ĆWICZENIE 13

ZABEZPIECZENIA INSTALACJI I SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

Cel ćwiczenia

Poznanie budowy i zasady działania zabezpieczeń silników elektrycznych o napięciu poniżej 1kV oraz doświadczalne sprawdzenie ich podstawowych właściwości.

Program ćwiczenia

1 Wiadomości ogólne

1.1 Rodzaje zakłóceń w pracy silników i urządzeń elektrycznych

1.2 Rodzaje zabezpieczeń silników elektrycznych

1.2.1 Zabezpieczenie zwarciowe

1.2.2 Zabezpieczenie przeciążeniowe

1.2.3 Zabezpieczenie zanikowe

1.3 Bezpieczniki topikowe

1.4 Zabezpieczenia elektromagnetyczne

1.5 Przekaźniki cieplne

1.6 Przykłady rozwiązań stosowanych zabezpieczeń

1.7 Wyłącznik ochronny różnicowoprądowy

1.7.1 Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym

1.7.2 Ochrona przed dotykiem pośrednim

1.7.3 Ochrona przed dotykiem bezpośrednim

2 Badania laboratoryjne

2.1 Wyznaczenie charakterystyki czasowo-prądowej instalacyjnego wyłącznika sieciowego

2.2 Badanie zabezpieczeń typu M611

2.3.1 Sprawdzenie działania wyzwalacza elektromagnetycznego

2.3 Badanie stycznika jako wyzwalacza podnapięciowego

2.4 Badanie poprawności działania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego

2.4.1 Sprawdzenie działania przycisku testującego

2.4.2 Wyznaczanie wartości prądu różnicowego

2.5 Pokaz działania czujnika zaniku fazy

3 Uwagi i wnioski

1. Wiadomości ogólne

1.1. Rodzaje zakłóceń w pracy silników i urządzeń elektrycznych

Urządzenia elektryczne (np. silniki, aparaty elektryczne, transformatory), a także instalacje przystosowane są do pracy przy obciążeniu prądowym nieprzekraczającym pewnej maksymalnej wartości skutecznej, przy zachowaniu ściśle określonych warunków, wśród których podstawowy stanowi temperatura otoczenia. Największą skuteczną wartość prądu, który może płynąć w danym urządzeniu elektrycznym, nie powodując jego nadmiernego nagrzewania, nazywamy prądem znamionowym. Jeżeli natężenie prądu nie przekracza wartości znamionowej to przewody i części wiodące prąd osiągają ustaloną temperaturę mniejszą od dopuszczalnej, przy której ilość ciepła, określona wzorem (13.1) oddawana jest do otoczenia

(13.1)

gdzie: R - rezystancja obwodu, przez który płynie prąd, I - natężenie prądu, t - czas przepływu prądu.

W praktyce występują jednak zakłócenia stanu pracy urządzeń elektrycznych, podczas których płynący w nich prąd może osiągać wartość znacznie większą od znamionowej. Zakłócenia te można podzielić na dwie grupy:

1. uszkodzenia urządzenia,

2. nienormalne warunki ich pracy.

Do grupy pierwszej należą zwarcia, natomiast do grupy drugiej przeciążenia, obniżenie lub zanik napięcia oraz niekiedy wzrost napięcia. Dalsze rozważania związane ze skutkami tych zakłóceń będą dotyczyły w zasadzie tylko silników elektrycznych.

Zwarcia wynikają z uszkodzenia izolacji spowodowanego przez nadmierny wzrost naprężeń elektrycznych, mechanicznych lub cieplnych bądź przez zmniejszenie się wytrzymałości mechanicznej urządzeń. Zwarcie awaryjne w obwodzie silnika powstaje wówczas, gdy ulega zniszczeniu izolacja między uzwojeniami (elementami) sąsiednich faz, między uzwojeniem a obudową lub, gdy nastąpi połączenie pomiędzy zaciskami na tabliczce.

Wartość prądu zwarciowego zależy od rodzaju zwarcia (międzyfazowe lub doziemne) rodzaju sieci (z bezpośrednio uziemionym punktem zerowym lub z izolowanym punktem zerowym) i od tego czy zwarcie występuje bezpośrednio czy za pośrednictwem rezystancji przejścia (tzn. rezystancji łuku lub rezystancji uziemień). Prąd zwarcia zazwyczaj przewyższa prąd znamionowy (często nawet kilkaset razy) i wywołuje groźne skutki cieplne oraz dynamiczne. Towarzyszy temu powstawanie łuku elektrycznego. Niewyłączony w porę łuk może zniszczyć silnik i aparaturę, a ponadto stwarza niebezpieczeństwo dla otoczenia. W przypadku powstania zwarcia, urządzenia zabezpieczające powinny spowodować natychmiastowe odłączenie od zasilania tych wszystkich urządzeń, przez które przepływa prąd zwarcia.

Przeciążenie występuje wtedy, gdy płynący prąd przekracza wartość znamionową o kilkadziesiąt procent. Przeciążenie może być spowodowane procesem technologicznym (np. obciążenie silnika zbyt dużym momentem hamującym), przerwą w jednej z faz sieci zasilającej lub nieprawidłowo przebiegającym rozruchem (np. z powodu zbyt niskiego napięcia zasilającego). W następstwie przeciążenia silnik nagrzewa się intensywnie, temperatura może przekroczyć wartość dopuszczalną, co z kolei powoduje zmniejszenie trwałości izolacji i skrócenie czasu eksploatacji silnika. Temperatura silnika rośnie tym szybciej im większe jest przeciążenie oraz im wyższa jest temperatura otoczenia. Trwały wzrost temperatury uzwojenia o każde 8 powoduje skrócenie czasu życia izolacji do połowy czasu określonego dla temperatury niższej.

Od chwili włączenia silnika do chwili wyrównania temperatury izolacji uzwojenia z temperaturą otoczenia, temperatura izolacji rośnie wg funkcji wykładniczej

(13.2)

gdzie: - ustalony przyrost temperatury, T - stała czasowa nagrzewania.

Stała czasowa jest określona jako stosunek pojemności cieplnej silnika lub uzwojenia do jego zdolności oddawania ciepła. Stała ta zależy od gabarytów silnika (uzwojenia), budowy, sposobu wentylacji i warunków pracy.

Przy przeciążeniach długotrwałych uzwojenie nie może być traktowane jako odosobnione. Należy wówczas przyjąć stałą czasową nagrzewania silnika, która leży w przedziale (20...60) min. Natomiast przy przeciążeniach krótkotrwałych należy brać pod uwagę stałą czasową nagrzewania uzwojenia, która wynosi (4...8) min. Stopień przeciążenia decyduje o dopuszczalnym czasie jego trwania.

