electromagnet (închidere-deschidere, la comanda);

            - o singura pozitie de repaus (de regula, deschis), mentinerea în pozitia actionat fiind asigurata de catre electromagnet;

            - stabileste, suporta si întrerupe curenti normali si de suprasarcina;

            - suporta, un timp specificat, curenti de scurtcircuit,  pâna la eliminarea acestora de catre alte aparate specializate înseriate în circuit;

            - asociat cu relee adecvate, îndeplineste atât functia de comutatie functionala (functia de baza), cât si functia de protectie la suprasarcina;

            - poate fi folosit ca aparat auxiliar de comanda;

            - frecventa de conectare foarte mare (în gol si în sarcina).

                        6.4.2. Asociatii de aparate

            Pentru a face fata cerintelor de comutatie si de protectie în circuite, se asociaza diverse aparate cu functii specifice, care se completeaza functional reciproc.

            Ca exemple uzuale de combinatii, se pot mentiona:

            - contactor + relee de protectie (care realizeaza comutatia functionala si protectia la suprasarcina);

            - contactor (singur sau asociat cu relee de protectie) + sigurante fuzibile (care realizeaza comutatia functionala, protectia la scurtcircuit si, eventual, protectia la suprasarcina);

            - întreruptor + sigurante fuzibile (asigurând comutatia în sarcina normala si protectia în caz de scurtcircuit);

            - întreruptor de putere + sigurante fuzibile (atunci când curentul de defect depaseste capacitatea de rupere a întreruptorului).

                        6.4.3. Aparate integrate, cu functii multiple

            Solutiile practice sunt:

            a. separator + sigurante încorporate (sigurante fuzibile pe fiecare pol);

b. întreruptor - separator;

            c. întreruptor + sigurante încorporate;

            d. întreruptor de putere (disjunctor) - contactor;

            e. întreruptor de putere (disjunctor) - contactor - separator;

            f. demaror (starter) - ansamblu de aparate care asigura pornirea si oprirea unui motor, precum si protectia acestuia în caz de suprasarcina.

                        6.4.4. Marimi caracteristice comune

            Pe lânga marimile mentionate în § 6.2.3, sunt definite si alte marimi caracteristice ale aparatelor, dintre care o parte vor fi mentionate în continuare.

            Capacitatea de conectare (de închidere) Icon reprezinta curentul maxim (valoare efectiva) pe care aparatul îl poate stabili, fara o uzura exagerata sau sudura contactelor.

            Curentul admisibil de scurta durata, cu notatia Isd sau Icw, este curentul (valoare efectiva) pe care aparatul îl poate suporta, în pozitia închis, într-un timp si în conditii specificate.

            Curentul nominal de utilizare (notatie internationala Ie), precizat de constructor, tine seama de tensiunea si frecventa nominala, de serviciul atribuit, de categoria de utilizare si, dpa caz, de tipul carcasei de protectie.

            Serviciile în care contactele principale ale aparatului ramân închise, parcurse de un curent constant, pot fi, de exemplu:

            - serviciu de scurta durata (temporar), în cadrul caruia nu se atinge echilibrul termic;

            - serviciu continuu (8 ore);

            - serviciu permanent (neîntrerupt) cu durata mai mare de 8 ore;

            - serviciu intermitent periodic sau serviciu intermitent, definit prin: duratele cu si fara sarcina, care nu permit atingerea echilibrului termic; factorul de încarcare (raportul între durata de functionare în sarcina si durata totala a ciclului - cunoscut si sub denumirile de durata relativa de conectare sau durata de actionare - si exprimat, de regula, în procente : 15 - 25 - 40 - 60%);  frecventa de conectare (numarul de manevre pe ora).

            Anduranta mecanica este caracterizata prin numarul de cicluri de manevra (închidere-deschidere) în gol (fara sarcina electrica) pe care îl poate efectua un aparat fara revizia sau înlocuirea pieselor mecanice, cu posibilitatea întretinerii normale conform indicatiilor      Anduranta electrica  este caracterizata prin numarul de cicluri de manevra (închidere-deschidere) în sarcina pe care îl poate efectua un aparat fara repararea sau înlocuirea pieselor mecanice.

                        6.4.5. Circuitele aparatelor de comutatie

            Circuitele aparatelor electrice sunt:

            - circuite principale (de putere, de curenti intensi), având functia de comutatie (închidere-deschidere) în circuitul electric aferent;

            - circuite de comanda, folosite pentru a comanda manevrele aparatului (închidere, deschidere sau închidere-deschidere);

            - circuite auxiliare, destinate a fi înserate în circuitele altor aparate, îndeplinind functii de semnalizare, blocare etc.

            În mod corespunzator, se deosebesc, pe de o parte, contacte principale si, pe de alta parte, contacte de comanda si contacte auxiliare, manevrate mecanic de aparatul respectiv.

                        6.4.6. Conditii generale pentru realizarea functiei de comutatie

            Alegerea aparatelor se realizeaza pornind de la: curentul de calcul (de durata Ic si de vârf Iv) din circuitul respectiv, curentul de scurtcircuit al retelei Isc  (§ 4.54.7) si de la categoria de utilizare.

            Se folosesc datele de catalog ale furnizorului de aparataj.

            În principiu, aparatele trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte:

            - în functionare de durata, sa suporte timp nelimitat curentul de calcul: Is  Ic, în functie de specificul receptorului;

            - sa prezinte stabilitate termica si dinamica în cazul unui scurtcircuit în aval de punctul de montare a aparatului, pentru o durata precizata;

            - sa asigure conectarea si deconectarea sarcinii fara consecinte daunatoare asupra instalatiei (supratensiuni, uzura a aparatelor, reamorsarea arcului electric), tinând seama de supracurentii functionali de scurta durata;

            - sa poata întrerupe curentii de defect din instalatie, înainte ca acestia sa exercite efecte daunatoare asupra instalatiei;

- sa ofere posibilitatea de racordare la borne a conductoarelor retelei (sectiuni minime si maxime posibile).

