Dispositivi di protezione: scopo, tipi, classificazione, specifiche, installazione, caratteristiche di funzionamento, impostazioni e riparazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

I dispositivi di protezione sono dispositivi progettati per proteggere circuiti elettrici, apparecchiature elettriche, macchine e altre unità da qualsiasi minaccia che interferisca con il normale funzionamento di questi dispositivi, nonché per proteggerli da sovraccarichi. È importante notare qui che devono essere installati correttamente e l'operazione deve essere eseguita esattamente secondo le istruzioni, altrimenti i dispositivi di protezione stessi possono causare guasti alle apparecchiature, esplosioni, incendi e altro.

Requisiti base del dispositivo

Affinché il dispositivo funzioni correttamente, deve soddisfare i seguenti requisiti:

• I dispositivi di protezione non devono, in nessun caso, superare la temperatura consentita sotto il normale carico della rete elettrica o delle apparecchiature elettriche.
• Il dispositivo non deve scollegare l'apparecchiatura dall'alimentazione durante i sovraccarichi a breve termine, che spesso includono corrente di spunto, corrente di avviamento automatico, ecc.

Quando si scelgono i fusibili, è necessario basarsi sulla corrente nominale nella sezione del circuito che proteggerà questo dispositivo. Questa regola per la scelta dei dispositivi di protezione è comunque rilevante nella scelta di qualsiasi dispositivo di protezione. È anche importante capire che con un surriscaldamento prolungato, le qualità protettive si riducono notevolmente. Ciò influisce negativamente sui dispositivi, poiché al momento del carico critico potrebbero, ad esempio, semplicemente non spegnersi, causando un incidente.

I dispositivi di protezione devono necessariamente spegnere la rete quando si verificano sovraccarichi prolungati all'interno di questo circuito. In questo caso va rispettata la dipendenza inversa dalla corrente rispetto al tempo di esposizione.

In ogni caso, il dispositivo di protezione deve scollegare il circuito all'estremità quando si verifica un cortocircuito (cortocircuito). Se si verifica un cortocircuito in un circuito monofase, lo spegnimento deve avvenire in una rete con neutro saldamente collegato a terra. Se si verifica un cortocircuito in un circuito bifase, quindi in una rete con neutro isolato.

I dispositivi di protezione dei circuiti elettrici hanno un potere di interruzione I _{pr. Il valore di questo parametro deve corrispondere alla corrente di corto circuito che può verificarsi all'inizio della sezione protetta. Se questo valore è inferiore alla corrente di cortocircuito massima possibile, il processo di disconnessione di una sezione del circuito potrebbe non verificarsi o verificarsi, ma con un ritardo. Per questo motivo, non solo i dispositivi collegati a questa rete possono essere danneggiati, ma anche il dispositivo di protezione del circuito elettrico stesso. Per questo motivo, il fattore del potere di interruzione deve esseremaggiore o uguale alla massima corrente di cortocircuito.}

Fusibili tipo fusibile

Oggi esistono diversi dispositivi per la protezione delle reti elettriche, che sono i più comuni. Uno di questi dispositivi è un fusibile. Lo scopo di questo tipo di dispositivo di protezione è quello di proteggere la rete da sovraccarichi e cortocircuiti di tipo corrente.

Oggi ci sono dispositivi usa e getta, oltre che con inserti intercambiabili. Tali dispositivi possono essere utilizzati sia nelle esigenze industriali che nella vita di tutti i giorni. Per fare ciò, ci sono dispositivi che vengono utilizzati in linee fino a 1 kV.

Oltre a questi, ci sono dispositivi ad alta tensione utilizzati nelle sottostazioni la cui tensione è superiore a 1000 V. Un esempio di tale dispositivo può essere un fusibile sui trasformatori ausiliari delle sottostazioni con 6/0, 4 kV.

Poiché lo scopo di questi dispositivi di protezione è quello di proteggere da cortocircuiti e sovraccarichi di corrente, sono stati ampiamente utilizzati. Inoltre, sono molto semplici e facili da usare, anche la loro sostituzione è rapida e facile e sono di per sé molto affidabili. Tutto ciò ha portato al fatto che tali micce vengono utilizzate molto spesso.

Per considerare le caratteristiche tecniche, puoi prendere il dispositivo PR-2. A seconda della corrente nominale, questo dispositivo è disponibile con sei tipi di cartucce, che differiscono per il diametro. Nella cartuccia di ciascuno di essi, è possibile installare un inserto con l'aspettativa di una corrente nominale diversa. Perad esempio, una cartuccia da 15 A può essere dotata sia di un inserto da 6 A che di uno da 10 A.

