ZESPÓŁ SZKÓŁ TECHNICZNYCH

im. gen. prof. SYLWESTRA KALISKIEGO

w

_{PRACA DYPLOMOWA}

ZABEZPIECZENIE INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH PRZED PRĄDEM PRZETEŻENIOWYM I SKUTKAMI ODDZIAŁYWAŃ CIEPLNYCH

Pracę wykonał :	Prowadzący :
2003

SPIS TREŚCI

1 CEL PRACY

• CEL PRACY

Celem pracy praktycznej była modernizacja instalacji elektrycznej w budynku „ A „ klasopracowni 08 Zespołu Szkół Zawodowych w Turku.

Celem pracy teoretycznej było przedstawienie wiadomości o zabezpieczeniach w instalacjach elektrycznych przed prądem przeciążeniowym i oddziaływaniem cieplnym.

• ZAKRES PRACY

Zakresem pracy praktycznej była modernizacja instalacji elektrycznej w budynku „ A „ Zespołu Zawodowych w Turku na parterze w klasie nr 08.

Zakresem pracy teoretycznej było przedstawienie wiadomości o zabezpieczeniach w instalacjach elektrycznych przed prądem przeciążeniowym i oddziaływaniem cieplnym.

• WSTĘP

Z instalacjami elektrycznymi spotykamy się na co dzień w domu, szkole lub zakładzie pracy. Zasilają one znajdujące się tam odbiorniki energii elektrycznej. Instalacja elektryczna powinna być funkcjonalna, tzn. że powinna umożliwiać niezawodne korzystanie z urządzeń elektrycznych w wybranych miejscach, bez potrzeby używania długich przewodów ruchomych. Ponadto instalacjom elektrycznym stawia się dwa podstawowe wymagania : bezpieczeństwo użytkownika oraz estetykę wykonania.

• PODSTAWOWE WIADOMOŚCI O INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ

Instalacjami elektrycznymi lub elektroenergetycznymi przyjęto nazywać zespoły urządzeń elektroenergetycznych o skoordynowanych parametrach, o napięciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V prądu stałego, przeznaczonych do doprowadzenia energii z sieci rozdzielczej do odbiorników.

W skład instalacji elektrycznej wchodzą :

• przewody,

• osprzęt instalacyjny,

• rozdzielnice,

• 
  urządzenia automatyki.

Rysunek 1 Elementy instalacji elektroenergetycznej

1 - sieć energetyki, 2 - przyłącze , 3 - złącze , 4 - wewnętrzna linia zasilająca , 5 - tablica rozdzielcza.

Ponadto w instalacjach rozróżnia się pewne elementy spełniające określone zadania. Należą do nich :

• przyłącze,

• złącze,

• wewnętrzna linia zasilająca ( wlz ) ,

• instalacja odbiorcza.

Przyłącze jest to linia energetyczna łącząca złącze z siecią energetyki zawodowej.

Złącze jest to urządzenie służące do połączenia przewodów przyłącza z licznikiem rozliczeniowym wewnętrznej linii zasilającej. Złącze jest głównym zabezpieczeniem zasilanego obiektu.

Wewnętrzna linia zasilająca jest to linia elektroenergetyczna o stałym przekroju łącząca złącze z kolejnymi tablicami rozdzielczymi..

Instalacja odbiorcza jest to instalacja znajdująca się za licznikiem rozliczeniowym i doprowadzająca energię elektryczną do poszczególnych odbiorników.

W zależności od rodzaju zasilanych odbiorników energii elektrycznej rozróżnia się instalacje:

• oświetleniowe, zasilające oprócz elektrycznych źródeł światła, obwody gniazd wtyczkowych i inne urządzenia małej mocy,

• siłowe, zasilające silniki, urządzenia grzejne o znacznych mocach oraz inne odbiorniki o charakterze przemysłowym.

Instalacje elektryczne dzieli się też ze względu na przewidywany okres jej użytkowania na : stałe oraz tymczasowe. Do instalacji tymczasowych należą te, których przewidywany czas eksploatacji nie przekracza trzech lat ( w obiektach budowlanych ) i sześciu miesięcy ( w budynkach i pomieszczeniach eksploatowanych ).

W Polsce do niedawna przy budowie instalacji stosowano przewody o żyłach aluminiowych, tańszych niż przewody o żyłach miedzianych. Obecnie instalacje elektryczne wykonuje się głównie z zastosowaniem przewodów o żyłach miedzianych, gdyż charakteryzują się one znacznie większą niezawodnością działania oraz wymagają nie tak częstych czynności konserwacyjnych.