Rozgraniczenie przeciążeń krótko i długotrwałych jest operacją czysto umowną i opiera się na klasyfikacji procesu nagrzewania. Przeciążenia, przy których prąd ma wartość (140...150)% I_zn lub wyższą są traktowane jako krótkotrwałe. Ich czas trwania musi być znacznie mniejszy niż stała czasowa uzwojenia. W przypadku takich przeciążeń nie zachodzi jednak konieczność natychmiastowego odłączenia silnika od sieci zasilającej.

Obniżenie napięcia - może być spowodowane np. zwarciem zewnętrznym i występuje zarówno w uszkodzonych jak i nieuszkodzonych odcinkach sieci. Obniżenie napięcia powoduje zmniejszenie momentu napędowego i prędkości obrotowej silników oraz wzrost prądu pobieranego przez silnik z sieci.

Zanik napięcia - najczęściej spowodowany wyłączeniem uszkodzonego odcinka sieci. W przypadku zaniku lub znacznego i długotrwałego obniżenia napięcia nastąpi zahamowanie silnika. Ponowny wzrost napięcia do wartości znamionowej - w przypadku braku odpowiedniego zabezpieczenia - powoduje samoczynny rozruch silnika. Silnik pobiera znaczny prąd (najczęściej I_r=(5...7) I_zn), który wywołuje spadek napięcia w sieci utrudniając i przedłużając rozruch.

Chcąc uniknąć szkodliwych następstw zwarć i przeciążeń oraz obniżenia lub zaniku napięcia stosuje się odpowiednie zabezpieczenia.

1.2. Rodzaje zabezpieczeń silników elektrycznych

Silniki elektryczne o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 1000V powinny mieć podstawowe zabezpieczenia:

1. zwarciowe - od skutków zwarć w uzwojeniach silnika i doprowadzeniach;

2. przeciążeniowe - od skutków przekroczenia dopuszczalnych temperatur;

3. zanikowe - od skutków zaniku napięcia lub jego powrotu po znacznym obniżeniu.

Niekiedy stosuje się również inne zabezpieczenia, np. przed nadmiernym podwyższeniem prędkości obrotowej (za pomocą wyłącznika odśrodkowego).

Zabezpieczenia, aby spełniać stawiane im zadania powinny odpowiadać wymaganiom, co do szybkości działania, wybiórczości (selektywności), czułości, niezawodności, poboru mocy i ekonomiczności.

1.2.1. Zabezpieczenia zwarciowe

Jako zabezpieczenia zwarciowe stosuje się wyzwalacze elektromagnetyczne lub bezpieczniki topikowe. Każdy silnik powinien mieć zabezpieczenie zwarciowe oddzielne, lub wspólne dla grupy silników, tak dobrane, aby w przypadku zwarcia w jednym silniku, zadziałało zabezpieczenie zwarciowe grupy silników. Prąd znamionowy zabezpieczenia powinien być tak dobrany, żeby jego wartość była jak najbliższa wartości prądu znamionowemu zabezpieczanego silnika, ale jednocześnie tak duży, aby nie nastąpiło zadziałanie w czasie rozruchu.

Wyzwalacze oraz przekaźniki elektromagnetyczne działają bezzwłocznie. Ich prąd nastawczy przyjmuje się:

(13.3)

gdzie: I_n - prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaźnika elektromagnetycznego, I_r - największy prąd rozruchowy silnika.

Jeżeli jako zabezpieczenie zwarciowe stosuje się bezpieczniki topikowe to prąd znamionowy bezpiecznika dobieramy wg zależności:

(13.4)

ale jednocześnie

(13.5)

gdzie: I_bn - prąd znamionowy bezpiecznika,  - współczynnik zależny od rodzaju rozruchu i wkładki bezpiecznikowej, I_zn - prąd znamionowy silnika.

W tablicy 13.1 podane są wartości współczynnika  dla silników asynchronicznych zwartych.

Tab.13.1. Wartości współczynnika 

Rodzaj rozruchu	Wkładka o działaniu
	szybkim	opóźnionym
lekki (0...0,3)Mzn	2,0...2,5	2,5...3,0
średni (0,3...0,6)Mzn	1,8...2,0	2,0...2,5
ciężki (0,6...1,0)Mzn	1,5...1,8	1,8...2,0

Mniejsze wartości współczynnika dotyczą silników o większej częstotliwości rozruchów (więcej niż kilka na dobę).

Przy zabezpieczaniu grupy silników, których rozruch odbywa się pojedynczo, (np. w przypadku załączania silników za pomocą styczników) prąd znamionowy bezpiecznika

(13.6)

gdzie: I_obc - prąd obciążenia grupy silników, I_{zn max} - prąd znamionowy największego silnika w grupie, I_rmax - prąd rozruchowy największego silnika w grupie.

W przypadku grupy silników, których rozruch odbywa się jednocześnie, (gdy stosujemy łączniki zapadkowe bez cewki zanikowej), prąd znamionowy bezpiecznika

(13.7)

gdzie: - suma prądów rozruchowych wszystkich silników w danej gru[ie.

W układach 3-fazowych bezpieczniki należy umieszczać we wszystkich fazach. Zabrania się zabezpieczać przewody uziemień oraz przewody zerujące.

Jeżeli jako zabezpieczenie zwarciowe stosuje się wyłącznik z przekaźnikiem przeciążeniowo-zwarciowym należy pamiętać o tym, aby wyłącznik miał dostateczną zdolność zwarciową. W przeciwnym przypadku, dodatkowo należy zastosować bezpiecznik topikowy.

1.2.2. Zabezpieczenia przeciążeniowe

W zasadzie każdy silnik powinien mieć zabezpieczenie przeciążeniowe. Odstępstwa dotyczą następujących przypadków:

1. dla silników o prądzie znamionowym poniżej 4A,

2. dla silników o mocy do 10kW, których przeciążenie jest mało prawdopodobne (np. napęd pomp, wentylatorów),

3. dla silników do pracy przerywanej, przy której zabezpieczenie za pomocą wyzwalaczy lub przekaźników nie spełni swej roli a zabezpieczenie czujnikami temperatury jest zbyt drogie.

Silnik przed przeciążeniem można zabezpieczyć poprzez bezpośredni pomiar temperatury izolacji uzwojeń lub pośrednią kontrolę wartości prądu i czasu jego trwania. Najprostszymi i najlepszymi metodami są odpowiednio czujniki temperatury lub przekaźniki cieplne.

Czujniki temperatury umieszczone są po jednym w uzwojeniu każdej z faz stojana. Czujniki te powinny być tak dobrane, aby w żadnym miejscu silnika nie została przekroczona temperatura o 5C wyższa od temperatury granicznej dla danej klasy izolacji.

