Dispositius de protecció: finalitat, tipus, classificació, especificacions, instal·lació, característiques de funcionament, configuració i reparació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

Els dispositius de protecció són dispositius dissenyats per protegir els circuits elèctrics, els equips elèctrics, les màquines i altres unitats de qualsevol amenaça que interfereixi amb el funcionament normal d'aquests dispositius, així com per protegir-los de les sobrecàrregues. És important tenir en compte aquí que s'han d'instal·lar correctament i que l'operació s'ha de dur a terme exactament d'acord amb les instruccions, en cas contrari, els propis dispositius de protecció poden provocar fallades en l'equip, explosió, incendi i altres coses.

Requisits bàsics de l'aparell

Per tal que el dispositiu funcioni correctament, ha de complir els requisits següents:

• Els dispositius de protecció no s'han de permetre, en cap cas, superar la temperatura permesa per a ells sota càrrega normal de la xarxa elèctrica o dels equips elèctrics.
• El dispositiu no hauria de desconnectar l'equip de l'alimentació durant sobrecàrregues a curt termini, que sovint inclouen corrent d'entrada, corrent d'arrencada automàtica, etc.

Quan escolliu fusibles, heu de basar-vos en la intensitat nominal de la secció del circuit que protegirà aquest dispositiu. Aquesta regla per triar dispositius de protecció és rellevant en qualsevol cas a l'hora d'escollir qualsevol dispositiu de protecció. També és important entendre que amb un sobreescalfament prolongat, les qualitats protectores es redueixen significativament. Això afecta negativament els dispositius, ja que en el moment de la càrrega crítica és possible que, per exemple, simplement no s'apaguin, cosa que provocarà un accident.

Els dispositius de protecció han d'apagar necessàriament la xarxa quan es produeixen sobrecàrregues prolongades dins d'aquest circuit. En aquest cas, cal observar la dependència inversa del corrent respecte al temps d'exposició.

En qualsevol cas, el dispositiu de protecció ha de desconnectar el circuit al final quan es produeixi un curtcircuit (curtcircuit). Si es produeix un curtcircuit en un circuit monofàsic, l'apagada s'ha de produir en una xarxa amb un neutre sòlidament a terra. Si es produeix un curtcircuit en un circuit bifàsic, llavors en una xarxa amb neutre aïllat.

Els dispositius de protecció de circuits elèctrics tenen una capacitat de interrupció I _{pr. El valor d'aquest paràmetre ha de correspondre al corrent de curtcircuit que es pot produir a l'inici del tram protegit. Si aquest valor és inferior al corrent de curtcircuit màxim possible, és possible que el procés de desconnexió d'una secció del circuit no es produeixi o es produeixi, però amb un retard. Per això, no només es poden danyar els dispositius connectats a aquesta xarxa, sinó també el propi dispositiu de protecció del circuit elèctric. Per aquest motiu, el factor de capacitat de ruptura ha de sersuperior o igual al corrent màxim de curtcircuit.}

Fusibles de tipus fusible

Avui, hi ha diversos dispositius per protegir les xarxes elèctriques, que són els més habituals. Un d'aquests dispositius és un fusible. L'objectiu d'aquest tipus de dispositiu de protecció és que protegeixi la xarxa de sobrecàrregues i curtcircuits de tipus corrent.

Avui, hi ha dispositius d'un sol ús, així com amb inserts intercanviables. Aquests dispositius es poden utilitzar tant en necessitats industrials com en la vida quotidiana. Per fer-ho, hi ha dispositius que s'utilitzen en línies de fins a 1 kV.

A més d'ells, hi ha dispositius d' alta tensió utilitzats en subestacions la tensió de les quals és superior a 1000 V. Un exemple d'aquest dispositiu pot ser un fusible en transformadors auxiliars de subestacions amb 6/0, 4 kV.

Com que l'objectiu d'aquests dispositius de protecció és protegir contra curtcircuits i sobrecàrregues de corrent, s'han utilitzat àmpliament. A més, són molt senzills i fàcils d'utilitzar, la seva substitució també és ràpida i fàcil, i són molt fiables per si mateixos. Tot això ha portat al fet que aquests fusibles s'utilitzen molt sovint.

