of 130 /130
Proiect Aparate Electrice de Protecţie Specifice Instalaţiilor Electrice

Aparate electrice de joasa tensiune

Embed Size (px)

Text of Aparate electrice de joasa tensiune

ProiectAparate Electrice de Protec ie Specifice Instala iilor Electrice

Cuprins

B

B B

B

Aparate electrice de protec ie specifice instala iilor electriceAparatele de protec ie sesizeaz modificarea n timp a anumitor mrimi i, atunci cnd acestea iau valori periculoase, ac ioneaz n vederea prentmpinrii sau limitrii avariei care s-ar putea produce. n instala iile electrice, mrimile care pot determina producerea de avarii sunt temperatura ridicat i eforturile mecanice exagerat de mari. Pentru a fi eficient o protec ie trebuie s fie sensibil, rapid, selectiv i ct mai sigur n func ionare. Trebuie fcut o distinc ie ntre protec ia: y elementelor instala iei (cabluri, conductoare, aparate de comuta ie, etc.); y persoanelor i animalelor; y echipamentelor i receptoarelor alimentate de la instala ii electrice. Protec ia circuitelor:o mpotriva suprasarcinii; n cazul supracurentului produs ntr-o instala ie normal (fr defect). o mpotriva curen ilor de scurtcircuit datora i defectului de izola ie ntre conductoarele de faze diferite sau (n sistemele de tip TN) ntre faz i conductorul neutru (sau PE). Protec ia n aceste cazuri este realizat de siguran e fuzibile sau ntreruptoare automate, la nivelul tabloului de distribu ie la care este legat circuitul receptorului. Protec ia persoanelor: o mpotriva defectelor de izola ie. Protec ia va fi realizat de siguran e fuzibile sau ntreruptoare automate cu dispozitive de curent diferen ial rezidual i/sau monitorizarea permanent a rezisten ei de izola ie ntre instala ie i pmnt. Protec ia motoarelor: o mpotriva supranclzirii datorate, de exemplu, unei suprasarcini ndelungate, rotorului blocat, func ionrii ntr-o singur faz, etc. Sunt utilizate relee termice proiectate special astfel nct s corespund caracteristicilor particulare aferente motoarelor. Dac este necesar, astfel de relee pot s protejeze la suprasarcin cablul aferent circuitului motorului. Protec ia la scurtcircuit este realizat fie de o siguran de tip aM fie de un ntreruptor automat fr elementul de protec ie termic.

Simbol pentru fuzibile Si i i t l i il i l Si i t l t i t Si i t i

i t

i t i i i t i it l t t t i t t l t i t t it ti l t i t i i i lt l t i il ti t i i t t t i il t l i t l i i t t i t l t l lt ii l t t i ii i i i i il l i i i i i t i it F i il l i i tit i l l i it l i l t i t i t t l il t t l i i t t l i i it t ti l t i l ii l i il t i i t t i t i l i t t l t t i i t t t t i t j t l il t i it i l i i i t l l i i t i il l i t ilit t t i i t i it l t t i it l li t i t i

Si

Figura 1.1. Principiul de func ionare al siguran ei fuzibile

t

t

l i i t l

ii

l l i i i t l i l j t li i ti i l i ii ii t t i l L t li i F i il l t t i i t i l i t t i i

l li t i l

li i l t i t

li i t

i t t

l

t l

i il t l l l ti

t t i ti

i i t

i i t

i

t l

t l

i

t it

i il t l i i

i t i < i

ii t

Pri cipiul d fu c i

i il t t t i r al siguran el r fuzibile i i i : lt t l t l it i i i t t ii t i > ti t i

1. Sigur

fuzibil

t ii

i

i

i

t

repede, adic dac fuzibilul siguran ei se tope te la intensitate mic a curentului de suprasarcin sau la intensitate mare a unui curent de scurtcircuit. Se constat c pe durata 0t1 are loc nclzirea elementului fuzibil, conform curbei din figura 1.1a, pn la temperatura 1 corespunztoare temperaturii de topire ( 1= top). Durata t1 este de 15 ns i ca urmare se poate considera cntr-un interval att de scurt nu exist schimb de cldur cu mediul ambiant, procesul fiind adiabatic. n intervalul t1-t2 materialul fuzibilului se tope te n ntregime, iar temperatura se pstreaz constantn timpul procesului de topire la valoarea 1= top. n acest interval exist att metal solid, ct i lichid, care ocup ipotetic forma geometric a elementului n stare solid. n intervalul de timp t2-t3 metalul lichid se nclze te la temperatura 1 la temperatura 2 cnd se ajunge la temperatura de vaporizare( 2 = vap), dup care ar urma formarea arcului electric. Intervalul de timp scurs ntre momentul apari iei curentului de scurtcircuit i momentul apari iei arcului electric se nume te durata de prearc. Caracteristic pentru func ionarea la scurtcircuit a siguran elor fuzibile este procesul de limitare a curentului electric ca durat i amplitudine. Dup topirea completa elementului fuzibil i deci dupapar ia arcului electric, curentul mai cre te pu in, deoarece rezisten a arcului este ncmic. Efectul limitativ al siguran elor fuzibile este cu att mai pronun at cu ct valoarea nominal a siguran ei este mai mic i curentul de scurtcircuit mai mare (supratensiunile ce apar n circuit sunt mai mari). n cazul unui curent mic, distrugerea fuzibilului ncepe n anumite por iuni, nu prea mari. Astfel n aceste por iuni, datorit topirii i evaporrii metalului, ia na tere un arc sau mai multe arcuri mici. Aceste arcuri distrug fuzibilul pe lungimea total, necesar stingeri arcului. Dar metalul fuzibilului rmne n zona unde se gsea ini ial fuzibilul. Dac acesta este nconjurat de nisip, metalul topit umple spa iul dintre firele de nisip i formeaz un canal semiconductor. Stingerea arcului duptopirea fuzibilului, n cazul curen ilor redu i, este ngreunat datorit acestui fapt. n cazul unui curent mare fuzibilul se tope te, practic, simultan pe toatlungimea. Efectul topirii i evaporrii metalului are un caracter de explozie, n care metalul fuzibilului este aruncat cu putere n lturi i se condenseaz pe firele de nisip. a trecere din stare lichid n stare de vapori, conductan a devine practic nul i curentul se ntrerupe brusc, aceasta ducnd la supratensiuni apreciabile, care de obicei cresc pn la o valoare la care apare strpungerea mediului siguran ei plin cu metal sub form de vapori. Dup strpungerea mediului, se stabile te un arc, a crui durat de ardere i caracter al stingerii depind de construc ia dispozitivului de stingere al arcului cu care este prevzut siguran a. Valoarea supratensiunii care ia na tere n siguran dup evaporarea fuzibilului, depinde de lungimea acestuia. Cu ct lungimea este mai mare cu att supratensiunea care ia na tere este mai nalt. Pentru reducerea supratensiunii care ia na tere n siguran la scurtcircuit, se ncearc reducerea lungimi fuzibilului. De exemplu, n siguran ele tubulare dup topirea fuzibilului i formarea arcului, unul dintre electrozi este tras din canalul de stingere, astfel supratensiunile sunt practic imposibile. a siguran ele umplute cu nisip unde nu se poate mri distan a dintre electrozi, se folosesc fuzibile n trepte. uzibilul este construit din srme de diferite sec iuni. n cazul unui astfel de

fuzi il t i i uc t i por iunea de sec iunea minim. Dup ce este strpuns aceast sec iune urmeaz cea cu sec iune mai mare, arcul se stabile te pe toat lungimea. Este clar c n cazul strpungerilor n trepte, supratensiunile trebuie s aib valori mai mici dect siguran a care nu are fuzibilul n trepte, deoarece lungimile diferitelor seciuni se mic oreaz.

Figura 1.2. Efectul de limitare a curentului prin siguran a fuzibil. a) Regim sinusoidal, b) Regim aperiodic. Arcul care ia na tere ntr-o siguran dup topirea i evaporarea fuzibilului, trebuie stins ntr-un timp ct mai scurt. n func ie de condi iile de func ionare a siguran ei, de puterea scurtcircuitului i de valoarea tensiunii de serviciu, se folosesc diferite metode de stingere a arcului, ncepnd de la ntreruperea simpl n aer i terminnd cu dispozitive complicate. Siguran ele fuzibile limitatoare de curent sunt siguran ele care duptopirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, nainte s ating valoarea maxim. Toate construc iile de siguran e se pot mpr i n: 1) cu limitare de curent; 2) fr limitare de curent. n figura 1.2. s-au reprezentat mrimile standardizate i notate conform recomandrilor CEI: y i curentul prezumat, definit ca acel curent care ar trece prin circuit dac siguran a fuzibilar fi nlocuit cu un conductor de impedan nul; y i curentul prezumat tiat, definit ca valoarea instantanee a ip n momentul apari iei arcului electric; y il curentul limitat este curentul care trece prin sigurana fuzibil dup amorsarea arcului electric; y il curentul limitat tiat este valoarea instantanee maxim a curentului limitat; y tpa este durata de prearc; y ta este durata de ardere a arcului electric.

Rezultc durata de ardere a arcului electric este tpa + ta. Din figura 1.2. se constat c n regim aperiodic efectul de limitare este mai pronun at dar durata de ardere a arcului electric este mai mare. Siguran ele fuzibile limitatoare de curent sunt siguran ele care dup topirea fuzibilului reduc repede curentul la zero, nainte s atingvaloarea maxim. a curentul i, fuzibilul se evapor i au loc strpungerea intervalului i amorsarea arcului. n siguran ele limitatoare de curent, curentul din circuit nu atinge valoarea maxim Im ci, dimpotriv, ncepnd de la valoarea I, scade tinznd ctre zero. Astfel de propriet i remarcabile au de exemplu siguran ele umplute cu o substan cu granula ie mic. n cazul acesta, arcul se gse te n astfel de condi ii, nct rezisten a sa capt, dintr-o dato valoare mare care apoi cre te repede. Proprietate siguran elor, umplute cu substan e granuloase de a reduce for at curentul la zero nainte de trecerea sa normal prin zero, indic posibilitatea utilizrii acestui fel de siguran e i n curent continuu, lucru confirmat n practic. Siguran ele fuzibile fr limitare de curent aproape cnu reduc curentul dup evaporarea fuzibilului. n acest caz, curentul din arc dup evaporarea fuzibilului trece prin maxim i, n cazul cel mai bun se ntrerupe la prima trecere prin zero, ns poate s se ntrerup i dup trecerea ctorva semiperioade. Majoritatea siguran elor fuzibile nu sunt siguran e limitatoare de curent. n siguran ele fuzibile se folose te pe scar larg stingerea arcului cu ajutorul descompunerii unei substan e solide de stingere. Astfel de siguran e sunt de exemplu, sunt siguran ele tubulare la care stingerea are loc ntr-un curent de gaz longitudinal, ce ia na tere n tubul executat din material generator de gaz. Astfel de siguran e de nalt tensiune de curent alternativ sunt utilizate n special n instala ii exterioare. O rspndire i mai mare a cptat metoda de stingere a arcului electric n siguran ele fuzibile cu ajutorul unei substan e de umplutur cu granula ie mic. Acest principiu de stingere a arcului este folosit pe scarlarg, att la siguran ele de nalttensiune pentru instala ii interioare (pnla 35 kV) ct i la siguran ele de joas tensiune. Siguran ele cu umplutur granuloasau efect limitator de curent i pot fi utilizate pentru ntreruperea curen ilor mari de scurtcircuit.1.2. Mrimile caracteristice ale si uran elor fu ibile

Propriet ile i performan ele siguran elor fuzibile sunt definite prin mai multe mrimi caracteristice general acceptate, cum ar fi: curentul nominal al soclului; curentul nominal al elementului fuzibil; tensiunea nominal; felul curentului; frecven a tensiunii; puterea nominal de rupere; caracteristica temporal de curent; curentul limitde topire; factorul de topire; caracteristica de limitare; tipul constructiv; consumul propriu, etc. Aptitudinea unei siguran e fuzibile de a ntrerupe un anumit curent de scurtcircuit se poate exprima prin: curentul de rupere (capacitatea de rupere) Ir al siguran ei, indicat prin valoarea maxim a curentului de scurtcircuit, pe care l poate ntrerupe siguran a, n condi ii de ncercare precizate de norme, aceasta rmnnd fr deteriorri; puterea de rupere Pr a siguran ei la scurtcircuit ce se poate determina pentru circuite de curent alternativ din rela ia:

!