Przekaźniki cieplne termobimetalowe są elementami powszechnie stosowanymi w zabezpieczeniach od przeciążeń. Najlepsza byłaby taka ochrona, aby przekaźnik miał stałą czasową równą stałej czasowej silnika, a prąd względny zadziałania przekaźnika był równy minimalnemu względnemu prądowi przy przepływie, którego silnik (po czasie ) osiągnie temperaturę ustaloną dopuszczalną dla jego izolacji. W rzeczywistości stałe czasowe przekaźnika i silnika są zmienne - zależą od krotności prądu przeciążenia. Krzywe zadziałania przekaźnika są pasmami pokazującymi możliwe czasy zadziałania dla konkretnych wartości prądu. Zabezpieczenia powinny mieć taki przebieg charakterystyki czasowo-prądowej aby spełnione były dwa wymagania:

1. wyłączenie silnika winno nastąpić w przypadku wzrostu prądu ponad wartość znamionową w czasie tak krótkim, aby nie przekroczyć temperatury przejściowo dopuszczalnej przy zakłóceniach, lecz tak długim, aby maksymalnie wykorzystać moc silnika,

2. silnik nie powinien być wyłączony w przypadku pracy w zwykłych warunkach roboczych a przede wszystkim umożliwić jego rozruch.

Aby to spełnić należy sprawdzić, czy charakterystyka zabezpieczenia nie przecina się w żadnym punkcie z charakterystyką cieplną silnika i czy krzywa zastępcza prądu rozruchowego leży poniżej charakterystyki zabezpieczenia (rys.13.1).

Dużą trudność stanowi zabezpieczenie silników przed pracą przy zasilaniu 2-fazowym występującą w przypadku braku jednej fazy (np. przepalenie się jednego bezpiecznika). Najlepszym rozwiązaniem są czujniki temperaturowe lub zabezpieczenie reagujące na zanik napięcia w jednej fazie.

W tych warunkach można stosować tylko takie przekaźniki cieplne, których charakterystyki przy zasilaniu trójfazowym i dwufazowym są wyraźnie różniące się. Zabezpieczenia przeciążeniowe w postaci przekaźników termicznych należy nastawić na  1,1-krotną wartość prądu znamionowego silnika. Jako zabezpieczenia przeciążeniowe silników stosuje się przekaźniki cieplne współpracujące z łącznikami. Na rysunku 13.2 pokazano schemat zabezpieczenia silnika do zwarć i przeciążeń. Silnik ten jest zabezpieczony bezpiecznikami topikowymi Bi-Wtz oraz przekaźnikiem termicznym PT. Rysunek 13.3 przedstawia charakterystyki czasowo-prądowe obydwu rodzajów zabezpieczeń silnika. Z rysunku tego wynika, że przy małych krotnościach prądu silnika szybciej zadziała przekaźnik termiczny, natomiast dla dużych krotności wcześniej przepali się bezpiecznik topikowy.

Ponieważ obydwie charakterystyki zabezpieczeń mają przebieg pasmowy to w obszarze ich przecięć istnieje strefa przypadkowego działania przekaźnika lub bezpiecznika.

Rys13.1. Charakterystyki czasowo-prądowe:

1 - krzywa wytrzymałości cieplnej silnika;

2 - pasmo możliwych zadziałań przekaźnika;

3 - zastępczy przebieg prądu rozruchowego silnika,

tr - czas rozruchu

Rys.13.2. Zabezpieczenie silnika od zwarć i przeciążeń za pomocą bezpieczników topikowych i przekaźnika termicznego

Rys.13.3. Charakterystyki czasowo-prądowe bezpiecznika topikowego BI-Wtz i przekaźnika termicznego PT,

I - strefa działania przekaźnika,

II - strefa działania bezpiecznika

1.2.3. Zabezpieczenia zanikowe

Zabezpieczenia te stosuje się w celu uniemożliwienia samorozruchu silników w chwili pojawienia się napięcia, po jego zaniku, lub wówczas, gdy obniżenie napięcia zasilania uniemożliwia prawidłową pracę silnika, a zabezpieczenie przeciążeniowe nie jest stosowane. Samorozruch może być przyczyną szkodliwych następstw dla instalacji i urządzeń lub wręcz stanowi zagrożenie życia obsługi. Jako zabezpieczenie zanikowe stosuje się wyłączniki zapadkowe z cewką zanikową lub styczniki.

Rolę zabezpieczenia spełnia w tym przypadku elektromagnes stycznika, który powoduje bezzwłoczne odpadanie zwory przy obniżeniu się napięcia do wartości poniżej 50%U_zn. Niekiedy stosowane są układy kondensatorowe powodujące opóźnienie w odpadaniu zwór, włączone równolegle do cewki stycznika i przycisku wyłączającego.

1.3. Bezpieczniki topikowe

Bezpieczniki są to łączniki przeznaczone do przerywania obwodu elektrycznego wówczas gdy płynący w nim prąd przekracza określoną wartość w ciągu dostatecznie długiego czasu. Rozróżnia się dwa typy bezpieczników stosowanych w urządzeniach niskiego napięcia:

• bezpieczniki instalacyjne gwintowe Bi,

• bezpieczniki instalacyjne dużej mocy Bm,

Bezpieczniki instalacyjne stanowią najtańszy i powszechnie stosowany sposób zabezpieczenia zwarciowego zarówno dla silników jak i dla wszelkiego rodzaju odbiorników małej i średniej mocy oraz dla instalacji elektrycznych. W szczególnych przypadkach mogą stanowić skuteczne zabezpieczenie przeciążeniowe. Bezpieczniki instalacyjne składają się z gniazda, główki, wkładki topikowej oraz wstawki ograniczającej. Najczęściej stosowanym materiałem na wkładki topikowe jest srebro, miedź, miedź posrebrzana lub pocynowana. Rozróżnia się wkładki topikowe o działaniu szybkim (Wts) i o działaniu zwłocznym (Wtz). Wkładki o działaniu szybkim nadają się do obwodów, w których nie ma dużych udarów prądowych tzn. np. do odbiorników oświetleniowych i grzejnych. Wykonywane są na prądy znamionowe: 2,4,6,10,16,20,25,32,50,63,100,125,160 i 200A. Wkładki topikowe o działaniu opóźnionym wytrzymują krótkotrwałe udary prądowe i nadają się do obwodów zasilających silniki asynchroniczne. Wykonywane są na prądy znamionowe: 2,4,6,10,16,25,32,40,50,63,80 i 100A. Budowane są również wkładki o charakterystykach bardzo szybkich, stosowane do zabezpieczenia elementów energoelektronicznych tzn. diod i tyrystorów. Prąd wyłączalny (zdolność wyłączania prądów) bezpiecznika jest to największa wartość skuteczna prądu, którą bezpiecznik może przerwać w danych warunkach bez uszkodzenia (eksplozji lub stopienia styków). Zwarciowa zdolność wyłączalna bezpieczników instalacyjnych przy napięciu 440V wynosi 25kA.

