Capitolul II

Echipamente electrice de protectie

Deflectele ce apar n instalatiile electrice sunt foarte complexe, att ca desfasurare ct si din punct de vedere al efectelor pe care le pot produce n instalatiile electrice. Desi este posibila o mpartire a defectelor dupa cauza si natura lor, n practica este greu de distins carei categorii i apartine defectul care a avut loc, dat fiind ca cel mai adesea apar defecte combinate si nu se poate sti care a fost cauza si care efectul. Marea majoritate a defectelor constau n deteriorarea izolatiei ceea ce conduce la apariia unor scurtcircuite. Curentul de scutcircuit avnd o valoare mare supune echipamentul electric si consumatorii la efecte termice si electrodinamice importante si n acelasi timp provoaca o crestere a caderilor de tensiune pe toate impedantele pe care le parcurge, provocnd astfel o scadere generala a tensiunii n retea. Echipamentele electrice de protectie au rolul de a limita efectele regimurilor de avarie pentru a proteja att echipamentul electric ct si consumatorii si generatoarele electrice. Cele mai importante echipamente de protectie sunt: sigurantele fuzibile, releele de protectie, declantatoarele si descarcatoarele. Aparatele de protective trebuie sa sesizeze aparitia unui regim anormal de functionare si sa izoleze zona defecta prin intermediul aparatelor de comutatie. Pentru a fi eficienta o protectie trebuie sa fie sensibila, rapida, selectiva si ct mai sigura n functionare.De astfel in continuare proiectului vom studia echipamentele electice declansatoare de curent si declansatoare de tensiune si relee declansatoare de protectie. Dupa cum urmeaza releele electmagnetice de protectie sunt relee cu actiune instantanee in diverse variante contructive : De curent (maximale) De tensiune (maximale, minimale si de tensiune nula) Intermediare.Declansatoarele reprezinta echipamente de protectie care sub actiunea unei marimi elecrice de intrare actioneaza printr-un impuls mecanic asupra zavorului intrerupatoarelor. Declansatoarele pot fi : Directe IndirecteDe asemenea se clasifica si dupa marimea supravegheata: Declansatoare maximale de curent Declansatoare de tensiune:

Minimale Maximale De tensiune nula

2.1. Declansatoare de curent

2.1.1 Declansatorul maximal de curent direct

Este un aparat conectat n serie cu ntreruptorul de putere si parcurs deci de curentul care trebuie supravegheat. Spre deosebire de releu, declansatorul, la depsirea valorii reglate a mrimii electrice (curent) determin un proces mecanic de dezvorre a unei forte. Astfel, prin intermediul unei tije izolate actioneaz asupra zvorului broastei nterruptorului. Declansatoarele directe de maxim de curent se pot realiza n variantele: cu actiune instantanee; cu actiune temporizat dependent (independent) de curent.