Pr = Un*Ir (3.1.) Prin curent de rupere se n elege curentul de scurtcircuit de oc simetric ce s-ar stabili n circuitul dat (deci fr componenta continu), n cazul n care siguran a ar fi scoas din circuit prin untare. Caracteristica timp-curent (de protec ie) t = F(i), reprezentat prin varia ia timpului de ardere a siguran elor fuzibile n func ie de supracurent, se poate exprima n dou variante de caracteristici temporale: caracteristica de topire a elementului fuzibil, care exprim dependen a dintre tipul de la nceputul scurtcircuitului pnn momentul topirii fuzibilului (apari ia arcului), i valoarea prezumata curentului de scurtcircuit, presupus constant; caracteristica de ntrerupere a elementului fuzibil care exprim dependen a dintre durata total pn la ntrerupere (timpul de la nceputul scurtcircuitului pn la nceputul topirii fuzibilului, plus durata de ardere a arcului) i acela i curent de scurtcircuit prezumat. Durata de ardere a arcului (5*10-3s) se neglijeaz, iar pentru durate de topire mai mari de 2*10-2, cele dou caracteristici se pot considera identice n zona de scurtcircuit. Din aceast cauzn prospecte se indic numai caracteristica de topire. Prin exprimarea curentului de scurtcircuit prezumat, ca multiplu al curentului nominal (figura 3.3.) s-a reu it reprezentarea printr-o singur curb a tuturor caracteristicilor de protec ie a siguran elor de aceea i construc ie dar de curen i nominali diferi i. Protec ia instala iilor electrice prin siguran e fuzibile se face confruntnd caracteristica termica obiectului protejat cu caracteristica de protec ie a siguran ei fuzibile.

Figura 1.3. Caracteristica temporal de protec ie a siguran elor fuzibile Caracteristica termic a unui obiect din instala ia electriceste o curb care reprezint dependen a dintre timpul n cursul cruia temperatura pr ii celei mai nclzite a obiectului atinge valoarea limit admisibil i valoarea supracurentului. Fa de ntreruptoarele obi nuite siguran ele fuzibile cu mare putere de rupere, avnd un timp de comuta ie foarte mic, au marele avantaj, c pot limita considerabil valoarea unui curent de scurtcircuit, realiznd ruperea acestuia nainte ca el s fi ajuns la valoarea maxim. Aceast aptitudine se ilustreaz prin caracteristica de limitare, care reprezint valoarea de vrf atins de curentul de scurtcircuit, limitat prin prezena siguran ei, n func ie de valoarea efectiv a curentului de scurtcircuit prezumat.

n regim stabil de nclzire ntreaga energie consumat de fuzibil este complet cedat mediului nconjurtor. Curentul maxim, care corespunde acestui regim de nclzire a fuzibilului, se nume te curent minim de topire. Teoretic, timpul de topire sub ac iunea curentului minim de topire este infinit. Cu cre terea intensit ii curentului care trece prin siguran , timpul de topire a fuzibilului se reduce i devine foarte mic la scurtcircuite. Curba t = f(I) tinde asimptotic spre valoarea minim a curentului de topire Imin, pentru t . Intensitatea acestui curent dep e te de obicei, 20-25% intensitatea curentului nominal al fuzibilului. Din punct de vedere al nclzirii ntregii siguran e, adic a patronului i a contactelor sale, cel mai greu este regimul curentului minim de topire.1.3. Si uran e fu ibile de joas tensiune

Siguran ele fuzibile sunt aparate cu ntrerupere automat, care protejeaz circuitele de iluminat i de for mpotriva efectelor termice i dinamice produse de curen ii de suprasarcin i scurtcircuit. Siguran ele fuzibile se caracterizeaz printr-o construc ie foarte simpl i robust, care au ncorporat ca element de protec ie un fir rotund sau o band conductoare, montate n serie cu obiectul de protejat. n cazul curen ilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confec ionat fuzibilul, avnd cea mai redus stabilitate termic din ntreg circuitul, se tope te i ntrerupe circuitul, realiznd protec ia. Din punct de vedere constructiv, siguran ele de joastensiune se clasific n: siguran e fuzibile de mare putere de rupere, utilizate n instala ii industriale, cu tensiuni nominale de pn la 1000 V i curen i nominali ntre 100 i 1000 A; siguran e fuzibile cu filet utilizate n instala ii industriale i casnice la tensiuni pn la 1000 V i curen i nominali ntre 6 i 100 A; siguran e fuzibile miniaturutilizate la redresoare, aparate de radio i televiziune, instala ii electronice, la tensiuni pn la 500 V i curen i nominali ntre 0,1 i 6 A. Reprezentarea tabelar a principalelor tipuri de siguran e fuzibile de joas tensiune i a parametrilor lor este dat n tabelul 1.1. Se numesc siguran e fuzibile de uz industrial siguran ele la care elementul nlocuitor nu este accesibil i nu poate fi nlocuit dect de persoane calificate; siguran ele fuzibile de uz casnic cele ce se utilizeaz n instala iile casnice, la care elementul nlocuitor este accesibil. Pentru a ob ine puteri de rupere mari, n timpul arderii fuzibilului trebuie s se reduc la minim cantitatea de vapori metalici. Utilizarea cuprului i argintului care comparativ cu plumbul au o foarte bun conductibilitate electric i punct de topire ridicat, a permis mrirea densit ii de curent n fuzibil i ob inerea unor sec iuni mai reduse, reducndu-se astfel volumul de metal care se vaporizeaz. Siguran ele fuzibile umplute cu nisip pur i uscat ( =6,512 Wm-1 grd-1), comparativ cu firele fuzibile n aer au o putere de rupere foarte mare avnd n anumite condi ii un accentuat efect de limitare a curen ilor de scurtcircuit. Elementele fuzibile executate din material cu punct de topire ridicat (cupru i argint), la suprasarcini mici i de lung durat solicit intens termic siguran a. Mic orarea acestei solicitri s-a reu it pe baza fenomenului denumit efect metalurgic. Este cunoscut faptul c anumite aliaje eutectice de staniu i plumb, u or fuzibile,

#

"

dac vin n contact n stare topit cu unele metale greu fuzibile (cupru, alam, argint), sunt capabile s le dizolve. Pentru declan area acestui fenomen ntr-o siguran este nevoie ca pe elementul fuzibil, executat dintr-un metal cu punct de fuziune ridicat s se prindprin lipire o micpictur(bobi ) dintr-un metal cu punct de fuziune sczut (staniu, eutecticul plumb-cadmiu, etc). Denumire Tensiune nominala 1000 V Curent nominal 100...1000 A Curentul prezumat ntrerupt 50A olosire

Siguran fuzibil de mare putere Siguran fuzibil cu filet Siguran fuzibil miniatur

Instala ii industriale Instala ii industriale i casnice Aparate electrice (redresoare, aparate de radio i TV)

1000 V

16100 A

33 A

550 V

0.110 A

2A

n momentul n care elementul fuzibil, sub ac iunea supracurentului, atinge temperatura de topire a picturilor, acestea se topesc i dizolv metalul elementului fuzibil n punctul de lipire la temperaturi inferioare temperaturii de topire a elementului. Procesul de difuzare a metalului picturii se intensific o dat cu cre terea nclzirii, producndu-se o evolu ie n avalan . Arcul de ntrerupere ia na tere chiar n zona picturii, unde masa topit con ine un aliaj cu mare rezistivitate i deci unde nclzirea este mai puternic. Acest arc tope te i restul lungimii elementului fuzibil. Siguran ele cu efect metalurgic au caracteristica de topire inert (cu ntrziere). n instala iile electroenergetice se utilizeaz o larggam de siguran e fuzibile cu capacit i de rupere medie i mare. Astfel, industria romneasc produce pentru medie putere siguran e cu filet tip S, la care legturile se fac n spatele panoului (la curen ii nominali: 25, 63, 100 A), i i la care legturile se execut n fa a panoului pe care se monteaz soclul (25, 63, 100 A), cu i fr capac de protec ie. Elementele principale ale siguran elor fuzibile tip cu filet sunt soclul, patronul (care are ncorporat elementul fuzibil i firul de semnalizare) i capacul (filetat pentru soclu). Pentru curen ii de scurtcircuit de valoare mai redusse execut siguran e tubulare de 30 i 69 A. n figura 1.4. sunt prezentate cteva variante constructive de siguran e fuzibile cu filet n construc ie normal sau mignon (miniaturizat).

$

0$ )

$(

'

&% &% $

Tabel l

Clasifi area si ran el r f ibile de joas tensi ne

1

1

Pentru protec ia circuitelor la curen i de scurtcircuit mari se execut siguran e fuzibile cu mare putere de rupere MPR, alctuite din patron (dou cu ite de contact), fuzibil (cu ac iune rapid i ultrarapid) i suport cu furci de contact.

Fi ra 1.4. Elementele constructive ale si uran elor fuzibile cu filet. Introducerea i scoaterea patronului din furci se realizeaz prin intermediul unui mner izolant deta abil. Aceast opera ie manual se face cnd prin barele circuitului nu exist curent. Astfel se realizeaz siguran e fuzibile cu mare putere de rupere tip MPR, pentru curent alternativ de 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 A i pentru curent continuu de 250, 400 A.

Fi ura 1.5. Si uran e fuzibile cu mare putere de rupere MPR.

2

2

2

32

2. Relee de pr ec ie Rolul releelor de protec ie este de a proteja instala iile electrice mpotriva func ionrii n regimuri anormale, prin transmiterea unor semnale electrice ce determin izolarea locului defect prin intermediul aparatelor de comuta ie. De i exist o mare diversitate de relee, toate se compun din trei elemente func ionale distincte: elementul sensibil S, elementul comparator C i elementul executor E (figura 2.1.).

Dup cum se constat releul are un singur semnal de intrare (x) i oricte semnale de ie ire (y1yn). Elementul sensibil S prime te semnalul de intrare x i l transform ntr-o mrime fizic necesar func ionrii releului. De exemplu, la un releu electromagnetic, acest rol este ndeplinit de un electromagnet ce transform tensiunea sau curentul ntr-o for sau cuplu ce permite func ionarea releului. Elementul comparator C compar mrimea transformat de elementul sensibil, cu o mrime de referin i la o anumit valoare a mrimii transformate trimite ac iunea asupra elementului executor. La releele electromagnetice acest rol l ndepline te resortul antagonist. Elementul executor E, n urma comenzii primite ac ioneazasupra semnalelor de ie ire y1yn, ce constituie contactele releului. Releele electrice sunt aparate automate, care sub ac iunea parametrului electric de intrare produc varia ia brusc a parametrilor de ie ire, la o anumit valoare a parametrului de intrare. Ele func ioneaz pe baza ciclului DA-NU (deschis-nchis), fcnd parte din ategoria aparatelor cu comenzi discontinue. Releele de protec ie trebuie s ndeplineasc patru condi ii fundamentale: selectivitate, rapiditate, sensibilitate i siguran . Ac iunea releelor de protec ie este selectiv, dac acestea comand deconectarea numai a pr ii defecte din sistem, prin contactoarele respective, celelalte pr i ale sistemului rmnnd mai departe n func iune. Condi ia de rapiditate este necesar, deoarece deconectarea rapid a elementelor defecte din re ea prezint o serie de avantaje ca: mre te stabilitatea func ionrii n paralel a generatoarelor sincrone, reduce timpul de alimentare cu tensiunea sczut a consumatorilor, mic oreaz distrugerile elementelor defecte, permite folosirea reanclan rii automate rapide a liniilor aeriene, etc. Se face observa ia c cele dou condi ii de selectivitate i rapiditate nu se pot satisface ntotdeauna simultan. Releele de protec ie trebuie s fie suficient de sensibile la defecte ca i la regimurile anormale de func ionare, ce pot aprea n elementele protejate ale sistemelor electrice.