Prądy znamionowe elementów bezpieczników topikowych w zależności od napięć znamionowych i wielkości gwintów podane zostały w tablicy 13.2.

Tab.13.2.

Napięcie	Wielkość	Prąd znamionowy, A
znamionowe bezpiecznika, V	gwintu	gniazda i główki bezpiecznikowej	wkładki topikowej	wstawki ograniczającej
380	E16	20	2,4,6,10,16,20	10,16
	E18	63	20,25,32,35,40, 50,63	10,16,20,32, 40,50
500	E16	25	2,4,6,10,16,20,25	10,16
	E27	25	2,4,6,10,16,20,25	10,16,20,25^1)
	E33	63	32,35,40,50,63	32,40,50,63^1)
	G1 1/4	100	80,100	80
	G2	200	125,160,200	125,60
660	E27	25	2,4,6,10,16,20,25	10,16,20,25^1)
	E33	63	32,35,40,50,63	32,40,50,63^1)
	G1 1/4	100	80,100	80
750	E33	63	2,4,6,10,16,20,25 32,35,40,50,63	10,16,20,32,40, 50,63^1)
1000	E27	25	2,4,6,10,16,20,25	-
	E33	63	2,4,6,10,16,20,25	-
^1) Nie dotyczy wstawek pierścieniowych

Zależność czasu przepalenia się wkładki topikowej od natężenia prądu nosi nazwę charakterystyki czasowo prądowej. Charakterystyki te - podobnie jak dla przekaźników cieplnych - podawane są jako pasmowe. Na rysunku 13.4 przedstawiono charakterystyki czasowo-prądowe pasmowe wkładek topikowych szybkich a na rys.13.5 dla porównania dla wkładek topikowych zwłocznych.

Z charakterystyk wynika, że wkładka topikowa wytrzymuje w stosunkowo długim czasie (rzędu 1 godz.) niewielkie przetężenia (rzędu kilkudziesięciu procent), natomiast przepala się natychmiast (w czasie setnych części sekundy) przy prądzie 10-krotnie większym od znamionowego.

Charakterystyki czasowo-prądowe bezpieczników powinny tak przebiegać, aby w zakresie dolnego i górnego prądu probierczego spełniały wymagania podane w tablicy 13.3.

Tab.13.3.

Prąd znamionowy wkładki Ibn	Dolny prąd probierczy	Górny prąd probierczy	Czas trwania próby
A	(krotność prądu Inb)		h
2...4	1,5	2,1	1
6...10	1,5	1,9	1
16...25	1,4	1,75	1
32...63	1,3	1,6	1
80...125	1,3	1,6	2
160...200	1,3	1,6	3

Prąd probierczy dolny (I_pd) jest to prąd, przy którym wkładka topikowa powinna wytrzymać bez zadziałania w ciągu określonego czasu. Prąd probierczy górny (I_pg) jest to prąd, przy którym powinno wystąpić stopienie wkładki topikowej przed upływem określonego czasu.

Bezpieczniki stacyjne (wielkiej mocy) posiadają dużą zdolność wyłączania prądów i są przeznaczone do ochrony przeciwzwarciowej w obwodach, w których występują duże prądy robocze. Bezpiecznik taki składa się z podstawy (jedno- lub trójbiegunowej) i z wkładki topikowej. Wkładki topikowe są mocowane poprzez zaciski szczękowe. Wkładki te są budowane na prądy od 6A do 630A.

Bezpieczniki topikowe (instalacyjne i stacyjne) mają następujące wady:

• konieczność wymiany wkładki po jednorazowym zadziałaniu,

• możliwość przepalenia się tylko w jednej fazie,

• rozrzut charakterystyk czasowo-prądowych.

Bezpieczniki muszą się przepalać selektywnie, tzn. bezpieczniki bliższe miejscu zwarcia lub przeciążenia powinny przepalić się szybciej niż dalsze, które spełniają w tym przypadku rolę zabezpieczeń rezerwowych. Selektywność (wybiórczość) jest realizowana poprzez stopniowanie prądu znamionowego bezpieczników i będzie osiągnięta wówczas, jeżeli bezpieczniki o różnych prądach znamionowych mają taką samą charakterystykę czasowo-prądową (w odniesieniu do prądu względnego ).

Charakterystyki bezpieczników zależą od jakości i dokładności ich wykonania. Przy dużych prądach zwarciowych znacznie przekraczających prądy znamionowe wkładek, ze względu na małe zróżnicowanie czasów przepalania się, może nastąpić równoczesne przepalanie wkładek różniących się o jeden stopień. Dlatego też przy zasilaniu ważnych odbiorników stosuje się stopniowanie bezpieczników co dwie wartości w znormalizowanym szeregu prądów znamionowych tzn. np. 10 i 20A lub 25 i 50A.

1.4. Zabezpieczenia elektromagnetyczne

Zabezpieczenia elektromagnetyczne w przeciwieństwie do bezpieczników topikowych, nie stanowią samodzielnych urządzeń, lecz wchodzą w skład każdego wyłącznika samoczynnego zamkowego. Wyjątek stanowią wyłączniki wyposażone w nadprądowe bloki elektroniczne spełniające podobną funkcję.

Możliwe są różne rozwiązania konstrukcyjne wyzwalaczy elektromagnetycznych, lecz zasada działania jest jednakowa. Cewka elektromagnesu połączona jest szeregowo ze stykami głównymi wyłącznika (rys.13.6) i w przypadku gdy popłynie prąd przekraczający wartość prądu nastawienia, siła elektromagnesu powoduje zadziałanie wyzwalacza. Wyzwalacz oddziaływuje bezpośrednio na zwolnienie napędu wyłącznika i powoduje rozdzielenie styków głównych. Przekaźnik elektromagnetyczny powoduje natomiast przerwę w obwodzie sterującym przyczyniając się w sposób pośredni do rozdzielenia styków głównych (rys.13.7).

Rys.13.6. Układ elementów wyzwalacza elektromagnetycznego: 1 - rdzeń elektromagnesu;

2 - cewka elektromagnesu; 3 - sprężyna; 4 - zamek wyłącznika; 5 - styki główne

Rys.13.7. Schematy włączenia wyzwalaczy i przekaźników: a) układ z wyzwalaczem pierwotnym; b) układ z wyzwalaczem wtórnym; c)układ z przekaźnikiem pierwotnym i wyzwalaczem pomocniczym; 1 - wyłącznik, 2 - wyzwalacz pierwotny, 3 - wyzwalacz wtórny, 4 - wyzwalacz pomocniczy, 5 - przekaźnik pierwotny, 6 - przekładnik prądowy

W zależności od tego, czy cewka zabezpieczenia elektromagnetycznego zasilana jest prądem głównym, czy poprzez przekładnik prądowy lub napięciowy rozróżnia się zabezpieczenia pierwotne i wtórne.