n fig. 1.0 este reprezentat schematic declansatorul direct cu actiune instantanee. Pe miezul magnetic 1 este plasat bobina 2 parcurs de curentul care trebuie supravegheat, iar pe o derivatie a acestui miez apare un scurtcircuit. Armtura mobil 3 se poate roti n jurul axului 7. La functionarea normal, adic la valori ale curentilor sub valoarea reglat, spire n scurtcircuit creeaz un flux antagonist astfel nct fluxul magnetic nu se poate nchide prin polul 8 ci prin polul 9, determinnd astfel rotatia armturii 3 si lipirea ei de polul 9. Astfel, tila inelant 5 transmite un impuls mecanic mecanismului ntreruptorului si acesta este deconectat.n fig. 1.0 este prezentat declansatorul maximal de curent direct, independent care realizeaz o protectie temporizat. Se monteaz direct pe ntreruptor si se afl sub tensiune de serviciu. Bobina electromagnetului este parcurs de curentul principal. El contine un micromotor sincron plasat n coloana unui electromagnet. Pe miezul magnetic se afl rotorul sub form de pahar 3. Spirele n scurtcircuit 4 si 5 determin decalajul fluxurilor n ntrefierul micromotorului, conditie necesar creerii unui cmp nvrtitor. n lipsa unei avarii, resortul 7 tine armtura 6 deprtat. Actiunea instantanee este determinat de atragerea paletei 9 sub actiunea fluxului de dispersie provocat de curenti intensi, astfel se transmite un impuls mecanic tijei de declansare 10 care desface clichetul 17 si ofer posibilitatea ca armtura mobil 6 s fie atras de armtura fix 1. Astfel se transmite un impuls tijei de actionare 8.Actiunea temporizat presupune n prealabil o mic rotatie a armturii 6 n jurul axului 11; prin aceasta se ridic frna 12 de pe rotorul micromotorului si se execut un cuplaj ntre roata dintat 13 si n consecint sectorul dintat 14, prin intermediul rotii dintate 15. Axul micromotorului antreneaz roata dintat 13 si sectorul dintat 16, pn cnd stiftul acestuia, rotindu-se spre dreapta, mpinge prghia 10 si desface zvorul declansatorului, iar armtura 6 este atras. Astfel se transmite un impuls tijei 8, care actioneaz asupra mecanismului ntreruptorului. Actiunea instantanee se regleaz din resortul 7 pentru valori ale curentilor 5 -15 In.

Declansator maximal de curent

2.1.2.Releele electromagnetice maximale de curent (RC), cu actiune instantanee

Sunt relee electromagnetice secundare, destinate pentru protectia instalatiilor electrice mpotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor, cnd curentul controlat depseste o anumit limit.Armtura mobil a releului este realizat sub forma unei palete 2 din otel moale, aflat n ntrefierul unui electromagnet 1 si care se roteste solidar cu un ax 8 (fig.1.1). Curentul ce trece prin bobinele releului produce un flux magnetic, care strbate armtura mobil. Sub actiunea fluxului magnetic, armtura tinde s se roteasc n sensul acelor de ceasornic, adic tinde s se plaseze n lungul liniilor de cmp. Un resort antagonist 3 se opune rotirii si mentine armtura 2 deviat fat de axul polilor electromagnetului, att timp ct curentul aa a depsit valoarea maxim la care este reglat releul. Cnd curentul n bobina releului a depsit valoarea reglat, resortul nu mai poate tine armtura 2 si aceasta se roteste n sensul acelor de ceasornic, deplasnd n acelasi timp puntea de contact 4, care face legtura ntre contactele 5, deci releul actioneaz.Dup ce releul a actionat si curentul care trece prin bobinele releului se micsoreaz forta electromagnetic scade si, la un moment dat, nu mai este suficient pentru a retine armtura mobil, care sub actiunea resortului, revine la pozitia initial, deschiznd contactele 5. Aceasta este operatia de revenire a releului, care are loc la un curent mai mic dect curentul de actionare al releului.Curentul de actionare al releului poate fi reglat ntre anumite limite. Prin rotirea prghiei 6 spre dreapta se mreste forta de tensionare initial aplicat resortului, deci pentru rotirea armturii mobile este necesar un curent de actionare mai mare. n acest fel se poate regla curentul de actionare n domeniul Ia 2Ia . Pe scala 7 se pot citi valorile curentilor de actionare.O alt posibilitate de reglaj al curentului de actionare este montarea celor dou bobine ale releului n serie sau n deviatie. Cnd bobinele sunt montate n serie, fiecare bobin este strbtut de un curent de dou ori mai mic dect curentul care trece prin fiecare bobin cnd acestea sunt montate n paralel.