                    6.5. Protectia circuitelor electrice                         6.5.1. Functiile protectiei

            Protectia electrica a elementelor de circuit este asigurata prin doua functii:

            - detectarea situatiei anormale din circuit, realizata de elemente specifice (cum sunt releele sau declansatoarele) sau de catre sigurante fuzibile (care realizeaza si deconectarea circuitului);

            - întreruperea circuitului, efectuata ca urmare a unei detectii, fie prin aparatul care realizeaza detectia (cazul sigurantelor fuzibile), fie prin aparate de comutatie mecanica (contactoare, întreruptoare de putere) comandate de catre dispozitivul de protectie.

                        6.5.2. Aparate de protectie la suprasarcina

            Protectia la suprasarcina se realizeaza practic prin:

- relee sau declansatoare termice conventionale sau dispozitive electronice, asociate cu sau încorporate în aparate de comutatie (§ 6.8);

- prin sigurante fuzibile alese în mod convenabil, în anumite circuite (§ 6.10.3).

                        6.5.3. Aparate de protectie împotriva scurtcircuitelor

            Protectia împotriva scurtcircuitelor se obtine cu ajutorul sigurantelor fuzibile sau al disjunctoarelor. În cazul disjunctoarelor, detectarea scurtcircuitului si comanda de deschidere a aparatului sunt asigurate de catre declansatoarele electromagnetice încorporate.

            Analiza comparativa a celor doua aparate scoate în evidenta ca fiecare prezinta atât avantaje, cât si dezavantaje, pe baza carora se pot stabili situatiile în care folosirea lor se recomanda cu precadere.

            Sigurantele fuzibile (§ 6.10) prezinta urmatoarele avantaje:

            - au o constructie simpla si un cost scazut;

            - au efect limitator, întrerupând curentul de scurtcircuit înainte ca acesta sa atinga valoarea maxima (curentul prezumat ip) în prima semiperioada (fig. 6.3.2); din acest motiv, instalatiile protejate cu sigurante fuzibile nu se verifica la stabilitatea termica, iar verificarea la stabilitatea dinamica se face la cea mai mare valoare instantanee a curentului care parcurge siguranta - curentul limitat taiat ilt (curent de trecere);

            - îndeplinesc si un rol de separator, patronul cu elementul fuzibil fiind amovibil.

            Ca dezavantaje ale sigurantelor fuzibile se mentioneaza:

            - necesitatea înlocuirii patronului cu element fuzibil la fiecare defect, ceea ce, pe de o parte, diminueaza avantajul costului scazut si, pe de alta parte, conduce la timpi mari de repunere în functiune a instalatiei dupa eliminarea defectului;

            - "îmbatrânirea" termica a elementului fuzibil, ca urmare a suprasarcinilor din retea sau a unor scurtcircuite care au fost eliminate prin topirea altor sigurante consecutive de curenti nominali mai mici;

            - posibilitatea întreruperii unei singure faze, producând functionarea motoarelor în doua faze si, deci, suprasarcini ale acestora;

            - imposibilitatea unui reglaj al curentului de actionare, realizându-se o protectie "bruta";

            - curenti nominali limitati în mod frecvent la 630 A.

            Avându-se în vedere avantajele prezentate, precum si faptul ca o protectie "bruta" este suficienta în retele, sigurantele sunt folosite în majoritatea instaltiilor existente, în portiunile de retea cu curenti de sarcina pâna la 630 A, în special daca curentii de scurtcircuit sunt mari, iar suprasarcinile sunt rare.

            Întreruptoarele (automate) de putere (§ 6.9) au o serie de avantaje:

            - echipate cu declansatoare de supracurent, îndeplinesc simultan functia de aparat de protectie (atât la suprasarcina cât si la scurtcircuit) si functia de aparat de comutatie;

            - permit repunerea rapida în functiune a instalatiilor dupa defect;

            - exista posibilitatea reglarii curentului de actionare (la unele întreruptoare), rezultând o protectie mai exacta, mai adaptata împotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor;

            - asigura întreruperea simultana a celor trei faze;

            - permit comenzi spre si de la alte aparate (inclusiv interblocaje, comanda de la distanta).

            Ca dezavantaje, se remarca:

            - constructia complicata si mai scumpa;

            - lipsa efectului de limitare a curentului de scurtcircuit de catre întreruptoarele "clasice", cu întreruperea curentului la trecerea naturala prin zero, spre sfârsitul celei de a doua semiperioade, cu toate consecintele care decurg din aceasta (solicitari termice si electrodinamice importante în elementele retelei). Acest dezavantaj este eliminat la întreruptoarele limitatoare, cu o constructie mai complicata, la care are loc limitarea curentului chiar în prima semiperioada , similar sigurantelor fuzibile (fig.6.3.2).

            Întreruptoarele automate se recomanda în urmatoarele situatii:

            - pentru curenti de sarcina peste 630 A;

            - când este necesar ca instalatia sa fie repusa rapid în functiune dupa defect, sa se execute comenzi da la distanta sau sa se prevada comenzi de la alte aparate sau interblocaje;

            - când instalatiile functioneaza frecvent în regim de suprasarcina;

            - când se impune deconectarea pe toate fazele;

            - în circuitele motoarelor de putere mare.

            Data fiind perfectionarea constructiva a întreruptoarelor si dezvoltarea întreruptoarelor limitatoare, o distributie fara sigurante fuzibile în joasa tensiune, avantajoasa din multe puncte de vedere, devine o solutie cu o utilizare din ce în ce mai larga.

                        6.5.4. Protectia la scaderea tensiunii de alimentare

            Deconectarea echipamentelor alimentate, în cazul disparitiei sau scaderii sub o anumita limita a tensiunii de alimentare, se realizeaza prin:

            - sensibilitatea contactoarelor electromagnetice la valoarea tensiunii de alimentare a bobinei;

            - relee sau declansatoare specializate.

                    6.6. Contactoare

            Contactorul este un aparat cu o singura pozitie de repaus, actionat altfel decât manual, care poate sa închida, sa suporte si sa întrerupa curenti în conditiile normale ale circuitului (inclusiv cele de suprasarcina).

