Intrerupatoare automate

Executie instalatii electrice profesionale: 0723 758 558

INTRERUPATOARE AUTOMATE DE JOASA TENSIUNE

            Intrerupatoarele automate sunt aparate electrice de comutatie, care in regim normal de functionare permit conectarea si deconectarea cu frecventa redusa a circuitelor electrice, iar in caz de suprasarcina, scurtcircuit, scaderea sau disparitia tensiunii, asigura protectia prin intermediul declansatoarelor, intrerupand automat circuitele aflate in regim de avarie.

            Intrerupatoarele automate se folosesc la protectia instalatiilor de iluminat, a motoarelor electrice, a retelelor de distributie, tablourile de distributie din centrale electrice si din posturile de transformare sau a altor consumatori. Ele sunt folosite impreuna cu sigurante fuzibile cu mare putere de rupere ce asigura un efect de limitare a curentilor de scurtcircuit. Intrerupatoarele automate se folosesc in instalatii de curent continuu si curent altemativ si comparativ cu sigurantele fuzibile au functiuni multiple si permit reglarea mai exacta a curentului la care intrerup circuitul in regim de avarie..

            Intrerupatoarele automate de joasa tensiune sunt aparate electrice cu cel putin un element mobil pe durata efectuarii comutatiei.

            Variantele constructive actuale sunt de tipul disjunctor, numai cu declan­sa­re automata, inchiderea facandu-se manual, fie prin actiune directa, fie prin comanda de la distanta. In cazuri speciale se construiesc intrerupatoare automate de joasa tensiune de tipul disjunctor-conjunctor, adica cu reanclansare automata, functiune specifica intrerupatoarelor automate de inalta tensiune.

            Spre deosebire de contactoare, intrerupatoarele automate sunt mentinute in pozitia anclansat de un mecanism de zavorare (broasca), mecanic sau electro­mecanic, asupra caruia actioneaza declansatoarele: termobimetalice (cu actiune temporarizata), electromagnetice (cu actiune instantanee) sau declansatoarele minimale de tensiune.

           

1. Clasificarea intrerupatoarelor automate de joasa tensiune

            Intrerupatoarele automate de joasa tensiune se pot clasifica dupa mai multe criterii.

            A. Dupa functiile de protectie, care determina declansarile automate, intreruatoarele se impart in:

            – intreruratoare automate de curent maxim,

            – intrerupatoare automate de curent minim,

            – intrerupatoare automate de curent invers,

            – intrerupatoare automate de tensiune minima,

            – intrerupatoare automate de tensiune maxima.

            Exista intrerupatoare automate care cumuleaza mai multe functii de protectie: de exemplu, pentru curent maxim, curent invers si tensiune minima.

            B. Dupa numarul polilor, intrerupatoarele automate pot fi:

            – monopolare,

            – bipolare,

            – tripolare sau

            – tetrapolare.

            C. Dupa felul curentului comutat:

            – intrerupatoare de c.c.

            – intrerupatoare de c.a. monofazate,

            – intrerupatoare trifazate.

            D. Dupa mediul de stingere a arcului pot fi:

            – in ulei,

            – in aer.

            E. Din punctul de vedere al timpului propriu de declansare intreru­pa­toa­rele se clasifica in:

            – intrerupatoare limitatoare (ultrarapide), cu timpi de declansare t_d < 4 ms,

            – intrerupatoare automate rapide, cu t_d < 40 ms

            – intrerupatoare automate selective, cu t_d < 0,5 s

            – intrerupatoare automate temporizate t_d> 1 s.

            F. Din punct de vedere functional si constructiv intrerupatoarele automate se clasifica:

            -in intrerupatoare universale (in executie deschisa),

            -intrerupatoare capsulate (in  carcasa din material plastic).

           

2 Elementele construcxtive ale intrerupatoarelor automate

            Principalele parti constructive ale intrerupatoarelor automate sunt:

            – organul motor (format dintr-un electromagnet sau un motor de actio­na­re);

            – contactele principale (fixe si mobile);

            – camera de stingere;

            – contactele auxiliare (cuplate mecanic cu contactele principale);

            – declansatoare cu functie de protectie (termobimetalice, electro­mag­ne­ti­ce);

            – carcasa aparatului cu sisteme de fixare;

            – mecanismul de zavorare sau broasca intrerupatorului;

            Elementul caracteristic, in plus fata de contactoare il reprezinta tocmai acest din urma element si anume zavorul sau broasca intrerupatorului, care este un mecanism cu libera deschidere. Acest mecanism asigura mentinerea in pozi­tia anclansat a contactelor intrerupatorului si deschiderea automata a acestora sub actiunea declansatoarelor. De asemenea mecanismul trebuie sa permita des­chiderea contactelor la actionarea acestora, la comanda operatorului sau a de­clan­satoarelor si sa mentina intrerupatorul ferm in pozitia deschis pentru evitarea inchiderii accidentale a contactelor. Denumirea de libera deschidere a mecanis­mului de zavorare provine de la faptul ca deschiderea contactelor, sub actiunea declansatoarelor, nu poate fi blocata printr-o actiune din afara sistemului de ac­tionare.