4 5

Figura 2.1. Schema bloc a unui releu de protec ie

n sfr it, releele de protec ie trebuie s fie ntotdeauna gata de ac iune i s func ioneze sigur n toate cazurile de defecte i regimuri anormale de func ionare.2.1 Clasificarea releelor de protec ie Clasificarea releelor de protec ie se poate face dup mai multe criterii. A) Dup principiul de func ionare al mecanismului motor: relee termice electromagnetice de induc ie magnetoelectrice electrodinamice electronice B) Dup mrimea pe care o protejeaz: relee de curent relee de tensiune relee de putere relee de impedan relee de frecven relee de timp relee de temperatur C) Dup felul n care este realizat ac iunea fa de o anumit valoare a mrimii de intrare: relee maximale, care ac ioneaz dac mrimea protejat dep e te o anumit valoare relee minimale, care ac ioneaz cnd mrimea protejat scade sub o anumit valoare (sau dispare) relee direc ionale, care ac ioneaz dac se schimb sensul mrimii protejate (de exemplu: sensul de circula ie al puterii) D) Dup modul n care ac ioneaz asupra aparatelor de comuta ie: relee directe, la care elementul de protec ie ac ioneaz direct asupra aparatului de comuta ie relee indirecte, la care ac iunea se transmite prin intermediul unor contacte din circuitul electric auxiliar al aparatului de comuta ie. E) Dup modul de conectare n circuit: relee primare, la care nf urarea este parcurs de mrimea din circuitul de protejat relee secundare a cror nf urare este alimentatdin secundarul unui transformator de msur prin a crui primar trece mrimea din circuitul de protejat. ) n func ie de valoarea timpului de ac ionare ta, definit ca timpul din momentul apari iei semnalului de intrare care ac ioneaz asupra elementului sensibil al releului i pn n momentul ac ionrii releului, releele se clasific n: relee friner ie (ultrarapide), cnd ta 10ms relee rapide, cnd ta 5*10-2 s relee normale, cnd 0,15s ta 5*10-2 s relee lente, cnd 1s ta 0,15 s relee temporizate, cnd ta 1s

2.2. Carac eristicile releel r de pr tec ie. Caracteristica de baz a releelor o constituie caracteristica intrare ie ire, y = f(x), care reprezint legtura cu caracter discontinuu dintre mrimea de intrare x i mrimea de ie ire y.

Figura 2.2. Caracteristicile intrare-ie ire a releelor. a) Releu minimal, b) Releu maximal, c) Releu polarizat. A a cum se vede din figura (2.2.a), dac mrimea de intrare cre te n intervalul de la 0 la 1, mrimea de ie ire rmne nul. n momentul n care mrimea de intrare atinge valoarea xa, mrimea de ie ire variaz brusc la valoarea ymax. Mrimea xd poart denumirea de parametru de ac ionare i reprezint valoarea mrimii de intrare la care sistemul mobil se pune n mi care i ac ioneazcontactele. n continuare dac x cre te mrimea de ie ire rmne constant. n procesul de mic orare al mrimii de intrare pn la xr mrimea y rmne constant i numai la x = xr variaz brusc pn la valoarea 0 (por iunea 45). Mrimea xr poart denumirea de parametru de revenire i reprezint mrimea de intrare la care sistemul mobil ncepe s se deplaseze n sens contrar celui de ac ionare, spre pozi ia de repaus. Se mai define te parametrul reglat xR ca fiind valoarea reglatsau prescrispentru care se stabile te c trebuie saibloc ac ionarea. Raportul: se nume te factor de revenire. Cu ct kr este mai aproape de unitate cu att releul este mai sensibil. Eroarea de reglaj se calculeaz:

7

7

6

Fi ura 2.3. Caracteristicile temporale ale releelor de curent. Dac se noteaz cu Pa puterea de ac ionare, care este puterea absorbit de releu pentru a func iona i cu Pc puterea comandat, adicputerea din circuitul de ie ire, atunci se define te factorul de comand: care este supraunitar i avantajos s fie ct mai mare. O alt caracteristic important a releelor o reprezint caracteristica temporalsau de func ionare, care ne ddependen a dintre durata de ac ionare i valoarea parametrului de ie ire. Astfel n figura 2.3. se reprezint diverse caracteristici temporale ale releelor de curent. Se deosebesc astfel: relee cu caracteristic dependent, la care timpul de ac ionare scade pe msura cre terii curentului din nf urarea releului (cazul releelor termice i de induc ie); relee cu caracteristic independent, la care timpul de ac ionare nu depinde de valoarea curentului (cazul releelor electromagnetice); relee cu caracteristic semidependent, la care timpul de ac ionare este func ie de curent numai pn la o anumit valoare a curentului Ia, de la care n sus timpul devine constant i independent de timp; relee cu caracteristic limitat dependent sau mixt, la care timpul de ac ionare este n func ie de curent, ns la o anumit valoare mare a curentului Ia (curent de scurtcircuit) timpul de ac ionare devine foarte mic, aproape zero (cazul releelor RTp-C, sau combinaii de relee termice i electromagnetice).2.3. Relee termice

Releele sunt aparate de protec ie, care ac ionnd asupra unui aparat de comuta ie, produc ntreruperea alimentrii unui consumator, la o anumittemperatur a elementului sensibil al releului. Elementul sensibil sau senzorul este o lamel din bimetal. Releele termobimetalice sunt relee de curent i se utilizeazmai ales pentru protec ia ma inilor electrice, mpotriva nclzirilor excesive ca urmare a func ionrii ma inilor la suprasarcini de lung durat. Curentul de suprasarcin al motorului, nclze te mecanismul bimetalic al releului i cnd temperatura atinge valoarea maxim admis, releul termobimetalic trebuie s ac ioneze asupra unor contacte care provoac deconectarea motorului de la re ea.

8

Releele termobimetalice nu asigur protec ia mpotriva curen ilor de scurtcircuit, deoarece rezisten a de nclzire a acestor relee se poate arde nainte ce aceste relee s ac ioneze. De aceea la protec ia motoarelor electrice aceste relee termobimetalice se asociaz cu relee electromagnetice cu ac iune instantanee sau siguran e fuzibile cu rol de protec ie mpotriva curen ilor de scurtcircuit.2.3.1. Principiul de func ionare al releelor termobimetalice

amela bimetalic este format din dou straturi de metal intim unit pe toat suprafa a de contact, prin sudur sau lipire. Cele dou metale au coeficien i de dilatare diferi i. Cum la nclzire una din componente se dilat mai puternic ca cealalt, termobimetalul se curbeaz la nclzire i anume cu att mai mult, cu ct mai mare este diferen a dintre coeficien ii de dilatare ai ambelor componente. Componenta cu coeficient de dilatare mai mic constituie componenta pasiv, iar cea cu coeficient de dilatare mai mare reprezint componenta activ. Aliajele din fier-nichel, cu propriet ile lor specifice, stau la baza realizrii termobimetalelor. Invarul (aliaj e-Ni cu 36% Ni), avnd coeficientul de dilatare minim se folose te n calitate de component pasiv, iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficien i de dilatare mari se folosesc drept componente active. Prin urmare, lamela bimetalic are proprietatea de a- i schimba forma n mod automat, func ie de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare este temperatura i parametrul de ie ire curbarea lamelei. a de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are avantajul c sgeata care se ob ine la captul liber al lamelei este cu mult mai mare dect cea ob inut prin simpla dilatare termic. n esen la nivelul bimetalului se ob ine cea mai simpl transformare de energie termic n energie mecanic, cu multiple aplica ii n tehnic.2.3.2. Caracteristica de protec ie a releului termobimetalic

Aceast caracteristic exprimdependen a dintre timpul de ac ionare al releului i valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristic de protec ie dependent, constatndu-se c o dat cu cre terea curentului ce parcurge bimetalul timpul de ac ionare al releului scade. n figura (2.4) s-a reprezentat prin curba 2 caracteristica de protec ie a bimetalului n stare rece, prin curba 3 caracteristica de protec ie a bimetalului prenclzit i prin curba 1 caracteristica tehnic a obiectului de protejat (reprezentarea timpului este fcut la scar logaritmic).

Fi ura 2.4. Caracteristicile temporale de protec ie a unui releu termobimetalic.

9

O protec ie bun se realizeaz atunci cnd caracteristicile 2 i 3 se afl sub caracteristica 1, pentru toat gama curen ilor posibili. Datorit alurii dependente a caracteristicii de protec ie, releele termobimetalice sunt indicate pentru protec ia motoarelor electrice. Aceasta deoarece supracuren ii de scurtdurat, de exemplu la pornirea motoarelor, nu sunt suficien i ca prin nclzirea termobimetalului s producdeclan area motorului de la re ea. n schimb, la supracuren i de durat, (de exemplu la rmnerea n dou faze) se ob ine o declan are dup un anumit timp, func ie de valoarea curentului. Caracteristica de protec ie poate fi ob inut prin calcul, sau se poate determina experimental pentru releele construite. Din punct de vedere al reprezentrii releelor termobimetalice n schemele electrice, se pot folosi modalit ile prezentate n figura (2.5). n toate cazurile se constat existen a a dou circuite: unul parcurs de curentul de protejat (contactele 1-2) i un contact aflat n alt circuit (de exemplu n circuitul bobinei de comanda contactorului), ce poate fi normal nchis (contactul 11-13) sau normal deschis (contactul 12-14).

Fi ura 2.5. Modul de reprezentare n schemele electrice2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice

Termobimetalele, au proprietatea transformrii unei varia ii de temperatur ntr-o mi care datorit deformrii. a realizarea releelor termobimetalice se folose te att aceast proprietate ct i proprietatea de elasticitate a termobimetalelor. Prin aplicarea unei for e de sens contrar deformrii se pot ob ine tensiuni interne, propor ionale cu varia iile de temperatur. Din punct de vedere tehnic se pot utiliza urmtoarele func ii ale termobimetalelor: efectul de deformare (curbare); efectul de for datorit tensiunilor interne; efectul combinat de deformare i for ; efectul de temporizare la transmiterea unei comenzi; efectul de compensare a temperaturii mediului ambiant.

@

Aceste efecte pot fi realizate cu termobimetale de cele mai diferite forme ca: benzi drepte sau u or ndoite care se curbeaz, piese n form de U, spirale care se nf oar sau se desf oar, discuri a cror curbur variaz. Dup modul de nclzire al elementului sensibil bimetalic se deosebesc mecanisme bimetalice cu nclzire direct, indirect sau combinat(mixt). a nclzirea direct, lamela se nclze te prin efect electrocaloric datorit trecerii curentului electric prin ns lamela bimetalic. Cum efectul de deformare al termobimetalelor ncastrate la un capt este cel mai frecvent folosit, se prezint n figura 3.18. dou solu ii constructive pentru releele cu nclzire direct. Astfel n figura 2.6. a) se prezint un releu termobimetalic dintr-o band de bimetal fr pretensionare i n figura 2.6.b) cu pretensionare. Aceste relee sunt capabile s deschid un contact al unui circuit electric dac temperatura dep e te o anumit valoare limit.