W instalacjach elektrycznych stosuje się przewody o różnorodnym przeznaczeniu. Sposób oznaczenia przewodów na schematach elektrycznych powinien być jednoznacznie zrozumiały dla projektantów, jak i wykonawców instalacji, a różna barwa żył przewodów powinna ułatwiać poprawny montaż instalacji. Dotychczas na świecie przewody są wytwarzane o różnych barwach izolacji żył. Dąży się jednak, w skali międzynarodowej do jednoznacznego uporządkowania oznaczeń barwami oraz symbolami literowo - cyfrowymi przewodów. Przewody ochronne PE oraz ochronno - neutralne PEN muszą mieć barwę żółto - zieloną. Przewody neutralne N powinny mieć barwę jasnoniebieską . Przewody fazowe stosowane w instalacjach wykonywanych przewodami jednożyłowymi w rurkach mogą mieć barwę dowolną , z wyjątkiem żółtej oraz zielonej, jak i również nie mogą być przewodami wielobarwnymi.

• ZABEZPIECZENIA PRZED PRĄDEM ELEKTRYCZNYM STOSOWANE W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

1. Wiadomości ogólne

Przepływ prądów przekraczających zarówno obciążalność prądową przewodów, jak i prąd znamionowy odbiorników i urządzeń elektrycznych, a także pogorszenie się warunków chłodzenia, ustanie pracy urządzeń zapewniających wymuszone chło­dzenie urządzeń powodują zwiększenie się temperatury żył przewodów i uzwojeń urządzeń elektrycznych, co z kolei wywołuje przyspieszone starzenie się izolacji, a niekiedy może być przyczyną jej zniszczenia, powstania pożaru lub wybuchu Z tych względów przewody i kable oraz różnorodne urządzenia elektroenergetyczna i niektóre złożone układy zasilania powinny mieć skuteczne zabezpieczenia przeciwprzetężeniowe oraz inne, powodujące samoczynne wyłączanie zasilania w przypadku zwarć i przeciążeń oraz nieprawidłowej pracy innych urządzeń zapewniających właściwe warunki chłodzenia. Przypadki, w których można lub nie należy instalować zabezpieczeń są wyjątkowe. Zabezpieczenia przed skutkami prądów przetężeniowych mogą być wykonane przy zastosowaniu :

• jednego urządzenia zabezpieczającego zarówno przed skutkami zwarć, jak i przeciążeń;

• dwóch różnych urządzeń, z których jedno zabezpiecza przed skutkami zwarć, a drugie przed skutkami przeciążeń

1. Zabezpieczenie przed skutkami przeciążeń

Urządzenia zabezpieczające przewody i kable przed skutkami przeciążeń powinny być tak dobrane, aby w przypadku przepływu prądów o wartości większej od dłu­gotrwałej obciążalności prądowej przewodów Iz następowało ich działanie zanim wystąpi nadmierny wzrost temperatury żył przewodów i różnych zestyków.

Zarówno bez­pieczniki, jak i wyzwalacze (przekaźniki) przeciążeniowe mają bowiem charakte­rystyki prądowo-czasowe zależne- Oznacza to, że urządzenia te powinny zadziałać przy każdej wartości prądu większej od prądu znamionowego bezpiecznika lub prądu nastawienia wyzwalacza, lecz po różnym czasie trwania przeciążenia, w za­sadzie odwrotnie proporcjonalnym do kwadratu wartości prądu przeciążeniowego.

Konieczność spełnienia warunków przez bezpieczniki sta­nowiące zabezpieczenia przeciążeniowe przewodów powoduje, że w pewnych przypadkach prąd znamionowy bezpieczników powinien być nawet o kilkadzie­siąt amperów mniejszy od obciążalności prądowej długotrwałej zabezpiecza­nych przewodów.

Do zabezpieczeń przeciwprzetęzemowych przewodów należy stosować wkładki bezpiecznikowe o pełnozakresowych charakterystykach działania, typu gL (gl). G. Kiefer podaje, że przy stosowaniu bezpieczników szybko dzia­łających o pelnozakresowej charakterystyce działania, zabezpieczających przewody instalacji ułożonych w sposób oznaczony literami A, B, C.

Zabezpieczenia przewodów bezpiecznikami są dalekie od doskonałości. Z jed­nej strony ograniczają one często możliwość wykorzystania w pełni obciążalno­ści prądowej przewodów, a z drugiej nie zapewniają w pełni skutecznej ochrony przewodów, przede wszystkim w przypadku przepływu prądów przeciążenio­wych o wartości większej od prądu znamionowego bezpieczników, lecz mniej­szej od prądu działania. Wówczas żyły przewodów mogą nagrzewać się do temperatury wyższej od temperatury dopuszczalnej długotrwale dla zastosowanej izolacji i stan ten może utrzymywać się przez wiele godzin, zanim nastąpi wyłączenie obwodu. Z tych względów, w warunkach zwiększonego zagrożenia, wskazane jest przyjmowanie prądu znamionowego wkładek bezpiecznikowych niniejszego aniżeli wynika to z warunków spełnionych jedynie w minimalnym stopniu. Prądy zadziałania łączników samoczynnych z wyzwalaczami (przekaźnikami) przeciążeniowymi przy przeciążeniach występujących we wszystkich biegunach łączników wynoszą l,20 ÷1,45 prądu nastawienia wyzwalacza w temperaturze 20—40° C (w zależności od konstrukcji, prądu znamionowego łączników i tempe­ratury otoczenia). Oznacza to, że przy przeciążeniach prądem występu­jącym we wszystkich biegunach łączników wielobiegunowych, czas do wyłączenia jest nie dłuższy od czasu umownego równego l lub 2h. Jeżeli jednak przeciążenie wystąpi w dwóch fazach lub tylko w jednej fazie łącznika trójbiegunowego, to prądy zadziałania mogą zwiększyć się odpowiednio o ok. 10 i 20%.