            Cele mai utilizate variante constructive de zavoare sunt:

            – mecanisme cu clicheti rotativi;

            – mecanisme cu parghii articulate si genunchi;

            – mecanisme combinate cu parghii, genunchi si clichet.

                      

          

3. Intrerupatoare automate de c.a.

            Intrerupatoarele automate de c.a. se realizeaza in doua forme constructive:

            – intrerupatoare automate universale (in constructie deschisa).

            – intrerupatoare automate de tip compact (in constructie capsulata).

            Intrerupatoarele automate universale se clasifica in:

            – intrerupatoare automate pentru instalatii interioare, avand curentii nominali I_n=6¸16 A si capacitatea de rupere I_r=1¸2 kA.

            – intrerupatoare automate de putere, cu I_n=1000¸4000 A si I_r=50¸55 kA.

            Intrerupatoare automate limitatoare, avand timpi de actionare t_a < 10 ms, I_n=16¸2500 A si I_r=25¸100 kA.

            Dintre intrerupatoarele automate de putere fabricate la noi in tara amintim pe cele de tip OROMAX, AMRO, AMT si DITA. In toate aceste aparate intre­ru­pe­rea arcului electric se realizeaza in camere de stingere care folosesc principiul efectului de electrod combinat cu efectul de nisa.

            Pentru alimentarea consumatorilor de mica putere cele mai utilizate intrerupatoare automate de tip compact produse in tara sunt cele din gama intre­ru­patoarelor automate AMRO. Acestea se realizeaza in patru variante cons­truc­ti­ve: AMRO 25; AMRO 40; AMRO 100 si AMRO 250.

            Ele functioneaza in curent alternativ la o tensiune de 500V si o frecventa de 50Hz. Variantele AMRO 100 si AMRO 250 pot functiona si in curent continuu la o tensiune de 220V.

                                      

Figura 2.32. Intrerupator automat capsulat AMRO 25.

                                      

            Dintre numeroasele variante de intrerupatoare automate de tip capsulat care se gasesc pe piata romaneasca unele dintre cele mai performante sunt cele produse de firma Moeller prezentate in figura 2.33.

            Intrerupatoarele de tip compact (in constructie capsulata) se utilizeaza pentru comanda si protectia la suprasarcina si scurtcircuit a instalatiilor electrice industriale fiind caracterizate prin: capacitate ridicata de inchidere si rupere la gabarit reclus; variante multiple de executie; dispozitive de blocaj si semnalizare ce asigura securitatea personalului si siguranta in functionare.

            

           

Figura 2.33. Variante constructive de intrerupatoare automate de tip compact.

      

            Intrerupatoarele din clasa USOL se realizeaza pentru curenti nominali de 100, 250, 500 si 800 A. Inchiderea si deschiderea contactelor principale ale acestor intrerupatoare se face brusc cu ajutorul unui mecanism cu genunchi si clichet, cu anclansare si declansare rapida, independenta de viteza de manevrare a operatorului. Camera de stingere este construita pe principiul efectului de electrod si nisa. Aceste intrerupatoare sunt prevazute cu declansatoare maximale de curent, termice si electromagnetice si declansator minimal de tensiune.

            Puterea de rupere ridicata se obtine prin marea rapiditate de raspuns a declansatoarelor, viteza mare de deplasare a echipajului mobil, distanta mare intre contactul mobil si cel fix in pozitia deschis si utilizarea unor camere de stingere performante.

            

Figura 2.34. Cinematica intrerupatorului de tip USOL.

1- maneta de actionare; 2- clichet principal; 3- clapeta de armare; 4-biela I;

5- biela II; 6- echipaj mobil; 7- contact mobil; 8- contact fix; 9- resort principal; 10- resort pentru presiunea pe contact.

            In afara actionarii manuale intrerupatoarele capsulate USOL pot fi actio­na­te prin electromagneti de actionare sau prin motoare de actionare.