Fi ura 2.6. Relee termobimetalice cu nc lzire direct ,utiliznd efectul de deformare. a)releu bimetalic din band bimetalic f r pretensionare. b) releu bimetalic din band bimetalic cu pretensionare

Fi ura 2.7. Releu termobimetalic cu nc lzire direct utiliznd efectul de deformare i for . Utilizarea concomitent sau succesiv a efectului de deformare i a efectului de for este exemplificat n construc ia din figura 2.7. Aici lamela bimetalic ncastrat se deplaseaz nti liber, propor ional cu temperatura, apoi ac ioneaz cu o for provocnd deschiderea unui contact din circuitul electric al bobinei contactorului. Exist variante constructive de relee termobimetalice n care elementul bimetalic ncastrat are forma literei U, ca n figura 2.8.

A

A

Fi ura 2.8. Tipuri constructive de relee termobimetalice. a)Releu termobimetalic n form de U. b) nc lzirea indirect a releelor termobimetalice

n cazul folosirii nc lzirii indirecte bimetalul este nc lzit prin intermediul unui rezistor de nc lzire cu firul bobinat pe lamel sau sub forma unei pl cu e de mare rezistivitate. n cazul nc lzirii combinate (mixte), lamela este nc lzit pe cale direct i indirect prin rezistor, curentul parcurgnd lamela termobimetalic i rezistorul legate n serie ca n figura 2.9. Cnd curentul din circuitul de sarcin este prea mare, bimetalul se leag n circuit prin intermediul unui transformator de curent.

Fi ura 2.9 Releu termobimetalic cu nc lzire combinat

C

B

Pentru a ob ine o temporizare a unei ac ion ri se poate folosi efectul de deformare al bimetalului, ob inndu-se temporiz ri de la cteva secunde la cteva minute. Pentru protec ia motoarelor asincrone trifazate, releele termobimetalice sunt grupate n blocuri de relee. Elementul motor al acestor relee sunt lamelele termobimetalice 1, cu efect de deformare i for . Conform figurii 2.10. aceste blocuri cuprind i un mecanism format din prghia 2, bimetalul de compensare 3, piesa 4 care mpinge lamela elastic 5 i care basculeaz contactul mobil din pozi ia B n pozi ia C. Contactul mobil se afl conectat la borna A. Cele trei termobimetale sunt legate prin bornele R, S, T, la re eaua trifazat i prin U, V, W, sunt nseriate cu nf ur rile motorului trifazat, fiind parcurse de curentul de protejat.

Fi ura 2.10. Bloc de relee termobimetalice amelele termobimetalice de pe orice faz se curbeaz n caz de suprasarcin deplasnd prghia 2 n sensul s ge ii. Reglarea curentului de ac ionare se face cu urubul 6, care poate fi rotit n fa a unei scale gradate. a dep irea curentului de reglaj, dup un timp ce depinde de valoarea supracurentului, piesa 4 prin mpingerea resortului s ritor (lamela elastic 5), produce ntreruperea contactului normal nchis A-B nseriat cu bobina contactorului, respectiv nchide contactul normal deschis A-C ce poate fi introdus ntr-o schem de semnalizare. n cazul supracuren ilor de scurt durat (pornirea motorului) sau a func ion rii ndelungate la curentul nominal, lamelele de bimetal se curbeaz dar nu suficient pentru a ac iona contactul.

D

Figura 2.11.Dispoziti ul de compensare termic a blocului de relee termobimetalice. Pentru a face blocul de relee termobimetalice insensibil la modific rile temperaturii ambiante, acesta se echipeaz cu dispozitive de compensare ter ic , prin utilizarea unui bimetal m de compensare. Conform figurii 2.11. la cre terea temperaturii mediului ambiant, bimetalul de compensare 3, care este un bimetal pasiv (neparcurs de curent), deplaseaz spre stnga prghia 2 cu o distan s i deoarece i bimetalele principale 1 se curbeaz cu s n acela i sens, cursa ce urmeaz a o str bate bimetalele principale n cazul unui curent de suprasarcin , s, r mne constant . Men ion m c dup ac ionarea blocului de relee de protec ie, oprirea motorului i r cirea lamelelor bimetalice, releul trebuie rearmat prin intermediul butonului 7 din figura 2.10., care readuce contactul mobil n pozi ia ini ial . Se remarc c se realizeaz i blocuri de relee cu posibilitatea de rearmare automat a contactului mobil dup ac ionare. Reprezentarea n schemele electrice a blocului de relee termobimetalice este ar tat n figura 2.12.

Figura 2.12. Reprezentarea blocului de relee termobimetalice n schemele electrice Bornele 1, 3, 5, se leag la ie irea din contactele principale ale contactorului; bornele 2, 4, 6, se leag la intrarea n motor; iar contactul 11 -13 normal nchis se nseriaz cu circuitul de comand al contactorului. Astfel dac curentul din circuitul de protejat dep e te valoarea reglat , se deschide contactul 11-13 ntrerupndu-se alimentarea bobinei contactorului i astfel se declan eaz motorul de la re ea. 2. .4. Calculul lamelei termobimetalice Pentru a putea proiecta o lamel termobimetalic din componen a unui releu sau bloc de relee, ca i pentru reglarea acestor relee, trebuie s putem calcula s geata la cap tul liber a unei

E

F

lamele ncastrate la un cap t. Dac o asemenea lamel termobimetalic este parcurs de curent ea e curbeaz , determinnd la cap tul liber s geata f, a a cum rezult din figura 2.13. a o varia ie de temperatur cu: = - 0 (2.4.) raza de curbur a lamelei termobimetalice variaz conform rela iei: unde s-a notat cu: r - raza de curbur la temperatura ; r0 - raza de curbur la temperatura 0; m = 1/ 2 este raportul grosimilor componentelor lamelei; n = E1/E2 este raportul modulelor de elasticitate al componentelor; 1, 2 sunt coeficien ii de dilatare liniar a componentei active, respectiv a celei pasive.

Fi ura 2.13.Calculul s ge ii lamelei termobimetalice a grosime egal a celor dou componente, ca n figura 2.13. avem 1= 2= /2 Considernd c i E1=E2, cu m=1 i n=1, rela ia (2.5.) devine:

Expresia:

poart denumirea de coeficientul lui Villarceau i are semnifica ia curb rii liniei mijlocii, n direc ia lungimii, a unei benzi de termobimetal la o varia ie de temperatur cu un grad i o grosime unitar a benzii bimetalice. Dac banda a fost ini ial plan (r0=), din rela iile (2.6.) i (2.7.) rezult:

G

n calculele practice se folose te o constant constituie o constant de material:

=V/2, denumit curbura specific

i care

Deoarece raza de curbur r este o m rime de determinat din m sur tori i deoarece ne intereseaz determinarea s ge ii la cap tul liber f, din triunghiul dreptunghic OAB se poate scrie: OB2=OA2+AB2 (2.10.) Unde: OB= r + /2 (2.11.) OA=r + /2- f (2.12.) Deoarece: AB avem:

De unde: i care nlocuit n (2.9.) determin:

Deoarece s geata f i produsul f poate fi neglijat n raport cu ob ine valoarea s ge ii sub forma:

2

, din rela ia (2.18.) se

n aceast rela ie valoarea curburii specifice , dat n manuale, este cuprins ntre 3*10-6 23*10-6 [1/grad], iar varia ia de temperatur se poate determina din ecua ia bilan ului termic sub forma: Pt = cM (2.20.) 2 I Rt = cM (2.21.)

Rezult c rela ia (2.19.) ne determin univoc s geata la cap tul liber al unei lamele termobimetalice ncastrate la un cap t, de rezistent R, de dimensiuni i , executat dintr-un material avnd curbura specific a, n cazul parcurgerii ei de un curent I. Tabelul 2.1. Calculul s ge ii lamelei termobimetalice

n mod similar, pentru alte forme ale lamelei termobimetalice, s geata la cap tul liber se poate calcula cu una din rela iile prezentate n tabelul 2.1. Blocurile de relee termobimetalice sunt des folosite la protec ia de suprasarcin a motoarelor electrice. a noi n ar se fabric gama de relee termice TSA 10-100 A care sunt destinate protec iei motoarelor la suprasarcin . Seria complet cuprinde relee avnd curen i de serviciu de la 0,4 la 100 A, caracterizate prin: - protec ia antibifazic pentru releele TSA 16, TSA 23, TSA 63 i TSA 100 - compensarea temperaturii mediului ambiant pentru releele TSA 63, TSA 100 (ntre limitele 0-50C). - posibilitate de trecere, dup preferin , pe pozi ia rearmare manual sau rearmare automat

- posibilitate de utilizare la motoarele cu pornire grea. Elementele componente ale unui releu termobimetalic: carcasa i capacul, din materiale izolante, cu rezisten termic ridicat ; relee pe baz de bimetal; cursorul, avnd o construc ie articulat , constituie dispozitivul de protec ie antibifazic ; contact s ritor; buton de rearmare; buton de reglaj. Tip Cod In (A) Curen ii de Puterea serviciu (Is) (A) disipat pe o faz (W) 2,3 0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 4,5; 6; 8; 11. 2,3 0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 4,5; 6; 8; 11; 16. 6 0,4; 0,55; 0,75; 1; 1,3; 1,8; 2,4; 3,3; 4,5; 6; 8; 11; 15; 20; 25; 32. 8 40;60. 8 80;100. GreuSec iunea ta-tea conductorului (kg) de racord (mm2) Min. Max. 0,13 1 2,5 0 0,13 0 1 2,5 Dimensiunea urubului bornei M4

TSA 10

3670

10

TSA 16

3671

16

M4

TSA 32

3672

32

0,22 5

4

6

M5

TSA 63 TSA 100

3674 3647

63 100

0,42 5 0,42 5

10 16

16 25

M6 M6

Tabelul 2.2. Caracteristicile tehnice ale releelor termice din gama TSA Caracteristici tehnice: Tensiune nominal: 660 V c.a. Numr de poli: 3 recven a de conectare: 15 conectri pe or Domeniul de reglaj al releelor: (0,67-1) Is Gradul de protec ie: IP 000 Contacte auxiliare: Tensiunea nominal: 500 V c.a.; 220 V c.c. Curentul nominal termic: 6 A, 10 A, 16 A, 63 A, 100 A, Valorile caracteristice ale curenilor la un bloc de relee termobimetalice sunt: - curentul nominal In, este curentul maxim care circul n regim de durata prin aparat i pe baza c ruia se dimensioneaz c ile de curent; - curentul de serviciu Is, corespunde valorii maxime a curentului reglat pentru care aparatul nu ac ioneaz :

- curentul reglat Ireg, poate fi orice curent cuprins n scara de reglaj a aparatului, Ireg = (0,61)Is, domeniu n care utilizatorul trebuie s - i ncadreze curentul nominal al consumatorului. Pentru a se produce ac ionarea, releul termobimetalic trebuie s fie parcurs de un curent mai mare dect cel reglat, numit curent de suprasarcin . Conform normativelor na ionale, relee termice romne ti de tip TSA trebuie s respecte condi iile prezentate n tabelul 2.3. Tabelul 3.4. Normative referitoare la releele termice din gama TSA. Curentul de suprasarcin ca multiplu al curentului reglat I=1.05 Ireg I=1.2 Ireg I=1,5 Ireg Timpul de ac ionare Stare ini ial

S nu ac ioneze timp de 2h S ac ioneze sub 2h S ac ioneze sub 2 min

Pornind din stare rece Pornind din stare cald Pornind din stare cald

Prin stare rece se n elege acea stare la care temperatura releelor este egal cu temperatura ambiant : 20 5oC. Prin stare cald se n elege starea n care temperatura releelor este egal cu temperatura de durat corespunz toare curentului reglat. n func ie de temperatura la care lucreaz un releu sunt necesare corec ii ale curen ilor de serviciu.