                        6.6.1. Contactorul electromagnetic

            Contactorul electromagnetic este constituit dintr-un electromagnet de actionare si un ansamblu de contacte principale si contacte auxiliare (fig. 6.6.1).

                        6.6.2. Marimi caracteristice specifice

            Marimile definite în § 6.2.3 si 6.4.4 sunt aplicabile, în general, si contactoarelor, adaugându-li-se o serie de particularitati.

            Curentul nominal de utilizare Ie tine seama si de curentul nominal al releului de suprasarcina. În cazul utilizarii pentru comanda unui singur motor sau a unui receptor capacitiv, poate fi înlocuit prin indicarea puterii maxime care poate fi comandata.

            Curentul temporar admisibil este definit pentru durate de: 1 s, 5 s, 10 s, 30 s, 1 min,  3 min sau 10 min, pornind din stare rece (curent nul timp de cel putin 15 min), la o temperatura a mediului ambiant de cel mult 40oC. Este inferior capacitatii de conectare. Prezinta interes, de exemplu, în cazul motoarelor cu demaraj lung, datorat inertiei mecanismului antrenat.

            Categoria de utilizare în curent alternativ (AC) si în curent continuu (DC) defineste conditiile de stabilire si rupere a curentului în raport cu curentul de utilizare Ie(Is).

            Pentru contactoare, categoria de utilizare depinde de:

            - natura receptorului comandat (rezistor, motor etc.)

            - conditiile în care se efectueaza închiderea si deschiderea circuitului receptorului.

            Câteva exemple sunt ilustrate în figura 6.6.2:

            AC-1 - toate receptoarele alimentate în curent alternativ, având cos  0,95 (sarcini rezistive);

            AC-3 - pornirea motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit, deconectare în sarcina;

            AC-4 - pornire, frânare contracurent si functionare în impulsuri pentru motoare asincrone cu rotorul în colivie.

                        6.6.3. Alegerea contactoarelor

            Principalele marimi caracteristice sunt precizate în datele de catalog ale furnizorului de aparataj (de exemplu, tab. 6.6.1, pentru contactoare Télémécanique).

                                                Tabelul 6.6.1. Caracteristici ale unor contactoare (Télémécanique).

Tip de contactorLC1

D09 D12 D18 D25 D32 D40 D50 D65 D80 D95Curent termic Ith, A 25 25 32 40 50 60 80 80 125 125Curent de serviciu (utilizare) Is, A (a = 40°C)AC-1 25 25 32 40 50 60 80 80 125 125AC-3 9 12 18 25 32 40 50 65 80 95Putere activa nominala de utilizare (puterea normalizata a motorului, trifazat 400 V, AC-3), kW

4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45

Putere reactiva (capacitiva) de utilizare (trifazat, 400 V), kvar

11 11 15 20 25 30 40 40 60 60

Puterea maxima a transformatorului JT/JT comandat (trifazat, 400 V), kVA

7 7 8 12,5 15 24 27 31 34 34

Capacitate de închidere/rupere, Icon/Ir A

250 250 300 450 550 800 900 1000 1100 1100

Curent admisibil de scurta durata , Isd  A

Pentru 1s

Pentru 5 s

Pentru 10 s

210

130

105

210

130

105

240

185

145

380

290

240

430

340

260

720

420

320

810

520

400

900

660

520

990

800

640

990

800

640Sectiune conductor de racord, mm2 4 4 6 6 10 16 25 25 50 50

a. Pentru un circuit de iluminat cu lampi cu incandescenta:

Curentul la conectare, filamentul lampilor fiind, initial, în stare rece este:

                                                                                                                (6.6.1)

            Conditiile de alegere sunt:

                                                                                                                         (6.6.2)

            b. Pentru lampile cu descarcare electrica (AC-1, 40 oC):

                                                     - lampi fluorescente tubulare                                   (6.6.3)

                                          - lampi cu mercur sau sodiu la înalta presiune                      (6.6.4)

(este necesar sa se verifice si conectarea sarcinii capacitive reprezentate de condensatorul de compensare montat în paralel cu fiecare lampa).

            c. În cazul unui circuit de încalzire rezistiv (AC-1, cos  1, I = const)

                                                                                                                              (6.6.5)

            d. Pentru circuitul de alimentare a unui transformator JT/JT (AC-1)

                                                                                                             (6.6.6)

            e. Circuitul capacitiv (AC-1) solicita, de regula:

                                                                                                                      (6.6.7)

            Puterea reactiva maxima comandabila este indicata în catalogul constructorului (de exemplu, tab. 6.6.1).

            f. Circuitul unui motor asincron în colivie (AC-3) - necesita un contactor specific puterii motorului comandat, conform tabelului cu caracteristici ale contactoarelor furnizate de constructor (de exemplu, tab. 6.6.1).

            Asociat cu un releu de protectie (de exemplu, un releu termic), contactorul asigura comutatia si protectia la suprasarcina în circuitul unui motor. Un exemplu de schema este dat în Anexa 2.

                    6.7. Relee si declansatoare                         6.7.1. Principiul de functionare

            Releele si declansatoarele pot fi încadrate în categoria aparatelor de comanda, care, controlând o anumita marime din circuitele electrice în care sunt inserate, pot îndeplini atât functii de protectie cât si functii de automatizare.

Un releu/declansator consta în principiu din doua componente. Organul de detectie este sensibilizat de marimea electrica din circuitul supravegheat si, în conditii prestabilite pentru marimea urmarita, face sa intre în actiune organul de executie.

Asemenea aparate pot fi concepute ca dispozitive de masura, care functioneaza atunci când marimea controlata iese din anumite limite prestabilite, sau cadispozitive "tot sau nimic", actionate de o marime care fie se mentine în limite admisibile, fie ca are valoarea zero.