Zastosowanie łączników samoczynnych z wyzwalaczami (przekaźnikami) przeciążeniowymi z możliwością nastawienia prądu zabezpieczeń pozwala na peł­niejsze wykorzystanie obciążalności przewodów oraz zazwyczaj bardziej skuteczną ich ochronę. Jeżeli urządzenie zabezpieczające chroni kilka przewodów połączonych równo­legle, prąd może być wyznaczony jako suma obciążalności prądowej wszystkich przewodów, pod warunkiem jednak, że w każdym z przewodów płynie prąd pro­porcjonalny do ich obciążalności prądowej. Oznacza to, że przewody powinny być tego samego typu, tej samej długości i ułożone w podobnych warunkach, Zabezpieczenia przeciążeniowe przewodów powinny być instalowane na po­czątku obwodu oraz w miejscach, poza którymi następuje zmniejszenie się ob­ciążalności przewodów, a zastosowane zabezpieczenia nie chronią tych odcinków obwodu. Dotyczy to:

• zmniejszenia przekroju przewodów lub zmiany rodzaju przewodów,

• pogorszenia się warunków oblodzenia w wyniku zmiany sposobu ułożenia przewodów, istnienia innych instalacji lub podwyższonej temperatury oto­czenia.

1. Zabezpieczenia przed skutkami zwarć

Urządzenia zabezpieczające przed skutkami zwarć powinny być tak dobrane, aby „przerwanie prądu zwarciowego w obwodzie elektrycznym następowało wcześniej aniżeli wystąpi niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych i mechanicznych w prze­wodach oraz ich połączeniach. Zabezpieczenia zwarciowe mogą być wykonane z zastosowaniem:

— bezpieczników lub

• wyłączników samoczynnych z wyzwalaczami zwarciowymi.

Przy stosowaniu wyłączników samoczynnych jako urządzeń zabezpiecza­jących jest wymagane, aby wartość prądu zwarciowego była co najmniej równa prądowi działania wyzwalaczy zwarciowych, wyłączających z czasem własnym ok. 30—50 ms, w zasadzie niezależnym od wartości prądu zwarciowego. W pewnych przypadkach, przy użyciu wyłączników z wyzwalaczami zwłocznymi czas działania urządzeń zabezpieczających może wynosić 100—500 ms. Zdolność wyłączalna urządzeń zabezpieczających (bezpieczników, wyłączni­ków samoczynnych) powinna być nie mniejsza od spodziewanych prądów zwar­ciowych w miejscu ich zainstalowania. Wymaganie to może ograniczać niekiedy możliwość stosowania niektórych konstrukcji łączników, zwłaszcza o niewielkich wartościach prądu znamionowego ciągłego i prądu wyłączalnego. Ze względu na­tomiast na bardzo duży prąd wyłączalny bezpieczników, wymaganie to najczęściej jest spełnione w sposób naturalny i nie ogranicza możliwości stosowania bezpiecz­ników najbardziej właściwych do celów zabezpieczeń wg kryteriów doboru innych niż prąd wyłączalny. Dopuszcza się odstępstwa od wymagania dotyczącego zdolności wyłączalnej urządzeń zabezpieczających w przypadkach, w których:

• przed tymi urządzeniami, od strony zasilania, znajdują się urządzenia o wy­starczającej zdolności wyłączania;

• urządzenia i przewody znajdujące się za danym urządzeniem zabezpieczającym wytrzymują bez uszkodzeń przepływ prądu zwarciowego.

Ocena skuteczności działania zabezpieczeń przewodów przed cieplnym od­działywaniem prądów zwarciowych polega na porównaniu charakterystyk czasowo - prądowych przewodów oraz zabezpie­czeń zwarciowych.

Rysunek 2 Graniczna dopuszczalna wartość prądów zwarciowych I _k i czasów trwania zwarcia dla przewodów miedzianych o izolacji z PCV

Przebiegi charakterystyk czasowo - prądowych przewodów i bezpieczników jako zabezpieczeń przetężeniowych, oznaczają że przewody są zabezpieczone, jeżeli prądy zwarciowe są większe od prądu I _kA . Dla zapewnienia pełnej ochrony przetężeniowej przewodów celowe jest zastosowanie oprócz zabezpieczeń zwarciowych, również zabezpieczenia przeciążeniowego. Zdolność wyłączania zabezpieczeń przeciążeniowych powinna być mniejsza od prądu I _kB . Przy prądach większych od prądu I _kB występuje wcześniejsze zadziałanie zabezpieczeń zwarciowych niż przeciążeniowych.

