CAP. 9. MATERIALE ŞI APARATE ELECTRICE DE JOASA TENSIUNE

Reţelele electrice de joasa tensiune analizate, din punct de vedere a structurii lor, în capitolele anterioare, sunt executate cu materiale şi aparate electrice adecvate. Materialele electrice reprezintă în primul rând, căile de curent, respectiv conductoarele electrice, dar şi accesoriile de montaj ale acestora

( tuburi izolante, cutii de derivaţie, manşoane,etc.). Aparatele electrice, pe lângă funcţia naturală de cale de curent au şi un rol funcţional bine definit (conectare, protecţie, măsură. etc. ).

9.1. MATERIALE ELECTRICE

9.1.1. Conductoare şi cabluri electrice –definiţii, simbolizări, tipuri

Conductorul electric este un corp metalic care constituie o cale unică de curent, formată din unul (conductor unifilar) sau mai multe fire (conductor multifilar). În funcţie de forma secţiunii, conductorul poate fi rotund sau sector, obţinut prin presare.

Conducta electrică, este o noţiune complexă, cu care este definită o cale de curent formată din conductoare (unul sau mai multe), izolate, cu sau fără învelişuri sau mantale.

Cablul electric este un ansamblu format din unul sau mai multe conductoare izolate, înfuniate după un anumit sistem, având mantale individuale sau comune, cu eventuale învelişuri de protecţie, armături sau ecrane. Simbolizarea cablurilor electrice de energie se face astfel, fig.9.1, : - C - cablu de energie la începutul simbolului sau cauciuc pentru litera a doua din simbol ;

- H - hârtie impregnată ;- M - pentru instalaţii mobile ;- I - iută ;- E - ecran ;- A - aluminiu la începutul simbolului şi armătură la sfârşit ;- Y - material plastic pentru izolaţie sau manta ;- P - plumb.Exemplu : simbol ACYY 3 x 25 + 16 - cablu de energie cu izolaţie şi manta din PVC, cu trei conductoare, din aluminiu cu secţiunea de 25 mm2 şi un conductor cu secţiunea 16 mm2 .

Dacă materialul din care este confecţionat conductorul este aluminiul, atunci prima literă este A, iar dacă este cupru, nu se mai simbolizează.

205

Invelişul exterior al cablului se alege în funcţie de mediul în care se pozează, respectiv PVC în cazul mediilor agresive, cauciuc pentru receptoare mobile, plumb pentru medii cu vibraţii, etc.

De regulă, se folosesc cabluri nearmate, cele armate folosindu-se în tunele, canale, poduri, în exterior, sub pământ, în apă şi în încăperi cu pericol de explozie sau incendiu, precum şi în medii puternic corozive.

Cablurile de măsură, comandă, semnalizare se execută cu un număr de 2÷51 conductoare de cupru, izolate individual şi cu secţiuni cuprinse între 0,75 ÷6 mm2.

Pentru aceste cabluri se utilizează următoarea simbolizare :- C - cablu la începutul simbolului, respectiv comandă pentru a doua

literă din simbol ;- S - semnalizare, centralizare, blocare ;- B - armătură din bandă ;- M - măsură ;- Y - material plastic ;- I - protecţie cu iută sau izolant ;- T - telefonie .

Cablurile pentru teletransmisii se realizează cu un număr de 6÷1224 perechi de conductoare din cupru, cu secţiunea de ( 0,6÷0,9 ) mm2, fiind prevăzute cu izolaţii şi protecţii, eventual armături, ca în cazul cablurilor de energie.

1-conductor de cupru sau aluminiu; 2-izolatie de cauciuc; 3-banda cauciucata;-4-împletitură de bumbac impregnat în amestec bituminos; 5-împletitură din fibre metalice; 6-izolaţie de hîrtie; 7-izolaţie de PVC;a)-cablu cu conductor din cupru sau aluminiu izolat cu cauciuc;b) cablu cu conductor din cupru armat; c) cablu cu conductor din cupru sau aluminiu

206

izolat cu cauciuc şi rezistent la intemperii;d)- conductor în manta de cauciuc cu execuşie mijlocie; e)-conductor plat pentru corpuri de iluminat;f)-conductor punte cu izolaţie din PVC.

Fig.9.1.conductoare din cupru, cu secţiunea de ( 0,6÷0,9 ) mm2, fiind prevăzute cu izolaţii şi protecţii, eventual armături, ca în cazul cablurilor de energie.

9.1.2. Tuburi izolante şi de protecţiePentru protejarea împotriva loviturilor mecanice şi acţiunii mediului

ambiant, conductoarele izolate se trag în tuburi de protecţie alese în funcţie de numărul şi secţiunea conductoarelor şi de gradul de protecţie pe care trebuie să-l asigure. De regulă, prin introducerea în tuburi IP se obţine clasa II de potecţie pentru conductoarele electrice. Într-un tub se introduc un număr de 1÷7 conductoare izolate.

Tuburile se montează îngropat sau aparent, pe suporţi necombustibili şi la distanţă de sursele de căldură.

Din punct de vedere constructiv, tuburile pot fi cu manta rigidă şi respectiv tuburile flexibile.

Utilizarea tuburilor de protecţie necesită şi o serie de accesorii cum ar fi manşoane de legătură, coturi, curbe, doze de ramificaţie, de trecere sau de aparat. a) - Tuburile cu manta rigid ă sunt realizate din metal sau PVC şi se folosesc următoarele tipuri :

-Tubul de protecţie (P) este realizat din tablă de oţel laminat la rece (îmbinat prin suprapunerea marginilor şi lăcuit în interior şi exterior împotriva coroziunii. Asigură numai protecţia mecanică a conductoarelor. Se montează numai aparent în încăperi uscate, fără praf sau agenţi corozivi. Pentru montare se utilizează accesorii: doze de ramificaţie din fontă sau tablă de oţel, curbe, coturi şi manşoane de legătură, scoabe .

-Tubul izolant uşor protejat (IP) este realizat din tablă de oţel plumbuită cu grosime de 0,15÷0,22 mm şi îmbinată prin fălţuire. În interior se introduce un tub izolant din carton impregnat cu bitum industrial. La montare se folosesc ca accesorii dozele tip IP, coturi, manşoane.

- Tubul izolant de protecţie, etanş (IPE) este realizat din tablă de oţel laminat la rece, îmbinată prin sudare pe generatoare asigurând o bună protecţie mecanică şi etanşeitate. La exterior, aceste tuburi se lăcuiesc cu lac protector contra coroziunii, iar în interior se introduce o izolaţie din carton impregnat cu bitum. Pentru ansamblare se utilizează manşoane şi coturi filetate, precum şi doze din fontă cu garnituri din cauciuc pentru etanşare. Se montează aparent sau îngropat, în încăperi cu pericol de explozie sau incendiu, unde nu se pot folosi tuburile P şi IP .

- Tevile de oţel se utilizează în locurile care necesită o protecţie mecanică superioară sau o execuţie perfect etanşă, ori atunci când este nevoie de diametre mai mari de 35 mm.

207

- Tubul de protecţie etanş, lăcuit (PE) se realizează din bandă de oţel laminată la rece şi îmbinată prin sudură pe generatoare, asigurând astfel protecţie mecanică şi etanşeitate. La exterior se lăcuieşte pentru protecţia anticorozivă. Imbinările se realizează cu mufe filetate sau nefiletate prin lipire.

- Tuburile din PVC rezistă la acţiunea corozivă a principalilor agenţi chimici şi a materialelor utilizate în construcţii (var, ciment, ipsos, etc.), ard numai la flacăra întreţinută, nu absorb apa şi suportă îndoiri de 900

cu o rază minimă de trei ori diametrul exterior. Se montează îngropat sau aparent, dar numai pe suporturi necombustibile. Nu se utilizează la instalaţii cu siguranţă marită în funcţionare, precum sunt : sistemul de iluminat de siguranţă, alimentarea şi comanda pompelor de incendiu, instalaţiile de semnalizare a incendiilor.

- Tubul izolant uşor protejat (IPY) se foloseşte în locul tubului IP în încăperi uscate, fără pericol de incendiu sau explozie şi cu temperaturi cuprinse între 25 ÷400 C.

- Tubul izolant, de protecţie, etanş (IPEY) se foloseşte ca şi tubul IPY, în medii unde se impune realizarea etanşă a instalaţiilor electrice.

b) - Tuburile flexibile se utilizează pe traseele sinuase şi expuse vibraţiilor.

- Tubul izolant, uşor protejat, flexibil (IPF) este realizat din bandă de oţel plumbuită, înfăşurată în elice şi prevăzut în interior cu căptuşeală izolantă din bandă de hârtie impregnată în două straturi în elice.

- Tubul izolant şi de protecţie, flexibil, cu rezistenţă mecanică (IPFR) este confecţionat din două fâşii de tablă din oţel plumbuit, înfăşurate elicoidal şi prevăzute la interior cu un strat de hârtie izolantă înfăşurată tot elicoidal.

Se foloseşte în condiţii similare ca şi tubul IPF în locurile unde este necesară o rezistenţă mecanică sporită.