Per tenir en compte les característiques tècniques, podeu agafar el dispositiu PR-2. Depenent del corrent nominal, aquest dispositiu està disponible amb sis tipus de cartutxos, que es diferencien pel seu diàmetre. Al cartutx de cadascun d'ells, es pot instal·lar una inserció amb l'expectativa d'un corrent nominal diferent. Aper exemple, un cartutx de 15 A es pot equipar amb una inserció de 6 A i una de 10 A.

A més d'aquesta característica, també hi ha el concepte de corrent de prova inferior i superior. Pel que fa al valor més baix del corrent de prova, aquest és el valor màxim del corrent, durant el flux del qual al circuit durant 1 hora la secció del circuit no es desconnectarà. Pel que fa al valor superior, aquest és el coeficient de corrent mínim que, quan flueix durant 1 hora en el circuit, fondrà l'insert a l'aparell de protecció i control.

Disjuntors

Els interruptors de circuit tenen el mateix paper que els fusibles, però el seu disseny és més complex. Tanmateix, això es compensa pel fet que els interruptors són molt més còmodes d'utilitzar que els fusibles. Per exemple, si apareix un curtcircuit a la xarxa a causa de l'envelliment de l'aïllament, l'interruptor és capaç de desconnectar de l'alimentació la secció danyada del circuit elèctric. Al mateix temps, el propi aparell de control i protecció es restaura amb força facilitat, després de l'operació no cal substituir-lo per un de nou i, després dels treballs de reparació, pot tornar a protegir de manera fiable la secció del circuit sota el seu control. És molt convenient utilitzar aquest tipus d'interruptors si cal fer alguna reparació rutinària.

Pel que fa a la producció d'aquests dispositius, l'indicador principal és el corrent nominal per al qual està dissenyat el dispositiu. En aquest sentit, hi ha una gran elecció, que us permet triar el més adequat per a cada cadena.dispositiu. Si parlem de la tensió de funcionament, aleshores, com els fusibles, es divideixen en dos tipus: amb tensió de fins a 1 kV i d' alta tensió amb una tensió de funcionament superior a 1 kV. És important afegir aquí que els dispositius de protecció d' alta tensió per a equips elèctrics i circuits elèctrics es produeixen al buit, amb un gas inert o ple d'oli. Aquest disseny permet a un nivell superior desenganxar el circuit quan sorgeix aquesta necessitat. Una altra diferència significativa entre els interruptors automàtics i els fusibles és que estan fets per funcionar no només en circuits monofàsics, sinó també en circuits trifàsics.

Per exemple, en cas d'un curtcircuit a terra d'un dels conductors d'un motor elèctric, l'interruptor desactivarà les tres fases, i no una de danyada. Aquesta és una diferència significativa i clau, perquè si només s'apaga una fase, el motor continuarà funcionant en dues fases. Aquest mode de funcionament és una emergència i redueix molt la vida útil del dispositiu, i fins i tot pot provocar una fallada d'emergència de l'equip. A més, els interruptors automàtics es fabriquen per funcionar tant amb voltatge alterna com continu.

Relé tèrmic i de corrent

Avui, hi ha molts tipus diferents de relés entre els dispositius de protecció de la xarxa elèctrica.

El relé tèrmic és un dels dispositius més comuns que pot protegir motors elèctrics, escalfadors, qualsevol dispositiu d'alimentació deproblema com ara la sobrecàrrega de corrent. El principi de funcionament d'aquest dispositiu és molt senzill i es basa en el fet que el corrent elèctric és capaç d'escalfar el conductor pel qual flueix. La part principal de treball de qualsevol relé tèrmic és una placa bimetàl·lica. Quan s'escalfa a una determinada temperatura, aquesta placa es doblega, la qual cosa trenca el contacte elèctric del circuit. Naturalment, l'escalfament de la placa continuarà fins que arribi al punt crític.

A més de la tèrmica, hi ha altres tipus de dispositius de protecció, per exemple, un relé de corrent que controla la quantitat de corrent a la xarxa. També hi ha un relé de tensió que respondrà a un canvi de tensió a la xarxa i un relé de corrent diferencial. L'últim dispositiu és un dispositiu de protecció de corrent de fuga. És important tenir en compte aquí que els interruptors de circuit, com els fusibles, no poden reaccionar a l'aparició de fuites de corrent, ja que aquest valor és bastant petit. Però, al mateix temps, aquest valor és suficient per matar una persona en contacte amb el cas d'un dispositiu subjecte a aquest mal funcionament.

