APARATE DE PROTECTIE

COLEGIUL TEHNIC ,,ELIE RADU,

Municipiul PLOIETI

PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A COMPETENELOR PROFESIONALE NIVEL IV

CALIFICAREA: Tehnician Electrotehnist

ndrumtor proiect:

Prof ing. OLES IULIAN

Absolvent:

ROTARU GEORGIAN VALENTIN

2015

Tema ProiectuluiAPARATE PENTRU PROTECTIA INSTALATIILOR CASNICE SI INDUSTRIALECUPRINS

1. Supracurenti

1.1. Curenti de suprasarcina si de scurtcircuit

1.2.Protectia impotriva curentilor de scurtcircuit

2. Supratensiuni

3. Relee declansatoare

3.1. Relee termice

4.Sigurante fuzibile

4.1Tipuri constructive

5. Generalitati, clasificare si caracteristicile releelor

5.1. Clasificarea releelor

5.2. Caracteristicile releelor

6. Tipuri de relee

6.1. Relee electromecanice

6.2. Relee termice

6.3. Releele reed

7. Instalatii de protectie prin relee

7.1. Rapiditatea

7.2. Selectivitatea

7.3. Siguranta

7.4. Sensibilitatea

7.5. Independenta de schema de conexiuni

7.6. Eficienta economica

8. Protectia de curent

9. Protectia de tensiune

10. Protectia diferentiala

11. Protectia de distanta

12. Relee de protectie

13. Relee termice

14. Calculul protectiilor instalatiilor electrice

Norme de protecti a muncii si psi

Bibliografie

Anexe

Argument

Aparatele electrice, elemente esentiale in schemele de actionare si automatizare, au cunoscut in ultima vreme o utilizare din ce in ce mai mare.Functionarea perfecta a acestor scheme implica cunoasterea temeinica a fenomenelor fizice care stau la baza functionarii aparatelor electrice si utilizarea lor corecta in proiectarea, constructia si utilizarea acestora.

In lucrarea de fata se propune prezentarea principalelor categorii de aparate electrice de joasa tensiune, care pun cele mai dificile probleme din punct de vedere al calcului si executiei; sunt tratate in acest sens:aparate de comutare, folosite pentru comanda automata si protectia motoarelor si instalatiilor electrice; dispozitive de actionare hidraulica, pornirea motoarelor sincrone si asincrone.

Se are in vedere capentru fiecare tip reprezentativ de aparat sa se prezinte: aspecte teoretice privind functionarea, exemple de calcul, notiuni privind tehnologia de fabricatie, conditii tehnice si incercari specifice aparatului.

Lucrarea Aparate pentru protectia instalatiilor electrice constituie un ajutor real in activitatea de pregatire teoretica si practica a elevilor care invata la scolile cu profil electrotehnic , automatizari, tehnica de calcul, electronica si telecomunicatii.

APARATE DE PROTECTIE Solicitari termice , electrice si electrodinamice , la care sunt supuse aparatele electrice, , sunt mult amplificate in situatiile accidentale de suprasarcini , scurtcircuite si supratensiuni.

1. SUPRACURENTI

1.1. Curentii de suprasarcina si de scurtcircuit (denumiti supracurent), cu cauzele si caracteristicile lor, sunt prezenti in tabelul 5.1.

La producerea unui scurtcircuit, varitia curentului urmareste, de obicei, evolutia in timp reprezentata in figura 5.1 in care se observa ca valoarea curentului de scurtcircuit scade in cursul catorva alternante pana la o valoare stabila Id,curentul de scurtcircuit de durata (care se ia in consideratie la calculul incalzirii la scurtcircuit).

Valoarea se varf a primei alternante Is se numeste curent de scurtcircuit la soc si se ia in consideratie la calculul fortelor electrodinamice.

El poate atinge valoarea maxima Is =1,82Id=2,55 Id.

1.2. Protectia impotriva curentilor de scurtcircuit se fac prin:

-masuri preventive,ca: verificarea periodica a starii izolatiei, instruirea temeinica a personalului pentru a se evita manevrele gresite, alegerea carecta a aparatelor;

-masuri de alimentare a valorii curentilor,prin intercalarea in circuit a unor bobine de reactanta;

-masuri de reducere a duratei scurtcircuitului, prin folosirea sigurantelor fizibile sau a intreruptoarelor automate.2. SUPRATENSIUNI

Supratensiunile care pot aparea accidental in retea, cauzale si caracteristice lor sunt prezente in tabelul 5.2. Forma este vizibila in figura 5.2.