- Tubul de protecţie, flexibil, cu rezistenţă mecanică (PFR) are două învelişuri flexibile din bandă de oţel plumbuit, înfăşurat în elice, între care se dispune o bandă de hârtie impregnată. Se utilizează în medii umede, dar necorozive, pe trasee su solicitări mecanice de până la 3 daN/cm2.

9.2. APARATE ELECTRICE DE JOASĂ TENSIUNE

9.2.1. Tipuri de aparate Din definiţia reţelei electrice [11] "ansamblu de linii şi instalaţii

electrice conectate între ele, care folosesc la transmiterea energiei electrice de la producere la consum" rezultă că aceasta este formată din elemente care asigură transmiterea propriu-zisă a energiei electrice - liniile electrice - şi puncte de conexiuni - "un ansamblu unitar de dispozitive, aparate şi echipamente care asigură exploatarea reţelei, în sensul conectării liniilor electrice, a surselor şi receptorilor, a protejării acestora şi a măsurării mărimilor ce le caracterizează funcţionarea în regim normal şi de defect"

208

Respectiv, dacă reţeaua electrică este în primul rând o cale de curent, prin care energia este transmisă de la surse la receptori, pentru asigurarea acestei funcţii obiectiv (asigurarea parametrilor de calitate [10]), în contextul larg al activităţii de exploatare a unei reţele electrice, este necesară şi o activitate de conducere şi deservire operativă care se bazează pe posibilitatea de coordonare, control şi observare a acesteia .

Pentru ca o reţea electrică să poată fi controlată sunt necesare echipamente electrice cu care să se închidă (conecteze) şi să se deschidă (deconecteze) circuite electrice (surse, linii electrice, receptori), când acestea sunt parcurse de curenţi normali sau de defect. Echipamentul electric cu care se asigură această activitate este diferit ca : aparate electrice de conectare şi separare [11].

Însă, conectarea şi deconectarea unui circuit respectiv, controlul său, este necesar în regim normal (când este expus unor mărimi electrice ce au valori în limite normale) dar şi în regim de defect (când mărimile electrice au valori diferite, respectiv solicitările sunt mult mai mari).

Datorită solicitărilor diferite, corespunzătoare celor două regimuri şi aparatele electrice necesare activităţii de control, trebuie să aibă caracteristici diferite.

Ca urmare, în practica exploatării unei reţele electrice, aparatele electrice cu care se asigură controlul acestora în regim normal, sunt difinite ca aparate electrice de conectare şi separare, iar cele cu care se asigură controlul în regim de defect sunt definite ca aparate de conectare de protecţie.

Activitatea de control poate avea însă scopuri diferite în funcţie de natura elementului reţelei electrice asupra căruia se exercită. Astfel, controlul unui receptor constă în comanda acestuia în scopul pornirii, opririi, inversării sensului de rotaţie, etc., în conformitate cu o anumită funcţie scop, determinată de rolul funcţional al sarcinii acestuia. Evident, pentru un receptor este necesar şi controlul în scopul protejării lui.

Activitatea de control a unei linii electrice (latură a reţelei) nu are ca scop o anumită funcţie de comandă, ci doar punerea şi scoaterea ei de sub tensiune, în scopul asigurării tensiunii la consumator.

Din acest motiv, aparatele electrice cu care se asigură controlul elementelor unei reţele electrice au, de regulă, caracteristici diferite de cele cu care se asigură controlul (comanda) receptorilor .

În scopul asigurării activităţii de exploatare a unei reţele electrice, respectiv a coordonării şi controlului, aceasta trebuie să aibă şi posibilitatea de a fi supravegheată (observată).

Mulţimea mărimilor ce trebuie observate (supravegheate) în timpul activităţii de exploatare a unei reţele electrice, este formată din :-valorile mărimilor electrice (în regim normal şi de defect) ;-poziţia aparatelor electrice de conectare, separare şi protecţie ;

209

-mărimi ce evidenţiază cauzele ce au determinat un anumit eveniment (de ex. acţiunea unui aparat de conectare, de protecţie).

Ca urmare, o reţea electrică trebuie să fie prevăzută şi cu: aparate şi instrumente electrice de măsură, semnalizare şi protecţie .

Aparatele electrice de protecţie, denumite RELEE, cu care se asigură observarea unei reţele, sunt cele care au rolul de a sesiza, indentifica şi localiza un regim de defect şi de a transmite această informaţie unui aparat capabil să acţioneze în scopul protejării reţelei (sau unui element al acestuia) respectiv, unui aparat de conectare de protecţie.

Pe seama celor de mai sus, aparatele electrice de joasă tensiune utilizate în realizarea reţelelor electrice, respectiv a punctelor de conexiuni (nodurilor) şi care asigură conducerea şi deservirea operativă a acestora, se clasifică astfel:

a) aparate electrice de conectare şi separare ;b) aparate electrice pentru comanda motoarelor electrice ;c) aparate electrice de conectare de protecţie ;d) aparate electrice de măsură ;e) aparate electrice de protecţie la supratensiuni;f) aparate electrice diverse.

9.2.2. Caracteristicile aparatelor electrice Datorită solicitărilor electrice, mecanice şi de mediu la care este

expus un aparat electric acesta trebuie să aibă caracteristici corespunzătoare locului din reţea în care va fi montat.

Pe seama solicitărilor electrice la care este expus şi a caracteristicilor mediului ambiant, rezultă că un aparat electric este necesar să fie caracterizat prin următoarele trei tipuri de caracteristici :

I. Caracteristici electrice :a) curentul nominal (In), este valoarea maximă de durată pe care o

poate suporta calea de curent a aparatului electric, respectiv valoarea curentului ce asigură stabilitatea termică în regim de lungă durată [11]. Această valoare este indicată de producător pentru anumite condiţii de mediu;

b) tensiunea nominală (Un) este determinată de nivelul izolaţiei functionale şi a izolaţiei de bază, al aparatului, care acoperă părţile aflate sub tensiune în scopul asigurării funcţionării aparatului  şi a protecţiei de bază împotiva şocului electric.

c) rezistenţa de izolaţie, caracterizează calitatea izolaţiei şi determină pierderile de energie electrică transversale, limitează posibilităţile producerii şocului electric în cazul unei atingeri directe sau indirecte, în reţele cu neutrul izolat. Normativele impun ca valoarea acestei rezistenţe să fie de cel puţin 10 MΩ în stare uscată şi de 2 MΩ în cazul stării umede a izolaţiei aparatului;

210

d) capacitatea de rupere, reprezintă valoarea maximă a curentului pe care îl poate întrerupe aparatul de conectare. Valoarea capacităţii de rupere este cuprinsă între: -zero, în cazul aparatelor de conectare de separare; -Ir = In, în cazul aparatelor de conectare care au rolul de comandă şi punere sub tensiune (întrerupătoare cu pârghie ) ;- (5÷ 60 )In, în cazul aparatelor de conectare de protecţie;

e) curentul limită termic (Ilt), reprezintă valoarea maximă a curentului pe care o poate suporta aparatul în regim de scurtă durată, un timp tlt respectiv, care asigură condiţia:

(9.1)

Dacă aceste valori nu sunt indicate de producător se consideră:Ilt = 10·In şi tlt = 1 sec .

f) curentul limită dinamic (Ilt) este valoarea maximă a curentului pe care o poate suporta aparatul, fără a se deteriora, datorită solicitărilor electrodinamice produse de curenţii ce-l străbat, respectiv se impune:

Ilt≥isoc (9.2)unde : isoc este cel din relaţia [11]

g) rezistenţa nominală la uzură electrică, reprezintă capacitatea pieselor cu care se realizează contactele electrice, de a rezista acţiunii curentului şi a arcului electric, fig. 9.7.b, se exprimă în procente din rezistenţa la uzură mecanică şi exprimă câte comutaţii suportă camera de stingere a aparatului.

Fig.9.2

211

II. Caracteristici mecanice :a) Rezistenţa nominală la uzură mecanică, reprezintă numărul de

acţionări pe care îl suportă aparatul, în gol fiind o caracteristică a mecanismului de acţionare a acestuia;

b) Durata relativă nominală de conectare exprimă, în procente, durata trecerii curentului Δt conectat, pe parcursul unui ciclu Δt ciclu, fig.9.2. şi este specifică aparatelor de conectare cu funcţionare ciclică.

III. Caracteristicile constructive evaluează componentele instalaţiilor electrice din punct de vedere a condiţiilor de mediu în care pot funcţiona, a asigurării securităţii personalului ce le deservesc, protectia sa intrinsecă pentru medii normale . protecția împotriva impacturilor mecanice din exterior (cod IK)

Această caracterizare se realizează print-un cod format din literele IP (I-izolant electric ; P-protecţie mecanică), urmat de două sau trei cifre, având următoarea semnificaţie [16] :- prima cifră cu valori cuprinse între 0÷6, caracterizează :

a) Gradul de protecţie împotriva accesului la părţile periculoase interioare, de exemplu :

0 - neprotejat ; 1 - protejat împotriva accesului cu dosul palmei ; 2 - idem, cu un deget ;

. 6 - idem, cu o sârmă .b) Gradul de protecţie împotriva pătrunderii corpurilor străine,

inclusiv praf, de exemplu : 0 - neprotejat ;

1 - protejat împotriva corpurilor solide cu diametrul mai mare de 50 mm;

2 - idem, cu diametrul mai mare de 12,5 mm ; . 5 - protejat împotriva prafului ; 6 - etanş la praf .