Deci curentul de actionare la montarea n serie a bobinelor este de dou ori mai mic dect la montrea lor n paralel. Scala releului este gradat pentru montajul n serie al bobinelor, deci indicatiile scalei trebuie nmultite cu 2 pentru montajul n paralel al bobinelor. Cu aceste dou posibilitti de reglaj, se poate regla curentul de actionare n domeniul Ia 4Ia.Acest tip de releu are un anumit timp de actionare (0,05 0,25 s), dar se poate considera c releul actioneaz instantaneu.Releele de acest tip se construiesc pentru curent continuu si curent alternativ, folosind contacte normal deschise si normal nchise, pentru curenti de actionare 0,2 200 A.n figura 1.2 a este reprezentat schematic un releu direct maximal de current. Cnd curentul depsete valoarea reglat, releul face s basculeze o prghie, care la rndul ei provoac functionarea dispozitivului mecanic de declansare al unui ntreruptor. Releul indirect maximal din figura 1.2b, nchide un contact din circuitul de alimentare al bobinei de declansare a ntreruptorului. n figura 1.2c este artat schema unui releu secundar maximal de curent cu actiune indirect.

Principala caracteristic a unui releu este caracteristica intrare-iesire, y=f(x), ea reprezentnd legtura, cu caractere discontinue dintre mrimea de intrare x si mrimea de iesire y.n figura 1.3 avem urmtoarele notatii : xa reprezint mrimea de actionare (valoarea limit a mrimii de intrare la care sistemul mobil al releului se pune n miscare si nchide sau deschide contactele ); xr reprezint mrimea de revenire (valoarea limit a marimii de intrare la care sistemul mobil al releului ncepe s se deplaseze n sens invers sensului deplasrii din cazul actionrii si continu pn la revenirea n pozitia initial de repaos); xf reprezint valoarea de functionare continu a mrimii de intrare; ymax reprezint parametrul de iesire corespunztor strii de repaos, la releele fr contacte.

2.2 Declansatoare de tensiune

Acestea pot fi declansatoare minimale de tensiune, declansatoare maximale de tensiune sau declansatoare de tensiune nula. Majoritatea ntrerupatoarelor sunt prevazute cu declansatoare minimale de tensiune, care trebuie puse initial sub tensiune pentru a permite actionarea ntrerupatorului si n a carui circuit de alimentare se afla nseriat butonul de oprire manuala a ntrerupatorului.Principiul de functionare a declansatoarelor este similar cu al releelor electrice de protectie echivalente cu deosebirea ca marimea de iesire a declansatorului este de natura mecanica (forta de dezavorre). n multe cazuri se folosesc declansatoare combinate, electromagnetice si termice.Declansatoarele de tensiune sunt electromagnetice. Ele au ca element motor un electromagnet monofazat de tip clapeta. Dupa functia ndeplinita n circuit ele sunt de doua feluri: declansatoare minimale de tensiune; declansatoare maximale de tensiune.Declansatorul din figura 1.4 functioneaza ca declansator de tensiune nula sau minimal de tensiune n functie de reglarea resortului antagonist 6.

Figura 1.4. Declansator de tensiune electromagnetic.1-armatura fixa, 2-suport declansator, 3-ax, 4-armatura mobila, 5-bobinaelectromagnetului, 6-resort antagonist, 7-perecutor.

n regim normal de functionare armatura mobila 4 este atrasa. La scaderea tensiunii, sub actiunea resortului antagonist 6, armatura mobila este eliberata si actioneaza prin percutorul 7 asupra zavorului ntrerupatorului, declansndu-l.

Figura 1.5 Varianta constructiva de declansator de tensiune

2.2.2.Declanatorul de tensiune minim U (Q1)

Este un electromagnet care acioneaz un mecanism de declanare n momentul dispariiei tensiunii. Dac este parcurs de curent, sistemul se afl n stare de repaus. Comanda are loc cu un contact normal nchis. De obicei declanatoarele de tensiune minim sunt dimensionate pentru regim permanent. Acestea sunt elemente de declanare ideale pentru interblocri foarte sigure (de exemplu, OPRIREA DE URGEN).Declanatoarele de tensiune minim declaneaz ntreruptorul la dispariia tensiunii, de exemplu, pentru a evita repornirea automat a motoarelor. Acestea sunt adecvate pentru interblocarea i declanarea de la distan cu un grad nalt de siguran, astfel nct n cazul unui defect (de exemplu ntreruperea unui conductor n circuitul de comand) s se produc o declanare sigur. Dac declanatoarele de tensiune minim nu sunt alimentate, atunci ntreruptoarele nu se pot conecta.