Aparatele specifice de protectie impotriva supratensiunilor sunt descrise in capitolul 8, fiind folosite mai mult pe liniile de inalta tensiune.

3. RELEE SI DECLANSATOARE

Releele sunt aparate de protectiecare, la depasirea unei anumite valori a marimii controlate, inchid sau intrerup un circuit electric de comanda(de exemplu intrerup circuitul de alimentare a unui contactor) pe cand declansatoarele comande direct mecanismul de declansare al unui intrerupator automat.

3.1. Relee termice

Pentru protectia impotriva suprasarcinilor mici (1,2-6) In, cum sunt cele provenite din supraincarcarea motorului sau din ramanerea in daua faze, se folosesc relee sau declansatoare termice.

Releele termice se realizeaza, fie ca unitati distincte , bi-sau tripolare (blocuri de relee), care se asociaza unor contactoare de catre constructor sau de catre beneficiar, fie ca elemente integrate constructiei unor contactoare cu relee monobloc.

In constructia intrerupatoarelor automate gasim de obicei declansatoare termice.

Constructiile uzuale de relee termice merg pana la curenti nominali de maximum 100A, relee de curenti mai mari obtinandu-se prin folosirea unor sunturi sau a unor transformatoare.

Cea mai mare parte a releelor termice moderne se bazeaza pe utilizarea termobimetalelor sub forma lamerala, cu incalzire directa , indirecta sau mixta(fig. 5.3)

Ele sunt dotate cu dispozitive de protectie antifibazice , care asigura o sensibilitate mai mare la sarcini asimetrice (ramanerea in doua faze).

Astfel la acelasi supracurent, releul declanseaza de doua trei ori mai repede deca ramane in doua faze decat daca functioneaza toate trei.

De asemenea ,cele mai multe sunt dotate cu compensatoare de temperatura, care le asigura o zona de insesnibilitate fata de variatiile de temperatura ale mediului ambiant.

4. SIGURANTE FUZIBILE Sigurantele fuzibile sunt cele mai simple aparate de protectie impotriva scurtcircuitelor.Ele cuprind, in prind, in principiu ,elemente fuzibile , constand dintr-un fir sau o banda subtire de metal , cu sectiunea astfel aleasa incat daca sunt strabatute de un curent mai mare decat cel admis de instalatie sa se topeasca , intrerupand astfel circuitul protejat , in care sunt montate in serie.

Calitatile principale ale sigurantelor fuzibile sunt constructia foarte simpla si proprietatea de a intrerupe curentii mari de scurtcircuit intr-un timp foarte scurt , incat inainte ca acestia sa fie atins valoarea maxima posibila( se relizeaza deci o limitare a curentilor de scurtcircuit care strabat instalatia , reducandu-se foarte mult solicitarile termice si dinamice la care acesta este supusa:

Principalele dezavantaje ale sigurantelor fuzibile sunt:-intreruperea instalatiei , la arderea fuzibilului , pe un termen relariv lung, necesar inlocuirii acestuia;

-variatia in limite foarte largi a timpului de topire, facand dificila asigurarea selectivitatii(intrerupera liniei numa in punctul de alimentare cel mai apropiat de locul defectului);

-ramanerea motoarelor in doua faze datorita topirii unei singure sigurante dintre cele trei care protejeaza un circuit trifazic;

-eficienta redusa la protectia impotriva suprasarcinilor.

4.1.Tipuri constructive

Vom examina in continuare constructia si caracteristicile celor mai folosite tipuri constructive de sigurante fuzibile. Sigurantele in tub de sticla sunt utilizate la protectiacircuitelor de mica putere (curenti pana la A). Sigurantele cu mare putere de rupere au urmatoarele elemente componente:

-un invelis izolant cu mare rezistivitate mecanica, executat fie dintr-un tub de portelen, fie prin turnarea unui material plastic intr-o forma ovoidala, fie prin asamblarea a doua capete din material plastic de mare rezistenta (poliestern cu fibre de sticla);

Siguranta in tub de sticla Siguranta MPR ( mare putere de rupere)

-una sau mai multe benzi subtiri perforate, din argint sau din cupru, inglobate intr-o masa de nisip curatat de toate impuritatile organice si metalice, sortat la o anumita granulatie si perfect uscat.4.2.Tipuri functionale

dupa functie:

g pentru protectie pe intregul domeniu de curenti;

a pentru protectia de la un multiplu al curentului nominal in sus;

Sigurantele tubulare sunt tot sigurante cu mare putere de rupere, dar realizate intr-o constructie mai simpla si cu gabarit redus.