Jeżeli charakterystyki przebiegają tak jak podano na rysunku, to oznacza że przewody nie są zabezpieczone przed skutkami zwarć przy prądzie większym od I _kB. Jeżeli może mieć to miejsce, to należy rozważyć możliwość zainstalowania dodatkowych bezpieczników lub zastosowania wyłączników ograniczających zamiast wyłączników konwekcjonalnych.

Przy bardzo krótkich czasach przepływu prądów zwarciowych, krótszych niż o,1 sekundy, istotny jest udział składowej bezokresowej prądu zwarciowego. W takim przypadku w rozważaniach dotyczących skuteczności działania zabezpieczeń zwarciowych przewodów należy porównać graniczną dopuszczalną wartość energii, jaka może być zakumulowana przez przewód, i energii wydzielonej w przewodzie w czasie zwarcia.

Zabezpieczenia zwarciowe są również ważnymi elementami systemu ochrony przeciwporażeniowej, polegającego na samoczynnym szybkim wyłączeniu zasilania w przypadku zwarć do przewodu ochronnego lub ochronno - neutralnego. Czas zadziałania zabezpieczeń zwarciowych w obwodach rozdzielczych nie powinien przekraczać 5 sekund, a nierzadko - głównie w obwodach odbiorczych - powinien być rzędu dziesiętnych części sekundy.

1. Zabezpieczenie linii połączonych równolegle

W obwodach rozdzielczych ze względu na znaczne prądy robocze, zwiększenie pewności zasilania lub z innych powodów jest uzasadnione równolegle połącze­nie kilku przewodów. Wykonanie wówczas skutecznie działających zabezpieczeń przetężeniowych może być trudne do realizacji, szczególnie gdy różne są rodzaje, przekroje i długości przewodów połączonych równolegle lub różne są warunki uło­żenia przewodów.

Zabezpieczenia zwarciowe przewodów połączonych równolegle mogą być zre­alizowane przez zastosowanie:

• osobnych zabezpieczeń każdego z przewodów,

• 
  wspólnego zabezpieczenia dla całej grupy przewodów połączonych równo­legle.

Rysunek 3 Różne sposoby wykonania zabezpieczeń przewodów połączonych równolegle : a) z bezpiecznikami w każdej linii ; b) ze wspólnym zabezpieczeniem zwarciowym

Przy zabezpieczeniach wykonanych w układzie jak na rysunku urządzenia zabezpieczające powinny być zainstalowane zarówno na początku, jak i na końcu poszczególnych linii, aby możliwe było ich wyłączenie nie tylko od strony zasi­lania, lecz także od strony zasilanego obiektu (rozdzielnicy RO). Wartości prądu znamionowego urządzeń zabezpieczających zainstalowanych na początku i końcu linii mogą być jednakowe.

W przypadku zwarcia w punkcie K , po zadziałaniu zabezpieczenia Z2 prąd zwarciowy płynie nadal od strony rozdzielnicy RO. Całkowite wyłączenie obwodu zwarciowego następuje po zadziałaniu zabezpieczenia 25 lub zabezpieczeń w pozostałych przewodach.

Ze względu na warunki eksploatacji najbardziej korzystne jest zadziałanie zabezpieczenia Z2, a następnie zabezpieczenia Z5; wtedy zasilanie rozdzielnicy RC jest zachowane praktycznie bez przerwy zauważalnej przez użytkowników. Jest t< możliwe do spełnienia przy liczbie jednakowych przewodów połączonych równolegle większej niż 2 oraz przy Jednakowych prądach znamionowych zabezpieczeń. Przy dwóch jednakowych przewodach połączonych równolegle oraz przy jednakowych prądach znamionowych zabezpieczeń Zł. Z2, Z4 i Z5 działanie zabezpieczeń będzie przypadkowe, bowiem przez każde z nich, poza Z2, będzie przepływał prąd zwarciowy o takiej samej wartości.

1. Bezpieczniki instalacyjne

W razie przyłączenia do instalacji nadmiernej liczby odbiorników może nastąpić jej przeciążenie. Przedłużający się przepływ dużego prądu może spo­wodować przegrzanie i uszkodzenie przewodów oraz innych elementów insta­lacji. Jeszcze większy prąd płynie wówczas, gdy w instalacji nastąpi zwarcie wskutek jej uszkodzenia lub w wyniku błędnych połączeń. Do samoczynnego wyłączania obwodów, w których wystąpiło zwarcie lub groźne przeciążenie, stosuje się bezpieczniki lub wyłączniki nadprądowe.