Oltre a questa caratteristica, c'è anche il concetto di corrente di prova inferiore e superiore. Per quanto riguarda il valore inferiore della corrente di prova, questo è il valore massimo della corrente, durante il cui flusso nel circuito per 1 ora la sezione del circuito non verrà disconnessa. Quanto al valore superiore, questo è il coefficiente di corrente minimo che, scorrendo per 1 ora nel circuito, scioglierà l'inserto nell'apparato di protezione e controllo.

Interruttori automatici

Gli interruttori automatici svolgono lo stesso ruolo dei fusibili, ma il loro design è più complesso. Tuttavia, ciò è compensato dal fatto che gli interruttori sono molto più comodi da usare rispetto ai fusibili. Ad esempio, se si verifica un cortocircuito nella rete a causa dell'invecchiamento dell'isolamento, l'interruttore è in grado di scollegare dall'alimentazione la sezione danneggiata del circuito elettrico. Allo stesso tempo, l'apparato di controllo e protezione stesso viene ripristinato abbastanza facilmente, dopo il funzionamento non richiede la sostituzione con uno nuovo e dopo i lavori di riparazione è in grado di proteggere nuovamente in modo affidabile la sezione del circuito sotto il suo controllo. È molto comodo utilizzare questo tipo di interruttori se è necessario eseguire riparazioni di routine.

Per quanto riguarda la produzione di questi dispositivi, l'indicatore principale è la corrente nominale per la quale il dispositivo è progettato. A questo proposito c'è una scelta vastissima, che permette di scegliere la più adatta per ogni catena.dispositivo. Se parliamo della tensione di esercizio, allora, come i fusibili, sono divisi in due tipi: con tensione fino a 1 kV e alta tensione con una tensione di esercizio superiore a 1 kV. È importante qui aggiungere che i dispositivi di protezione ad alta tensione per apparecchiature elettriche e circuiti elettrici sono prodotti sotto vuoto, con gas inerte o riempiti di olio. Questo design consente a un livello superiore di disimpegnare il circuito quando si presenta tale necessità. Un' altra differenza significativa tra interruttori automatici e fusibili è che sono realizzati per funzionare non solo in circuiti monofase, ma anche trifase.

Ad esempio, in caso di cortocircuito verso massa di uno dei conduttori di un motore elettrico, l'interruttore spegnerà tutte e tre le fasi e non una danneggiata. Questa è una differenza significativa e fondamentale, perché se viene disattivata solo una fase, il motore continuerà a funzionare su due fasi. Questa modalità di funzionamento è un'emergenza e riduce notevolmente la durata del dispositivo e può anche portare a un guasto di emergenza dell'apparecchiatura. Inoltre, gli interruttori automatici di tipo automatico sono realizzati per funzionare sia con tensione CA che CC.

Relè termico e di corrente

Oggi ci sono molti diversi tipi di relè tra i dispositivi di protezione della rete elettrica.

Il relè termico è uno dei dispositivi più comuni in grado di proteggere motori elettrici, riscaldatori, eventuali dispositivi di potenza daproblema come il sovraccarico di corrente. Il principio di funzionamento di questo dispositivo è molto semplice e si basa sul fatto che la corrente elettrica è in grado di riscaldare il conduttore attraverso il quale scorre. La parte di lavoro principale di qualsiasi relè termico è una piastra bimetallica. Quando riscaldata a una certa temperatura, questa piastra si piega, interrompendo il contatto elettrico nel circuito. Naturalmente il riscaldamento della piastra continuerà fino al raggiungimento del punto critico.

Oltre al termico, esistono altri tipi di dispositivi di protezione, ad esempio un relè di corrente che controlla la quantità di corrente nella rete. C'è anche un relè di tensione che risponderà a una variazione di tensione nella rete e un relè di corrente differenziale. L'ultimo dispositivo è un dispositivo di protezione dalla corrente di dispersione. È importante notare qui che gli interruttori automatici, come i fusibili, non possono reagire al verificarsi di una dispersione di corrente, poiché questo valore è piuttosto piccolo. Ma allo stesso tempo, questo valore è abbastanza per uccidere una persona in contatto con il caso di un dispositivo soggetto a tale malfunzionamento.