            Releul electric este un aparat destinat sa produca modificari predeterminate în unul sau mai multe circuite "de iesire", ca urmare a realizarii anumitor conditii în circuitul "de intrare" caruia îi este afectat. Releul realizeaza închiderea sau deschiderea anumitor circuite prin intermediul contactelor lui, care sunt înseriate în aceste circuite (de exemplu, circuitul de comanda al unui aparat de comutatie). Asemenea dispozitive sunt realizate ca aparate independente. Releele de protectie pot fi asociate cu aparate de comutatie mecanica în circuitele de putere (uzual, cu contactoare). În schemele de comanda, releele realizeaza comutatia "tot sau nimic" în circuitele altor aparate.

            Declansatorul, asociat totdeauna cu un aparat mecanic de comutatie, este un dispozitiv legat mecanic cu aparatul respectiv, realizând eliberarea organelor mecanice de retinere (zavorâre) si permitând efectuarea manevrei de închidere. Uzual, declansatoarele sunt încorporate în întreruptoarele de putere (disjunctoare).

            Releele/declansatoarele se pot grupa în :

            - relee/declansatoare de protectie, marimea supravegheata putând fi curentul sau tensiunea din circuite ;

            - relee de automatizare.

            Marea majoritate a releelor/declansatoarelor sunt aparate de amplitudine, care actioneaza la atingerea unui anumit prag fie prin valori crescatoare (aparate de maximum), fie prin valori descrescatoare (aparate de minimum).

            Conform aprincipiului de functionare, releele si declansatoarele pot fi construite ca aparate termice, electromagnetice sau electronice

                        6.7.2. Marimi caracteristice pentru releele si declansatoarele de curent

            Releele/declansatoarele de curent, care supravegheaza intensitatea curentului dintr-un anumit circuit, au ca elemente caracteristice curentul nominal, curentul de reglaj si caracteristica timp-curent.

            Curentul nominal (sau curentul de serviciu) In corespunde intensitatii maxime a curentului de referinta din circuit.

            Curentul de reglaj Ir este valoarea intensitatii curentului din circuitul în care releul/declansatorul este înserat, la care se raporteaza caracteristicile de functionare ale aparatului si pentru care aparatul respectiv este reglat.

            Caracteristica timp-curent a unui releu/declansator indica durata de actionare (timpul de declansare propriu sau al aparatului asociat) în functie de curentul prezumat din circuit, exprimata uzual în multipli ai curentului de reglaj.

            În raport cu timpul de functionare (intervalul de timp între detectie si executie), releele/declansatoarele de protectie pot fi:

            - cu timp de actionare normal, denumite si instantanee (fara întârziere intentionata a functionarii);

            - cu timp de actionare precizat, eventual reglabil, denumite si temporizate a caror actiune este întârziata intentionat, prin folosirea unor organe de temporizare.

            Releele/declansatoarele pot avea o caracteristica independenta sau dependenta de valoarea marimii supravegheate (de intrare).

                    6.8. Relee si declansatoare termice                         6.8.1. Constructie si caracteristici

            Releele si declansatoarele termice sunt construite pe baza unor lamele bimetalice (doua lamele metalice, cu coeficienti de dilatare termica diferiti, laminate împreuna) încalzite de curentul din circuitul protejat:

            - fie direct, prin înserierea în circuit,

            - fie indirect, printr-o înfasurare de încalzire dispusa în jurul lamelei,

            - fie mixt (direct si indirect).

            În cazul curentilor mari, se foloseste un transformator de curent.

            Releele termice de protectie care functioneaza în curent alternativ sunt în general tripolare; trei lamele bimetalice sunt continute într-o carcasa comuna. Releele sunt de regula compensate (fiind insensibile la variatia temperaturii ambiante) si prevazute cu un dispozitiv sensibil la întreruperea unei faze (functionarea în monofazat). Revenirea în starea initiala dupa functionare (rearmarea) se poate face manual sau automat.

            Releele termice sunt asociate cu contactoare, având un contact de deschidere (normal închis) înseriat în circuitul bobinei de actionare a contactorului.

Declansatoarele termice sunt în executie unipolara, fiind înglobate în întreruptoare, putând provoca deschidere aparatului prin dezavorârea mecanismului de mentinere în pozitia închis.

            Curentul nominal (de serviciu) In este curentul nominal al lamelei bimetalice. Gama de curenti nominali cuprinde un numar de valori discrete (tab. 6.8.1).

            Curentul nominal al unui bloc de relee termice (realizat ca element independent) se constituie într-o scara de valori discrete, cu mai putine trepte decât In, într-un bloc putând fi montate lamele având curenti de serviciu într-o anumita gama (de exemplu, tab. 6.8.1).

                                                Tabelul 6.8.1  Trepte de curent pentru relee termice (exemple)

In, A

  Lamela 0,4 0,55 0,75 1,0 1,3 1,8 3,3 4,5 6 8 11 16 20 25 32 40 63

  Bloc

10 --32 --

-- 63

            Pentru a putea acoperi toate valorile curentului din circuitul supravegheat, releul/declansatorul poate fi reglat, într-o plaja stabilita, modificând, cu ajutorul unui surub, cursa unghiulara pe care trebuie s-o efectueze extremitatea lamelei pentru a elibera dispozitivul care mentine releul/declansatorul armat.

            Plajele de reglaj corespunzatoare diverselor valori ale curentului de serviciu sunt alese astfel încât sa se suprapuna partial, dând posibilitatea alegerii unui dispozitiv de protectie pentru orice valoare a curentului din circuitul protejat.

            Curentul de reglaj Ir poate fi situat în una din plajele (indicate de catre constructor):

                                                                                                                   (6.8.1)

            Caracteristica (de declansare) timp-curent este o caracteristica descendenta, invers dependenta de curent (fig. 6.8.1, 6.8.2), indicata frecvent pentru functionarea pornind din stare rece (fara trecerea prealabila a unui curent); declansarea se produce dupa un timp cu atât mai scurt cu cât suprasarcina este mai mare. În cazul când suprasarcina intervine dupa o încalzire prealabila la curentul nominal, constructorul trebuie sa furnizeze o curba corespunzatoare sau sa precizeze precentul de reducere a timpiilor de declansare (25  50%).Declansarea are loc dupa depasirea unui prag cuprins între 105 si 120% din valoarea curentului de reglaj.