Rysunek 4 Bezpiecznik instalacyjny w prze­kroju

1— korpus gniazda, 2 — pokrywa gniazda, 3 — wstawka kalibrowa, 4 — główka, 5 — wziernik główki, 6 — szyna gniazda, 7 — zacisk wejściowy (dopływ), 8 — zestyk gwintowy. 9 — zacisk wyjściowy (odpływ). 10 — topik

Zasadniczą częścią bezpiecznika jest topik wykonany ze srebrnego albo miedzianego drutu lub taśmy, zamknięty w korpusie wypełnionym odpowiednio przygotowanym piaskiem. Tak powstaje wkładka bezpiecznikowa, którą umiesz­cza się w gnieździe bezpiecznikowym. Tradycyjną konstrukcję bezpieczników instalacyjnych stale się doskonali; do instalacji 230/400 V są obecnie produkowane bezpieczniki małogabarytowe — z wyglądu podobne, ale wyraźnie mniejsze niż tradycyjne.

Rysunek 5 Charakterystyka czasowo-prądowa wkładki bezpiecznikowej

Wykres przedstawiający zależność czasu zadziałania wkładki bezpiecznikowe od płynącego prądu nazywa się charakterystyką czasowo--prądową. Znając charakterystyki wkładek bezpiecznikowych można ocenić, jakie prądy w określonym czasie wkładki przetrzymują bez zadziałania i jaki jest czas wyłączania przy różnych prądach.

Wkładka bezpiecznikowa ma określony prąd znamionowy, oznaczony /„p jest to największy prąd, jakim wolno wkładkę długotrwałe obcią­żyć. Długotrwałe obciążenie obwodu nie powinno przekraczać tej wartości. Jeśli wkładkę obciąży się, nawet długotrwale, prądem nieco większym, w gra­nicach I_nF ÷ 1,3 I_nF to nie zadziała ona, ale nagrzewa się nadmiernie. Dopiero prąd przekraczający 1,6 I_nF z całą pewnością spowoduje zadziałanie wkładki.

Wkładka bezpiecznikowa ma określona zdolność wyłączania, tzn. naj­większy prąd zwarciowy, który potrafi poprawnie wyłączyć. Zdolność wyłą­czania bezpieczników instalacyjnych (30-100 kA) jest znacznie większa niż wyłączników nadprądowych instalacyjnych (3-10 kA).

Nowoczesny bezpiecznik jest precyzyjnym przyrządem zabezpieczającym; potrafi wyłączyć duży prąd zwarciowy, ma dokładnie określoną charakterystykę czasowo-prądową. Uzyskuje się to przez przemyślane rozwiązanie konstrukcyj­ne i staranne wykonanie. Tylko pozornie jest to aparat prosty, łatwy do odtwo­rzenia, co skłania laików do „naprawiania" przepalonych wkładek bezpieczni­kowych.

Tabela 1 Barwne oznaczenia wkładek bezpiecznikowych instalacyjnych

Barwa wskaźnika zadziałania	Prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej [ A ]	Prąd znamionowy gniazda bezpiecznikowego [ A ]
Różowa	2
Brązowa	4
Zielona	6
Czerwona	10
Czarna	13	25
Szara	16
Niebieska	20
Żółta	25
Czarna	35
Biała	50	63
Miedziana	63
Srebrna	80	100
Czerwona	100	100

2. Wyłączniki

Wyłącznik służy przede wszystkim do samoczynnego wyłączania obwodu w razie zwarcia. Jest przeznaczony do pracy z małą częstością łączeń; dłuższe okresy czasu jest zamknięty, utrzymywany w tym położeniu przez zamek. Zasadę działania napędu wyłącznika wyposażonego w zamek ze swobodnym sprzę­giem przedstawia. Zwolnienie zapadki zamka zamkniętego wyłączni­ka powoduje jego otwarcie. Podobnie, gdyby zapadka została zwolniona w trakcie zamykania wyłącznika, otworzy się on, niezależnie od ruchu dźwigni napędowej. Jeśli w trakcie zamykania okaże się, że załączany obwód jest uszko­dzony, np. występuje w nim zwarcie, to styki ruchome powracają do położenia spoczynkowego — dzięki swobodnemu sprzęgłu — nawet wówczas, gdy układ napędowy nadal działa w kierunku zamknięcia wyłącznika. Zwolnienia zapadki zamka dokonują wyzwalacze. Każdy wyłącznik ma wyzwalacze zwarciowe, pobudzane w razie zwarcia w obwodzie. Ma też wyzwalacze lub przekaźniki przeciążeniowe i może mieć inne przekaźniki, dzię­ki którym wyłącznik samoczynnie wyłącza obwód w razie nadmiernego obni­żenia napięcia, odwrócenia kierunku przepływu energii lub innego stanu zakłó­ceniowego.

Wśród wyłączników niskonapięciowych można wyróżnić trzy grupy róż­niące się znamionowym prądem ciągłym, prądem wyłączalnym oraz wyposaże­niem:

— wyłączniki instalacyjne,

— wyłączniki sieciowe,

— wyłączniki stacyjne.

Wyłączniki instalacyjne występują w dwóch odmianach: do instalacji domo­wych i podobnych oraz do obwodów silnikowych. Budowane są na prąd znamionowy ciągły 6 - 63 A i prąd wyłączalny 3-10 kA. Są wyposażone w wyzwalacze zwarciowe i przeciążeniowe; wy­łączniki silnikowe mogą mieć wyzwalacze napięciowe, a ich wyzwalacze prze­ciążeniowe są nastawialne. Mają napęd ręczny.