            In figura 2.36. am reprezentat schema electrica de actionare si comanda a intre­rupatoarelor de tip USOL in varianta cu electromagnet de actionare.

Figura 2.35. Sectiune prin intrrerupatorul automat capsulat de tip USOL.

           

1-maneta de actionare, 2-clichetul principal, 3-clapeta de armare, 4, 5-biele,        6-echipajul mobil, 7-contactul mobil, 8-contactul fix, 9-resort principal, 10-clapeta ax declansator, 11-declansator termic, 12-buton de reglaj, 13-armatura fixa a declansatorului electromagnetic, 14-axul suport al echipajului mobil, 15-carcasa aparatului, 16-placa de prindere, 17-borne de racordare, 18-camera de stingere cu placi feromagnetice, 19-armatura mobila a declansatorului electromagnetic, 2o-axul declansatorului, 21-clichet auxiliar.

           

           

Figura 2.36. Schema electrica de actionare cu electromagnet de actionare

            a unui intrerupator compact de tip USOL.

           

            La actionarea butonului de pornire (cu revenire) S₂ se alimenteaza bobina contactorului auxiliar K₁ in serie cu contactul normal inchis K₂ (3-5) al releului de blocaj K₂. In acest fel contactorul isi inchide contactul principal K₁ (2-4) si se au­to­mentine prin contactul auxiliar K₁ (6-8), permitand punerea sub tensiune a in­fa­surarii electromagnetului de actionare Q₁ (0-1) care comanda inchiderea in­tre­rupatorului, care ramane zavorat prin zavorul mecanic Z. Contactele prin­ci­pa­le ale intrerupatorului permitand alimentarea consumatorului racordat la bor­nele A, B, C in serie cu declansatorul electromagnetic F₁ si cel termo­bi­me­ta­lic F₂. Prin inchiderea contactului auxiliar al intrerupatorului Q₁ (14-16) se alimenteaza bobina releului de blocaj K₂ (0-1), care prin deschiderea contactului sau normal in­chis K₂ (3-5) opreste alimentarea bobinei contactorului K₁. Ca ur­ma­re a re­venirii acestuia se deschide contactul K1 (2-4) care scoate de sub ten­siune bobina electromagnetului de actionare.

            Se observa ca in cazul actionarii din nou a butonului S₂ electromagnetul

            Q₁ (0-1) nu poate fi pus sub tensiune din cauza ca releul de blocaj K₂ este actionat si contactul sau K₂ (3-5) este deschis. Declansarea voita se face prin butonul S₁ care intrerupe alimentarea declansatorului minimal de tensiune F₃ (U<) si care actioneaza mecanic asupra zavorului Z. In cazul unor curenti de suprasarcina declansarea este comandata de declansatoarele F₁, iar an cazul unor supracurenti mai mari de declansatoarele F₂ ce actioneaza asupra zavorului Z.

            In cazul in care intreruatorul este actionat printr-un motor electric, schema electrica cuprinde un si un limitator de cursa si o frana electromagnetica.

            Intrerupatorul automat de tip OROMAX se realizeaza pentru curenti nominali de la 1000 la 4000 A, fiind destinat comutatiei si protectiei liniilor elec­trice, a motoarelor de putere, generatoarelor si transforrnatoarelor mari. Actio­narea se face prin maneta proprie sau prin motor de actionare, printr-un meca­nism de actionare cu acumulare de energie in resoarte (cu resoarte preten­sio­nate). O vedere de ansarnblu a unui intrerupator de tip OROMAX este pre­zen­tata in figura 2.37.

.

Figura 2.37. Intrerupator automat tip OROMAX

           

            Acest intrerupator este prevazut pentru protectie cu declansatoare de tip H (declansatoare combinate termice si electromagnetice), cu curentul de declansare instantanee reglat la 8I_r.

            Pentru a face fata curentilor de scurtcircuit mari, acest intrerupator este echipat cu contacte de lucru, contacte de rupere (de arc) si rampe (coarne) de introducere a arcului electric in interiorul camerei de stingere.

            Elementele constructive ale caiilor de curent ale unui intrerupator tip OROMAX sunt prezentate in figura 2.38.

            Un intreruptor de tip OROMAX poate efectua cca. 20000 de manevre de inchidere - deschidere in sarcina si nu necesita prea multe operatiuni de intretinere.