Se ci sono un gran numero di apparecchi elettrici che devono collegare un relè di corrente differenziale, spesso vengono utilizzate macchine combinate per ridurre le dimensioni dello schermo di alimentazione. I dispositivi che combinano un interruttore e un relè di corrente differenziale - interruttori automatici di protezione differenziale, o difautomat, sono diventati tali dispositivi. Quando si utilizzano tali dispositivi, non solo le dimensioni dello schermo di alimentazione vengono ridotte, ma il processo di installazione è notevolmente facilitato.apparato di protezione, che a sua volta li rende più economici.

Specifiche del relè termico

La caratteristica principale dei relè termici è il tempo di risposta, che dipende dalla corrente di carico. In altre parole, questa caratteristica è chiamata tempo-corrente. Se consideriamo il caso generale, prima che il carico venga applicato, la corrente I₀ scorrerà attraverso il relè. In questo caso, il riscaldamento della piastra bimetallica sarà q_{0. Quando si verifica questa caratteristica, è molto importante considerare da quale stato (surriscaldato o freddo) viene attivato il dispositivo. Inoltre, quando si controllano questi dispositivi, è molto importante ricordare che la piastra non è termicamente stabile quando si verifica una corrente di cortocircuito.}

La scelta dei relè termici è la seguente. La corrente nominale di tale dispositivo di protezione viene selezionata in base al carico nominale del motore elettrico. La corrente del relè selezionata deve essere 1, 2-1, 3 della corrente nominale del motore (corrente di carico). In altre parole, un tale dispositivo funzionerà se entro 20 minuti il carico è compreso tra 20 e 30%.

È molto importante capire che il funzionamento del relè termico è notevolmente influenzato dalla temperatura dell'aria ambiente. A causa dell'aumento della temperatura ambiente, la corrente di funzionamento di questo dispositivo diminuirà. Se questo indicatore differisce troppo dal nominale, sarà necessario eseguire un'ulteriore regolazione regolare del relè,oppure acquistare un nuovo dispositivo, ma tenendo conto della temperatura ambiente effettiva nell'area di lavoro di questa unità.

Per ridurre l'effetto della temperatura ambiente sul valore della corrente di spunto, è necessario acquistare un relè con un carico nominale maggiore. Per ottenere il corretto funzionamento di un dispositivo caldo, dovrebbe essere installato nella stessa stanza dell'oggetto controllato. Va comunque ricordato che il relè risponde alla temperatura, quindi è vietato collocarlo vicino a fonti di calore concentrate. Caldaie, fonti di riscaldamento e altri sistemi e dispositivi simili sono considerati tali fonti.

Seleziona dispositivi

Nella scelta delle apparecchiature per la protezione dei ricevitori elettrici e delle reti elettriche, è necessario basarsi sulle correnti nominali per le quali questi dispositivi sono progettati, nonché sulla corrente di alimentazione della rete in cui tali unità saranno installate.

Quando si sceglie un dispositivo di protezione, è molto importante tenere presente il verificarsi di modalità operative anomale come:

• cortocircuiti fase-fase;
• fase abbreviata in maiuscolo;
• un forte aumento di corrente, che può essere causato da un cortocircuito incompleto o da un sovraccarico delle apparecchiature di processo;
• scomparsa completa o eccessiva riduzione della tensione.

Per quanto riguarda la protezione da cortocircuito, deve essere eseguita per tutti i ricevitori elettrici. Il requisito principale è quello di disconnettere il dispositivo dalla rete quandoil verificarsi di un cortocircuito dovrebbe essere il minimo possibile. Quando si scelgono i dispositivi di protezione, è anche importante sapere che deve essere fornita una protezione completa da sovracorrente, ad eccezione di alcuni dei seguenti casi:

• quando è semplicemente impossibile o improbabile sovraccaricare i ricevitori elettrici per motivi tecnologici;
• se la potenza del motore elettrico è inferiore a 1 kW.

Inoltre, un dispositivo di protezione elettrica potrebbe non avere una funzione di protezione da sovraccarico se è installato per monitorare un motore elettrico che funziona in modo intermittente o intermittente. Un'eccezione è l'installazione di qualsiasi apparecchio elettrico in locali ad alto rischio di incendio. In tali locali, la protezione da sovraccarico deve essere installata su tutti i dispositivi senza eccezioni.