            Protectia la suprasarcina în circuitele motoarelor trebuie realizata tinând seama si de particularitatile pornirii. Supracurentul de pornire nu trebuie interpretat drept curent de defect. De asemenea, aparatele de protectie trebuie nu trebuie sa actioneze pe durata pornirii în diferite conditii (de exemplu, pornire în gol, porniri în sarcina la antrenarea unor masini cu inertie mare). Pentru a putea fi adaptate le caracteristicile motoarelor, au fost stabilite clase de declansare (fig. 6.8.1, tab. 6.8.2).

            Protectia termica de clasa 10 (fig. 6.8.2) convine majoritatii situatiilor practice (timp de pornire sub 10 s).

                                    Tabelul 6.8.2. Clase de declansare

ClasaTimp de declansare, pornind din stare rece (fara sarcina initiala)

1,05Ir 1,2Ir 1,5Ir 7,2Ir

10A > 2 h < 2 h < 2 min 2  10 s10 , 4 min 4  10 s20 < 8 min 2  20 s

30 < 12 min 2  30 s

            Curentul de autoprotectie este valoarea curentului (circa 10Is) care provoaca declansarea aparatului comandat de releu/declansator înainte ca lamela bimetalica sa depaseasca temperatura limita la care se mentin caracteristicile de material.

                        6.8.2. Alegerea releelor/declansatoarelor termice

            a. Alegerea curentului nominal al lamelei (curentul de serviciu) se face în functie de curentul maxim admisibil al receptorului si conductorului circuitului.

            Pentru motoare, se alege acea valoare a curentului de serviciu în a carui plaja de reglaj se situeaza (recomandabil, cât mai aproape de limita superioara) curentul nominal al motorului:

                                                                                                                         (6.8.2)

            b. Alegerea curentului nominal al blocului de relee termice se face conform tabelului de corespondenta între curentii nominali ai lamelei si blocului (de exemplu, tab. 7.8.1).

                    6.9. Întreruptoare de putere (disjunctoare)

            Întreruptorul de putere (disjunctorul) este capabil sa închida (stabileasca), sa suporte si sa întrerupa curenti în conditiile normale ale circuitului precum si sa suporte un timp determinat si sa întrerupa curenti de suprasarcina si de scurtcircuit.

                        6.9.1. Constructie si functionare

            Prin încorporarea sau asocierea de elemente specializate, întreruptoarele de putere sunt aparate capabile sa satisfaca simultan aproape toate functiile cerute de o instalatie electrica (comutatie, separare, protectie) precum si alte functii (semnalizare, masurare, comanda la distanta).

Desi, în principiu, se pot realiza si ca întreruptoare simple (neautomate), având numai functiile de comutatie si, eventual,  de separare, întreruptoarele de putere sunt, de regula, echipate cu diverse declansatoare care permit declansarea automata în caz de defect în circuit (suprasarcina, scurtcircuit, lipsa de tensiune sau tensiune minima) sau comanda deconectarii de la distanta, asa cum rezulta din figura 6.9.1.

            În constructia "clasica", declansatoarele de curent sunt elemente unipolare:

            - declansatoare termice de suprasarcina ;

            - declansatoare electromagnetice (de curent maxim) pentru protectia la scurtcircuit.

            În constructiile moderne se folosesc declansatoare electronice.

                        6.9.2. Marimi caracteristice specifice

            Marimilor precizate în § 6.3.3 li se adauga o serie de marimi specifice.

            Categoriile de utilizare ale întreruptoarelor sunt :

            - A - întreruptoare fara o întârziere deliberata de declansare la scurtcircuit;

            - B - întreruptoare prevazute cu mijloace de temporizare a declansarii în caz de scurtcircuit.

            Curentul nominal (de serviciu, de utilizare) In este curentul de serviciu neîntrerupt Iu si are aceeasi valoare cu curentul termic conventional Ith.

            Capacitatea de închidere pe scurtcircuit Icm se exprima prin valoarea de vârf a curentului de scurtcircuit prezumat,

în  , pe care întreruptorul îl poate conecta.

            În cazul ruperii în scurtcircuit, se definesc:

            - Capacitatea de rupere limita la scurtcircuit (Idu sau Icu) - cea mai mare valoare a curentului întrerupt, în cadrul încercarii la scurtcircuit;

            - Capacitatea de rupere de serviciu la scurtcircuit (Ids sau Ics) - corespunde curentului de defect maxim întrerupt, fara ca aparatul sa fie afectat semnificativ; valoarea lui este definita ca un procent din Icu (25, 50, 75 sau 100%).

            Capacitatile de rupere se exprima în kA (valoare efectiva).

            Curentul de scurta durata admisibil Icw este valoarea eficace a curentului de scurtcircuit prezumat, suportabila un timp specificat (de preferinta 0,05 - 0,1 - 0,25 - 0,5 - 1 s). Valorile minime sunt max[12In , 5 kA] pentru In  2500 A si 30 kA pentru In  2500 A. Se defineste pentru întreruptoare din categoria B.

            Caracteristica de limitare a curentului de scurtcircuit, specifica întreruptoarelor limitatoare, arata dependenta valorii de vârf a curentului limitat în raport cu valoarea efectiva a curentului de defect prezumat (fig. 6.9.2).

            În principiu, caracteristica timp-curent a unui întreruptor care asigura functiile de protectie la supracurenti este formata din caracteristicile timp-curent ale declansatoarelor termic si electromagnetic. Caracteristica declansatorului termic, destinat protectiei în caz de suprasarcina, este o caracteristica dependenta de curent (§ 6.8), iar caracteristicadeclansatorului electromagnetic, destinat protectiei în caz de scurtcircuit, este o caracteristica practic independenta de curent (fig. 6.9.3).

            Curentii de reglaj sunt Ir (Irt, In) pentru declansatorul termic respectiv Im pentru declansatorul electromagnetic.