- a doua cifră, cu valori între 0÷8, indică gradul de protecţie, asigurat prin carcasare, împotriva efectelor dăunătoare asupra aparatului datorate pătrunderii apei, de exemplu :

0 - neprotejat ; 1 - protejat impotriva căderilor verticale ale stropilor de apă ; . 3 - protejat împotriva apei pulverizate ; . 7 - protejat impotriva efectelor unei scufundări temporare în

apă ; 8 - idem, prelungite în apă.

212

În cazul asigurării protejării prin carcasare pe lângă primele două cifre, codul poate conţine una sau două litere dintre care prima se consideră adiţională (A, B, C, D), iar a doua suplimentară (H, M, S, W).

Litera adiţională indică gradul de protecţie a persoanelor împotriva accesului la părţile periculoase.

Literele adiţionale se utilizează numai :- dacă protecţia reală împotriva accesului la părţile periculoase este

mai ridicată decât cea indicată prin prima cifră caracteristică ;- sau dacă este menţionată numai protecţia împotriva accesului la

părţile periculoase, prima cifră caracteristică fiind înlocuită printr-un X.Exemplu : - A - protejat împotriva accesului cu dosul mâinii ;

- B - idem, cu un deget ; - C - idem, cu o sculă ; - D - idem, cu o sârmă.

În [16] sunt indicate calibrele de acces, considerate în mod convenţional ca părţi reprezentative ale corpului uman, sau a obiectelor ţinute în mână de către o persoană, cu care se verifică un anumit grad de protecţie.

Litera suplimentară, permite ca, în standardele specifice de produs, să se poată adăuga o informaţie suplimentară şi se amplasează după a doua cifră caracteristică sau după litera adiţională.

Exemplu : - H - aparat de înaltă tensiune ; - M - încercare de verificare a protecţiei împotriva efectelor

dăunătoare datorate pătrunderii apei, efectuată la echipamente care au părţi mobile în mişcare (de ex. rotorul unei maşini electrice );

-S - idem, cu părţi mobile staţionare (de ex. statorul unei maşini

electrice) ; -W- echipament conceput să poată fi utilizat în condiţii

atmosferice specifice şi unde sunt prevăzute măsuri sau procedee suplimentare de protecţie.

Pentru protecția împotriva impacturilor mecanice din exterior (cod IK)Gradele de protecţie cod IK sunt diferite de standardul SR EN

62262, și folosesc doua cifre. Fiecare grupă de cifre caracteristice reprezintă o valoare a energiei de impact, aşa cum este indicat în tabel:Cod IK

IK00

IK01

IK02

IK03

IK04

IK05

IK06

IK07

IK08

IK09

IK10

Energie deimpact, J

Nota 1

0,14 0,2 0,35 0,5 0,7 1 2 5 10 20

213

Pentru aparatele electrice folosite de publicul larg, din punct de vedere a modului în care se asigură protecţia împotriva şocului electric, există o clasificare specială [17].

Marcarea bornelorBornele unui aparat electric se marchează cu litere şi simboluri

pentru a uşura efectuarea legăturilor.Bornele aparatului electric care se leagă la sistemul trifazat al sursei

de alimentare se marcheză cu literele R,S,T. Începutul înfăşurărilor unui motor electric sau bornele aparatului ce

se leagă la acestea, se marcheză cu literele A, B, C.Sfârşitul înfăşurărilor unui motor electric sau bornele aparatului

electric ce urmează să se lege la acestea se marchează cu literele x, y, z, fig. 9.9.

Borna aparatului electric sau a unui receptor, care se leagă la pământ sau la conductorul de nul de protecţie (PE) se marcheză cu

simbolurile ┴ sau

9.2.3. Aparate electrice de conectare şi separare Aceste aparate au rolul de a conecta şi deconecta (controla)

circuite electrice parcurse de curenţi cu valori de regim normal, inclusiv de suprasarcină şi au următoarele caracteristici specifice:

- sunt comandate manual, de pe aparat sau de la distanţă, în sensul că, acţionarea lor este determinată de acţiunea voită a unui operator uman (nu sunt prevăzute cu dispozitive de comandă automată) ;

- frecvenţa de manevră este relativ redusă.a) Prize cu fise, au rolul de a alimenta receptori debroşabili, mono

sau trifazaţi, de regulă electrocasnici. Prin introducerea fişei receptorului electric în priză, se realizează, de regulă, numai conectarea la reţeaua electrică nu şi comanda receptorului respectiv.

Comanda propriu-zisă (controlul), se asigură cu aparate electrice de comandă montate pe receptorul electric.

Prizele cu fişe pot fi fără sau cu contact de protecţie, în care caz, contactul de protecţie se realizează înaintea celor de alimentare cu energie elctrică.

Prizele bipolare necesare alimentării receptorilor monofazaţi, au curentul nominal (de conectare, deconectare ) de 10A. Ca urmare, receptorii electrici monofazaţi, destinaţi a fi alimentaţi prin fişe, de la prize bipolare, nu au (sau nu trebuie să aibă) o putere simultan absorbită mai mare de 2 kVA.

Fişele bipolare se fabrică pentru două game de curenţi 6A, de regulă, pentru receptori de clasă II de protecţie, respectiv 10A.

214

Prizele cu fişe pentru alimentarea receptorilor electrici trifazaţi au o gamă de curenţi nominali mai largă (6÷63A).

O soluţie particulară de realizare a unei prize cu fişe o reprezintă cuplele, necesare alungirii unui circuit electric.

Prizele cu fişe, reprezentând contacte ce se realizează prin "introducere" nu au practic capacitate de rupere. Curentul nominal reprezintă curentul admisibil al căii de curent, îndeosebi cel suportat de contactele electrice.

b) Intrerupătoare şi comutatoare pentru comanda receptorilor de iluminat

Întrerupătoarele electrice pentru comanda receptorilor de iluminat, pot fi mono, bipolare sau duble şi comandă individual unul (mono sau bipolare) sau două receptoare de iluminat.

Comutatoarele electrice asigură posibilitatea unei comenzi mai ample a unuia sau mai multor receptori (corpuri) de iluminat.

Aceste aparate au tensiunea nominală de 250 V, curentul nominal de 10 A şi o frecvenţă de conectare (comutaţie electrică) de 30 conectori /oră. Fiind destinate uzului general, se impune montarea lor numai pe partea dinspre fază, pentru a asigura protecţia împotriva şocului electric, în cazul intervenţiei la receptorul de iluminat. Capacitatea de rupere, egală cu valoarea curentului nominal, este asigurată pe seama vitezei de deplasare a contactului mobil, determinată de energia acumulată într-un resort, tensionat de acţiunea operatorului uman.

c) Întrerupătoare cu pârghie , bi sau tripolare, acoperă gama de curenţi nominali (25÷1000A) şi se folosesc pentru punerea şi scoaterea de sub tensiune a tablourilor electrice, pentru comanda în grup a unui număr mare de receptoare de iluminat, precum şi pentru alimentarea unor receptori de forţă. Capacitatea de rupere este egală cu valoarea curentului nominal şi este asigurată pe seama vitezei de deplasare a contactului mobil, acţionat de energia acumulata într-un resort.

d) Întrerupătoare şi comutatoare pachet Aceste aparate electrice de conectare au o formă specială de

realizare, prin suprapunerea pe un ax (care le şi acţionează) a unor elemente identice. Contactele electrice fixe sunt amplasate pe un disc izolator din bachelită, iar cele mobile, din bronz fosforos, sunt solidare cu axul central. Între maneta de acţionare şi axul central se montează un dispozitiv de sacadare cu resort care asigură şi capacitatea de rupere nominală. Prin realizarea unor legături exterioare, între contactele diferitelor pachete se poate obţine un comutator pachet, respectiv un întrerupător cu o funcţie mai complexă (de ex. comutatorul stea - triunghi manual).

e) Întrerupătoare şi comutatoare cu came Constructiv, sunt similare cu cele pachet, însă axul central

acţionează o camă care, în funcţie de geometria conturului, realizează o

215

anumită succesiune de conectare a contactelor. Au tensiunea nominală de 220/380 V, o gamă de curenţi nominali de (16÷200A) şi se folosesc în special pentru comanda receptorilor electrici. Capacitatea de rupere, egală cu valoarea curentului nominal, se asigură tot pe seama vitezei de deplasare a contactului mobil.

f) Separatoare electrice tripolare, sunt singurele aparate electrice care au rol numai de separare electrică, nu au capacitate de rupere, întrucât deplasarea contactului mobil se face cu viteza de manevrare a operatorului.

Se construiesc pentru curenţi nominali de (200÷1000 A) şi se montează numai în poziţie verticală, astfel încât să se evite închiderea accidentală a contactelor.

9.2.4. Aparate electrice pentru comanda motoarelor electrice Comanda unui motor electric necesită două sau mai multe din următoarele operaţii: pornirea, limitarea curentului de pornire, reglarea vitezei, inversarea sensului de rotaţie, oprirea.