In general , nu folosesc cutite, legatura cu circuitului exterior facandu-se chiar prin intermediul capacelor de inchidere a tubului ceramic protector (fig. 5.10).

Sigurante tubulare

Sigurantele cu filet sunt folosite in instalatiile casnice si semiindustriale, dar si in cele industriale, pentru intensitati nominale pana la 200 A.

Acest tip de sigurante se fabrica pentru curentii nominali de 25, 63, 100, si, mai rar 200 A

5. GENERALITAI, CLASIFICAREA I CARACTERISTICELE RELEELOR

Releul este un aparat care comuta, sub actiunea marimii de intrare, unul sau mai multe elemente de comutatie de mica putere n scopul comenzii altor elemente. Releele de protectie pot realiza contacte electrice ducnd la ntreruperea instalaiei cu energie electric, deci la protecia acesteia.

Cele mai simple relee se compun dintr-un element de intrare I, denumit uneori si element sensibil, un element comparator K si un element de executie E cu una sau mai multe iesiri (anexa 1 fig.1).

5.1.Clasificarea releelor

Releele folosite n sistemele electrice funcioneaz dup aceleasi principii ca i aparatele de msurat; de aceea ele pot fi clasificate, n general, dup aceleai criterii.

a) Dup principiul de funcionare, releele pot fii: electromagnetice (magnetoelectrice, de inducie, magnetice,electrodinamice, termice) i electronice.

b) Dup felul parametrului la care acioneaz, releele pot fii: de curent, de tensiune, de putere, de temperatur, etc.

c) Dup valoarea marimii de intrare la care acioneaz, releele pot fii: maximale, a cror acionare are loc cnd valoarea mrimii de intrare devine egal sau depete o anumit valoare maxim, dinainte stabilit; minimale, care acioneaz n momentul cnd valoarea mrimii de intrare devine egal sau mai mic dect o anumit valoare minim, dinainte stabilit i relee difereniale, a cror acionare are loc cnd diferena valorilor a dou marimi aplicate la intrare devine, n valoare absolut, mai mare dect o valoare dinainte stabilit.

d) O clasificare specific a releelor se obine dac se ia n consideraie modul conectrii n circuitul elementului protejat, deosebindu-se: relee primare i relee secundare.

e) innd seama de modul de acionare asupra nteruptoarelor, releele pot fii: cu aciune direct sau directe i cu aciune indirect sau indirecte.

f) n funcie de durata de acionare: relee ultra rapide ( t < 0.0 s), relee rapide (t1 s)

g) n fucie de mrimea de intrare: releu de tensiune, releu de curent, releu de putere, releu de fregven, releu de timp.

h) Cele mai utilizate relee: relee termice, relee electromagnetice, relee electronice, relee mecanice, relee ferodinamice, declanatoare.

i) Dup natura elementului de execuie: relee cu contacte i relee fr contacte (statice).

Releele primare sunt conectate direct n circuitul elementului protejat. De aceea ele trebuie s aib o constucie robust, pentru a suporta supracurenii sau supratensiunile care apar n exploatare. Releele secundare sunt conectate n circuitele secundare ale transformatoarelor de msur i au o construcie mai puin robust.

Releele directe acioneaz asupra clichetului de declanare al ntreruptoarelor, adic ele joac rolul bobinei de declanare. De acea mecanismul lor trebuie s efectueze un lucru mecanic relativ mare. Releele indirecte efectueaz un lucru mecanic redus, deoarece ele acioneaz numai asupra unor contacte intermediare, prin care se nchid circuitele bobinelor de declanare ale ntreruptoarelor.

Cele mai simple relee sunt releele prmare cu aciune direct (fig. 5-8) Ele se folosesc numai pentru protecia motoarelor electrice de mic putere.

Atunci cnd curentul prin bobina 1 depete o anumit valoare, miezul de oel 2 este atras n interior , prghia 3 se rotete, iar tirantul 4 acioneaz asupra prghiei 5, care elibereaz clichetul de blocare, astfel nct ntreruptoruldeclaneaz sub aciunea resortului 6.

Cele mai perfecionate relee sunt releele secundare cu aciune indirect.Ele se folosesc n mod curent n instalaiile electrice de mare putere.Curentul operativ necesar pentru circuitul bobinei de declanare a ntreruptorului se obine fie prin intermediul unui transformator special de curent, fie de la o surs separat de curent continu (fig. 5-9).