           

Figura 2.38. Caile de curent ale unui intrerupator de tip OROMAX.

l-contactul principal (de lucru); 2­-contactul de rupere (de arc); 3a si 3b- rampele (coarnele); 4- separator de flama; 5- piesa suport pentru elementele mobile de contact; 6- resort antagonist; 7- piesa intermediara; 8- legatura flexibila; 9- calea de curent.

           

            Schema electrica a unui intrerupator automat universal de tip OROMAX este reprezentata in figura 2.39..

            Actionarea intrerupatorului se poate face fie cu un electromagnet, cu un mo­tor electric sau cu un dispozitiv pneumatic. In momentul in care dispozitivul de actionare si-a terminat cursa, contactele intrerupatorului Q_l raman inchise prin intermediul zavorului Z, iar dispozitivul de actionare este deconectat au­to­mat. Prin inchiderea contactelor principale ale lui Q_l se alimenteaza con­su­ma­to­rul intre bornele A, B, C, in serie cu declasatoarele termice F₅ si elec­tro­mag­ne­ti­ce F₄ si sigurantele fuzibile F₁, F₂, F₃. La depasirea curentului reglat actioneaza du­pa caz declansatorul termic sau cel electromagnetic care prin lovirea zavorului pro­voaca declasarea intrerupatorului. In caz de scurtcircuit intreruperea ali­men­ta­rii consumatorului se realizeaza prin actiunea sigurantelor fuzibile. Declan­sa­to­rul minimal de tensiune F₆este alimentat prin contactul Q_l (14-16) si butonuI S₁ (l-3). In cazul scaderii sau disparitiei tensiunii declansatorul F₆ actioneaza me­canic asupra zavorului Z, provocand declansarea intrerupatorului. Pentru de­clan­sarea voita a intrerupatorului se foloseste butonul S₁.

           

Figura 2.39. Schema electrica desfasurata a unui intrerupator de tip OROMAX.

           

                        Exista posibilitatea ca pentru protectia la suprasarcini sa se foloseasca relee electromagnetice si relee termice ale caror contacte sunt inseriate in circuitul de comanda al bobinei declansatorului minimal de tensiune. Aceasta varianta de schema electrica a intrerupatorului este prezentata in figura 2.40.

                        Protectia la suprasarcini este realizata de releele termobimetalice F₅, la supra­curenti de releele electromagnetice F₄ iar la scaderea tensiunii de catre re­le­ul electromagnetic F₆. Protectia la scurtcircuit se face si in acest caz prin si­gu­ran­tele fuzibile F₁, F₂ si F₃.

           

Figura 2.40. Schema electrica a unui intrerupator cu protectia prin relee. 

Figura 2.41. Caracteristica de protectie a unui intrerupator.

            Caracteristica de protectie a intrerupatorului este prezentata in figura 2.41. Caracteristica din figura este reprezentata in coordonate semilogaritmice.

            Portiunea 1 din caracteristica reprezinta caracteristica dependenta cores­pun­zatoare declasatoarelor temobimetalice, portiunea 2 reprezinta caracteristica independenta corespunzatoare declasatoarelor electromagnetice iar portiunea 3 corespunde zonei de protectie a sigurantelor fuzibile in cazul curentilor de scurt­circuit. Caracteristica 4 reprezinta curba de stabilitate termica a instalatiei prote­jate.

4. Intrerupatoare automate de c.c.

            Intrerupatoarele automate de c.c. pot fi normale sau ultrarapide.

            Intrerupatoarele automate normale nu necesita caracteristici de protectie rapide si sunt utilizate mai ales in tractiunea electrica. Ele au un mecanism de zavorare cu parghii genunchi cu clicheti si sunt prevazute cu declansatoare elec­tromagnetice.

            La intrerupatoarele folosite in tractiunea urbana (AV-2) bobina de­clan­sa­torului electromagnetic se poate regla la valori apropiate de curentul absorbit de motor (adica protectia este selsectiva).

            Intreruppatoarele automate ultrarapide au aparut ca urmare a necesitatii de a proteja instalatiile de curent continuu echipate cu redresoare cu vapori de mer­cur iar in prezent sunt folosite la protectia dispozitivelor semiconductoare de pu­te­re, caracterizate printr-o capacitate redusa de a suporta curentii de suprasarcina si mai ales curentii de scurtcircuit.