Un motor electric este alimentat de la un tablou electric secundar (TS), fig.9.3, printr-un circuit electric. În TS, circuitul electric poate avea numai aparate de protecţie, dacă legătura este fixă (nedebroşabilă), sau /şi o priză cu fişă în caz contrar. Realizarea unei anumite funcţii de comandă, pentru utilajul antrenat de motorul electric, se asigură cu aparate electrice pentru comandă (AEC) montate pe utilaj, direct accesibile celui ce exploatează respectivul utilaj.

Datorită complexităţii utilajului, de regulă, acesta nu conţine numai motorul electric (sau motoarele electrice), ci şi alţi receptori electrici şi ca urmare, pe utilaj se realizează un tablou electric aferent acestuia (TU) şi care conţine şi aparate electrice necesare funcţiei de comandă. Aparatul electric conceput şi realizat pentru a permite comanda unui motor electric este contactorul electromagnetic, fig.9.4. Acesta închide sau deschide o serie de contacte de lucru (CL- care au capacitate de rupere) şi auxiliare (CA), datorită deplasării unei armături mobile Am, parte componentă a circuitului magnetic.

Armătura mobilă, în mod normal, este ţinută depărtat de partea fixă a cicuitului magnetic, datorită unui resort R. Pentru a o atrage este necesară o forţă electromagnetică Fem > Fx, determinată de curentul ce străbate bobina B. Evident, spre deosebire de celelalte aparate de conectare, contactorul electromagnetic are numai o poziţie stabilă, cea corespunzătoare lipsei curentului prin bobină. Menţinerea pe poziţia excitat, respectiv Am atrasă, se face numai dacă Fem (I) > Fx, deci numai dacă bobina B este conectată la o tensiune U > Ux, unde Ux este tensiunea ce determină, prin B, un curent Ix, care asigură condiţia Fem ( Ix ) > Fx .

216

.

Fig.9.3 Fig.9.4

Pe seama celor de mai sus rezultă următoarele caracteristici ale unui contactor electromagnetic :

a)- acţionarea se asigură prin încadrarea bobinei sale într-o schemă electrică de alimentare şi comandă ;

b)- menţinerea pe poziţia acţionat are loc numai dacă Ubobina > Ux = Ulimită

c)- în funcţie de tipul schemei de comandă, la revenirea tensiunii cu valori peste Ux, bobina se poate repune sub tensiune, fig.9.5a., sau nu, fig.9.5b.

Varianta din fig.9.5.a. se poate utiliza în cazul în care contactorul alimentează receptoare pasive (care nu au curent de pornire), iar cea din fig.9.5.b. în cazul în care se folosesc la comanda unui motor electric, deoarece asigură blocarea autopornirii la revenirea tensiunii. În acest scop s-a realizat şi butonul special PO, dublu, cu un buton normal deschis ( P) şi altul normal închis (O), fiind necesară automenţinerea comenzii P, cu un contact auxiliar ( CA ) al contactorului electromagnetic ;

d)- asigură protecţia la minimă tensiune.În fig.9.6 se prezintă circuitul electric de alimentare a unui motor

electric trifazat şi schema electrică de comandă a contactorului electromagnetic, cu care se asigură pornirea şi oprirea motorului, protecţia la autopornire sau la reducerea tensiunii de alimentare sub valoarea Ux ( prin alimentarea schemei de comandă de la tensiunea de serviciu, din amonte de CL ).

Pentru inversarea sensului de rotaţie se foloseşte schema de comandă din fig.9.7b, aferentă circuitului de alimentare din fig. 9.7a. şi se bazează pe inversarea a două faze a sistemului electric trifazat de alimentare.

Reglarea vitezei motoarelor de curent alternativ se poate realiza în limite restrânse sau mai largi, în funcţie de tipul motorului [23]. Pentru

217

motoarele asincrone, cu rotorul în scurtcircuit, utilizate pe scară largă în acţionările electrice, nu este posibilă reglarea vitezei, decât în limitele variaţiei alunecării cu sarcina de la arborele motor. Limitarea curentului de pornire pentru un motor electric trifazat asincron, este necesară atunci când nu se asigură tensiunea minimă la bornele altor motoare aflate în sarcină, fig.9.8, datorită căderii mari de tensiune determinate, pe reţeaua electrică de alimentare, de către curentul de pornire al respectivului motor, cumulată şi cu căderea de tensiune determinată de curenţii de sarcină ai motoarelor aflate în funcţiune (mai mare de 12 %) .

Într-o asemenea situaţie, dacă creşterea secţiunii reţelei nu este avantajoasă economic, atunci se reduc căderile de tensiune prin reducerea curentului de pornire al respectivului motor electric ( MP1 , MP2 ).

În principiu, reducerea curentului de pornire pentru un motor electric trifazat asincron cu rotorul în scurtcircuit este posibilă, fie prin introducerea unor impedanţe de pornire Zp, fig.9.8a, fie prin reducerea tensiunii aplicate înfăşurărilor. Reducerea tensiunilor aplicate se poate obţine prin intermediul unui autotransformator, fig.9.8b, sau prin conectarea înfăşurărilor, la pornire şi pentru o durată Δt, în stea, iar apoi în triunghi, fig.9.9 c,d.

a) Fig.9.5 b)

Fig9.6 În fig.9.9c, conectarea celor trei înfăşurări în stea, fig.9.10b. şi

apoi în triunghi, fig.9.10c, se realizează cu un comutator stea triunghi

218

Fig. 9.7

Fig. 9.8 manual, realizat cu un întrerupător pachet pe care se execută şi o serie de legături suplimentare. Trecerea din conexiunea stea în cea triunghi după un Δt (necesar reducerii curentului de pornire până la valoarea ce determină reducerea căderilor de tensiune la valorile admisibile), în cazul comutării manuale, nu asigură o apreciere judicioasă a valorii lui Δt.Din acest motiv, se foloseşte comutatorul stea - triunghi automat, realizat cu trei contactori electromagnetici, fig.9.9d. În acest caz, este necesară o schemă de comandă pentru cei trei contactori electromagnetici, fig.9.11, care, cu ajutorul releului de timp Rt, asigură aprecierea corectă a lui Δt. La apăsarea butonului P se pune sub tensiune 3CL, iar prin închiderea contactului său 3CL1 se pune sub tensiune 1CL şi Rt şi ca urmare, motorul porneşte în stea, fig.9.9d; simultan începe măsurarea timpului de conectare în stea, de către contactul Rt1, normal închis cu temporizare la deschidere. După Δt , Rt1 se deschide, scoate pe 3CL de sub tensiune, iar prin 3CL2 şi 1CL1 se pune sub tensiune contactorul electromagnetic 2CL, care conectează înfăşurările în triunghi.

219

Fig. 9.9

Fig.9.10

Prin contactele 3CL2 şi 2CL1 se asigură interblocarea între 3CL şi 2CL pentru a evita punerea simultană a lor sub tensiune, ceea ce ar produce un scurtcircuit trifazat la bornele motorului, fig.9.9d.

Schema de comandă din fig.9.9. se foloseşte şi în cazul utilizării autotransformatorului de pornire, fig.9.9b.Se impune însă o precizare: limitarea curentului de pornire prin conectarea înfăşurărilor în stea şi apoi, pentru funcţionarea în regim normal (de durată), în triunghi, este posibilă numai la motoarele care sunt proiectate să funcţioneze în regim normal cu înfăşurările conectate în triunghi.

Autotransformatorul de pornire se poate utiliza atât în cazul pornirii motoarelor electrice a căror înfăşurări sunt conectate în regim normal în stea, cât şi în triunghi.

Reducerea tensiunii aplicate unei înfăşurări, utilizând comutatorul stea - triunghi sau autotransformatorul de pornire este de ori, ( 0,6 U ) aceasta fiind şi tensiunea minimă de menţinere a armăturii unui contactor electromagnetic.

220

Fig.9.11

9.2.5. Aparate electrice de conectare de protecţie Aparatul electric de conectare de protecţie are rolul de a deconecta

un circuit sau coloană electrică când acestea sunt parcurse de un curent de suprasarcină sau de defect care ar depăşi limita stabilităţii termice sau electrodinamice a elementului de reţea aflat în aval de locul său de montare şi în amonte de un eventual alt aparat de conectare de protecţie fig.9.12.

Aparatele electrice de conectare de protecţie utilizate în reţelele electrice de joasă tensiune sunt :- siguranţa fizibilă ;

- întrerupătorul automat.Siguranţa fuzibilă, reprezintă un punct slab creat în mod

intenţionat, care asigură protecţia împotriva suprasolicitărilor termice prin autodistrugerea ei, prin fuziune termică. Elementul care se autodistruge termic este fuzibilul, care reprezintă calea de curent a siguranţei şi se caracterizează printr-un anumit curent nominal.

Prin introducerea fuzibilului într-un port-fuzibil (patron, fig.9.13a), respectiv o cameră de rupere a arcului electric, se asigură o anumită capacitate de rupere.

Datorită diversităţii mari a receptorilor electrici de joasă tensiune, caracteristicile siguranţelor fuzibile sunt foarte diverse, ceea ce a impus clasificarea lor din mai multe puncte de vedere şi anume :

a) după domeniul de utilizare : - de uz casnic ; - semiindustriale ;

- industriale.b) soluţia constructivă :- auto ;

- mignon ; - cu filet (normale) ; - cu furci.

c) după capacitatea de rupere :- mică ( auto, mignon ) ;

221

- medie (cu filet, casnic şi industrial) ; - cu mare putere de rupere MPR (de uz industrial ).

d) după caracteristica de topire ( fuziune ) : - lente, fig.9.13b(1)

- rapide, fig.9.13b(2) - ultrarapide , fig.9.13b(3).