Atunci cnd curentul primar i implicit cel secundar al trasformatorului 1 depesc o anumit valoare, bobina 2 atrage miezul de oel i nchide contactul releului; n acest fel se nchide circuitul operativ alimentat de la sursa de curent continu i bobina de eclanare 3 deblocheaz clichetul; o dat cu declanarea ntreruptorului se deschide contactul auxiliar 4 al ntreruptorului, stfel ct circuitul operativ rmne i el deschis.

Calitatea unui releu, indiferent de tipul su, poate fi apreciat dup sigurana funcionrii contactelor, puterea absobit de bobine, stabilitatea termic i electomagnetic, eroarea cu care acioneaz, timpul minim de revenire a mecanismelor i coeficientul de revenire.

Stabilitatea dinamic este determinat de curentul maxim de oc pe care-l suport releul fr ca forele electomagnetice s-i provoace defeciuni mecanice.

Stabilitatea termic este determinat de curentul maxim de durata (1 sau 5 s ) pe care-l suport releul fr ca temperatura bubinei s depeasc volorile admisibile.

Eroarea unui releu este dat n procente fa de valoarea mrimii de acionare(curentul de acionare a releului I sau tensiunea de acionare a releului U) nscris pe plcua releului. Cu ct aceast eroare este mai mic, cu att sensibilitatea releului este mai mare.

Timpul minim de revenire a mecanismelor releului n poziia iniial trebuie s fie ct mai mic, pentru ca sietemul de protecie s fie pregtit s acioneze corect la un nou defect care ar putea s intervin.

Coeficientul de revenire a releului Krev se exprim prin raportul dintre curentul de revenire (valoarea limit pentru care revine n poziia iniial) i curentul de acionare a releului.

Coeficientul de revenire are valori subunitare la releele maximale i supraunitare la releele minimale. Cu ct coeficientul de revenire este mai apropiat de uitate, cu att calitatea releului este mai bun.

5.2.Caracteristicile releelor

Principalele caracteristici ale releelor sunt: caracteristica intrare-ieire i caracteristica de timp.

Ca pentru orice dispozitiv, prin caracteristica intrare-ieire se ntelege funcia x= f(x), unde x este mrimea de intrare, iar x mrimea de ieire.

Caracteristica intrare-ieire a releelor este o caracteristic discontinu (anexa 1, fig.2) pn la o anumit valoare a mrimii de intrare numit valoare de acionare x, valoarea mrimii de ieire este egal cu zero n cazul releelor cu contacte i cu x=0 n cazul releelor fr contacte. Pentru x = x, valoarea mrimii de ieire se modific brusc la valoarea x i ramne practic constant dac mrimea de intrare continu s creasc. La micorarea mrimii de intrare, mrimea de iesire rmne la valoarea x pna la x=x, cnd se modific brusc la valoarea zero sau x=0. Valoarea x se numeste valoare de revenire . La releele cu contact normal nchis, pentru x x, iar la micorarea mrimii de intrare, revenirea la starea iniial are loc pentru x=x >x.

Se defineste factorul de revenire , prin raportul dintre valoarea de revenire i valoarea de acionare:

.

Valoarea acestuia este subunitar la releele maximale i supraunitar la cele minimale. Calitatea releelor este cu att mai bun cu ct valoarea factorului de revenire este mai apropiat de unitate.

Un alt parametru important al releelor este factorul de comand definit prin raportul:

,

unde Pc este puterea comandat de contactele releului (puterea de rupere, capacitatea de rupere), iar Pa este puterea de acionare (puterea consumat).

Prin timp propriu de acionare a releelor se ntelege intervalul de timp de la aplicarea mrimii de intrare i momentul nchiderii sau deschiderii depline a contactelor6. TIPURI DE RELEE

6.1. Relee electromecaniceSfera de aplicabilitate a acestor relee a nceput s se reduc substantial, ca urmare a progreselor realizate n domeniul releelor statice.

Cele mai simple relee electromecanice constau dintr-un dispozitiv care produce fora sau cuplul activ, un element care produce cuplul rezistent i unul sau mai multe elemente de execuie (contacte electrice). Dup natura dispozitivului pentru producerea forei sau a cuplului activ, deosebim: relee electromagnetice, magnetoelectrice, de inductie, electrodinamice, termice, cu contact reed. n continuare se prezint cteva dintre cele mai utilizate.

Releele electromagnetice sunt aparate de protecie care asigur protecia la cureni de scurtcircuit sau la scderea tensiunii cu aciune instantanee sau temporizat.

Releele electromagnetice pot funciona att n curent continu ct i n curent alternativ.

Ele pot fi relee electromagnetice de curent i relee electromagnetice de tensiune.