Figura 2.14. Blocuri de relee termobimetalice Pentru curen i ntre 25 A i 250 A, blocurile de relee ermobimetalice se alimenteaz prin transformatoare de curent toroidale (ca n figura 2.15).

n cazul lipsei unei faze, mecanismul de decuplare diferen ial, asigur decuplarea rapid . Conform standardelor, la sarcin de 1,15In decuplarea se realizeaz n cteva minute).

Figura 2.15. Blocuri de relee termobimetalice alimentate prin transformatoare de curent. Modul de revenire poate fi manual sau automat. Pentru revenirea rapid se selecteaz comanda manual a blocului de relee. Pentru revenirea automat se a teapt r cirea lamelei termobimatalice asigurnd i r cirea motorului protejat.2. . Relee electroma netice

Releele electromagnetice au ca element sensibil un electromagnet, ca element comparator un resort antagonist i ca element executor unul sau dou contacte (ND i N.I). Cnd parametrul de intrare dep e te valoarea reglat , se nvinge tensiunea resortului antagonist i are loc ac ionarea instantanee a contactelor. Releele electromagnetice pot fi neutre, (cnd ac iunea mecanismului electromagnetic este independent de sensul solena iei bobinei) sau polarizate, cnd ac iunea depinde de sensul solena iei. Pe principiul releelor electromagnetice se construiesc o gam larg de relee de protec ie f r temporizare sau cu temporizare, de tipul: de curent, de tensiune, intermediare, etc, frecvent utilizate n centrale i sta ii electrice, precum i n protec ia la suprasarcini i scurtcircuite a motoarelor electrice i a consumatorilor industrial.2. .1. Relee electroma netice maximale de curent

Sunt relee cu ac iune instantanee, destinate protec iei instala iilor electrice mpotriva suprasarcinilor sau scurtcircuitelor. Elementul constructiv caracteristic al releului maximal de curent (RC) este arm tura mobil de forma literei Z i se execut din tabl de o el foarte sub ire i u oar , pentru a mic ora timpul de ac ionare. Ea se satureaz repede la valori mici ale curentului din nf urare, astfel ca factorul de revenire al releului cre te i implicit i sensibilitatea releului.

Q

I

H P

Curentul de supravegheat parcurge nf ur rile, ce pot fi legate n serie sau paralel, aflate pe miezul feromagnetic al electromagnetului. Dac curentul dep e te valoarea reglat , fixat pe scara de reglaj, arm tura se rote te rapid, nvingnd tensiunea resortului antagonist i nchide contactele mobile peste cele fixe, lansnd un semnal n circuitul comandat. Reglarea curentului de ac ionare se face printr-o prghie, schimbndu-se tensionarea resortului antagonist. De asemenea prin legarea n serie sau paralel a nf ur rilo se poate dubla domeniul de reglaj. r Timpul de ac ionare al acestor relee este de cteva sutimi de secund (aproximativ 0.05 s) i nu poate fi reglat; caracteristica de protec ie a releului este o caracteristic independent . Dac valoarea curentului la care releul ac ioneaz este Ia i valoarea curentului la care releul revine este Ir, atunci factorul de revenire al acestor relee Kr =Ir/Ia 0,85. Cu ct factorul de revenire este mai apropiat de unitate cu att releul este mai sensibil.

Figura 2.16. Releu electromagnetic maximal de curent RC2.

P r ile componente ale releului sunt: 1 - miezul feromagnetic,2 - bobin , 3 - arm tura mobil , 4 - resort antagonist, 5 - buton de reglaj a arcului, 6,7 - uruburi de reglaj care stabilesc pozi iile limit ale arm turii mobile. Schimbarea domeniului de reglaj se realizeaz prin comutatorul gamelor de reglaj 8 care modific num rul de spire al bobinei releului. Bra ul arm turii mobile ac ioneaz prin intermediul piesei izolante 9, sistemul de contacte 10. Indicatorul de func ionare 11 poate fi anulat de anulatorul 12.

Figura 2.17. Reprezentarea n schemele electrice a releelor maximale de curent, maximale de tensiune i minimale de tensiune.

2. .2. Relee electroma netice de tensiune

Aceste relee pot func iona ca relee maximale de tensiune (RT-1) sau ca relee minimale de tensiune (RT-2) i au aceea i form constructiv ca i releele de curent RC (figura 2.16.) cu deosebirea c nf urarea lor este format dintr-un num r mare de spire sub iri i se leag n paralel cu instala ia de protejat. Releele maximale de tensiune ac ioneaz prin atragerea arm turii mobile dac tensiunea dep e te valoarea reglat , pe cnd releele minimale de tensiune ac ioneaz prin eliberarea arm turii mobile dac tensiunea scade sub valoarea reglat , sau la dispari ia tensiunii. De aceea releele maximale de tensiune au contactul normal deschis i se reprezint n schemele electrice ca n figura 3.29. iar releele minimale de tensiune au contactul normal nchis. actorul de revenire Kr = Ur/Ua este subunitar la releele maximale (Kr > 0,85) i supraunitar (Kr 1,15) la releele minimale de tensiune. Releele electromagnetice de protec ie sunt mai frecvent folosite la protec ia motoarelor electrice, deoarece sc derea tensiunii determin cre terea curentului absorbit. De asemenea, se utilizeaz la numeroase scheme de automatiz ri din sistemul energetic (DASU, AAR, etc).2.5. Relee de induc ie

Releele de induc ie erraris sau wattmetrice cum li se mai spune sunt foarte r spndite n instala iile de produc ie, n special ca elemente de baz a protec iilor maximale de curent cu caracteristic dependent i ale protec iilor direc ionale; ele se folosesc de asemenea i n protec iile de distan . unc ionarea releelor de induc ie se bazeaz pe ac iunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile n timp create de m rimile electrice aplicate releului i curen ii indu i de acesta n elementul mobil al acestuia (discul sau rotorul cilindric).Rezult c ele pot fi folosite numai n curent alternative. Ca i contoarele electrice, pentru realizarea cuplului de rota ie Mrot, releele de induc ie folosesc cel pu in dou fluxuri magnetice alternative, decalate n spa iu i defazate n timp. Curen ii turbionari indu i n sistemul mobil creeaz mpreun cu fluxurile, cuplurile de rota ie necesare acestuia. Se deosebesc dou tipuri de relee de induc ie: - releu de induc ie cu rotor disc (cu o singur nf urare) - releu cu rotor cilindric care se mai nume te i cu circuit profilat (cu dou nf ur ri).2.5.1. Relee de induc ie cu rotor disc

Releele de induc ie cu rotor disc sunt utilizate n cazul cnd este necesar ca mi carea rotorului s fie n func ie de o singur m rime electric (curentul sau tensiunea). Deoarece ns nu se poate produce mi care cu un singur flux, se recurge la introducerea unei spire n scurtcircuit pe o por iune a miezului de la marginea ntrefierului. Astfel se ob ine un al doilea flux, decalat fa de primul n spa iu i defazat n timp, realizndu-se un cuplu.

S

R

Dup cum se observ n figura 2.18 fluxul magnetic principal str bate circuitul magnetic 2 i se mparte n dou fluxuri 1 i 2 n apropierea ntrefierului. Aceste dou fluxuri sunt decalate n spa iu i defazate n timp cu un unghi (figura 2.19.) cu ajutorul spirei de cupru n scurtcircuit 3. Un disc de aluminiu 4 se poate roti o dat cu axul 5 n ntrefierul circuitului magnetic 2. Tensiunile electromotoare E1 i E2, produse respective de fluxurile magnetice 1 respectiv 2, nu depind de starea de mi care sau de repaus a discului. Ele sunt defazate cu 90 n urm fa de fluxurile 1 respectiv 2, i dau na tere n disc curen ilor turbionari I1 i I2. iniile de curent incluse de un flux, trec par ial i prin por iunea de disc din dreptul axei celuilalt flux.

Figura 2.18. Releu de induc ie cu rotor disc. Por iunile de disc din dreptul axelor fluxurilor vor fi supuse prin urmare unor for e exercitate de cmpurile magnetice. Dac rezultanta sau momentul acestor for e sunt diferite de zero, discul se pune n mi care. Este de observat c mi carea este datorit ac iunii dintre un flux (de exemplu 1 i curentul Indus de cel lalt flux I2 ), deoarece for ele exercitate de curen ii indu i proprii au o rezultant nul . aza acestor curen i este aceea i cu a tensiunilor electromotoare care i-au creat, ntruct rezisten a discului este de cteva ori mai mare dect reactan a. Cuplul de rota ie al unui aparat de induc ie se determin , dup cum se tie, cu formula: Mrot=k1f 1 2sin (2.23.) Unde : k - coeficient de propor ionalitate f - frecven a curentului alternativ

- valori eficace ale fluxurilor magnetice - unghi de defazaj dintre fluxuri Deoarece la releul examinat fluxurile 1 i 2 sunt propor ionale cu curentul I (pn la satura ia miezului), cuplu de rota ie se poate scrie sub forma: Mrot=k2fIsin (2.24.) Pentru un anumit releu, m rimile f i sunt constante, deci: Mrot=kI (2.25.)

Figura 2.19. Diagrama fluxurilor la releul de induc ie cu rotor disc. Sub ac iunea cuplului Mrot, discul releului tinde s se roteasc , ns este frnat de cuplu antagonist Mant creat de un magnet de frnare i de un resort. n cazul n care Mrot Mant discul se rote te i dup un anumit timp, atinge cu contactul mobil (montat pe axul sau) contactul fix, deci releul ac ioneaz .

Figura 2.20. Caracteristica temporal de protec ie a releului maximal de curent i reprezentarea releului n schemele electrice. Rezult c relee maximale de curent realizate cu relee de induc ie cu rotor disc au o caracteristic dependent . Prin combinarea releelor de induc ie cu releele electromagnetice se ob in relee cu caracteristic temporal limitat dependent . Partea caracteristicii ntre limitele c reia temporizarea depinde de curent se nume te parte dependent , iar cea ntre limitele c reia temporizarea nu depinde de curent se nume te parte independent ( igura 2.21.).

Figura 2.21. Caracteristica de protec ie limitat dependent a unui releu Curba 1, corespunde regl rii timpului la o valoare prestabilit i a curentului limitat (de ac ionare instantanee) la Il=8Ir; Curba 2 corespunde unui reglaj tr=4s i Il=6Ir ; Curba 3 corespunde la un reglaj tr=2s i Il=4Ir. Se ob ine n acest fel o caracteristic de protec ie temporal mixt (limitat dependent ). Astfel de relee sunt releele RTp-C. Dintre avantajele folosirii releelor de tip TRp-C cel mai important este faptul c releul permite t ierea de curent f r relee suplimentare. Releul se rote te i n regim normal de func ionare permite s se controleze permanent starea releului (n acest scop pe capacul carcasei releului, n fa a discului exist o fereastr cu geam) i a circuitului de curent. De asemenea nu ac ioneaz la varia ii scurte de sarcin . Deoarece viteza de rota ie a discului este dependent de valoarea curentului, releul poate indica calitativ sarcina liniei pe care este montat, fapt pentru care este denumit uneori i releu ampermetric. Aderarea bun a contactelor normal deschise nu depinde de valoarea curentului de defect care circul prin nf urarea releului. Coeficientul de revenire al sistemului de induc ie este relativ bun kr =0,750,85. olosirea releelor de induc ie de tip RTp-C are i unele dezavantaje, comparativ cu alte tipuri de relee de protec ie: - Sistemul mecanic destul de complicat face ca precizia s fie redus . - Coeficientul de revenire al sistemului electromagnetic este mai mic (kr = 0,4 ). - Eroarea n ceea ce prive te curentul de ac ionare al t ierii este mare. - Consumul de putere este relative mare (circa 30VA)2.5.2. Relee de induc ie cu rotor cilindric

a releele de induc ie cu rotor cilindric, mi carea rotorului se face sub ac iunea a dou m rimi electrice. n aceast construc ie ele se folosesc ca relee direc ionale, de distan i altele. n cazul n care releele ac ioneaz la schimbarea sensului puterii, se numesc dire ionale; cele c care m soar impedan a sau reactan a liniei pn la locul defectului, deci m rimi propor ionale cu distan a pn la defect, se numesc relee de distan . Releele direc ionale bazate pe principiul induc iei se execut cu disc, cu rotor cilindric sau cu cadru mobil.

n ultimul timp, date fiind condi iile pe care trebuie s le ndeplineasc protec ia, n special rapiditatea de ac ionare, s-au adoptat construc iile cu rotor cilindric i cu cadru mobil, care permit s se realizeze relee cu timp de ac ionare de ordinal a 0,01 s. O variant constructiv de releu direc ional realizat pe baza releului de induc ie cu circuit profilat (denumit i releu cu rotor cilindric sau releu de induc ie cu dou nf ur ri) este prezentat n figura 2.22.