Fig. 9.12

Siguranţa fuzibilă cu caracteristică de topire lentă se foloseşte pentru protecţia circuitelor şi coloanelor care pot fi parcurse de sarcini cu şocuri (pornirea motoarelor); cea rapidă în cazul unor sarcini constante şi cu probabilitatea redusă de defect, iar cea ultrarapidă pentru protejarea receptorilor fără inerţie termică (elemente semiconductoare).

Pentru siguranţa fuzibilă se defineşte curentul limită (Il) a cărui valoare este : Il = (1,3 ÷ 1,6) Inf (9.3)

şi pe care fuzibilul trebuie să-l suporte cel puţin o oră.Capacitatea de rupere a siguranţei fuzibile depinde de performanţele

camerei de stingere (patron), respectiv de natura materialului de umplutură, în condiţiile în care arcul electric se iniţiază în centrul de greutate al patronului. Pentru asigurarea acestei condiţii se impune stabilirea punctului de iniţiere a arcului electric astfel:

Fig.9.13a

222

Fig.9.13b

- în cazul fuzibilelor cu diametre mici, se depune pe acestea, în centrul de greutate al patronului, o pastilă de aliaj eutectic, care în stare caldă se topeşte şi devine agresiv pentru materialul din care este realizat fuzibilul, reducându-şi astfel secţiunea, fig.9.13a;

- în cazul fuzibilelor cu secţiune mai mare, se realizează o secţiune variabilă, respectiv mai mică (egală cu secţiunea nominală) în punctul în care se doreşte iniţierea arcului .

O problemă specifică comutaţiei circuitelor electrice care au sarcini inductive o reprezintă limitarea supratensiunilor de comutaţie, care sunt cu atât mai mari cu câtvariaţiile de curent sunt mai mari şi mai rapide ( Ldi / dt ).

Ca urmare, în cazul deconectării sarcinilor inductive cu siguranţele fuzibile, se pune problema vitezei cu care se întrerupe curentul electric. Aceasta depinde de caracteristicile materialului de umplutură din camera de stingere a arcului (patron), fig.9.13.

Dacă materialul de umplutură este greu fuzibil, acesta nu se topeşte odată cu fuzibilul, iar vaporii metalici ai arcului electric se împrăştie printre granulele materialului de umplutură şi se răcesc, determinând stingerea rapidă a arcului electric.

Dacă materialul de umplutură este uşor fuzibil, acesta se topeşte odată cu fuzibilul, stare în care devine bun conducător de electricitate, asigurând trecerea curentului şi ca urmare, stingerea arcului electric. Prin stingerea arcului electric, dispare sursa de căldură, materialul se răceşte redobândindu-şi calităţile electroizolante şi ca urmare, întrerupe lent curentul din circuit şi reduce substanţial supratensiunile.

Pentru reducerea supratensiunilor, se folosesc două fire fuzibile în paralel, unul cu o rezistenţă electrică de 30 de ori mai mare decât fuzibilul normal, ceea ce determină întreruperea curentului în două trepte.

Evident, în urma acţionării unei siguranţe fuzibile se impune înlocuirea elementului său fuzibil, împreună cu patronul. Topirea elementului fuzibil este indicată cu un semnalizator.

223

Întrerupătorul automat reprezintă aparatul de conectare de protecţie propriu-zis, deoarece asigură protecţia la suprasolicitări termice sau electrodinamice prin deconectarea circuitului, cu un aparat de conectare cu capacitate de rupere corespunzătoare, iar reconectarea se poate face practic imediat şi de mai multe ori.

Pentru ca aparatul de conectare cu capacitate de rupere adecvată să se deschidă automat, trebuie să primească o comandă de la un aparat electric de protecţie, (RELEU) care are rolul de a sesiza, indentifica şi localiza un regim de defect şi de a transmite comanda aparatului de conectare.

Aparatele electrice de protecţie (RELEELE) cu care sunt echipate întrerupătoarele automate de joasă tensiune sunt : - releu termic (RT) ;

-releu electromagnetic (REM); - releu de minimă tensiune (RU).

Aparatul de conectare al unui întrerupător automat (IA) este astfel realizat încât rămâne stabil pe ambele poziţii, închis/deschis prin zăvorâre mecanică.

Comanda de închidere sau deschidere se transmite asupra macanismului de zăvorâre (Mz) al dispozitivului de acţionare. Energia necesară acţionării contactului mobil (cu o foarte mare viteză de deplasare) se înmagazinează într-un set de resoarte care sunt armate manual sau cu un motor electric (M).

Schema electrică de principiu a unui întrerupător automat, în varianta cea mai complexă, este prezentată în fig. 9.14, în care cu AC s-a marcat aparatul de conectare, cu linie întreruptă acţiunea mecanică a RT, RU şi REM asupra mecanismului de zăvorâre, cu DA dispozitivul de acţionare, iar cu ED şi Ei electromagneţii cu care se asigură comanda de la distanţă a IA, cu ajutorul unor butoane de comandă ( BD, Bi ).

Fig. 9.14

224

Comanda manuală, de pe aparatului de conectare (AC) al întrerupătorul automat este posibilă prin intermediul câte unui buton care acţionează direct asupra Mz .

Caracteristica de acţionare a unui întrerupător automat, fig.9.15, rezultă din suprapunerea caracteristicii releului termic cu cea a releului electromagnetic,

Releul termic RT are o caracteristică de acţionare dependentă de curent (similară cu cea a unei siguranţe fuzibile), iar REM are o caracteristică de acţionare independentă respectiv, acţionează dacă :

I > Ip REM (9.4)unde Ip REM este valoarea la care a fost reglat să îşi atragă armătura mobilă. În domeniul de acţionare al REM, RT nu acţionează deoarece, pentru aceeaşi valoare a curentului, are un timp de acţionare mai mare decât cel al REM, fig.9.15.

Întrerupătoarele automate pot avea sau nu, releu de minimă tensiune astfel :-cele destinate protejării motoarelor electrice au RU, pentru a asigura evitarea autopornirii ; -cele destinate protejării coloanelor electrice şi în special RED, nu au RU, sau este blocat, deoarece nu trebuie să se întrerupă calea de alimentare cu energie, la dispariţia tensiunii şi eventuala ei reapariţie, din motive ce nu sunt proprii elementului.

Releele termice cu care se echipează un IA au următoarele caracteristici:- curent de serviciu, valoare ce parcurge elementul bimetal în regim normal de funcţionare ;

225

- curent de reglaj (Ir) care ţine seama de suprasarcinile din circuit şi asigură următoarele cerinţe :

la o valoare de 1,05 Ir a curentului de sarcină nu trebuie să acţioneze timp de două ore, pornit din starea iniţială rece ;

la o valoare de 1,2 Ir acţionarea se produce după 2 ore pornind din starea iniţială rece ;

la o valoare de 1,6 Ir acţionarea se produce după cel mult 2 minute, pornind din starea caldă;

la o valoare de 6 Ir (specific pornirii motoarelor electrice) acţionarea se produce după (2÷5) secunde.Întrerupătoarele automate se produc într-o gamă largă de variante

care acoperă, în primul rând, gama de curenţi nominali de la (6÷4000) A, precum şi diferite echipări cu relee şi dispozitive de acţionare sau forme de realizare. Dintre acestea se impun a fi remarcate :

întrerupătoarele pentru branşament; întrerupătore pentru comanda şi protecţia motoarelor

electrice ; întrerupătoare prevăzute cu protecţie diferenţială, inclusiv la

curent diferenţial rezidual, care au şi rolul de protecţie la şoc electric.

Acestea sunt executate şi în varianta amplasării pe şină, deci în tablouri electrice cu dimensiuni mici, pentru curenţi nominali de până la 125 A şi de rupere de până la 50 kA.

Pentru releul termic se sigură trei caracteristici de acţionare (B,C,D) în funcţie de tipul sarcinii şi valoarea curentului de scurtcircuit, fig.9.16a, respectiv :

-curba C pentru consumatori casnici ;-curba B pentru sursă de putere mică;-curba D pentru circuite parcurse de curenţi de pornire.Întrerupătorului de branşament i se poate ataşa, pe şina de susţinere,

în formă adecvată de realizare, elemente suplimentare pentru a asigura comanda automată de la distanţă, de deschidere sau şi închidere, inclusiv telecomandă, protecţia la supratensiuni, la şoc electric precum şi pentru gestiunea consumului de energie electrică, dacă se aplică tarife diferenţiate.

În fig.9.16b se prezintă schema de principiu a unui întrerupăttor bipolar automat, cu protecţie diferenţială încorporată (B1 şi B2, susţinute de un torr feromagnetic, sunt bobinele prin care trec curenţii a căror diferenţă se controlează, la nivel de câmp magnetic). Fluxul magnetic, determinat de eventuala diferenţă a curenţilor I1 şi I2 , va induce o tensiune electromotoare în cea de a treia bobină plasată pe torr. Această t.e.m. va acţiona electromagnetul ce comandă deschiderea contactelor întrerupătorului.