Wyzwalacze zwarciowe nadprądowe powodują bezzwłoczne otwarcie wyłącznika w razie zwarcia lub silnego przeciążenia. Wyzwalacze szybkie dokonują tego z czasem własnym (10...30)ms a zwłoczne po czasie (0,2...0,6)s nastawionym na mechanizmie zegarowym opóźniającym (rys.13.8). Zwłoka w działaniu może być zależna bądź niezależna od prądu.

Rys.13.8. Charakterystyki czasowo-prądowe wyzwalaczy elektromagnetycznych nadprądowych: 1 - bezzwłocznego; 2 - zwłocznego o regulowanej zwłoce; In₁, In₂ - prądy nastawienia wyzwalaczy

Rys.13.9. Charakterystyka sterowania stycznika

Wyłączniki samoczynne zwłaszcza na duże prądy znamionowe mogą być dodatkowo wyposażone w wyzwalacze (przekaźniki):

• podnapięciowe (zanikowe),

• nadnapięciowe (nadmiarowe).

Wyzwalacze napięciowe zanikowe są budowane jako szybkie oraz zwłoczne. Wyzwalacze szybkie powodują bezzwłoczne otwarcie wyłączników przy zmniejszeniu napięcia do (0,7...0,35) wartości znamionowej i umożliwiają załączenie wyłączników, gdy napięcie jest wyższe niż 0,85 napięcia znamionowego. Wyzwalacze zwłoczne powodują otwarcie wyłączników przy zmniejszeniu napięcia poniżej 0,35U_zn po zwłoce czasowej (0,2...0,6)s nastawionej na mechanizmie zegarowym i umożliwiają zamknięcie wyłącznika przy napięciu mniejszym niż 0,85U_zn.

Cewkę sterującą w styczniku można również traktować jako wyzwalacz podnapięciowy, który powoduje rozdzielenie styków roboczych przy obniżeniu lub zaniku napięcia. Charakterystykę sterowania stycznika przedstawia rys.13.9. Przeciętne czasy załączania lub wyłączania zależnie od konstrukcji stycznika wynoszą (10...50)ms.

Wyzwalacze napięciowe nadmiarowe powodują otwarcie wyłącznika pod wpływem napięcia doprowadzonego do cewki wyzwalacza. Budowa ich jest podobna do wyzwalaczy elektromagnetycznych nadprądowych. Wyzwalacze te działają poprawnie w granicach napięcia (0,5...1,2)U_zn.

1.5. Przekaźniki cieplne

Przekaźniki cieplne są przekaźnikami pomiarowymi prądowymi. Zasadniczym parametrem charakteryzującym właściwości przekaźnika cieplnego jest zależność jego czasu zadziałania od krotności prądu znamionowego. Charakterystyka ta powinna się pokrywać lub leżeć nieco poniżej charakterystyki zależności dopuszczalnego czasu trwania przeciążenia od prądu przeciążenia, czyli stałe czasowe obiektu chronionego i przekaźnika powinny być jednakowe. W praktyce obiekt zabezpieczany najczęściej nie jest ciałem jednorodnym i może się charakteryzować co najmniej dwiema różnymi stałymi czasowymi nagrzewania i w rezultacie charakterystyka elementu pomiarowego przekaźnika odbiega od charakterystyki cieplnej obiektu chronionego.

Rys.13.10. Elementy termobimetalowe przekaźników cieplnych: a) płytka bimetalowa;

b) płytka ogrzewana bezpośrednio; c) płytka ogrzewana pośrednio

Większość przekaźników cieplnych działa na zasadzie zmian kształtu lub wymiarów geometrycznych elementu pomiarowego pod wpływem zmian temperatury. Najczęściej taki element jest wykonany jako pasek bimetalowy składający się z dwóch sprasowanych płytek z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej (rys13.10a). Pasek ten nagrzewa się pod wpływem prądu przeciążenia, wygina i powoduje wyłączenie obwodu sterującego. Pasek bimetalowy może być ogrzewany bezpośrednio prądem przepływającym przez niego lub pośrednio przez uzwojenie grzejne (rys13.10). Mogą też być konstrukcje mieszane. W wyzwalaczu cieplnym pasek bimetalowy zwalnia zapadkę ryglującą mechanizm wyłączający wyłącznik.

Rys.13.11. Budowa przekaźnika cieplnego

Rys.13.12. Przebieg pasmowej charakterystyki działania wyłączników instalacyjnych silnikowych

Zapewnienie jednakowych warunków chłodzenia obiektu i przekaźnika nie jest możliwe. Dlatego w rozwiązaniach konstrukcyjnych istnieje konieczność stosowania kompensacji wpływu temperatury otoczenia. W tym celu wykorzystuje się dodatkową płytkę kompensującą, która razem z płytką ogrzewaną są tak umocowane, że przy zmianie temperatury otoczenia zapewniają stałe odległości między stykami.

Na rysunku 13.11 pokazano schematycznie budowę przekaźnikacieplnego, który w pewnym sensie jest modelem cieplnym zabezpieczonego obiektu a na rys.13.12 przebieg pasmowej charakterystyki działania wyłączników instalacyjnych silnikowych na prąd znamionowy do 63A i napięcie 380V. Charakterystyki działania wyzwalaczy termobimetalowych powinny być podane w katalogach wraz z pasmem rozrzutu od stanu nienagrzania oraz od stanu nagrzania przekaźnika. Charakterystyki od stanu nienagrzania w temperaturze otoczenia 20C powinny spełniać wymagania podane w tablicy 13.4. Charakterystyk od stanu nagrzania nie normalizuje się.

Tab.13.4. Zależność czasów zadziałania przekaźników od wartości prądu

Rodzaj pracy	Krotność prądu nastawczego	Typ przekaźnika^1)	Czas zadziałania
Symetryczna	1,05	T1; T2	> 2h
	1,20	T1; T2	< 2h
	6,00	T1	> 2s
	6,00	T2	> 5s
Niesymetryczna	1,40	T1; T2	< 40min^2)
Jedno- lub dwufazowa	1,10	T1; T2	< 40min
^1) T1 - przekaźnik o małej stałej czasowej cieplnej T2 - przekaźnik o dużej stałej czasowej cieplnej ^2) Dotyczy przekaźników wyposażonych w układ zabezpieczający od pracy jedno- lub dwufazowej

W przypadku przekaźników niekompensowanych wytwórca powinien podać uchyb dodatkowy spowodowany zmianą temperatury dla temperatur otoczenia: -25C, -5C, +40C. Dla przekaźników skompensowanych uchyb dodatkowy spowodowany zmianą temperatury, wyznaczony dla temperatur otoczenia -5C i +40C, powinien mieścić się w pasmie rozrzutu charakterystyki działania przekaźnika podanej w katalogu.