Releeele electromagnetice mai pot fii:

Releul electromagnetic de curent maxim (RC) este constituit dintr-un electromagnet ,pe care sunt dispuse bobinele de curent i dintr-un sistem mobil format din armtura de fier, fixat pe un ax prevzut cu un resort spiral, care asigur cuplul antagonisz.

Releul electromagnetic de timp (RT) este constituit dintr-un electromagnet i un miez de fier, solidar cu urubul fr sfrit.

Releul electromagnetic de semnalizare (RdS) are drept scop s semnalizeze dac protecia unui anumit circuit a acionat.

Releul electromagnetic intermediar (RI) este folosit pentru a se evita trecerea curenilor mari prin contactele sensibile ale releelor obinuite(cum sunt curenii bobinelor de aclanare a ntreruptoarelor) .

Releele electromagnetice sunt constituite din electromagnei la care atunci cnd curentul prin bobin depete o anumit valoare este atras armtura mobil aceasta acionnd asupra unor contacte electrice, deci funcionarea releelor electromagnetice se bazeaz pe fora de atracie a elecromagnetului.6.2. Releele termice La baza funcionrii releelor termice st modificarea proprietilor fizice ale corpurilor datorit nclzirii. Cel mai simplu releu termic const dintr-un tub de sticl nchis, prevazut cu doi electrozi, n interiorul tubului gsindu-se mercur. nchiderea contactului are loc ca urmare a dilataiei mercurului, n momentul n care nivelul mercurului aduce n contact electric cei doi electrozi.

Cele mai rspndite relee termice sunt releele cu bimetal. Dup modul n care se realizeaz nclzirea bimetalului se deosebesc relee cu nclzire

direct, indirect i mixt. La cele cu nclzire direct curentul electric trece prin bimetal, iar la cele cu nclzire indirect bimetalul este nclzit de la un rezistor, prin care trece curentul electric. Releele termice sunt utilizate, n special, la protecia motoarelor electrice mpotriva supracurentilor de durat.

6.3. Releele reed Constau dintr-un tub de sticl nchis n care se gsesc dou lamele elastice; n zona contactului, pe suprafaa lamelelor este dispus un strat de iridiu, platin sau aliaje ale acestora (anexa 2, fig4.). Tubul de sticla este vidat sau este umplut cu un gaz inert. Acionarea contactului se face cu ajutorul unui cmp magnetic creat de o bobin parcurs de curent. Aceste relee se realizeaz sub form de elemente capsulate paralelipipedice, din mase rinoase n care se introduce tubul i bobina releului, la exterior aflndu-se doar terminalele metalice pentru conexiuni. Releele reed au consum neglijabil, timp de actionare mic (1...2msec), frecvena de comutare mare (500 comutari/sec), durata de via ridicat (10 ... 10 12 comutri).

6.4. Relee electronice

Frecvent utilizate n prezent, se realizeaz ntr-o mare diversitate de tipuri constructive, a cror structur rezult din combinarea unui numr relativ restrns de circuite electronice de baz: detectoare de nivel, detectoare de faza, comparatoare de amplitudine, convertoare, amplificatoare, elemente de timp i de memorare.

Circuite electronice de baz

Se presupun cunoscute circuitele electronice de baz, cu excepia detectoarelor de nivel, a comparatoarelor de amplitudine i a detectoarelor de faz, adic a acelor circuite electronice care, potrivit schemei structurale prezentate n figura1.1. ndeplinesc funcia elementului comparator K. Detectoare de amplitudine

ntlnite i sub denumirea de discriminatoare de amplitudine sau detectoare de nivel critic, acestea compar valoarea mrimii de intrare cu o valoare de referin.

Detectoare de amplitudine cu diode Zener Se realizeaz n mai multe variante n funcie de locul de plasare a diodei Zener; n circuitul bazei tranzistorului sau n emitor (anexa 3, fig.5).

Stabilitatea celei de-a doua scheme este mai bun dect a primei scheme dar, prezint dezavantajul c tensiunea de ieire se modific de la E la U DZ , n loc de E la 0.

Discriminatoare de tensiune

Releele detectoare de amplitudine sunt cele mai simple relee de tensiune cu un singur prag. n unele cazuri se impune ca releul s acioneze numai atunci cnd valoarea tensiunii de intrare este cuprins ntr-un anumit domeniu u [u1 , u2 ]. Aceste relee sunt cunoscute i sub denumirea de discriminatoare sau comparatoare cu fereastra.

Astfel de comparatoare pot fi realizate cu tranzistoare i diode Zener sau cu amplificatoare operationale AO.

Dac u