O calitate foarte importantă, implementată în ultima perioadă, permite corelarea timpului lor de acţionare cu timpul de fuziune, topire, a

226

siguranţelor fuzibile montate, de regulă, în amonte, care permite asigurarea acţionării selective a aparatelor de protecţie.

În al doilea rând, contactorul electromagnetic fiind conceput pentru comanda unor receptoare, nu are capacitatea de rupere necesară întreruperii unor curenţi de scurtcircuit. Din acest motiv, pentru a asigura cerinţele unui IA, contactorul electromagnetic, se echipează numai cu relee termice şi se asociază cu o siguranţă fuzibilă tip MPR, fig.9.18a.

Fig.9.16a

227

Fig.9.16b

.

Contactorul cu relee asigură conectările de regim normal şi de suprasarcină, în domeniul de acţionare al RT, fig.9.18b, iar siguranţa fuzibilă, cu mare capacitate de rupere, asigură ruperea curenţilor de scurtcircuit.

9.2.6. Aparate electrice de măsură Pentru activitatea de conducere şi deservire operativă a unei reţele

electrice precum şi consumatorilor de energie electrică le este necesară cunoaşterea valorilor mărimilor electrice ce caracterizează regimul normal sau de defect.

Mărimile de bază necesare în conducerea operativă şi controlul sarcinii sunt:

- tensiunea electrică în anumite puncte ale reţelei ;

228

Fig.9.17

- curentul electric ce străbate elementele reţelei.Prin interpretarea şi combinarea acestor mărimi se obţin valori ale

altor mărimi (puteri, impedanţe, defazaje, etc.).Determinarea (măsurarea) nemijlocită a acestor mărimi se asigură cu

instrumente sau echipamente de măsurare. Pe seama principiului de funcţionare, a cerinţelor ergonomice şi de design al camerelor de comandă, aceste instrumente şi echipamente de măsură sunt parcurse de curenţi cu valoare limitată sau sunt expuse la tensiuni cu valoare redusă.

De regulă, mărimile electrice de măsurat (U, I) nu sunt accesibile în camerele de comandă, sau au valori mari, ce nu pot fi direct accesibile unui instrument de măsură.

a) Fig.9.18 b)

Ca urmare, este necesar ca între instrumentele electrice de măsură amplasate în puncte sau camere de comandă şi mărimile electrice de măsurat cu valori mari şi existente în reţelele electrice (interioare sau exterioare) este necesar să se introducă aparate electrice de măsură. Acestea au rolul de a reduce valorile reale ale mărimilor electrice (neaccesibile direct instrumentelor electrice de măsură şi nici supravegherii directe, la faţa locului) la valori direct măsurabile şi accesibile în puncte şi camere de comandă.

Ca urmare, se impune o condiţie axiomatică pentru un aparat electric de măsură, care în sens figurativ ar însemna, să existe, dar să se comporte ca şi cum nu ar fi, iar în sens tehnic "să nu introducă erori "

Aparatele electrice cu care se pot modifica valorile mărimilor electrice, tensiune şi curent sunt transformatoarele electrice .

Transformatorul electric de forţă, fig.9.19, transformă valorile componentelor puterii, de la U1, I1, în primar, la U2, I2, în secundar, cu

229

aproximarea conservării puterii tranzitate S :

S = U1 I1 = U2 I2 ( 9.5)

Fig.9.19Se poate considera că tensiunea U1, cu valori mari, poate fi măsurată

prin intermediul tensiunii : U2 = U1 I1 / I2 = U1 / k (9.6)

unde :k este raportul de transformare însă, datorită căderilor mari de tensiune între U1 şi U2, această egalitate aproximativă nu este acceptată în domeniul măsurării unor mărimi electrice. Pentru a măsura curentul electric, care în distribuţia la tensiune constantă este specific fiecărui element al unei reţele sau receptor electric, măsurarea lui I2 prin intermediul lui I1 este cu atât mai puţin posibilă.

Ca urmare, a fost necesar să se conceapă transformatoare electrice cu care să se reducă valorile mărimilor electrice, tensiune şi curent, la valori direct accesibile instrumentelor de măsură, reducere afectată, însă, de erori în limitele acceptate în domeniul măsurătorilor electrice respectiv, acestea să aibă clase de precizie similare cu ale instrumentelor de măsură.

Transformatorul de măsură de tensiuneAcest transformator, în principiu, este similar cu un transformator de

forţă, fiind expus, în primar, la tensiunea reţelei, însă în secundar nu are ca sarcină receptori propriu-zişi, ci instrumente de măsură a tensiunii.

Pe seama schemei electrice echivalente, cuadripol (T), fig.9.20, şi a cerinţelor de calitate privind valoarea tensiunii U2V1, în raport cu tensiunea de care este determinată ( U1 ) rezultă:

U2V1 = U1 – { z1TT ( I1TT + IμTT ) + z2TT I2TT } (9.7) Pentru ca U2V1 să reproducă cât mai exact valoarea tensiunii U1 este necesar ca :

z1TT ( I1TT + IμTT ) + z2TT I2TT = 0 (9.8)ceea ce impune : - I2TT să aibă valori cât mai mici respectiv, impedanţele de intrare ale instrumentelor de măsură să fie cât mai mari, având în vedere că acestea se conectează în paralel ;

230

- IμTT să aibă valori cât mai mici, deci zμTT să fie cât mai mare ;- z1TT , z2TT - să aibă valori cât mai mici .

Din aceste condiţii rezultă că asigurarea unei anumite clase de precizie pentru transformatorul de măsură de tensiune (TT), depinde de doi factori :- caracteristicile proprii ale TT, ( z1TT , z2TT, foarte mici şi zμTT foarte mare) ;- caracteristicile instrumentelor electrice de măsură conectate în secundar

respectiv, valoarea echivalentă a impedanţei de sarcină zSTT . Practic TT va funcţiona, cu o anumită clasă de precizie, în funcţie de valoarea impedanţei de sarcină, impunându-se condiţia :

0,25 zCP < zSTT < zCP (9.9)unde zCP este impedanţa corespunzătoare unei anumite clase de precizie.

Fig.9.20

Particularităţi în exploatarea TT

Fiind un transformator electric special respectiv, cu o putere nominală foarte mică (de ordinul VA), sunt necesare unele restricţii în exploatarea acestuia :- menţinerea unui regim de încărcare care să tindă către funcţionarea în gol, pentru a asigura, pe de o parte, funcţionarea într-o anumită clasă de precizie, iar pe de altă parte, evitarea distrugerii datorită suprasolicitării termice ;- evitarea producerii unui scurtcircuit în secundar, care ar echivala practic cu distrugerea instantanee a acestuia .

Valoarea tensiunii din secundarul transformatoarelor de măsură de tensiune este de 100 V, indiferent de valoarea tensiunilor nominale din primar, ceea ce permite utilizarea unei game restrânse de instrumente de măsură. Evident, în funcţie de raportul de transformare al TT, scala instrumentului de măsură se marcheză corespunzător tensiunilor reale, de măsurat. Transformatorul de măsură de curent

Acest transformator trebuie să asigure reducerea valorii unui curent (din primarul său) la valori direct accesibile instrumentelor de măsură în următoarele condiţii :

- valoarea curentului din primarul său (I1 ), fig.9.19. nu este determinată de

valoarea curentului din secundarul său (I2TC, aşa cum este în cazul TT şi a

231

transformatoarelor de forţă) ;- valoarea curentului din secundar, (I2TC ), nu trebuie să depindă de

valoarea impedanţei instrumentelor de măsură conectate în serie (pentru a fi parcurse de aceeaşi valoare a curentului ) ;

- impedanţa echivalentă a transformatorului de masură de curent (TC), montat în serie pe un element al reţelei electrice, trebuie să fie practic nulă pentru a nu modifica valoarea curentului pe care trebuie să-l transforme, în scopul măsurării acestuia ;

- primarul TC, nu este conectat la una din tensiunile reţelei electrice respectiv, fiind conectat în serie, pe el rezultă o cădere de tensiune ΔUTC = zTCI1.

- fiind un transformator coborâtor de curent, rezultă că este simultan şi ridicător de tensiune, conform (9.5.).

Pe seama acestor condiţii şi a schemei echivalente (cuadripol T), fig.9.21, rezultă că parametrii echivalenţi ai unui TC trebuie să îndeplinească următoarele condiţii

În valori raportate la primarul TC : I1 = I2TC + IμTC = ct ( 9.10)

însă cu menţiunea că indiferent de valorile lui I2TC, I1 are aceeaşi valoare determinată de zsarc. (fig.9.19) şi ca urmare, dacă TC este în gol :

I1 = IμTC ( 9.11)

Fig.9.21

Fig.9.21dar nu ca în cazul cunoscut la celelalte transformatoare (unde I1 are o valoare mică, egală cu IμTC), ci în sensul că tot curentul I1 (current a cărui valoare trebuie măsurată), cu valori determinate de zsarcină, fig.9.19, devine curent de magnetizare, ceea ce determină o suprasaturare magnetică a circuitului magnetic al TC, echivalentă cu distrugerea acestuia. Din acest motiv, în exploatarea TC trebuie exclusă rămânerea în gol a secundarului acestuia.