Si hi ha un gran nombre d'aparells elèctrics que necessiten connectar un relé de corrent diferencial, sovint s'utilitzen màquines combinades per reduir la mida de l'escut d'energia. Els dispositius que combinen un interruptor automàtic i un relé de corrent diferencial - interruptors de protecció diferencial, o difautomats, s'han convertit en aquests dispositius. Quan s'utilitzen aquests dispositius, no només es redueix la mida de l'escut elèctric, sinó que es facilita molt el procés d'instal·lació.aparells de protecció, que al seu torn els fa més econòmics.

Especificacions del relé tèrmic

La característica principal dels relés tèrmics és el temps de resposta, que depèn del corrent de càrrega. En altres paraules, aquesta característica s'anomena temps-corrent. Si considerem el cas general, abans que s'apliqui la càrrega, el corrent I₀ fluirà pel relé. En aquest cas, l'escalfament de la placa bimetàl·lica serà q_{0. A l'hora de comprovar aquesta característica, és molt important tenir en compte des de quin estat (sobreescalfat o fred) s'activa el dispositiu. A més, en comprovar aquests dispositius, és molt important recordar que la placa no és tèrmicament estable quan es produeix un corrent de curtcircuit.}

L'elecció dels relés tèrmics és la següent. El corrent nominal d'aquest dispositiu de protecció es selecciona en funció de la càrrega nominal del motor elèctric. El corrent de relé seleccionat hauria de ser 1, 2-1, 3 del corrent nominal del motor (corrent de càrrega). En altres paraules, aquest dispositiu funcionarà si en 20 minuts la càrrega és del 20 al 30%.

És molt important entendre que el funcionament del relé tèrmic es veu molt afectat per la temperatura de l'aire ambient. A causa de l'augment de la temperatura ambient, el corrent de funcionament d'aquest dispositiu disminuirà. Si aquest indicador difereix massa del nominal, caldrà realitzar un ajust addicional suau del relé,o compra un dispositiu nou, però tenint en compte la temperatura ambient real a l'àrea de treball d'aquesta unitat.

Per reduir l'efecte de la temperatura ambient sobre el valor de corrent de captació, cal comprar un relé amb una capacitat de càrrega més alta. Per tal d'aconseguir el correcte funcionament d'un dispositiu calent, s'ha d'instal·lar a la mateixa habitació que l'objecte controlat. Tanmateix, cal recordar que el relé respon a la temperatura i, per tant, està prohibit col·locar-lo a prop de fonts de calor concentrades. Es consideren aquestes fonts les calderes, les fonts de calefacció i altres sistemes i dispositius similars.

Selecciona dispositius

A l'hora d'escollir equips de protecció de receptors elèctrics i xarxes elèctriques, cal basar-se en els corrents nominals per als quals estan dissenyats aquests dispositius, així com en el corrent que subministra la xarxa on s'instal·laran aquestes unitats.

Quan escolliu un dispositiu de protecció, és molt important tenir en compte l'aparició de modes de funcionament anormals com:

• curtcircuits fase a fase;
• fase curt a majúscules;
• un fort augment del corrent, que pot ser causat per un curtcircuit incomplet o una sobrecàrrega de l'equip de procés;
• desaparició completa o massa reducció de la tensió.

Pel que fa a la protecció contra curtcircuits, s'ha de dur a terme per a tots els receptors elèctrics. El requisit principal és que desconnecteu el dispositiu de la xarxa quanl'aparició d'un curtcircuit ha de ser el mínim possible. Quan escolliu dispositius de protecció, també és important saber que s'ha de proporcionar una protecció total contra sobreintensitat, amb l'excepció d'alguns dels casos següents:

• quan sobrecarregar receptors elèctrics per motius tecnològics és simplement impossible o improbable;
• si la potència del motor elèctric és inferior a 1 kW.

A més, és possible que un dispositiu de protecció elèctrica no tingui una funció de protecció contra sobrecàrregues si s'instal·la per controlar un motor elèctric que funciona de manera intermitent o intermitent. Una excepció és la instal·lació de qualsevol aparell elèctric en habitacions amb un alt risc d'incendi. En aquestes sales, la protecció contra sobrecàrregues s'ha d'instal·lar a tots els dispositius sense excepció.