Wyłączniki sieciowe (wyłączniki zwięzłe, kompakty) o prądzie znamio­nowym ciągłym 63 - 630 A są przystosowane do instalowania w niedużych rozdzielnicach . Mają izolacyjną obudowę o niedużych wymiarach. Mogą wyłączać prądy zwarciowe 6-35 kA, a nawet większe, jeśli się im doda ograniczniki prądu zwarciowego. Na ogól mają nieregulowane wyzwalacze prze­ciążeniowe i zwarciowe; mogą mieć zestyki pomocnicze oraz wyzwalacze napięciowe: wyzwalacz podnapięciowy lub wyzwalacz wzrostowy napięcio­wy. Są to elektromagnesy, których zadziałanie powoduje bezpośrednio zwolnie­nie zapadki zamka i otwarcie wyłącznika .

Wyzwalacz podnapięciowy (wyzwalacz napięciowy niedomiarowy) jest elektromagnesem, który zwalnia zapadkę zamka, gdy napięcie maleje do pozio­mu 0,70 - 0,35 U lub do niższej wartości. Wywołuje samoczynne otwarcie wyłącznika w razie znacznego obniżenia lub zaniku napięcia . Prze­rywając jego obwód przyciskiem WYŁ lub innym zestykiem można zdalnie otworzyć wyłącznik. Wyzwalacz powinien być pod napięciem (co najmniej 0,85 U) już w końcowej fazie zamykania wyłącznika. W przeciwnym razie może zwalniać zapadkę zamka przy każdej próbie zamknięcia wyłącznika, a przy napięciu poniżej 0,35 U —
powinien zamknięcie uniemożliwić.

Rysunek 6 Układ połączeń wyłącznika z wyzwalaczem podnapięciowym

l — wyzwalacz przeciążeniowy, 2 — wyzwalacz zwar­ciowy. 3 — wyzwalacz podnapięciowy, 4 — napęd ręcz­ny, 5 — zamek wyłącznika. 6 — zestyk pomocniczy zwiemy o przedłużonej styczności, 7 — połączenia me­chaniczne wyzwalaczy z zamkiem, 8 — bezpiecznik ob­wodu sterowniczego

Zatem wyzwalacz podnapięciowy powinien być:

a) albo zasilany sprzed wyłącznika i stale pozostawać pod napięciem, co jest niepożądane;

b} albo przyłączony przez zestyk pomocniczy zwiemy o przedłużonej stycz­ności, który zamyka się wcześniej niż zestyki główne.

Wyzwalacz napięciowy wzrostowy ( wyzwalacz wybijakowy ) jest to elektromagnes, który po włączeniu pod napięcie, zwalnia zapadkę zamka, otwierając wyłącznik. Wyzwalacz wzrostowy wytrzymuje bez przegrzania tylko krótkotrwały przepływ prądu i po wykonaniu zadania powinien być wyłączony przez pomocniczy zestyk zwierny 2.

Każdy z wyzwalaczy napięciowych wyłącznika umożliwia zdalne jego otwieranie, natomiast nie umożliwia zdalnego zamykania. Wyłączniki sieciowe zamyka się ręcznie; wyjątkowo mają one napęd maszynowy do zdalnego zamykania.

Rysunek 7 Układ połączeń wyłącznika z wyzwalaczem napięciowym wzrostowym

1 - wyzwalacz napięciowy wzrostowy, 2 - zestyk pomocniczy zwierny.

3. Wyłączniki nadprądowe instalacyjne

Wyłącznik nadprądowy instalacyjny umożliwia załączanie i wyłączanie obwodu przez zamykanie i otwieranie zestyku za pomocą dźwigni lub przycisków umieszczonych na jego obudowie. Głównym jego zadaniem jest samoczynne włączenie obwodu w razie wystąpienia przeciążenia lub zwarcia.

W odróżnieniu od bezpiecznika, który tylko jednokrotnie może wyłączyć obwód, wyłącznik nadprądowy może wykonywać czynności łączeniowe, aż do zużycia styków lub mechanizmu napędowego, co następuje po wykonaniu 4000 ÷ 20 000 łączeń.

Wyłącznik nadprądowy składa się z dwóch wyzwalaczy : przeciążeniowego oraz zwarciowego. Wyzwalacz przeciążeniowy ma postać płytki termobimetalowej, którą podgrzewa się prądem płynącym bezpośrednio przez nią lub nawiniętą na nią spiralę. Ma ona za zadanie zwolnić zamek wyłącznika i tym samym przerwać obwód w przypadku wystąpienia prądu przeciążeniowego. Czas jego zadziałania zależy od wartości prądu przeciążeniowego i jest on tym mniejszy im większy jest prąd.