Din egalitatea : z '

TC I1 = IμTC zμTC = I2TC ( z2TC + zSTC ) (9.12)

pentru ca: I2 ≈ I1 (9.13)se impune : z2TC + zSTC ≈ 0 (9.14)

iar din (9.9.) este necesar :

232

IμTC ≈ 0 ; zμTC →∞ (9.15)Din expresia impedanţei echivalente a TC :

zTC = z1TC + (9.16)

rezultă : z1TC ≈ 0 (9.17)Deci pe lângă parametrii de calitate ai transformatorului de măsură

de curent ( z1TC, z2TC ≈ 0, zμTC ≈∞ ), pentru o transformare cât mai exactă a curentului din primar, este necesar ca instrumentele de măsură, montate în serie în secundarul TC, să aibă impedanţe de intrare zSTC cât mai mici (să fie tip amper ).

Ca urmare şi în cazul TC, fiecărei clase de precizie îi este specifică o anumită impedanţă ( ZCP ), respectiv condiţia ( 9.9.) pentru încadrarea în respectiva clasă de precizie.

Particularităţi în exploatare a)- aşa cum s-a demonstrat, este exclusă rămânerea în gol a

secundarului unui TC. Această eventualitate este cu mult mai posibilă, în cazul TC, decât,

de exemplu, în cazul TT, deoarece în secundarul TC, distribuţia fiind în serie, înlocuirea unui instrument echivalează cu întreruperea circuitului.

Pentru a se evita această eventualitate TC de interior (uşor accesibile) sunt prevăzute cu posibilitatea scurtcircuitării secundarului, înainte de a se interveni în circuitul alimentat de acesta.

Deoarece, zSTC ≈ 0, regimul de scurtcircuit al unui TC nu determină o suprasolicitare termică semnificativă a acestuia.

În cazul TC montate în exterior sau în locuri greu accesibile se recurge la blocuri de încercare Bi, fig.9.22, care permit scurtcircuitarea secundarului, când se intervine la instrumentele de măsură;

Fig.9.22

b)-corelarea permanentă a clasei de precizie a instrumentelor de măsură cu clasa de precizie a TC, care depinde de valoarea impedanţei sale de sarcină ;

c)-la ramânerea în gol a secundarului TC, la bornele acestuia se se

233

regăseşte tensiunea, fig.9.22:U2 0 = k ΔUTC = I1 / I2TC ΔUTC (9.18)

care poate avea valori de ordinul zecilor de volţi, devenind periculoasă (în condiţiile în care, în regim normal este practic nulă, ceea ce permite intervenţia directă şi fără riscuri a personalului de întreţinere).

Această tensiune (9.18.), este cu atât mai mare cu cât curentul nominal al secundarului este mai mic ( raport de transformare mai mare).

- curentul nominal al secundarului transformatoarelor de măsură de curent este de regulă 5A; în cazul unor circuite mai lungi, în secundar, se aleg TC cu 1A, dar care au dezavantajul menţionat mai sus.

9.2.7. Aparate electrice de protecţie la supratensiuni

Izolaţia echipamentelor se dimensionează pentru o funcţionarenormală şi nelimitată în timp, la tensiuni de serviciu şi pentru condiţiinormale de funcţionare a sistemului electroenergetic. Din punct de vedereelectric, izolaţia poate fi solicitată de următoarele patru mari categorii detensiuni :

- tensiunea maximă de serviciu a reţelei;- supratensiune de trăsnet (atmosferică);- supratensiune de comutaţie (origine internă);- supratensiune temporară.Supratensiunea de trăsnet apare ca efect direct sau indirect al

descărcărilor electricre de trăsnet. Ea se prezintă sub forma unor unde de impuls şi depinde în principal de valoarea curentului de trăsnet. În funcţie de amplitudinea curentului de trăsnet, de locul de incidenţă, de parametrii liniei electrice aeriene, supratensiunea poate atinge valori mai mari decât nivelul de izolaţie al echipamentelor. Din această cauză instalaţiile şi echipamentele electrice se protejează împotriva loviturilor directe de trăsnet prin paratrăsnete, iar liniile electrice aeriene cu conductoare de protecţie.

Loviturile indirecte de trăsnet se produc ca urmare a unei lovituri de trăsnet lângă obiectul sau linia respectivă. Fenomenul produce supratensiuni induse, ca urmare a variaţiilor bruşte ale curentului de trăsnet. Loviturile de trăsnet produc impulsuri de supratensiune de durată mică, dar amplitudine foarte mare.

Supratensiunea de comutaţie este generată de comutări în regim normal sau de avarie, având o durată relativ mare şi amplitudine mai mică decât supratensiunea de trăsnet, depinzând şi de tensiunea de serviciu, de configuraţia reţelei, de modul de tratare a neutrului reţelei, de caracteristicile aparatelor de comutaţie şi de protecţie. Cauzele acestei supratensiuni pot fi :

a) Conectarea şi deconectarea curenţilor capacitivi (specifici LEA sau LEC funcţionând în gol, sau bateriilor de condensatoare);b) Conectarea şi deconectarea curenţilor mici inductivi (specifici transformatoarelor în gol sau cu sarcină inductivă, etc.)Supratensiunea temporară are forma unor oscilaţii neamorsate sau

234

slab amorsate, putând avea o frecvenţă de oscilaţie mai mică, egală sau mai mare decât frecvenţa reţelei şi o durată relativ mare (0,02÷1,5s).

Protecţia instalaţiilor electrice împotriva efectelor acestor tipuri de supratensiuni se realizează astfel :

1. Protecţia la efectele supratensiunilor de trăsnet :- Clădirile și rețele electrice aeriene se protejează cu instalaţii de

protecţie la loviturile directe de trăsnet;- Protecţia împotriva undelor de supratensiune induse de trăsnet care

se propagă pe liniile electrice spre instalaţiile consumatorului se asigură cu dispozitive de protectie la supratensiuni si supracurenți SPD [8].

2.Protecţia instalaţiilor electrice la efectele supratensiunilor de comutaţie se realizează cu dispozitive de protectie la supratensiuni si supracurenți SPD.

3.Protecţia la efectele supratensiunilor temporare se realizează prin măsuri de tratare a neutrului cu bobine de stingere şi rezistenţă de limitare.

Mijlocul de protecţie SPD- dispozitiv de protecţie la supratensiuni şi supracurenţi- utilizat este compus din, fig.9.23:Eclatorul-1, dispozitiv simplu de protecţie împotriva supratensiunilor atmosferice format din doi electrozi metalici. Acesta se folosește și singular, in LEA, variantă în care, unul din electrozii eclatorului se leagă la o fază iar celălalt este legat la pământ. În regim normal eclatoarele asigură separarea faţă de pământ a bornei aflată

sub tensiune. La apariţia unei supratensiuni cu amplitudinea mai mare decât tensiunea de amorsare a spaţiului disruptiv, acesta amorsează, limitând unda de supratensiune, generând însă un regim de scurtcircui, iar tensiunea în locul său de montare devine practic nulă. După epuizarea undei de supratensiune, arcul electric rămâne alimentat de tensiunea reţelei reprezentând, în continuare, un regim de scurtcircuit care, de regulă, nu poate fi stins decât prin intermediul aparatului de protecţie prin relee al rețelei din amonte de eclator. După stingerea arcului, eclatorul îşi recapătă capacitatea de funcţionare şi în scopul menţinerii alimentării consumatorilor, pot fi prevăzute dispozitive de reanclanşare automată rapidă (RAR).

235

Deoarece este de dorit ca după amorsarea eclatorului tensiunea să aibă o valoare remanentă, Up, cât mai apropiată de valoarea normală, eclatorul se inseriază cu :

Descărcătorul (cartuș)-2 care are proprietatea de a limita supratensiunile (până la valori ce pot fi întrerupte de descărcătorul însuşi) prin intermediul unor rezistenţe neliniare (tip cartuş) a căror rezistivitate scade brusc la creşterea tensiunii, pentru a reveni în starea iniţială după stingerea supratensiunii.

Diversitatea echipamentelor de telecomunicaţii, informatice, care ramân nesupravegheate, etc, a impus producerea de descărcătoare pentru instalaţii de joasă tensiune cu performanţe adecvate şi cu forme de realizare ce permit instalarea lor în firida de branşament, în orice tablou pe șină precum și în prize sau incluse în echipamentul de protejat.

În funcţie de caracteristicile şi solicitările la care sunt supuse, dispozitivele de protecţie sunt împărţite în trei tipuri:

SPD tipul 1 (SPD1)-cuprind descărcătoare cu rezistenţă variabilă, supuse celor mai intense solicitări şi având capacitatea de a conduce curenţi electrici datoraţi loviturilor se trăsnet. Au rolul de a limita pătrunderea în instalaţiile electrice a unor curenţi electrici de impuls datoraţi loviturilor de trăsnet și sunt conectate între conductoarele active (inclusiv conductorul neutru – dacă există –) şi pământ.

SPD de tipul 2 (SPD2)-cuprind limitatoare de supratensiuni amplasate în aval de dispozitivele de tipul 1 și sunt conectate între conductoarele active (inclusiv conductorul neutru – dacă există –) şi pământ.