La protecció de baixa tensió s'ha d'establir en alguns dels casos següents:

• per a motors elèctrics que no es poden encendre a plena tensió;
• per a motors elèctrics on no es permet l'arrencada automàtica per diverses raons tecnològiques o és perillós per als empleats;
• per a qualsevol altre motor elèctric que s'hagi d'apagar per reduir la potència total de tots els receptors elèctrics connectats a aquesta xarxa a un valor acceptable.

Varietats de corrents i selecció de dispositiu de protecció

El més perillós és el corrent de curtcircuit. El principal perill és que és molt més gran que el corrent d'arrencada normal, i també el seu valor pot variar molt segons la secció del circuit on es produeixi. Així, en comprovar un dispositiu de protecció que protegeix un circuit d'un curtcircuit, s'ha de desconnectar el més aviat possible el circuit quan es produeixi aquest problema. Al mateix temps, en cap cas hauria de funcionar quan es produeix un valor normal del corrent d'arrencada de qualsevol dispositiu elèctric al circuit.

Pel que fa al corrent de sobrecàrrega, aquí tot està força clar. Aquest corrent es considera qualsevol valor de la característica que superi el corrent nominal del motor elèctric. Però aquí és molt important entendre que no sempre que es produeix un corrent de sobrecàrrega, el dispositiu de protecció ha de desconnectar els contactes del circuit. Això també és important perquè en alguns casos es permet una sobrecàrrega a curt termini tant del motor elèctric com de la xarxa elèctrica. Val la pena afegir aquí que com més curta sigui la càrrega, majors són els valors que pot assolir. A partir d'això, queda clar quin és el principal avantatge d'alguns dispositius. El grau de protecció dels dispositius amb una "característica dependent" en aquest cas és el màxim, ja que el seu temps de resposta disminuirà amb un augment del factor de càrrega en aquest moment. Per tant, aquests dispositius són ideals per a la protecció contra sobreintensitat.

Per resumir, podem dir el següent. Per protecció contracurtcircuit, s'ha de seleccionar un dispositiu de roda lliure, que estarà configurat per operar un corrent que sigui significativament superior al valor inicial. Per a la protecció contra sobrecàrregues, per contra, el dispositiu de commutació de protecció ha de tenir inèrcia, així com una característica dependent. S'ha de seleccionar de manera que no funcioni durant la posada en marxa normal del dispositiu elèctric.

Inconvenients dels diferents tipus de dispositius de protecció

Els fusibles, que abans s'utilitzaven àmpliament com a dispositius de protecció d'aparells de commutació, tenen els següents desavantatges:

• possibilitat bastant limitada d'utilitzar-se com a protecció contra sobreintensitat, ja que desajustar el corrent d'entrada és bastant difícil;
• el motor continuarà funcionant en dues fases encara que la tercera estigui tallada per un fusible, cosa que farà que el motor falli freqüentment;
• en determinats casos, el límit de potència de tall és insuficient;
• no hi ha capacitat per restablir ràpidament l'energia després d'un tall de corrent.

Pel que fa als tipus d'aire de màquines, són més perfectes que els fusibles, però no estan exempts d'inconvenients. El principal problema de l'ús de dispositius de protecció elèctrica és que no són selectius pel que fa a l'acció. Això es nota especialment si es produeix un corrent de tall no regulat a la màquina de configuració.

Hi ha màquines d'instal·lació en les quals la protecció contra sobrecàrregues es realitza mitjançant alliberadors tèrmics. Sensibilitat iel seu retard és pitjor que el dels relés tèrmics, però alhora actuen sobre les tres fases alhora. Pel que fa a les màquines automàtiques universals de protecció, aquí és encara pitjor. Això es justifica pel fet que només hi ha disponibles emissions electromagnètiques.

Sovint s'utilitzen arrancadors magnètics, en els quals es construeixen relés de tipus tèrmic. Aquest equip de protecció és capaç de protegir el circuit elèctric del corrent de sobrecàrrega en dues fases. Però com que els relés tèrmics tenen una gran inèrcia, no són capaços de proporcionar protecció contra curtcircuits. La instal·lació d'una bobina de retenció a l'arrencada pot proporcionar protecció contra baixa tensió.