La protezione da sottotensione deve essere impostata in alcuni dei seguenti casi:

• per motori elettrici che non possono essere accesi a piena tensione;
• per motori elettrici dove l'autoaccensione non è consentita per una serie di motivi tecnologici, o è pericoloso per i dipendenti;
• per qualsiasi altro motore elettrico che deve essere spento per ridurre la potenza totale di tutti i ricevitori elettrici collegati su questa rete a un valore accettabile.

Varietà delle correnti e selezione del dispositivo di protezione

La più pericolosa è la corrente di cortocircuito. Il pericolo principale è che è molto più grande della normale corrente di avviamento, e inoltre il suo valore può variare notevolmente a seconda della sezione del circuito in cui si verifica. Pertanto, quando si controlla un dispositivo di protezione che protegge un circuito da un cortocircuito, è necessario scollegare il circuito il più rapidamente possibile quando si verifica un tale problema. Allo stesso tempo, in nessun caso dovrebbe funzionare quando nel circuito si verifica un valore normale della corrente di avviamento di qualsiasi dispositivo elettrico.

Per quanto riguarda la corrente di sovraccarico, qui è tutto abbastanza chiaro. Tale corrente è considerata qualsiasi valore della caratteristica che eccede la corrente nominale del motore elettrico. Ma qui è molto importante capire che non ogni volta che si verifica una corrente di sovraccarico, il dispositivo di protezione deve scollegare i contatti del circuito. Ciò è importante anche perché in alcuni casi è consentito un sovraccarico a breve termine sia del motore elettrico che della rete elettrica. Vale la pena aggiungere qui che minore è il carico, maggiori sono i valori che può raggiungere. Sulla base di ciò, diventa chiaro qual è il principale vantaggio di alcuni dispositivi. Il grado di protezione dei dispositivi con una "caratteristica dipendente" in questo caso è il massimo, poiché il loro tempo di risposta diminuirà all'aumentare del fattore di carico in questo momento. Pertanto, tali dispositivi sono ideali per la protezione da sovracorrente.

Per riassumere, possiamo dire quanto segue. Per la protezione controcortocircuito, è necessario selezionare un dispositivo a ruota libera, che sarà configurato per far funzionare una corrente notevolmente superiore al valore di partenza. Per la protezione da sovraccarico, invece, il dispositivo di commutazione di protezione deve avere un'inerzia, oltre che una caratteristica dipendente. Deve essere selezionato in modo tale da non funzionare durante il normale avviamento del dispositivo elettrico.

Svantaggi dei diversi tipi di dispositivi di protezione

I fusibili, che in precedenza erano ampiamente utilizzati come dispositivi di protezione dei quadri, presentano i seguenti svantaggi:

• possibilità piuttosto limitata per l'uso come protezione da sovracorrente poiché il detuning della corrente di spunto è piuttosto difficile;
• Il motore continuerà a funzionare su due fasi anche se la terza viene interrotta da un fusibile, causando frequenti guasti al motore;
• in alcuni casi, il limite di potenza di interruzione è insufficiente;
• nessuna capacità di ripristinare rapidamente l'alimentazione dopo un'interruzione di corrente.

Per quanto riguarda i tipi di macchine ad aria, sono più perfetti dei fusibili, ma non sono privi di inconvenienti. Il problema principale con l'uso dei dispositivi di protezione elettrica è che non sono selettivi in termini di azione. Ciò è particolarmente evidente se si verifica una corrente di interruzione non regolata sulla macchina di impostazione.

Ci sono macchine di installazione in cui la protezione da sovraccarico viene eseguita tramite sganciatori termici. Sensibilità eil loro ritardo è peggiore di quello dei relè termici, ma allo stesso tempo agiscono su tutte e tre le fasi contemporaneamente. Per quanto riguarda le macchine automatiche universali per la protezione, qui è anche peggio. Ciò è giustificato dal fatto che sono disponibili solo rilasci elettromagnetici.

Sono spesso utilizzati avviatori magnetici, in cui sono costruiti relè di tipo termico. Tali dispositivi di protezione sono in grado di proteggere il circuito elettrico dalla corrente di sovraccarico in due fasi. Ma poiché i relè termici hanno una grande inerzia, non sono in grado di fornire protezione contro i cortocircuiti. L'installazione di una bobina di mantenimento nell'avviatore può fornire protezione da sottotensione.

La protezione di alta qualità contro il sovraccarico di corrente e il cortocircuito può essere fornita solo da relè a induzione o relè elettromagnetici. Tuttavia, possono funzionare solo tramite un dispositivo di disconnessione, il che rende il circuito con la loro connessione più complicato.