Figura 2.22. Schema de principiu a unui releu de induc ie cu rotor cilindric. n principiu releul este format dintr-un circuit magnetic m cu poli aparen i, un rotor cilindric de aluminiu r, nf ur rile de curent i tensiune pe circuitul magnetic i un contact normal deschis. Contactul mobil este fixat pe axul cilindrului de aluminiu. n interiorul cilindrului de aluminiu se g se te un alt cilindru, de fier, f, care serve te la reducerea reluctan ei circuitului magnetic total; Un magnet permanent, care cuprinde ntre polii s i cilindrul de aluminiu, serve te la amortizarea mi c rilor rotorului, iar un resort men ine contactele deschise Dup cum tim, func ionarea releelor de induc ie se bazeaz pe ac iunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile n timp i curen ii indu i de acestea n elementul mobil al releului. Cuplul de rota ie al unui releu de induc ie se determin cu rela ia general 2.23.. nf urarea de curent este format din dou bobine legate n serie i a ezate pe doi poli, iar nf urarea de tensiune din patru bobine legate tot in serie i a ezate pe circuitul magnetic exterior. din circuitul secundar al transformatoarelor de tensiune.

Figura 2.23. Diagrama fazorial a m rimilor electrice i magnetice ale releului de induc ie cu rotor cilindric. Prin nf urarea de curent circul curentul Ir, din circuitul secundar al transformatoarelor de curent, iar nf ur rii de tensiune I se aplic tensiunea Ur Datorit tensiunii aplicate Ur prin

nf urarea de tensiune circul curentul Iu. Curen ii Ir i Iu dau na tere fluxurilor i i u 90 ca n figura 2.23. Pn la satura ia circuitului magnetic, se poate considera c fluxul i este propor ional cu curentul Ir, iar fluxul u cu curentul Iu adic : i =k2 *Ir (2.26.) u =k3 *Iu =k3*Ur/Zu =k3 Ur (2.27.) Unde: Zu - impedan a nf ur rii de tensiune k2,k3,k4 - coeficien i de propor ionalitate nlocuind n rela ia (2.27.) valorile fluxurilor de mai sus i considernd frecven a constant , rezult cuplul releului: Mrot = k*Ir*Ur*sin (2.28.) Diagrama fazorial a releului este reprezentat n figura 2.23. Ea a fost construit lundu-se ca m rimi ini iale tensiunea Ur, curentul Ir i unghiul de defazaj dintre ele r. Curentul Iu este defazat fa de Ur cu unghiul u, determinat de raportul dintre reactan i rezisten a nf ur rii de tensiune. luxurile i si u sunt defazate fa de curen ii Ir, respectiv Iu, cu unghiul determinate de pierderile n fier ale circuitului magnetic. S-au ob inut astfel dou fluxuri decalate n spa iu cu 90 i defazate n spa iu cu unghiul . Pentru pornirea releului, cuplul de rota ie trebuie s fie mai mare dect cuplul antagonist, creat de resort i de frecarea p r ilor mobile. Cuplul de pornire este definit prin expresia: Mr*p =k(Ur I r ) p*rcos( r + ) = Mant (2.29.) Notnd ( U r I r ) p * r cu S p * r , care se mai nume te i putere de pornire, ob inem rela ia:

Sensibilitatea releului direc ional se caracterizeaz , de obicei prin valoarea minim a puterii de pornire Sprmin corespunz toare unghiului r=- pentru care cos( r + ) = 1; unghiul r = - se nume te unghiul sensibilit ii maxime. Puterea de pornire maxim este:

Puterea de pornire a releului direc ional depinde de unghiul sensibilit ii maxime i de curentul care circul prin nf urarea de curent.

Figura 2.24. Reprezentarea n schemele electrice a releului direc ional F2 F1-releu maximal de curent, K- releu intermediar. Releele direc ionale au timpi foarte scur i de ac ionare aproximativ 0,04 s la o putere de pornire de cinci ori mai mare dect cea nominal . La protec ia liniilor electrice se urm re te deconectarea cu att mai rapid cu ct curentul de scurtcircuit este mai mare. Una din solu iile g site este cea a folosirii protec iei maximale de curent cu caracteristic dependent realizat cu ajutorul releelor de induc ie. n prezent protec ia maximal de curent i direc ional se realizeaz ca parte a protec iilor integrate a liniilor electrice. 2.6. Relee Buchholz Releul de gaze este cunoscut i sub denumirea de releu "Buchholz" i constituie principalul element de protec ie al transformatoarelor mpotriva defectelor interne. Func ionarea releului se bazeaz pe faptul c orice defec iune intern (de exemplu: sl birea izola iei principale, sl birea izola iei dintre spire, defectarea miezului sau contacte imperfecte), constituie premize pentru nc lzirea suplimentar a uleiului de transformator. Temperatura ridicat , va conduce la descompunerea uleiului i apari ia de gaze. Releul Buchholz este montat pe conducta de leg tur dintre cuva transformatorului i conservatorul de ulei (figura 2.25.) i este format din dou plutitoare ce au ata ate cte un microntrerup tor cu mercur i care se pot roti n jurul axelor lor. n regim normal de func ionare releul este plin cu ulei i plutitoarele sunt n pozi ia superioar . Plutitorul superior ac ioneaz la defecte mai pu in grave prin semnalizare optic i acustic , prin nchiderea contactelor. La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea ule iului, gazele adunndu-se n partea superioar a releului provocnd cobo rrea plutitorului inferior care provoac declan area transformatorului i semnalizarea declan rii. Plutitorul inferior este prev zut cu o clapet de oc care produce bascularea instantanee a plutitorului sub ac iunea undei de presiune ce nso e te scurtcircuitele violente.

Figura 2.25. Releu Buchholz

Figura 2.26. Sec iune prin releul Buchholz

Exist i alte tipuri de relee de gaze, cum ar fi: - relee de gaze cu flotoare i posibilitatea regl rii sensibilit ii echipajului de declan are, printr-un magnet mobil; - relee de gaze cu flotoare deplasabile pe un ghidaj prev zut cu ntrerup toare cu ac ionare magnetic (produs de firma ABB); - relee de gaze cu cup i contacte necapsulate; - relee de gaze tranzistorizate. Schema electric a protec iei de gaze prezentate n figura 2.27. cuprinde releul de gaze F1, releul de semnalizare a declan rii K2, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2, releul intermediar K4 cu rol de ac ionare a ntrerup toarelor Q1 i Q2 i dispozitivul de deconectare S1 care permite func ionarea schemei doar pentru partea de semnalizare. La apari ia de gaze n cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun n partea superioar a releului gaze provocnd coborrea plutitorului p1 ceea ce conduce la nchiderea contactului superior al releului K1 ce are rol de semnalizare a producerii unei avarii. Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se nchide contactul inferior al releului F1, comandnd prin releul intermediar K3 declan area instantanee a ntrerup toarelor din primarul i secundarul transformatorului i n acela i timp prin releul de semnalizare serie K1, semnalizeaz declan area.

Figura 2.27. Schema electric a protec iei de gaze cu releu Buchholz. Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de scurt durat , schema trebuie s permit prelungirea acestui impuls pn la declan area ntrerup toarelor, fapt asigurat de contactul cu temporizare la deschidere al releului intermediar K2. Dispozitivul de deconectare S permite func ionarea schemei doar pe semnalizare. Aceast opera ie se efectueaz n mod normal dup umplerea transformatorului cu ulei dup o revizie. Protec ia cu relee de gaze este folosit contra defectelor interne i poate fi aplicat numai la transformatoare n ulei i cu conservator pe ulei, ea ac ionnd numai n cazul defectelor din interiorul cuvei. Arcul electric sau c ldura dezvoltat de scurtcircuitul din interior l cuvei au ca u urmare descompunerea uleiului i a materialelor organice ale pieselor izolate i formarea de

gaze. Acestea fiind mai u oare ca uleiul se ridic spre conservator. Releul Buchholz sesizeaz formarea gazelor sau a curentului de ulei. Aceste relee se monteaz ntre cuv i conservator. a instalarea transformatoarelor, cuva acestuia trebuie nclinat cu 1-1,5% prin introducerea unor pene, astfel nct conducta spre conservator s aib o pant de 24 % pentru a se u ura eventuala trecere a gazelor sau uleiului c tre conservator. a noi n ar se construiesc releele de gaze RB1 i RB2 cu 1 sau 2 flo -toare. RB1 este folosit pentru semnalizare. Conform normativelor, RB1 este prev zut pentru a fi instalat la transformatoare cu puteri pn la 1000 KVA iar RB2 la transformatoarele cu puteri peste 1000 KVA. Sensibilitatea releelor de gaze la ac iunea jetului de gaze i ulei se regleaz n mod obi nuit prin varia ia suprafe ei active a paletei echipajului mobil inferior. Transformatoarele i autotransformatoarele mari, constituite din elemente monofazate, sunt prev zute cu relee de gaze i de semnalizare la fiecare cuv , impulsurile de dec1an are fiind aduse la un acela i releu intermediar. Principalele avantaje ale folosirii protec iei de gaze sunt: - simplitate constructiv i fiabilitate ridicat ; - sensibilitate mare (cea mai sensibil dintre protec ii la scurtcircuitele ntre spire); - rapiditate n declan are (comanda semnalizarea sau declan area au loc n func ie de caracterul defectului); - ac ioneaz practic la toate defectele din interiorul cuvei; Dintre dezavantajele utiliz rii acestei protec ii amintim: - aerul care este introdus n cuv odat cu uleiul se ridic n cazul cre terii temperaturii acesteia spre conservator i trecnd prin releu poate determina ac ionarea lui. Pentru a se evita acest neajuns, primele trei zile dup repunerea n func iune a transformatorului, protec ia este comutat pe semnalizare; - posibilitatea ac ion rii releului de c tre fluxul de ulei care se formeaz n transformator n urma unor scurtcircuite exterioare violente sau n urma pornirii i opririi pompelor din circuitul de ulei al transformatorului cu r cire n circuit nchis. Pentru a se evita acest neajuns, se mic oreaz sensibilitatea elementului de declan are prin reglarea pozi iei paletei acestuia; - protec ia nu ac ioneaz la defectele transformatorului produse n afara cuvei lui (de exemplu la borne) i pe conductoarele de leg tur a transformatoarelor cu ntrerup toarele. De aceea protec ia nu poate fi utilizat ca protec ie unic contra scurtcircuitelor interioare din transformator.