            Intrerupatoarele ultrarapide se realizeaza in doua variante:

            a) Electromagnetice, la care sistemul de zavorare mecanica a fost inlocuit de zavoare electromagnetice (prin utilizarea unui electromagnet de retinere), de­clan­sarea fiind comandata electromagnetic (printr-un electromagnet de de­clan­sare).

            b) Electrodinamice, la care asupra zavorului mecanic (clichet) actioneaza declansatoare ultrarapide electrodinamice (ce utilizeaza efectul fortelor electrodinamice).

            Intrerupatoarele ultrarapide electromagnetice se realizeaza sub mai mul­te variante constructive. Astfel in figura 2.42. este reprezentat un intreru­pator ultrarapid electromagnetic produs de firma AEG, care permite obtinerea unor timpi de declansare sub 10 ms.

           

Figura 2.42. Intrerupator automat de c.c. ultrarapid electromagnetic.

1-contactul fix, 2-contactul mobil principal, 3-contactul de arc, B-bobina de suflaj, R-rezistenta pentru limitarea supratensiunilor pe contacte, ER-electromagnetul de retinere (zavorul), ED-electromagnetul de declansare.

           

            Pentru actionarea intrerupatorului se trece comutatorul C in pozitia din figura, alimentandu-se bobina electromagnetului de retinere ER. in acest fel armatura mobila 5 este atrasa de armatura fixa 4, impotriva actiunii resortului antagonist si odata cu acesta se inchide contactul mobil 2 peste cel fix 1.

            Curentul din circuitul de lucru strabate contactele de lucru, bobina de suflaj B si bobina electromagnetului de declansare ED. Fluxul magnetic dat de bobina ED se inchide, conform liniei de camp a, pe portiunea de reluctanta magnetica minima, strabatand polul ecranat cu spira in scurtcircuit K.

            La aparitia unui curent de scurtcircuit fluxul determinat de electromagnetul de declansare ED se inchide pe calea reprezentata punctat (curba b), din cauza reactiei produse de spira in scurtcircuit (flux variabil in timp). In acest fel forta ce se exercita asupra armaturii mobile 6 adunata cu forta F a resortului, inving forta dezvoltata de electromagnetul ER determinand deschiderea contactului mobil 2. Arcul electric ce apare intre contacte este atras in interiorul unei camere de stingere cu fante inguste, sub actiunea bobinei de suflaj B, unde este deionizat, alungit si stins rapid.

            O alta solutie constructiva de intrerupator ultrarapid cu sunt magnetic, este prezentata in figura 2.43.. Acest intrerupator utilizeaza pentru declansare un impuls de curent proportional cu panta de variatie a curentului in timp (di/dt).

           

           

Figura 2.43. Intrerupator automat de c.c. ultrarapid cu sunt magnetic.

1 - contactul mobil; 2- contactul fix; 3-armatura mobila solidara cu contactul mobil; 4- electromagnetul de declansare; 6- bobina de suflaj.

           

            Pentru actionare se alimenteaza bobina electromagnetului de retinere 4 astfel incat fluxul magnetic dat de aceasta (linia continua din figura) determina atragerea armaturii mobile feromagnetice 3. In acest fel se inchid contactele intrerupatorului, calea de curent realizandu-se de la A la B. Electromagnetul de retinere 5, legat in paralel cu o inductivitate L nu este parcurs de curent in regim normal de functionare. La aparitia unui curent de scurtcircuit, pe inductivitatea L apare o tensiune electromagnetica indusa Ue care determina aparitia prin inf'asurarea de comanda a electromagnetului de declansare 5 a unui curent de impuls:

                                                                                                                    (2.15.)

            Prin armatura mobila se inchide un flux magnetic a carui linii de camp (linia punctata) se opun celor determinate de electromagnetul de retinere 4 si sub actiunea resortului antagonist armatura mobila se indeparteaza si odata cu ea si contactul mobil 2 care intrerupe circuitul. Stingerea arcului este asigurata de bobina de suflaj 6. Lipsa unor parghii si zavoare intermediare determina o actiune ultrarapida a intrerupatorului in caz de avarie (de ordinul 5 ms).

            Intrerupatoarele ultrarapide electrodinamice sunt prevazute cu un zavor mecanic (clichet) si sunt echipate cu declansatoare electrodinamice.

            In figura 2.44. este prezentata schita de principiu a unui asemenea intrerupator.

           

           

Figura 2.44. Intrerupator automat de c.c. ultrarapid electrodinamic.

1, 2 - contactele principale; 3- tija mobila; 4- bobina declansatorului electrodinamic; 5-disc nemagnetic; 6- resort; 7 –declansator electromagnetic;

8-declansator electrodinamic; 9- clichet; 10- resort antagonist.