Riassumendo quanto sopra, possiamo trarre le seguenti due conclusioni:

1. Per proteggere i motori elettrici, la cui potenza non supera i 55 kW, dal sovraccarico di corrente, vengono spesso utilizzati avviatori magnetici con fusibili o con dispositivi ad aria.
2. Se la potenza del motore elettrico è superiore a 55 kW, per proteggerli vengono utilizzati contattori elettromagnetici con veicoli aerei o relè di protezione. È molto importante ricordare qui che il contattore non consentirà l'interruzione del circuito in caso di cortocircuito.

Quando si sceglie il dispositivo giusto, è molto importante calcolare i dispositivi di protezione. La formula più importante è il calcolo della corrente nominale del motore, che consentirà di scegliere un dispositivo di protezione con indicatori adeguati. La formula si presenta così:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), dove:}

I_{n è la corrente nominale del motore, che sarà in A;}

R_{motore è la potenza del motore, espressa in kW;}

U_{n è la tensione nominale in V;}

cos q è il fattore di potenza attiva;

n è il fattore di efficienza.

Conoscendo questi dati, puoi facilmente calcolare la corrente nominale del motore e quindi selezionare facilmente il dispositivo di protezione appropriato.

Varietà di danni ai dispositivi di protezione

La principale differenza tra i dispositivi di protezione del circuito elettrico e altri dispositivi è che non solo risolvono il difetto, ma scollegano anche il circuito se i valori caratteristici superano determinati limiti. Il problema più pericoloso, che spesso disabilita i dispositivi di protezione, è diventato un cortocircuito sordo. Durante il verificarsi di un tale cortocircuito, gli indicatori di corrente raggiungono i valori più alti.

Quando si verifica un circuito aperto quando si verifica un tale problema, spesso si verifica un arco elettrico, che in un breve periodo di tempo è abbastanza in grado di distruggere l'isolamento e fondere le parti metalliche dell'apparato.

Se si verifica una corrente di sovraccarico eccessiva, potrebbe causare il surriscaldamento delle parti conduttive. Inoltre, ci sono forze meccaniche cheaumentare notevolmente l'usura dei singoli elementi dell'apparecchiatura, che a volte può anche portare alla rottura del dispositivo.

Ci sono interruttori automatici ad alta velocità che sono soggetti a problemi come lo sfregamento del braccio mobile e il contatto mobile contro le pareti dello scivolo dell'arco, oltre a cortocircuitare la barra della bobina di smagnetizzazione con la custodia. Molto spesso c'è troppa usura sulle superfici di contatto, sui pistoni e sui cilindri di trasmissione.

Riparazione di macchine ad alta velocità

La riparazione di qualsiasi tipo di dispositivo di protezione dall' alta velocità deve essere eseguita nella stessa sequenza. L'interruttore ad alta velocità, o BV, viene soffiato con aria compressa pulita a una pressione non superiore a 300 kPa (3kgf/cm2). Successivamente, il dispositivo viene pulito con i tovaglioli. Successivamente, è necessario rimuovere elementi come lo scivolo dell'arco, il dispositivo di blocco, l'attuatore pneumatico, l'armatura di contatto mobile, lo shunt induttivo e altri.

La riparazione diretta del dispositivo viene eseguita presso uno stand di riparazione speciale. Lo scivolo ad arco viene smontato, le sue pareti vengono pulite in una speciale granigliatrice, dopodiché vengono pulite e ispezionate. Nella parte superiore di questa camera possono essere ammessi trucioli se le loro dimensioni non superano 50x50 mm Lo spessore della parete nei punti di rottura deve essere compreso tra 4 e 8 mm. È necessario misurare la resistenza tra le trombe dello scivolo ad arco. Per alcuni campioni, l'indicatore deve essere almeno 5 MΩ e per alcuni almeno 10 MΩ.

La partizione danneggiata deve essere tagliatala sua intera lunghezza. Tutti i luoghi simili di abbattimento devono essere accuratamente puliti. Successivamente, le superfici da incollare vengono lubrificate con una soluzione adesiva a base di resina epossidica. Se sono stati trovati fogli a ventaglio rotti, vengono sostituiti. Se ce ne sono di piegati, devono essere livellati e rimessi in servizio. C'è anche uno scivolo ad arco, che dovrebbe essere pulito dai depositi e dalla fusione, se presente.