3. Declan atoare

Declan atoarele sunt aparate de protec ie, care sub ac iunea unei m rimi electrice de intrare, ac ioneaz printr-un impuls mecanic asupra z vorului ntrerup toarelor automate, provocnd dez vorrea acestora. Declan atoarele pot fi directe: - cnd curentul declan atoarele sunt parcurse chiar de m rimea electric supravegheat (circuitul de for parcurge bobina declan atorului n cazul declan atoarelor de curent iar bobina se leag direct la re eaua de supravegheat (la declan atoarele de tensiune); - indirecte, cnd bobina lor se alimenteaz prin intermediul traductoarelor (transformatoarelor de curent sau tensiune). Dup m rimea supravegheat declan atoarele se clasific n: a) declan atoare maximale de curent, care pot fi cu ac iune instantanee, cu ac iune temporizat dependent de curent sau cu ac iune temporizat independent de curent; b) declan atoare de tensiune, care pot fi declan atoare minimale de tensiune, declan atoare maximale de tensiune sau declan atoare de tensiune nul . Majoritatea ntrerup toarelor sunt prev zute cu declan atoare minimale de tensiune, care trebuie puse ini ial sub tensiune pentru a permite ac ionarea ntrerup torului i n a c rui circuit de alimentare se afl nseriat butonul de oprire manual a ntrerup torului. Declan atoarele maximale de curent cu ac iune temporizat dependent de curent sunt formate din lamele termobimetalice, care se curbeaz n timp (cu o vitez ce depinde de intensitatea supracurentului) i cap tul lor liber ac ioneaz asupra z vorului ntrerup torului. Declan atoarele maximale de curent cu ac iune instantanee sunt de tip electromagnetic, avnd acela i principiu de func ionare ca i al releelor electromagnetice maximale de curent, cu deosebirea c semnalul de ie ire este un semnal mecanic ce ac ioneaz asupra z vorului ntrerup torului. Principiul de func ionare a declan atoarelor este similar cu al releelor electrice de protec ie echivalente cu deosebirea c m rimea de ie ire a declan atorului este de natur mecanic (for a de dez vorre). n multe cazuri se folosesc declan atoare combinate, electromagnetice i termice. Declan atoarele maximale de curent combinate cu ac iune temporizat dependent de curent, pot ac iona temporizat n cazul suprasarcinilor i instantaneu dac curentul dep e te valoarea reglat . Declan atoarele maximale de curent care necesit o caracteristic temporizat dar nu dependent de curent folosesc micromotoare sincrone pentru a realiza temporizarea n regim de suprasarcin . Declan atoarele de tensiune sunt electromagnetice. Ele au ca element motor un electromagnet monofazat de tip clapet . Dup func ia ndeplinit n circuit ele sunt de dou feluri: - declan atoare minimale de tensiune; - declan atoare maximale de tensiune. Declan atorul din figura 3.1. func ioneaz ca declan ator de tensiune nul sau minimal de tensiune n func ie de reglarea resortului antagonist 6.

igura 3.1. Declan ator de tensiune electromagnetic. 1-arm tura fix , 2-suport declan ator, 3-ax, 4-arm tura mobil , 5-bobina electromagnetului, 6-resort antagonist, 7-perecutor. n regim normal de func ionare arm tura mobil 4 este atras . a sc derea tensiunii, sub ac iunea resortului antagonist 6, arm tura mobil este eliberat i ac ioneaz prin percutorul 7 asupra z vorului ntrerup torului, declan ndu-l.

Figura 3.2. Variant constructiv de declan ator de tensiune Exist i declan atoare electronice care sunt alc tuite din relee electronice ce ac ioneaz prin intermediul unor relee intermediare cu rol de element executor al declan atorului.

4. Descrctoare

Desc rc toarele sunt aparate de protec ie care pe lng func ia principal de limitare a supratensiunilor sunt capabile s reduc curentul de nso ire la valori pentru care spa iul disruptiv devine izolant, fiind prev zute cu dispozitive speciale de stingere a arcului electric, imediat ce tensiunea a revenit la valori nepericuloase pentru instala ie. Rolul func ional al desc rc torului electric este de a limita supratensiunile atmosferice i de comuta ie ntr-o instala ie electric . Desc rc torul se monteaz la intrarea n sta iile electrice ntre faz i p mnt i n punctele n care linia i modific impedan a caracteristic . Pentru protec ia la supratensiuni atmosferice a liniilor electrice se folosesc pe lng desc rc toare i eclatoare care sunt mai simple constructiv ( i deci mai ieftine) dar nu con in elemente de stingere a arcului electric i deci utilizarea lor este posibil doar alternant cu desc rc toare.4.1. Eclatoare electrice

Eclatoarele sunt cele mai simple aparate de protec ie mpotriva supratensiunilor. Ele se compun din 2 electrozi metalici, unul legat la partea aflat sub tensiune i cel lalt la p mnt, uneori cu posibilitatea regl rii intervalului disruptiv. Eclatoarele se folosesc la protec ia izolatoarelor de por elan pentru a evita conturarea lor i se pot realiza sub forma eclatoarelor cu coloane, eclatoare cu tij i cu inele de protec ie.

Figura 4.1. Variante constructive de eclatoare. a) Eclator cu coarne, b) Eclatoare cu tij de desc rcare, c) Eclatoare cu inele de protec ie. Eclatoarele sunt elemente componente ale desc rc toarelor constituind spa iul disruptiv al acestora i asigurnd separarea p r ii sub tensiune de cea legat la poten ialul p mntului. Stingerea arcului electric datorit curentului de nso ire iS este natural , prin alungire, datorit interac iunii curentului din arcul electric cu propriul cmp magnetic. Eclatoarele, avnd o amorsare ntrziat , unda de tensiune poate p trunde n instala ie nainte ca eclatorul s intervin . Din aceast cauz eclatoarele au o r spndire limitat n re elele de medie tensiune, mai ales pentru protec ia posturilor de transformare i n trac iunea electric n curent continuu. De asemenea eclatoarele au neajunsul c provoac scurtcircuite cu punere la p mnt, nefind capabile s ntrerup curentul de nso ire. Acest lucru provoac scoaterea de sub tensiune a instala iei i taie unda de impuls a supratensiunii, producnd i solicit ri dielectrice suplimentare.

4.2 Principiul de func ionare al desc rc toarelor electrice

Principalele elemente constructive ale unui desc rc tor sunt prezentate n figura 4.2.

Figura 4.2. Principiul de func ionare a unui desc rc tor cu rezisten variabil 1-coloana de eclatoare; 2- rezisten a neliniar cu rol de divizor de tensiune; 3- rezisten a neliniar principal ; A,B- bornele aparatului. Coloana de eclatoare, a c ror num r depinde de tensiunea nominal a re elei. Pentru re elele de joas tensiune desc rc torul are un singur eclator. Rezisten ele neliniare, care asigur repartizarea tensiunii n mod uniform pe spa iile disruptive. Rezisten a neliniar principal , format din nserierea mai multor discuri realizate din carbur de Si sau oxid metalic (ZnO 90%; Bi2 O3 ; CoO). Anvelopa din por elan, care con ine 1, 2, 3.4.3. Variante constructive de desc rc toare

Variantele constructive de desc rc toare depind de tensiunea nominal i de felul re elei. Pentru re elele de joas tensiune (Un 1000 V) desc rc torul are un singur eclator.

Figura 4.3. Eclatorul unui desc rc tor de joas tensiune. 1,3-electrozi de Am; 2- aib izolant pe baz de mic .

Pentru re elele de medie tensiune (135 kV) eclatorul este nglobat n rezisten a neliniar , care func ioneaz ca un divizor de tensiune, asigurnd o repartizare egal a tensiunii pe intervalele disruptive. n regim normal de func ionare, la tensiunea nominal , n absen a unei supratensiuni, datorit reparti iei neuniforme a intensit ii cmpului electric se realizeaz o stare de preionizare n zone imediat apropiate intervalelor disruptive.

Figura 4.4. Eclator cu rezisten e de uniformizare pentru un desc rc tor de medie tensiune. 1- electrod; 2-rezisten neliniar ; 3-canal de expandare; 4-spa iu preionizat. Pentru tensiuni nalte i foarte nalte desc rc torul e construit din module conectate n serie ca cel prezentat n figura 4.4. Modulul din figur este folosit la 8 10 kV i este prev zut cu suflaj magnetic. Un asemenea modul cuprinde mai multe eclatoare de amorsare i stingere Eas, conectate n serie cu subansamblul format din bobina de suflaj i rezisten a neliniar R1 i cu rezisten a neliniar principal R2. iecare modul e untat de rezisten a neliniar R3, care asigur repartizarea uniform a tensiunii pe module. a tensiuni nominale Un 245 kV fiecare modul este prev zut i cu condensatori de capacitate C ~ 50. 100 p , pentru a asigura o reparti ie nc mai uniform pe module. n principiu, prin construc ie este necesar s se asigure repartizarea uniform a tensiunii pe eclatoarele unui modul i scoaterea de sub influen a diferitelor cuplaje capacitive, a coloanei eclatoarelor n interiorul unui tub, care reprezint rezisten e. unc ionarea desc rc torului se poate n elege din figura 4.5. n care este prezentat schema electric i principiul de func ionare. n absen a unei supratensiuni, prin rezisten a R3 trece un curent de ordinul miliamperilor. n momentul apari iei unei supratensiuni se amorseaz arcul electric n eclatoarele Eas la tensiunea de amorsare ua. Curentul de desc rcare id trece prin rezisten a R1 de untare a bobinei B. Prin aceasta nu trece un curent important, deoarece impedan a ei este practic infinit pentru armonicele de frecven nalt ale curentului de desc rcare Id. Acest curent parcurge i rezisten a neliniar principal R2.

Figura 4.6. Principiul de func ionare a modului cu suflaj magnetic a unui desc rc tor de nalt tensiune. Tensiunea cea mai mare, dup amorsare, la bornele desc rc torului este tensiunea rezidual ur. Dup conducerea la p mnt a sarcinilor electrice, ecla-toarele i conserv ionizarea, iar prin desc rc tor va trece, curentul de nso ire Ii. Aceasta este limitat la cteva sute de amperi de c tre rezisten ele R2. Curentul de nso ire fiind de frecven relativ redus (50 sau 60 Hz), va trece prin bobinele de suflaj magnetic . Acestea determin induc ia magnetic B n zona eclatoarelor i astfel se dezvolt for e orentz, care mping arcul electric n camerele de stingere cu fant ngust i pere i reci. Datorit r cirii intense a arcului electric, tensiunea de ardere cre te i n cele din urm arcul electric se stinge iar curentul de nso ire este determinat de tensiunea sursei si de impedan a buclei de scurtcircuit, n care intr i rezisten a arcului electric n eclatoare i rezisten a principal R2. Rezisten ele variabile ale desc rc toarelor se realizeaz din carborund o car -bur de Si (SiC) ob inut la temperatura arcului electric din reac ia carbonului (C) cu nisipul de cuar (SiO2). Materialul rezultat este sp lat de e cu ajutorul acizilor, m cinat, deferizat din nou cu ajutorul separatoarelor magnetice i sortat dup granula ie. n aceast stare materialul prime te un liant (sticl lichid ), este aglomerat sub form de discuri cu ajutorul presei hidraulice i apoi calcinat la aproximativ 600C. Pentru a stabiliza neliniaritatea discurilor, se aplic cteva ocuri (impulsuri de 10/20 s) de amplitudine egal cu intensitatea nominal .

Figura 4.7. Eclatorul desc rc torului de curent continuu. 1-magnet permanent, 2 i 3electrozii eclatorului. Performan ele unui desc rc tor sunt determinate n mare m sur de neliniaritatea rezisten elor i precizia amors rii i stingerii eclatoarelor. Cu ct rezisten ele sunt mai neliniare, conduc ia sarcinilor electrice la p mnt, sub forma curentului de impuls, este mai rapid , iar n etapa final a vehicul rii sarcinilor electrice, cnd intensitatea curentului este redus , rezisten a ia valori mari, ceea ce favorizeaz stingerea arcului electric. Precizia la amorsare i stingere a eclatoarelor se ob ine printr-un control riguros al tensiunii ce revine fiec rui eclator. Practic, acest control se realizeaz cu ajutorul divizoarelor capacitive, rezistive sau mixte. Desc rc toare cu rezistenta variabila (DRVS), sunt aparate moderne pentru protec ia mpotriva supratensiunilor externe ct i mpotriva celor interne.