Wadą wyzwalaczy i przekaźników cieplnych jest trudność w dopasowaniu ich charakterystyki czasowo-prądowej do charakterystyki obiektu chronionego np. silnika. Rozbieżność stałych czasowych nagrzewania oraz chłodzenia przekaźnika i silnika powoduje, że po kilku załączeniach i wyłączeniach przekaźnik cieplny nie odwzorowuje dobrze przebiegów cieplnych silnika i powoduje zbędne wyłączenie lub dopuszcza do jego przeciążenia. Firmy zagraniczne opracowały przekaźniki, które w dostateczny sposób odwzorowuje cieplnie zabezpieczane obiekty, wykorzystując do tego celu rozszerzalność liniową ciała stałego lub zjawisko punktu Curie (materiały ferromagnetyczne w tej temperaturze tracą właściwości magnetyczne).

Przykładem innego rozwiązania z dobrym modelem cieplnym zabezpieczonego elementu może być przekaźnik cieplny produkcji firmy ABB. Przekaźnik ten składa się z uzwojenia podgrzewającego zasilanego prądem proporcjonalnym do prądu płynącego w zabezpieczanym elemencie, dwóch klocków metalowych stanowiących model cieplny oraz z układu sprężyn i zestyku. Wymiary klocków są tak dobrane, że stała czasowa nagrzewania jednego klocka jest równa w przybliżeniu stałej czasowej uzwojenia prądowego zabezpieczonego elementu (ok. 10min.) natomiast stała czasowa zespołu obu klocków równa jest stałej czasowej uzwojenia oraz obudowy (żelaza) tego elementu i wynosi ok. (15...120)min. w zależności od doboru drugiego klocka.

W obecnych nowoczesnych rozwiązaniach przekaźników, model cieplny jest odwzorowany w elektryczno-elektronicznym modelu procesów cieplnych zachodzących w zabezpieczanym elemencie.

1.6. Przykłady rozwiązań stosowanych zabezpieczeń

Stosowane obecnie urządzenia zabezpieczające spełniają często jednocześnie funkcję zabezpieczeń od zwarć i od przeciążeń. Przykładem mogą być wyłączniki instalacyjne nadmiarowe, które zawierają wyzwalacze termobimetalowe i elektromagnetyczne. Możliwe są dwa rozwiązania:

1. wyłącznik sieciowy o charakterystyce działania dostosowanej do ochrony przewodów od skutków przeciążeń i zwarć,

2. wyłącznik silnikowy o charakterystyce dostosowanej do ochrony silników od skutków przeciążeń i zwarć.

Rys.13.13. Charakterystyki wyłącznika typu M611: 1 - ze stanu nienagrzanego; 2 - ze stanu nagrzanego

Rys.13.14. Schemat wyłącznika typu M611 z wyzwalaczami termobimetalowym i elektromagnetycznym oraz z dodatkowym wyzwalaczem podnapięciowym

Wyłączniki te odznaczają się różnymi pasmowymi charakterystykami działania. Przykładowo na rysunku 13.13 pokazano charakterystykę czasowo-prądową wyłącznik, a silnikowego typu M611 a na rys.13.14 jego schemat elektryczny z dodatkowym wyzwalaczem podnapięciowym. Wyłączniki te mają zakresy prądów nastawczych w przedziale (0,1...16)A. Tor prądowy jednej fazy zabezpieczenia zawiera szeregowo połączone: styki główne (S), uzwojenie wyzwalacza elektromagnetycznego (I>) i element grzejny termobimetalu (PT). Zadziałanie zabezpieczenia powoduje rozwarcie styków, które mogą być również otwierane lub zamykane za pomocą dwóch przycisków. Wyzwalacz podnapięciowy (U<) ma napięcie odpadania w przedziale (0,7...0,35)U_zn a napięcie robocze (0,85...1,1)U_zn. Wyłączniki M611 nie wymagają kompensacji wpływu temperatury otoczenia w przedziale od +10C do +30C. Przy pracy w niższych temperaturach (od -20C do 0C) należy prąd znamionowy silnika pomnożyć przez współczynnik korekcyjny o wartości (0,82...0,89) i wyłącznik nastawić na otrzymaną wartość obliczeniową.

Innym przykładem stosowanych zabezpieczeń jest przekaźnik nadprądowy typu PSN (produkcji ,,EMA-APATOR'') przeznaczony do zabezpieczania trójfazowych silników i sieci elektroenergetycznych przed skutkami zwarć, przeciążeń i przerw w jednej z faz. Nowoczesna konstrukcja przekaźnika wykorzystuje półprzewodnikową technikę elektroniczną. Przekaźnik ten jest przekaźnikiem pomiarowym, z trzema przekładnikami prądowymi i zawiera - zgodnie z jego funkcją - trzy człony:

• przeciążeniowy zwłoczny,

• zwarciowy bezzwłoczny,

• zanikowy.

Człon przeciążeniowy ma charakterystykę prądowo-czasową typu T2 tzn. do ciężkich rozruchów. Człon zwarciowy działa w czasie (20...40)ms w przypadku gdy prąd zwarcia dwu- lub trójfazowego przekracza wartość nastawczą. Człon zanikowy działa w przypadku zaniku prądu w jednej z faz lub dużej asymetrii prądów w sieci. Sygnał wyjściowy członu zanikowego powoduje zadziałanie członu zwarciowego ze zwłoką ok. (0,3...2)s.

1.7. Wyłącznik ochronny różnicowoprądowy

Od 1 stycznia 1993r. obowiązują nowe normy w zakresie ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych o napięciu do 1kV. Obok znanych i stosowanych w kraju środków ochrony przeciwporażeniowej wprowadza się wyłącznik różnicowoprądowy. Wyłącznik ten zapewnia ochronę przeciwporażeniową, a także stanowi ochronę przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim.