            Declansatorul termic este, în esenta, clasic, corespunzând acelorasi cerinte mentionate în § 6.8.

            Declansatorul electromagnetic este conceput astfel încât sa satisfaca cerintele impuse de sarcina circuitului. În acest sens, standardele stabilesc curbe specifice care difera prin valoarea curentului de reglaj (Im)în raport cu valoarea de reglaj a declansatorului termic (In), conform tabelului 6.9.1. În figurile 6.9.4, 6.9.5, 6.9.6 sunt prezentate grafic curbele caracteristice, cu precizarea limitelor de declansare termica (1 - la rece) si electromagnetica (2) pentru întreruptoare din categoria A (netemporizate).

Tabelul 6.9.1. Curbe de declansare

Curba Im/In Figura Aplicatii

B 3,24,8 fix 6.9.4Protectia generatoarelor, a personalului si a lungimilor mari de cablu (în sistemele TN si TT)

C 710 fix 6.9.4Protectia cablurilor care alimenteaza receptoare clasice

D 1014 fix 6.9.4Protectia cablurilor de alimentare a receptoarelor cu curenti de vârf

MA 12 fix 6.9.5 Protectia demaroarelor pentru motoare

K 1014 fix 6.9.5Protectia cablurilor de alimentare a receptoarelor cu curenti de vârf

Z 2,43,6 6.9.5 Protectia circuitelor electronice

U 5,58,8 6.9.6Protectia circuitelor de distributie terminale în sectoarele tertiare, agricole sau industriale

L 2,63,85 6.9.6Protectia circuitelor si a personalului în circuitele terminale, pentru lungimi ale cablurilor mai mari decât în cazul curbei U (sistem TNS)

                        6.9.3. Alegerea întreruptoarelor

            Pe lânga cerintele mentionate anterior pentru functia de comutatie si pentru protectia la suprasarcina, este necesar, în principiu, ca declansatoarele de curent maxim sa asigure protectia conductorului retelei la scurtcircuit si sa nu reactioneze la supracurentii functionali (de vârf) din circuit (daca acestia exista).

            a. Protectia conductorului este realizata atunci când caracteristica de declansare a întreruptorului se situeaza sub caracteristica I2t a conductorului (integrala Joule a întreruptorului trebuie sa fie inferioara integralei Joule a conductorului) pentru toate valorile curentului de defect pâna la capacitatea de rupere Ids a aparatului (fig. 6.9.7).

            În practica se foloseste frecvent pentru întreruptoarele normale relatia:

                                                                                                                       (6.9.1)

 fiind intensitatea curentului maxim admisibil, în conditii de exploatare, functie de sectiunea conductorului (cap. 5);

            b. Nefunctionarea la curentii de vârf are loc daca declansatorul electromagnetic este reglat astfel încât:

                                                                                                                         (6.9.2)

            Pentru situatiile concrete, este necesar sa se aiba în vedere caracteristicile de declansare specifice.

            Alegerea întreruptoarelor limitatoare urmeaza aceleasi principii aplicate însa particularitatilor constructive si functionale corespunzatoare.

                    6.10. Sigurante fuzibile

            Siguranta este un aparat destinat ca, prin topirea unuia sau mai multor elemente dimensionate în acest scop, sa deschida circuitul in care este intercalata, întrerupând curentul atunci când acesta depaseste o anumita valoare într-un timp suficient.

                        6.10.1. Constructie si functionare

            O siguranta fuzibila are, în general, doua componente de baza :

            - elementul înlocuibil (de înlocuire) - partea mobila care contine elementul fuzibil ce urmeaza a se topi în caz de defect si care va fi înlocuita dupa functionare - prevazut cu contacte în vederea montarii în soclu ;

            - soclul - partea fixa, în care se monteaza elementul de înlocuire, prevazut cu contacte fixe racordate direct la circuitul protejat.

            În functie de realizarea constructiva, privind asamblarea elementului de înlocuire cu soclul, se deosebesc :

            - sigurante cu filet ;

            - sigurante tubulare ;

            - sigurante cu "cutite".

            Sigurantele functioneaza (prin topirea elementului fuzibil) în principal ca aparate de protectie în caz de scurtcircuit. În anumite circuite, sigurantele pot fi folosite si ca aparate de protectie la suprasarcina.

                        6.10.2. Caracteristici principale

            Curentul nominal al elementului de înlocuire In este curentul la care elementul de înlocuire (fuzibil) rezista timp nelimitat.

            Valorile curentilor nominali sunt (conform CEI): 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 A.

            Curentul nominal al soclului Isoclu caracterizeaza functionarea normala a soclului în care se monteaza elementele de înlocuire.

            Valorile celor doi curenti variaza în trepte corelate, conform tabelului 6.10.1 si se indica în scheme sub forma unei fractii Isoclu/In.

            Tabelul 6.10.1. Trepte de curent pentru sigurante fuzibile

In, A

Fuzibil  6 10 16 20 25 32 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630Soclu Sigurante

cu filet25 63 100 -

Sigurante tip "cutit" sau tubulare

160 -

- 250 -- 400 -

- 630

            Identificarea sigurantelor fuzibile se face printr-un grup de doua litere:

            - prima litera indica domeniul curentilor de rupere (de catre elementul de înlocuire):

                        - g - toti curentii;

                        - a - numai o parte din curenti;

            - a doua litera precizeaza categoria de utilizare, definind caracteristica timp-curent, timpii si curentii conventionali:

                        - gG - sigurante de uz general, care pot rupe orice curent;

                        - aM - sigurante pentru protectia circuitelor motoarelor, care pot rupe numai o parte din curenti.

            În practica de proiectare se mai întâlneste notatia gL - sigurante pentru protectia liniilor (conductoare si cabluri).

            În mod frecvent, sigurantele gG sunt folosite si pentru protectia circuitelor motoarelor, în masura în care caracteristicile lor tin seama de curentul de pornire al motorului. Este evident ca, la acelasi curent de calcul al circuitului, sigurantele din circuitul unui motor vor avea curenti nominali mai mari decât în cazul unui receptor fara curent de vârf.