Figura 4.8. Desc rc tor cu rezisten

variabil DRVS.

Conform figurii 3.48. elementele componente ale desc rc torului DRVS sunt: A - coloana de eclatoare n paralel pe care se g sesc rezisten ele de untare R1... Rk cu rolul de a realiza uniformizarea cmpului electric n eclatoare; B - coloana de rezisten e variabile formate din mai multe discuri din carbur de siliciu cu caracteristica volt-amperic mare; C - anvelopa de por elan ce protejeaz eclatoarele i rezisten ele neliniare de influen a temperaturii i altor factori atmosferici. Pentru a evita explozia anvelopei capacele de etan are se monteaz cu ifturi care se foarfec la apari ia unei presiuni prea mari desc rc torul func ionnd ca o supap de siguran . unc ionarea desc rc torului DRVS const n amorsarea coloanei de eclatoare n cazul apari iei unei supratensiuni care dep e te nivelul de izola ie al desc rc torului, conducerea la p mnt a curentului de scurgere care limiteaz supratensiunea din instala ie iar n final stingerea arcului electric. Stingerea este determinat de rezisten a neliniar , a c rei valoare cre te pe m sur ce valoarea supratensiunii scade, permi nd ntreruperea curentului de nso ire la prima sa trecere prin 0. Men ionez c curentul de conductibilitate prin coloana de rezisten de untare i rezisten a neliniar la tensiunea nominal este neglijabil (400600A). O alt variant modern de desc rc toare este Desc rc torul cu rezisten a nelinear din oxizi metalici pe baz de ZnO, Bi2 O3 ,CoO care permit realizarea unui desc rc tor f r eclator. Dificultatea care a fost rezolvat a constat n men inerea curentului de regim permanent prin rezisten a nelinear la valori acceptabile (mA). a cre terea tensiun (supratensiuni ii atmosferice sau de comuta ie) din cauza nelinearit ii accentuate a rezisten ei, aceasta trece n stare de conduc ie i astfel se limiteaz tensiunea la borne.4.4. M rimile caracteristice ale unui desc rc tor

Conform normativelor principalele m rimi caracteristice ale unui desc rc tor sunt: Tensiunea nominal , care se alege n func ie de tensiunea de serviciu a liniei i de coeficientul de punere la p mnt. Tensiunea nominal a desc rc torului trebuie s fie u or superioar tensiunii fazelor s n toase n situa ia punerii la p mnt a unei faze. Tensiunea de amorsare la und 1,2/50 s . Aceast tensiune poate fi definit prin rela ia:

unde: n -numrul eclatoarelor conectate n serie, ua1- tensiunea de amorsare a unui eclator. Tensiunea rezidual , care este definit prin rela ia:

unde: uri- tensiunea rezidual individual a unui disc, m - num rul discurilor care formeaz rezisten ele desc rc torului. Tensiunea de amorsare pe frontul undei n 1,2/50 s, adic aceea tensiune care divizat cu 1,15 are valori apropiate de tensiunea rezidual i constituie nivelul de protec ie. Raportul ntre

nivelul de inere la unda 1,2/50 s i nivelul de protec ie trebuie s fie minim 1,2. Pentru supratensiunea de comuta ie (unda 250/2500 s) acest raport este de 1,15. Curentul nominal este curentul maxim de impuls 10/20 s, care se poate repeta f r a deteriora desc rc torul. Valori nominalizate pentru acest curent su de 5 kA i de 10 kA. La nt aceasta se asociaz curentul singular pe care l suport un desc rc tor. Curentul de nso ire poate ajunge la 1000 A iar durata lui se poate pre lungi pn la cteva ms. La desc rc toarele moderne tensiunea maxim ob inut la tre cerea curentului de nso ire nu dep e te de 23 ori din tensiunea nominal a desc rc torului. Tensiunea maxima de func ionare in regim permanent Uc, este cea mai mare tensiune pe care desc rc torul o poate accepta n regim permanent f r a suferi degrad r func ionale. i Rezisten a la supratensiune temporar Us la frecven a industrial , definit prin: Capacitatea de absor ie de energie, definit prin rela ia: s-a notat cu: W- energia total , transformat n c ldur de c tre rezisten a neliniar a desc rc torului. j) Tensiunea rezidual (de rest) este tensiunea care apare la bornele desc rc torului la trecerea unui curent de impuls de 8/20 s i amplitudinea 10kA i reprezint i nivelul de protec ie. 5. RELEE DE TIMP Aceste relee nu au rol de protec ie propriu-zis, dar sunt folosite n schemele electrice de protec ie, ac ionare i automatiz ri al turi de aparatele electrice de comuta ie i protec ie. Aceste relee determin un semnal n circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp din momentul aplic rii sau ntreruperii tensiunii din circuitul lor de intrare. Exist relee de timp cu temporizare la ac ionare, care determin un semnal n circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp (reglabil) din momentul aplic rii semnalului de intrare i relee de timp cu temporizare la revenire, care determin un semnal n circuitul de ie ire dup un anumit interval de timp din momentul ntreruperii semnalului de intrare.

Figura 5.1 Modul de reprezentare al releelor de timp n schemele electrice.

K1T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare i contact normal deschis, K2T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare i contact normal nchis, K3T - releu de temporizare cu temporizare la revenire i contact normal deschis, K4T - releu de temporizare cu temporizare la revenire i contact normal nchis. Modul de reprezentare n schemele electrice ale acestor relee este prezentat n figura 5.1. Astfel K1T este un releu de timp cu temporizare la ac ionare avnd un contact normal deschis (1214) ce se nchide dup un anumit timp din momentul aplic rii semnalului de intrare la bornele (01); K2T este un releu de timp cu temporizare la ac ionare avnd un contact normal nchis (11-13) care se deschide dup un anumit timp din momentul aplic rii semnalului de intrare la bornele (01); K3T este un releu de timp cu temporizare la revenire avnd un contact normal deschis (12-14) care se deschide dup un anumit timp din momentul dispari iei semnalului de intrare (0-1) iar K4T este un releu de timp cu temporizare la revenire avnd un contact normal nchis (11-13) care se nchide dup un anumit interval de timp din momentul dispari iei semnalului de intrare.5.1.Clasificarea releelor de tempori are

Dup principiul de func ionare al ansamblului de temporizare releele de timp pot fi: - cu temporizare electromagnetic , cnd se folose te un electromagnet ce ac ioneaz un mecanism de ceasornic cu ro i din ate; - cu temporizare prin relee de induc ie care datorit caracteristicii temporale dependente a acestor relee pot ndeplinii i func ia de relee de temporizare pe lng cea de relee maximale de curent sau direc ionale; - cu temporizare electric care prin folosirea unor circuite R,C pot realiza func ia de temporizare; - cu temporizare electronic , prin utilizarea elementelor semiconductoare, diode i tranzistoare; - cu temporizare electrotermic care folosesc efectul de deformare n timp a termobimetalelor; - cu temporizare realizat prin motoare electrice, care utilizeaz micromotoare sincronreactive; - cu temporizare pneumatic , etc. Aceste relee se folosesc n automatiz ri i n sistemele energetice, unde realizeaz temporizarea necesar unei protec ii selective. Ele sunt comandate n general de relee de curent sau tensiune i transmit un semnal unui releu intermediar. n figura 5.1. este reprezentat un releu de timp K1T, excitat de un releu maximal de curent 1 i care transmite un semnal pentru ac ionarea unui releu intermediar K2. Astfel la apari ia unui defect, acesta este sesizat de releul maximal de curent 1 care ac ioneaz releul de temporizare K1T care fiind cu temporizare la ac ionare i nchide contactul dup un anumit timp reglat, provocnd ac ionarea releului intermediar K2.

T

Figura 5.1. Conectarea releului de temporizare K1T ntr-un circuit electric. F1 - releu maximal de curent; K1T - releu de temporizare cu temporizare la ac ionare; K2 - releu intermediar. 5.2.Variante constructi e de relee electromagnetice de temporizare Un releu de timp este deci format din circuitul de intrare, un ansamblu de temporizare i de circuitul de ie ire. Releele de temporizare electromagnetice au ca element de ac ionare un electromagnet. Ele sunt compuse dintr-un electromagnet solenoidal, care armeaz un mecanism de ceasornic i care nchide temporizat un contact normal deschis. Schema de principiu a unui astfel de releu este prezentat n figura 5.2.

Figura 5.2. Schema de principiu a unui releu de temporizare cu mecanism de ceasornic1 electromagnet de ac ionare, 2-arm tura mobil , 2-prghie, 4-sector din at, 5 - resort spiral antagonist, 6,7,8,9-ro i din ate, 10-ancor , 11-contragreut i, 12-contact mobil, 13-contacte fixe. La primirea semnalului de intrare, electromagnetul 1 atrage arm tura mobil 2 i mecanismul se pune n mi care i i nchide contactele din circuitul de ie ire dup un anumit timp. Modul de func ionare a acestor relee n figura 3.51. este prezentat schema de principiu a mecanismului de ceasornic care realizeaz temporizarea releului. De electromagnetul solenoidal 1, a c rui arm tur 2 este legat prin prghia 3 este legat sectorul din at 4 care se poate roti n jurul articula iei O. Asupra sectorului din at mai ac ioneaz resortul spiral antagonist 5. Pornirea sectorului din at pune n mi care ro ile din ate 6, 7, 8 i 9. Roata 7 tinde s se roteasc n sensul indicat n figura 3.44. ns este oprit deoarece prin din ii s i oblici este blocat de clichetul 8 fixat de roata 6 i care nu permite mi carea liber dect n sens invers (la revenirea la pozi ia ini ial ). n acest mod deplasarea sectorului din at 4 determin pornirea ro ii 6, care la rndul ei

U

este angrenat cu roata din at 9. Aceasta nu permite mi carea ntregului angrenaj dect dup parcurgerea, dinte cu dinte, a danturii sale, datorit sistemului cu an cor 10 i a balansierului cu contragreut i 11. Astfel, sectorul din at 4 avanseaz cu o vitez constant , pn la sfr itul cursei, cnd contactul mobil 12 nchide contactele fixe 13. Temporizarea releului poate fi reglat n limite largi (0,5-10s) prin modificarea pozi iei contactelor fixe i n limite restrnse prin modificarea pozi iei contragreut ilor 11 (pentru reglarea corect a timpului). n mod curent electromagnetul de ac ionare este de curent continuu, alimentat de la o surs cu tensiuni nominale de 12, 24, 48, 110 sau 220 V. 5. . Relee de timp electrice Releele de timp cu temporizare electric se realizeaz cu module R,C care utilizeaz nc rcarea sau desc rcarea unui condensator. n figura 5.3. este reprezentat schema electric a unui releu cu temporizare electric la ac ionare.

Figura 5.3. Schema electric a unui releu electric cu temporizare la ac ionare. La aplicarea semnalului de intrare, prin nchiderea contactului S, tensiunea la bornele condensatorului C i implicit tensiunea aplicat releului K, variaz n timp dup rela ia: unde: T=RC (5.2.) este constanta electric de timp a circuitului. La atingerea tensiunii de prag Uc = Uk se produce ac ionarea releului, cu o temporizare dependent de constanta de timp a circuitului T i de tensiunea de alimentare U. Reprezentarea rela iei (5.1) pentru diferite valori ale tensiunii de alimentare este reprezentat n figura 5.4.a) rezultnd meto