17.1. Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym

Jednym z najbardziej skutecznych, obecnie szeroko stosowanych, środków ochrony przeciwporażeniowej jest ochrona przy zastosowaniu urządzeń ochronnych różnicowoprądowych (wyłączniki ochronne różnicowoprądowe, wyłączniki współpracujące z przekaźnikami różnicowoprądowymi). Urządzenia ochronne różnicowoprądowe pełnią następujące funkcje:

• ochrona przed dotykiem pośrednim przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń, jako elementów samoczynnego wyłączenia zasilania,

• uzupełnienie ochrony przed dotykiem bezpośrednim przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń o znamionowym różnicowym prądzie nie większym niż 30 mA,

• ochrona budynku przed pożarami wywołanymi prądami doziemnymi przy zastosowaniu wyżej wymienionych urządzeń o znamionowym różnicowym prądzie nie większym niż 500 mA.

Prąd zadziałania urządzenia ochronnego różnicowoprądowego musi zawierać się w granicach 0,5 I_Δn ÷ I_Δn, gdzie I_Δn jest znamionowym prądem różnicowym. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe można stosować we wszystkich układach sieci z wyjątkiem układu TN-C.

Ideę działania wyłączników różnicowoprądowych oparto na zasadzie zrównoważenia wypadkowego strumienia magnetycznego występującego w rdzeniu pomiarowym. Ideę tę omówimy na przykładzie wyłącznika 2-biegunowego (rys. 13.17 i 13.18). Podstawowym elementem wyłącznika różnico-woprądowego jest przekładnik prądowy (Ferrantiego). Przez okno rdzenia magnetycznego przeprowadzone są jako uzwojenia pierwotne przewody: fazowy L i neutralny N. Na rdzeniu przekładnika nawinięte jest uzwojenie wtórne. Układ pomiarowy (przekaźnik zabezpieczeniowy) reaguje na strumień magnetyczny wywołany różnicą pomiędzy przepływającymi prądami fazowym I_L i neutralnym I_N. W przypadku pełnej symetrii prądów I_L i I_N suma geometryczna lub suma wartości chwilowych prądów jest równa zeru i wypadkowy strumień magnetyczny płynący w rdzeniu przekładnika Ferrantiego jest równy zeru.

W przypadku uszkodzenia izolacji przewodu fazowego lub neutralnego lub izolacji odbiornika obydwa prądy nie są równe (rys. 13.17). W układzie z rys. 13.15. pojawia się prąd upływu płynący w przewodzie ochronnym PE. Prowadzi to do niezrównoważenia wypadkowego strumienia magnetycznego i w konsekwencji pojawia się prąd różnicowy I_Δ w uzwojeniu wtórnym wyzwalacza nadprądowego. Jeżeli prąd różnicowy przekroczy wartość progową I_Δn to wówczas nastąpi zadziałanie mechanizmu zapadkowego i otwarcie wyłącznika.

Na rys. 13.16 przedstawiono sposób włączania trójfazowego wyłącznika różnicowoprądowego do sieci TN-C-S i TN-S.

Rys. 13.16. Przykładowe sposoby zainstalowania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych w poszczególnych układach sieci 3-fazowej. L1, L2, L3 - przewody fazowe,
N - przewód neutralny, PE - przewód ochronny, E - przewód uziemiający

Obwody elektryczne zabezpieczone wyłącznikiem ochronnym różnicowym w sieci 1-fazowej przedstawiono na rysunkach 13.17 i 13.18.

Rys.13.17. Obwód prądu w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej urządzenia

Rys.13.18. Obwód prądu przy bezpośrednim dotyku przewodu

1.7.2. Ochrona przed dotykiem pośrednim

Gwarancją skutecznego wyłączenia obwodu, w przypadku uszkodzenia izolacji podstawowej jest niedopuszczenie do powstania na obudowie urządzenia niebezpiecznego napięcia dotyku, o ile prąd przekracza wartość prądu zadziałania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego. Warunek ten będzie spełniony w przypadku, gdy:

gdzie: R_A - rezystancja uzwojenia;

U_LB - bezpieczne napięcie dotyku;

I_n - znamionowy prąd zadziałania wyłącznika ochronnego.

Maksymalna wartość rezystancji uziemienia R_A dla dopuszczalnych bezpiecznych napięć dotykowych 25 i 50V podana jest w tablicach 13.5 i 13.6.

Tab.13.5. Najwyższa dopuszczalna rezystancja uziemienia R_A w zależności od znamionowego prądu I_n i napięcia dotykowego U_L przy minimalnej temperaturze otoczenia
-5C oraz -25C

υ min	Napięcie dotykowe	Znamionowy prąd In
		ULB	0,01A	0,03A	0,1A	0,3A	0,5A
	-5C	25V	2500	830	250	80	50
		50V	5000	1660	500	160	100
	-25C	25V	2000	660	200	60	40
		50V	4000	1330	400	130	80

1.7.3. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim

W przypadku stosowania wyłączników ochronnych różnicowoprądowych na znamionowe prądy zadziałania 30mA lub mniejsze, dodatkowo zapewnia się ochronę przed dotykiem bezpośrednio do części pod napięciem. Ta dodatkowa ochrona przed dotykiem bezpośrednim (dodatkowa ochrona podstawowa) konieczna jest gdy:

• nastąpi uszkodzenie izolacji podstawowej narzędzi lub urządzeń, lub gdy nastąpi uszkodzenie izolacji przewodów doprowadzających .

• nastąpi uszkodzenie przewodu ochronnego.

• nastąpi zmiana przewodu fazowego z przewodem ochronnym, co spowoduje, że na obudowie urządzenia pojawi się pełne napięcie sieci.

• przewód pod napięciem (w czasie remontu czy naprawy) dotknie do nieuziemionego elementu urządzenia lub obudowy.

We wszystkich wyżej wymienionych przypadkach, wyłącznik ochronny różnicowoprądowy wyłączy natychmiast, gdy wartość prądu płynącego do ziemi przekroczy wartość niebezpieczną dla człowieka, czyli 30 mA.

2. Badania laboratoryjne

2.1. Wyznaczenie charakterystyki czasowo-prądowej instalacyjnego wyłącznika sieciowego

W układzie pomiarowym przedstawionym na rys.13.19 dla zadanych krotności prądu znamionowego wyznaczyć charakterystykę czasowo-prądową instalacyjnego wyłącznika sieciowego w następujący sposób:

• zamknąć wyłączniki W2 i W1. Za pomocą dławika (Dł) nastawić żądaną wartość prądu w obwodzie probierczym. W czasie nastawiania tego prądu styki główne stycznika S bocznikują badany wyłącznik sieciowy.

• otworzyć wyłącznik W2. Spowoduje to otwarcie styków głównych stycznika i przepływ zadanego prądu przez wyłącznik sieciowy. Jednocześnie zamknięcie styków pomocniczych e-f stycznika i styków c-d przekaźnika spowoduje doprowadzenie napięcia do czasomierza CC, który zacznie odmierzać czas próby.