Wyzwalacz zwarciowy ma jak najszybciej zwolnić zapadkę zamka i otworzyć wyłącznik w razie przepływu prądu zwarciowego . Działą on na zasadzie elektromagnesu, którego zwora jest przyciągana po przekroczeniu wartości prądu nastawczego wyzwalacza zwarciowego. Czas jego zadziałania praktycznie nie zależy od wartości prądu.

Stosunek prądu nastawczego wyzwalacza zwarciowego, który już może spowodować jego zadziałanie do prądu znamionowego I_n wynosi:

• 3 ÷ 5 w wyłączniku o charakterystyce typu B

• 5÷10 w wyłączniku o charakterystyce typu C

• 10÷20 w wyłączniku o charakterystyce typu D

Rysunek 8 Charakterystyka wyłączników nadprądowych typu B, C i D

Prąd znamionowy wyłącznika dobiera się do szczytowego obciążenia obwodu, a typ charakterystyki do spodziewanej krotności prądu przy załączeniu obwodu. Każdy prąd większy od podanego pasma rozrzutu tym bardziej wywołuje zadziałanie wyzwalacza zwarciowego i bezzwłoczne otwarcie wyłącznika- Prąd znamionowy wyłącznika dobiera się do szczytowego obciążenia obwodu, a typ charakterystyki — do spodziewanej krotności prądu przy załączaniu obwodu. Jeśli nie stosuje się układów ograniczających prąd załączeniowy, to wynosi on w stosunku do prądu znamionowego odbiornika lub grupy jednocześ­nie załączanych odbiorników: 4 - 7 w przypadku silników, 8 -11 w przypadku żarówek i ponad 10 w przypadku urządzeń elektronicznych z transformatorami sieciowymi.

1. Przekaźniki termobimetalowe

Wyzwalacz lub przekaźnik termobimetalowy realizuje zabezpieczenie przeciążeniowe wg pierwszej zasady, przy czym :

• wyzwalacz powoduje otwarcie łącznika na drodze mechanicznej, bezpośrednio uwalniając zapadkę zamka, a więc może być stosowany tylko w łącznikach , które w stanie zamkniętym są utrzymywane przez zamek ( wyłączniki ),

• przekaźnik powoduje otwarcie łącznika na drodze elektrycznej, za pośrednictwem swego zestyku włączonego w obwód sterowniczy łącznika ( stycznika, wyłącznika ).

Przekaźnik termobimetalowy działa podobnie jak wyzwalacz, w razie przeciążenia, płynący prąd tak nagrzewa termobimetale , że ich wygięcie wystarcza do otwarcia zestyku 5 przekaźnika. Zestyk ten jest włączony w obwód sterowniczy stycznika przerywa go, a więc powoduje samoczynne otwarcie stycz­nika.

Rysunek 9 . Konstrukcja przekaźnika termobimetalowego

1 — termobimetal nagrzewany prądem płynącym przezeń i nawinięty na nim rezystor grzejny. 2 — listwa wyzwalająca, 3 — termobimetal kompensacyjny (kompensujący wpływ temperatury otoczenia), 4 — popychacz styku ruchomego, 5 — zestyk rozwierny (strzałki oznaczają kierunek ruchu w trakcie zadziałania)

Czas, po którym przekaźnik termobimetalowy otwiera swój zestyk, zależy od wartości prądu przeciążeniowego . Prąd nastawczy I czyli największy prąd, jakim można przekaźnik długotrwale obciążyć, nie powo­duje zadziałania. Przy obciążeniu większym prądem nie nagrzany wstępnie przekaźnik zachowuje się następująco:

1,05 I _nast —przekaźnik powinien przetrzymać bez zadziałania co najmniej 2 h;

1,15 I _nast —przekaźnik powinien zadziałać przed upływem 20 min;

6 I _nast —przekaźnik powinien zadziałać tuż przed upływem tylu sekund, ile wynosi jego klasa wyzwalania (5, 10, 15. 20, 25 lub 3Q)

Rysunek 10 Charakterystyki działania przekaźnika obciążeniowego o klasie wyzwalania od 5 do 30 ( obciążenie we wszystkich biegunach, ze stanu zimnego ).

Przekaźniki termobimetalowe są niedoskonałym zabezpieczeniem prze­ciążeniowym z następujących powodów:

1. Z upływem czasu, wskutek drobnych odkształceń części składowych i prze­grzewania termobimetali, zmienia się charakterystyka przekaźnika,

2. Przekaźnik termobimetalowy reaguje tylko na wartość prądu pobieranego przez silnik. Nie zadziała, jeśli przekroczenie dopuszczalnej temperatury silnika nastąpi z innej przyczyny.

3. Przekaźnik termobimetalowy jest znacznie mniejszy od silnika, nagrzewa się i stygnie szybciej niż silnik. Poprawnie nastawiony, zbędnie wyłącza przy częstych rozruchach i przy przeciążeniach niegroźnych dla silnika.