SPD de tipul 3 (SPD3)-sunt destinate protejării la supratensiuni a echipamentelor/receptoare și sunt conectate între conductoarele active (inclusiv conductorul neutru – dacă există –) şi pământ.

Mărimile caracteristice ale descărcătorului de joasă tensiune sunt: UC –tensiunea măximă de regim permanent la care

descărcătorul nu trebuie să acţioneze. Pentru montarea între conductorul de fază şi pământ UC are valori diferite în funcţie de schema de legare la pământ, respectiv între conductoarele active şi pământ :

1. TT - UC> 1,5 Uf ;2. TN - UC > 1,1 Uf ;3. IT - UC > Uf ;

UP –nivelul de protecţie respectiv, tensiunea pe descărcător în regim de lucru când este parcurs de curentul său nominal In ;

Imax –curent maxim de descărcare, valoare de vârf, suportat (interupt) o singură dată de descărcător.

In -curent nominal de descărcare . Acest curent poate fi suportat de mai multe ori.

Ca urmare este posibil, ca în urma acțiunii Imax , cartușul SPD-

236

lui să fie distrus. În această situație se stabilește un regim de scurtcircuit, care va fi limitat prin acțiunea aparatului de protecției al rețelei electrice aflat imediat în amonte de SPD.

Această acțiune va determina întreruperea alimentării pentrureceptorii din aval. Din acest motiv producătorii SPD asociază, în carcasa acestuia și un aparat de protecție -AP, fig 9.23. Caracteristicile acestui aparat de protecție trebuie să asigure deconectarea curentului de scurcircuit prezumat dar, mai ales, acționarea selectivă în raport cu aparatul de protecție al rețelei montat imediat în amonte.

9.2.8. Aparate electrice pentru control şi observare

Aşa cum s-a subliniat în paragraful 9.2.1, în scopul asigurării exploatării unei reţele electrice, considerată ca element primar, sunt necesare activităţi de control şi observare a acesteia. Aceste activităţi se realizează atât cu aparate electrice montate direct în circuitele primare, cât şi cu o serie de scheme electrice de control, semnalizare, automatizare, măsură, denumite ca secundare, în sensul că nu fac parte din reţeaua electrică primară, dar asigură buna exploatare a acesteia.

În cadrul acestui paragraf se prezintă aparatele electrice cu care se realizează aceste scheme electrice secundare.

Din punct de vedere a rolului funcţional, aceste aparate electrice se pot grupa astfel :

a) - aparate electrice de control, care permit efectuarea unei comenzi, manuală sau automată (urmărind valoarea unei mărimi, transmit o comandă la depăşirea unei valori de prag de către aceasta) ;

b) - aparate electrice de execuţie, realizează legătura între o schemă secundară expusă la curenţi de valori mici, şi un circuit de execuţie (acţionarea unui aparat electric de conectare sau protecţie ). În unele situaţii au caracter de servomecanisme;

c) - aparate electrice de amplificare, care permit multiplicarea unei informaţii (poziţia unui aparat electric) sau a unei comenzi ;

d) - aparate electrice de semnalizare şi avertizare ;e) - instrumente electrice de măsură.

a) Aparate electrice de control - butoane de comandă, se folosesc pentru comanda manuală a unor

aparate electrice de conectare. Reprezentativ este butonul dublu de pornit (P), oprit (O) adecvat comenzii contactoarelor electromagnetice, care sunt fără reţinere, respectiv comanda este scurtă, egală cu durata menţinerii în poziţia apăsat. Pentru comenzi permanente se folosesc butoanele cu reţinere eventual şi cu lampă inclusă care să "memoreze" ultima comandă efectuată.

- chei de comandă, se folosesc pentru transmiterea de comenzi complexe, specifice întrerupătoarelor automate, având avantajul memorării ultimei comenzi şi a unui număr mare de contacte. Pentru o cheie de comandă (asemănătoare constructiv cu un întrerupător cu came) se

237

elaborează diagrama de comandă, ce redă dependenţa dintre poziţia mânerului de acţionare şi poziţia contactelor. Unele chei de comandă au inclusă o lampă de semnalizare în mânerul de acţionare .

- microîntrerupătoare, limitatoare de cursă, se folosesc pentru închiderea şi deschiderea unor circuite (cu scopul de comandă a unui aparat de execuţie) când este depăşită limita unei coordonate (distanţe).

Contactul mobil al unui microîntrerupător, este acţionat de un mecanism cu resort sau lamelă elastică, acţionată direct sau cu elemente cinematice (rolă, pârghie, bilă ).

- relee electrice , fac parte din categoria aparatelor cu caracteristică discontinuă (tip releu), deoarece variaţia mărimii electrice de intrare determină doar o variaţie în salt a mărimii de ieşire (totul sau nimic), fig. 9.24.

Fig 9.24Valoarea mărimii de intrare pentru care se produce acţionarea

(pornirea releului), xip este mai mare decât valoarea pentru care are loc revenirea xir în starea neacţionat .

Datorită gamei foarte largi de relee electrice, este necesară o grupare a lor astfel :- după natura mărimii de intrare : - de tensiune ; - de curent ; - de putere ; - de timp . - după caracterul mărimii de intrare : - de curent continuu ; - de curent alternativ.- după caracteristica de acţionare : - dependente de curent ;

- independente de curent .Cu excepţia releului termic cu bimetal, la care contactul mobil este

acţionat de săgeata determinată de temperatura la care este încălzit un element bimetal de care căldură produsă de curentul supravegheat, celelalte relee electrice au o funcţionare asemănătoare cu a unui contactor electromagnetic.

Ca urmare, releul de curent cu bimetal va avea o caracteristică de acţionare dependentă de curent, asemănătoare cu a siguranţei fuzibile, iar cele a căror acţionare este determinată de forţa electromagnetică vor avea o caracteristică de acţionare independentă, de tipul, totul sau nimic, fig.9.24.

238

Releele de tensiune, au bobina de acţionare de tip volt, dar sunt acţionate tot de o forţă electromagnetică determinată de un curent, strict determinat de valoarea tensiunii ce se aplică bobinei releului.

Releele de curent au bobina de acţionare tip amper, montându-se în serie, pentru a fi expuse curentului, mărimea de intrare, ce-i determină acţionarea. Releele electrice de timp, au ca mărime de intrare un curent sau o tensiune sau combinaţii ale acestora, iar acţionarea contactelor lor se produce cu o anumită întârziere (temporizare). Acestea sunt, de regulă, relee intermediare necesare în asigurarea selectivităţii acţionării unor aparate electrice de conectare de protecţie sau a desensibilizării faţă de anumite perturbaţii (şocuri de sarcină).

b) Aparate electrice de execuţie - electromagneţi de acţionare, sunt folosiţi în scheme secundare de

comandă, semnalizare, ca elemente de acţionare în scopul transmiterii unei comenzi manuale, sau a amplificării unei mărimi de comandă (servomecanism). În acest caz, curentul suportat de bobina electromagnetului(element de comandă) este mult mai mic decât cel suportat de contactele electromagnetului(element comandat ).

O formă specială de realizare a electromagneţilor, o reprezintă electroventilele, utilizate în controlul circuitelor parcurse de fluide sau de gaze.

c) Aparate electrice de amplificare, pe lângă amplificarea curentului, sau a puterii, de comandă (în cazul servomecanismelor) este necesară şi multiplicarea unor informaţii sau comenzi. Este cazul folosirii unor relee intermediare care au mai multe perechi de contacte ce permit multiplicarea poziţiei unui aparat electric de conectare, fig.9.25a, sau a unei comenzi, fig.9.25b.

d) Aparate electrice de semnalizare şi avertizare - lămpi de semnalizare, utilizate pentru semnalizarea optică a poziţiei

unor aparate electrice de conectare, acţionarea unor aparate electrice de protecţie, etc.

- hupe de semnalizare, folosite pentru avertizarea acustică a unor

239

regimuri anormale sau de defect. În urma avertizării acustice, generale, operatorul uman va indentifica semnalizarea optică locală realizată cu lămpi de semnalizare. - indicatoare de poziţie, se folosesc pentru semnalizarea poziţiei aparatelor electrice de conectare cu două stări. Este cazul separatoarelor electrice, care fiind comandate numai manual, au doar două stări, corespunzătoare poziţiei închis sau deschis a contactului mobil. Întrerupătoarele automate se pot afla în aceeaşi poziţie (de ex. deschis) ca urmare a două tipuri de comenzi : manuală (deconectat manual) sau automată(deconectat automat), fiind necesară semnalizarea distinctă a fiecărei stări .

Indicatorul de poziţie, fig.9.26a, are două bobine, care acţionează fiecare o aceeaşi lamelă indicatoare: una dintre ele o menţine permanent într-o poziţie, iar cealaltă într-o poziţie perpendiculară pe prima, fig. 9.25b. Când nici o bobină nu este sub tensiune lamela indicatoare se poziţionează la 450, fig. 9.26c.

Fig. 9.26.

e) Instrumente electrice de măsură, folosite la măsurarea nemijlocită a mărimilor electrice, direct sau prin intermediul aparatelor electrice de măsură (transformatoare electrice de măsură).

Principiul de funcţionare şi caracteristicile instrumentelor electrice de măsură se prezintă în.

240