• wyłączenie wyłącznika sieciowego w obwodzie głównym spowoduje zanik prądu w obwodzie wtórnym przekładnika PP, a więc otwarcie styków c-d przekaźnika i zatrzymanie czasomierza. Należy wówczas otworzyć wyłącznik W1. Dla poszczególnych krotności prądu znamionowego wyłącznika sieciowego wykonać analogiczne badania. Wyniki zanotować w tabeli 13.7

Otrzymane wyniki pomiarów nanieść na charakterystykę czasowo-prądową typu B zamieszczoną na stronie 25 instrukcji i zinterpretować je.

Rys.13.19. Układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyk czasowo-prądowych badanych elementów

W1, W2 - wyłączniki dwubiegunowe, Dł - dławik regulacyjny, ZW - zespół wielkoprądowy, Bi - badany bezpiecznik, S - cewka stycznika, PP - przekładnik prądowy, P - przekaźnik nadprądowy typu RI, CC - czasomierz cyfrowy, A - amperomierz elektromagnetyczny

Tab.13.7.

	I/Inb	Inb	I			t
	-	A	A	-	A	s

2.2. Badanie zabezpieczenia typu M611

2.2.1. Sprawdzenie działania wyzwalacza elektromagnetycznego

Dla podanych krotności prądu nastawczego wyznaczyć czasy zadziałania wyzwalacza elektromagnetycznego typu M611. Wyniki wpisać w tabelę 13.7. Otrzymane wyniki pomiarów nanieść na charakterystykę czasowo-prądową wyzwalacza typu M611 zamieszczoną na stronie 26 instrukcji i zinterpretować je.

2.3. Badanie stycznika jako wyzwalacza podnapięciowego

Połączyć układ pomiarowy jak na rys.13.20. Zwiększając powoli napięcie aż do zadziałania stycznika i następnie obniżając napięcie, zaobserwować moment w którym nastąpi opadanie zwory. Zanotować wartości napięcia i prądu w chwili zamykania zwory, prąd trzymania oraz napięcie w chwili opadania zwory. Pomiary wykonać trzykrotnie. Wyniki zanotować w tabeli 13.8. Na podstawie pomiarów narysować charakterystykę sterowania stycznika jak na rys.13.9.

Rys.13.20. Układ do wyznaczenia charakterystyki sterowania stycznika

At - autotransformator regulacyjny, V - woltomierz elektromagnetyczny, A - amperomierz elektromagnetyczny, S - cewka badanego stycznika

Tab.13.8.

Lp.	Uzał	Izał	Itrzym	Uwył
	V	A	A	V

2.4. Badanie poprawności działania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego typu P121

2.4.1. Sprawdzenie działania przycisku testującego

Sprawdzić działanie przycisku T znajdującego się na obudowie P121. Przycisk ten zwany przyciskiem testującym pozwala testować działanie wyłącznika w rzeczywistym obwodzie. Może on także służyć do wyłączania zasilania odbiorników.

2.4.2. Wyznaczanie wartości prądu różnicowego

Badania należy przeprowadzić w obwodzie jak na rys.13.21.

Rys.13.21 Obwód do sprawdzenia działania wyłącznika ochronnego różnicowoprądowego

Na rysunku 13.21przedstawiono obwód zasilania żarówki Ż zabezpieczony wyłącznikiem różnicowoprądowym typu P121 o znamionowym prądzie wyłączenia I_n=10mA. Obwód symulujący istnienie prądu różnicowego zrealizowano za pomocą regulowanego rezystora R_r wraz z miliamperomierzem. Zmniejszając rezystancję R_r zwiększamy prąd różnicowy aż do wartości I_n badanego wyłącznika różnicowoprądowego. Zadziałanie wyłącznika P121 wyłącza obwód zasilający - zgaśnie żarówka Ż.

Na miliamperomierzu mA odczytujemy wartość prądu różnicowego I_ i porównujemy go z wartością znamionową I_n wyłącznika różnicowoprądowego. Wyniki notujemy w tablicy 13.9.

Tab.13.9.

In	mA
I	mA
I/In

2.4. Pokaz działania czujnika zaniku fazy CZF

Czujnik zaniku fazy chroni silniki trójfazowe przed uszkodzeniem spowodowanym pracą przy niepełnym zasilaniu. Urządzenie wyłącza obwód zasilania cewki stycznika sterującego silnikiem w przypadku wystąpienia asymetrii napięć poszczególnych faz, a w szczególności zaniku napięcia w co najmniej jednej z faz.

Czujnik zaniku fazy CZF

Kategoria wg. katalogu:

Aparatura elektryczna, elektroenergetyka

Firma oferująca:

F&F

Telefon:

([phone]

E-mail:

[e-mail]

Opis:

Czujnik zaniku faz do montażu na tablicy. Styk przekaźnika 10A. Stopień ochrony IP40
Czujnik zaniku faz przeznaczony jest do zabezpieczania elektrycznych silników zasilanych z sieci trójfazowej w przypadku zaniku napięcia w co najmniej jednej fazie lub asymetrii napięć między fazami, grożące zniszczeniem silnika.

Dane techniczne:

zasilanie............................................ciągłe 3x400 V+N
zestyk...............................................1Z
pobór mocy......................................0,35W
prąd sterujący..................................10A
kontrola zasilania..............................LED w obwodzie faz
asymetria napięciowa......................35 - 50 V
napięcie zadziałania.........................175 V
opóźnienie wyłączenia....................3 do 5 sek.
wymiary...........................................26x50x70mm
mocowanie......................................dwa wkręty do podłoża
przyłącze.........................................przewód 0,5m
stopień ochrony...............................IP40

 

Badania laboratoryjne

Badania przeprowadzić w układzie przedstawionym na rysunku 13.21.

1. Pokaz pracy silnika przy symetrycznym zasilaniu

2. Pokaz pracy silnika przy zaniku napięcia w jednej fazie i załączonym czujniku zaniku fazy

3. Pokaz pracy silnika przy zaniku napięcia w jednej fazie i odłączonym czujniku zaniku fazy

Rys.13.21 Obwód do sprawdzenia działania czujnika zaniku fazy

3. Uwagi i wnioski

Dla każdego z badanych elementów zabezpieczeń (bezpiecznik topikowy, instalacyjny wyłącznik sieciowy, wyłącznik typu M611) na wyznaczone charakterystyki czasowo-prądowe nanieść pasma tolerancyjne wynikające z wymagań normy lub z zamieszczonych przykładowych charakterystyk. Porównać otrzymane wyniki i przeprowadzić dyskusję wyników pomiarów. Podać przyczyny występujących ewentualnie różnic.

27

I/I_n

PT

S

Rys.13.15. Schemat ideowy
i sposób instalowania trójfazowego
wyłącznika różnicowoprądowego.

---