            Curentul (conventional) de nefuziune Inf este valoarea curentului pe care elementul de înlocuire îl poate suporta un timp precizat (1, 2, 3, 4 ore, în functie de curentul nominal) fara a se topi. Pentru fuzibilele cu In > 25 A, Inf = (1,3 1,2)In. Curentul (conventional) de fuziune If este valoarea curentului care provoaca functionarea elementului de înlocuire înainte de expirarea timpului specificat. Pentru fuzibilele cu In > 25 A, If = 1,6In.

            Corespunzator principiului de functionare a sigurantelor caracteristica timp - curent (caracteristica de protectie) este o curba care indica, în functie de curentul prezumat întrerupt, fie durata de prearc, numita si durata de topire, (timpul scurs între aparitia curentului de defect si momentul formarii arcului electric), fie durata de functionare (suma duratelor de prearc si de arc). Caracteristicile de protectie se reprezinta în coordonate dublu logaritmice. Caracteristica de topire(curba a, fig. 6.10.1) are drept asimptote dreapta curentului de topire If si dreapta (c) corespunzatoare integralei Joule de topire (curba b reprezentând caracteristica de functionare). Practic, curbele de prearc si de functionare sunt identice pâna la valori ale curentului în jur de 20 In. De retinut ca, în cataloagele producatorilor de sigurante, sunt indicate, de regula, caracteristicile de prearc corespunzatoare fuzibilelor în stare rece; pentru sigurantele preîncalzite, prin trecerea curentului de serviciu, duratele se reduc proportional cu sarcina preliminara, ajungând la circa 65% dupa functionarea la curentul nominal.

            Având în vedere dispersia timpilor de topire si de functionare, la aceeasi valoare a curentului, fiecarei sigurante îi corespund, în general, doua curbe delimitând ozona de protectie în care poate avea loc întreruperea. Dispersia caracteristicilor de protectie se ia în considerare în proiectarea retelelor pentru receptoare foarte importante; în rest se recurge la caracteristica de protectie sub forma unei singure curbe reprezentând, de regula, durata de prearc în functie de intensitatea curentului.

            Diferenta între caracteristicile celor doua clase de sigurante gG si aM este evidentiata în figura 6.10.2. În timp ce sigurantele de uz general întrerup curentii cu valori cuprinse între curentul conventional de fuziune (circa 1,6 In) si capacitatea lor de rupere Ir, sigurantele de însotire functioneaza ca protectie începând cu valori de circa 4In.

            Caracteristicile sigurantelor gG cu diferiti curenti nominali In alcatuiesc o familie de caracteristici (fig. 6.10.3) din care se observa ca, la aceeasi valoare a curentului de scurtcircuit care parcurge succesiv mai multe sigurante, functioneaza mai întâi, de regula, fuzibilul cu curentul nominal cel mai mic. Asa cum s-a mentionat, timpii de functionare indicati în caracteristici pentru starea rece a sigurantelor se reduc cu circa 35% în cazul unei sarcini preliminare egale cu curentul nominal.

            Integrala Joule de functionare are valorile maxime prezentate selectiv in tabelul 6.10.3.

                                                                                                Tabelul 6.10.2

In, A 10 25 50 80 100 160 250 315 400

I2t, A2s 640 4000 13700 21200 36000 104000 302000 557000 900000

            Caracteristica de limitare (fig. 6.10.4) indica, la o anumita valoare a curentului nominal In, valoarea curentului limitat taiat (numit si curent de trecere) iD (valoarea instantanee maxima a curentului limitat il) functie de valoarea efectiva a curentului de scurtcircuit prezumat Ip (în exemplul din figura, la un scurtcircuit simetric cu Ip = 10 kA, curentul din circuit este limitat, în cursul întreruperii la 7 kA pentru o siguranta cu In = 100 A, în timp ce o siguranta cu In = 10 A limiteaza valoarea curentului la 1,4 kA). Fenomenul de limitare a curentului este ilustrat în figura (6.3.2).

                        6.10.3. Alegerea sigurantelor fuzibile

            Alegerea sigurantelor consta în stabilirea curentului nominal al elementului de înlocuire In, urmata de alegerea soclului corespunzator (de exemplu, conform tab.6.10.1). În acest scop, în practica se folosesc relatii simple între curentul nominal al sigurantei si parametrii circuitului în care sunt înserate (curentul de calcul Ic, curentul de vârf Iv, curentul maxim

admisibil al conductorului sau cablului  ), specifice conditiilor de exploatare.

            I. Sigurantele de uz general folosite în circuitele de putere trebuie sa satisfaca simultan doua sau trei conditii în absenta respectiv în prezenta curentului de vârf în circuitul respectiv.

            1. Siguranta trebuie sa suporte timp nelimitat curentul de calcul al circuitului, ceea ce se realizeaza atunci când curentul nominal al sigurantei este superior curentului de calcul:

                                                                                                                             (6.10.1)

(din acest punct de vedere, siguranta ar trebui sa fie de un curent cât mai mare).

            2. Trebuie sa se asigure protectia conductorului retelei la supracurenti anormali, deconectând circuitul înainte ca temperatura acestuia sa depaseasca limitele admise, în corelatie cu valoarea curentului maxim admisibil corespunzator materialului si sectiunii conductorului metalic, executia circuitului (conductor, cablu, bare) si conditiilor de montaj si exploatare:

            a. protectia numai la scurtcircuit (daca este cazul, în circuit trebuie sa existe un dispozitiv special de protectie la suprasarcina):

                                                                                                                        (6.10.2)

            b. protectia la suprasarcina si scurtcircuit (daca în circuit nu sunt prevazute aparate specifice de protectie la suprasarcina):

                                                                                                                          (6.10.3)

            Din acest punct de vedere, siguranta ar trebui sa aiba curent nominal cît mai mic.

            Mai precis, protectia conductorului rezulta din corelarea integralei Joule a acestuia cu integrala Joule de functionare a sigurantei (fig. 6.10.5).