Przekaźniki termobimetalowe nie nadają się do zabezpieczania silników o częstych rozruchach (ponad 15 - 60 h ^{- 1} ) w zależności od czasu rozruchu) ani do silników o bardzo zmiennym obciążeniu.

1. Przekaźniki nadprądowe elektroniczne

Sygnałami wejściowymi przekaźników nadprądowych elektronicznych są prądy i napięcia w trzech fazach. Sygnały prądowe z przekładników prądowych są przetwarzane na proporcjonalne do nich sygnały napięcio­we. Napięcia te są prostowane, przetwarzane na sygnały cyfrowe i analizowa­ne przez mikroprocesor w:

• nastawialnym członie przeciążeniowym o dobieranej charakterystyce czasowo-prądowej dopasowanej do przeciążalności silnika, uwzględniającej uprzedni stopień obciążenia silnika;

• nastawialnym członie niedomiaru obciążenia interweniującym przy zbyt małym obciążeniu silnika, co bywa potrzebne ze względu na bezpieczeń­stwo procesu technologicznego, a nie samego silnika;

• członie asymetrii prądu wykrywającym znaczne różnice wartości prądu w trzech fazach, świadczące o uszkodzeniu silnika;

• członie kontroli przerwy w jednej z faz interweniującym w razie pracy niepełnofazowej silnika.

Rysunek 11 Obwód silnika z przekaźnikiem nadprądowym elektronicznym - APATOT Toruń ; S3 - odblokowanie członu zwarciowego, S4 - próbne uruchomienie członu zwarciowego

• ZABEZPIECZENIE PRZED ODDZIAŁYWANIEM CIEPLNYM STOSOWANE W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

Czujniki temperaturowe są umieszczone we wnętrzu silnika i interweniują, jeśli z jakiegokolwiek powodu zostanie przekroczona temperatura dopuszczalna dla izolacji. W roli czujników stosuje się pozystory, tzn. termistory o dużym dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji , co można wykorzystać do pobudzenia przekaźnika otwierającego stycznik lub wyłącznik w obwodzie silnika.

Rysunek 12 Zależność rezystancji R trzech szerogowo połączonych pozystorów od temperatur ν ( wymagania norm międzynarodowych )

ν _n - znamionowa temperatura zadziałania

Poprzez odpowiedni dobór składu chemicznego i struktury półprzewodnika otrzymuje się pozystory o żądanej znamionowej temperaturze zadziałania ν _n dopasowanej do klasy izolacji silnika. Na przykład krajowe silniki serii „g", w zwykłym wykonaniu, mają izolację klasy B o temperaturze dopuszczalnej długotrwale 130°C; do zabezpieczenia takich silników należało­by użyć pozystorów o temperaturze zadziałania ν _n = 130°C.

Pozystory są elementami słaboprądowymi, zatem nie mogą być włączone bezpośrednio w obwód elektromagnesu napędowego stycznika. Włącza się je w obwód o napięciu bardzo niskim (parę woltów na l pozystor) szeregowo z cewką miniaturowego przekaźnika pomocniczego K7, który w czasie normalnej pracy jest wzbudzony i swoim zestykiem przełącznym zamy­ka obwód cewki stycznika K. W razie wzrostu temperatury uzwojeń do pozio­mu ν _n=5 ° C rezystancja pozystorów zwiększa się na tyle, a prąd płynący przez cewkę przekaźnika tak maleje, że zostaje on odwzbudzony i jego styk ruchomy przeskakuje w położenie pokazane na rys. 3.48. Zostaje przerwa­ny obwód cewki stycznika K i otwiera się on, wyłączając przeciążony silnik, a lampka sygnalizacyjna H informuje, iż wyłączenie nastąpiło z powodu prze­ciążenia silnika. Ponowne załączenie jest możliwe wtedy, kiedy temperatura uzwojeń obniży się co najmniej o 5 - 20°C poniżej temperatury zadziałania ν _n pozystorów.

Rysunek 13 Układ sterowania silnika z czujnikiem temperaturowym K-stycznik, H - wskaźnik przeciążenia, V2 - dioda, T - transofrmator 230/6V, K7 - przekaźnik pomocniczy, CT - pozystorowy czujnik temperaturowy,

• WNIOSKI : UWAGI KOŃCOWE

Poprzez modernizację instalacji elektrycznej ( wymianę starych aluminiowych przewodów na miedziane, oraz zastosowanie nowoczesnych urządzeń zabezpieczających ) zmniejszyła się awaryjność instalacji elektrycznej.

Część teoretyczna będzie wykorzystywana jako pomoc dydaktyczna podczas lekcji w Zespole Szkół Technicznych w Turku.

• LITERATURA

1. Instalacje elektryczne - Henryk Markiewicz

2. Instalacje i urządzenia elektroenergetyczne - Edward Musiał

3. SPIS RYSUNKÓW

Rysunek 1 Elementy instalacji elektroenergetycznej

Dla wkładek o prądzie znamionowym nie przekraczającym 25 A krotności te są większe

Tamże

www.student.e-tools.pl

15

www.student.e-tools.pl

---