La protecció d' alta qualitat contra el corrent de sobrecàrrega i el curtcircuit només es pot proporcionar mitjançant relés d'inducció o relés electromagnètics. Tanmateix, només poden funcionar mitjançant un dispositiu de desconnexió, la qual cosa fa que el circuit amb la seva connexió sigui més complicat.

Resumint l'anterior, podem extreure les dues conclusions següents:

1. Per protegir els motors elèctrics, la potència dels quals no supera els 55 kW, del corrent de sobrecàrrega, s'utilitzen més sovint arrencadors magnètics amb fusibles o amb dispositius d'aire.
2. Si la potència del motor elèctric és superior a 55 kW, s'utilitzen contactors electromagnètics amb vehicles aeris o relés de protecció per protegir-los. És molt important recordar aquí que el contactor no permetrà trencar el circuit si es produeix un curtcircuit.

A l'hora de triar el dispositiu adequat, és molt important calcular els dispositius de protecció. La fórmula més important és el càlcul del corrent nominal del motor, que us permetrà triar un dispositiu de protecció amb indicadors adequats. La fórmula té aquest aspecte:

I_n=R_dv ÷(√3U_{ncos c n), on:}

I_{n és el corrent nominal del motor, que estarà en A;}

R_{motor és la potència del motor, que es representa en kW;}

U_{n és la tensió nominal en V;}

cos q és el factor de potència activa;

n és el factor d'eficiència.

Coneixent aquestes dades, podeu calcular fàcilment el corrent nominal del motor i seleccionar fàcilment el dispositiu de protecció adequat.

Varietats de danys als equips de protecció

La principal diferència entre els dispositius de protecció de circuits elèctrics i altres dispositius és que no només arreglen el defecte, sinó que també desconnecten el circuit si els valors característics superen certs límits. El problema més perillós, que sovint desactiva l'equip de protecció, s'ha convertit en un curtcircuit sord. Quan es produeix aquest curtcircuit, els indicadors actuals assoleixen els valors més alts.

Quan es produeix un circuit obert quan es produeix aquest problema, sovint es produeix un arc elèctric, que en un curt període de temps és bastant capaç de destruir l'aïllament i fondre les parts metàl·liques de l'aparell.

Si es produeix massa corrent de sobrecàrrega, pot provocar un sobreescalfament de les peces conductores. A més, hi ha forces mecàniques queaugmentar significativament el desgast d'elements individuals de l'equip, que de vegades fins i tot pot provocar el trencament del dispositiu.

Hi ha interruptors automàtics d' alta velocitat que són propensos a problemes com el fregament del braç mòbil i el contacte mòbil contra les parets del canal d'arc, així com curtcircuitar la barra de bobina desmagnetitzadora a la caixa. Molt sovint hi ha massa desgast a les superfícies de contacte, els pistons i els cilindres d'accionament.

Reparació de màquines d' alta velocitat

La reparació de qualsevol tipus de dispositiu de protecció d' alta velocitat s'ha de dur a terme en la mateixa seqüència. L'interruptor d' alta velocitat, o BV, es bufa amb aire comprimit net a una pressió no superior a 300 kPa (3kgf/cm2). Després d'això, el dispositiu s'eixuga amb tovallons. A continuació, heu d'eliminar elements com ara el canal d'arc, el dispositiu de bloqueig, l'actuador pneumàtic, l'armadura de contacte mòbil, la derivació inductiva i altres.

La reparació directa del dispositiu es realitza en un estand de reparació especial. El canal d'arc es desmunta, les seves parets es netegen en una màquina especial de granallat, després s'esborren i s'inspeccionen. A la part superior d'aquesta cambra es poden permetre estelles si les seves dimensions no superen els 50x50 mm El gruix de la paret als punts de ruptura ha de ser de 4 a 8 mm. Cal mesurar la resistència entre les banyes del canal d'arc. Per a algunes mostres, l'indicador ha de ser com a mínim de 5 MΩ, i per a algunes, almenys 10 MΩ.

La partició danyada s'ha de tallartota la seva longitud. Tots els llocs similars de tala s'han de netejar acuradament. Després d'això, les superfícies a unir es lubrifiquen amb una solució adhesiva a base de resina epoxi. Si s'han trobat làmines de ventilador trencades, es substitueixen. Si n'hi ha de doblegades, s'han d'anivellar i tornar al servei. També hi ha un canal d'arc, que s'ha de netejar dels dipòsits i de la fusió, si n'hi ha.