            3. Siguranta nu trebuie sa functioneze la curentii de vârf (supracurenti functionali, care nu trebuie interpretati drept curenti de defect). Curentul nominal al sigurantei trebuie corelat cu intensitatea curentului de vârf Iv si cu durata acestuia  tv.

            În cazul cel mai des întâlnit al motoarelor electrice, intervin curentul de pornire Ip:

                                                    (cf. §. 4.6)                                        (6.10.4)

si durata pornirii

                                                                                                                                  (6.10.5)

care depinde de dificultatea pornirii, în functie de sarcina în momentul pornirii. Se pot considera aproximativ valorile din tabelul 6.10.3:

                                                                        Tabelul 6.10.3

Felul pornirii Timp de pornire tp, susoara 2  5normala 5  8 (10)grea  8 (10)

            Exista mai multe modalitati de aplicare a acestei conditii.

            a. folosirea caracteristicilor individuale timp-curent t = f(In) ale sigurantelor (fig. 6.10.6); se poate alege orice siguranta a carei caracteristica se gaseste deasupra punctului critic, de coordonate (tp, Ip);

            b. folosirea unei caracteristici comune pentru o familie de sigurante t = f(I/In), care, de regula este reprezentata printr-o zona în planul caracteristicilor (fig. 6.10.7); conditia de alegere este

                                                                                                                               (6.10.6)

în care Cp depinde atât de felul motorului si schema de pornire (Kp), cât si de dificultatea pornirii (tp). În practica de proiectare actuala, se considera valorile din tabelul 6.10.4 (care conduc, se pare, la o supradimensionare acceptabila).

                                                                                                                        Tabelul 6.10.4

Felul motorului Felul pornirii Cp

            c. utilizarea indicatiilor din cataloagele de produs, specifice tipului de siguranta, care se pot prezenta sub cel putin doua forme:

             tabele indicând direct curentul nominal al sigurantei în functie de puterea motorului;

             relatia între curentul nominal al sigurantei si curentul nominal al motorului

                                                                                                                      (6.10.7)

            De exemplu, pentru unele sigurante produse de AEG se indica pentru factorul C valorile 1,2  1,5 pentru pornire normala si peste 1,5 pentru pornire grea.

            Pentru a permite conectarea receptoarelor cu sarcini de vârf, sigurantele din circuitele respective (cu curentul nominal superior valorii Iv/Cv) ar trebui sa fie de gabarit cât mai mare. Limita superioara este determinata de asigurarea protectiei conductorului retelei.

            II. Sigurantele de uz general folosite în circuitele de lumina si prize (care asigura si protectia la suprasarcina rezultata prin supraîncarcare) trebuie sa satisfaca relatia:

            a. daca posibilitatea de aparitie a suprasarcinilor este minima (de exemplu, în cazul lampilor fluorescente tubulare)

                                                                                                                               (6.10.8)

            b. în restul cazurilor:

                                                                                                         (6.10.9)

            III. Sigurantele de însotire se aleg conform indicatiilor din cataloagele referitoare la receptorul alimentat.

6. Aparate de comutatie si de protectie

6.1. Aparataj de instalatii........................................................................................................... 6.1

6.2. Aparate de distributie.......................................................................................................... 6.1

6.2.1. Tipuri de aparate......................................................................................................... 6.1

6.2.2. Functiile aparatelor electrice în circuitele de putere........................................................ 6.2

6.2.3. Marimi caracteristice generale ale aparatelor de comutatie............................................ 6.2

6.3. Probleme de comutatie a circuitelor electrice în curent alternativ........................................... 6.3

6.3.1. Conectarea circuitelor în sarcina................................................................................... 6.3

6.3.2. Deconectarea circuitelor.............................................................................................. 6.4

6.3.3. Limitarea curentului întrerupt........................................................................................ 6.5

6.4. Aparate de comutatie mecanice........................................................................................... 6.6

6.4.1. Aparate cu functii specifice........................................................................................... 6.6

6.4.2. Asociatii de aparate..................................................................................................... 6.7

6.4.3. Aparate integrate, cu functii multiple............................................................................. 6.7

6.4.4. Marimi caracteristice comune....................................................................................... 6.7

6.4.5. Circuitele aparatelor de comutatie................................................................................ 6.8

6.4.6. Conditii generale pentru realizarea functiei de comutatie................................................ 6.8

6.5. Protectia circuitelor electrice............................................................................................... 6.9

6.5.1. Functiile protectiei........................................................................................................ 6.9

6.5.2. Aparate de protectie la suprasarcina............................................................................. 6.9

6.5.3. Aparate de protectie împotriva scurtcircuitelor.............................................................. 6.9

6.5.4. Protectia la scaderea tensiunii de alimentare................................................................ 6.10

6.6. Contactoare..................................................................................................................... 6.10

6.6.1. Contactorul electromagnetic....................................................................................... 6.10

6.6.2. Marimi caracteristice specifice.................................................................................... 6.10

6.6.3. Alegerea contactoarelor............................................................................................. 6.11

6.7. Relee si declansatoare.......................................................................................................... 13

6.7.1. Principiul de functionare............................................................................................. 6.13

6.7.2. Marimi caracteristice pentru releele si declansatoarele de curent.................................. 6.13

6.8. Relee si declansatoare termice........................................................................................... 6.14

6.8.1. Constructie si caracteristici......................................................................................... 6.14

    6.8.2. Alegerea releelor/declansatoarelor termice.............................................................. 6.16

6.9. Întreruptoare de putere (disjunctoare)............................................................................... 6.16

6.9.1. Constructie si functionare........................................................................................... 6.17

6.9.2. Marimi caracteristice specifice.................................................................................... 6.17

6.9.3. Alegerea întreruptoarelor........................................................................................... 6.20

6.10. Sigurante fuzibile............................................................................................................. 6.21

6.10.1. Constructie si functionare......................................................................................... 6.21

6.10.2. Caracteristici principale............................................................................................ 6.22

6.10.3. Alegerea sigurantelor fuzibile.................................................................................... 6.24