Fig.1.6. Schema electrica de conectare a declasatorului de tensiune minima

Exista si declansatoare electronice care sunt alcatuite din relee electronice ce actioneaza prin intermediul unor relee intermediare cu rol de element executor al declansatorului.

Fig.1.7. Declansator de inchidere cu sunt.

2.2.3Relee electromagnetice de tensiune

Releul este un aparat de protectie, cu actiune automat, care la o anumit valoare a parametrului de intrare (mrimea supravegheat) produce modificarea n salt a valorii parametrului de iesire.Dintre aceste mrimi cel putin una este de natur electric. Dac mrimea de iesire este de natur electric, atunci aparatul este un releu indirect. Dac mrimea de iesire este de natur mecanic, atunci aparatul este un releu direct (declansatoare).Releele electromagnetice au ca organ principal de actionare un electromagnet cu armtur mobil (ce poate fi basculant, rotitoare sau cu miscare de translatie).Parametrii principali ai releelor electromagnetice sunt:-valoarea nominal (Un, In) este valoarea care figureaz pe plcuta sau indicatorul releului si corespunde functionrii de durat n curent alternativ sau continuu;-valoarea de actionare (de pornire) reprezint acea valoare limit a mrimii controlate la care sistemul mobil al releului se pune n miscare si nchide contactele (cazul releelor care la actionare si nchid contactele) sau le deschide (cazul releelor care la actionare si deschid contactele);-valoarea de revenire reprezint valoarea limit a mrimii controlate la care sistemul mobil al releului ncepe s se deplaseze n sens invers sensului deplasrii din cazul actionrii si continu pn n pozitia initial de repaus;-factorul de revenire este raportul dintre valoarea de revenire si valoarea de actionare.Cu ct factorul de revenire este mai apropiat de unitate, cu att releul este de calitate mai bun urmrind mai fidel valoarea mrimii controlate. La releele maximale factorul de revenire este subunitar, iar la cele minimale este supraunitar:-valoarea reglat, pentru releele cu dispozitiv de reglaj, reprezint valoarea parametrului de actionare pentru care releul este reglat s functioneze (s actioneze);-timpul propriu de actionare al releului este timpul care trece din momentul variatiei mrimilor controlate de releu pn n momentul nchiderii (sau deschiderii) depline a contactelor;-eroarea releului este diferenta dintre valoarea real de actionare si valoarea mrimii controlate la care releul a fost reglat s actioneze (prin fixarea indicatorului pe scal, sau fixarea unei fise, cleme, etc.) denumit valoare reglat. Raportnd aceast diferent la valoarea reglat se obtine eroare n procente. Pentru asigurarea selectivittii, eroarea trebuie s fie ct mai mic:-puterea consumat este puterea consumat de releu pentru actionare. Acest parametru defineste sensibilitatea releului, cu ct puterea consumat este mai mare cu att releul va actiona la abateri mai mari ale mrimii controlate fat de valoarea normal, si deci protectia va fi mai putin sensibil;-puterea comandat, de contactele releului, reprezint puterea din circuitul pe care-l ntrerupe sau stabileste contactele releului, fr a se deteriora;-stabilitatea termic si electrodinamic reprezint proprietatea releului de a suporta timp limitat (fr deteriorri) efectele termice si electrodinamice ale curentului de scurtcircuit.Releele electromagnetice sunt foarte sigure n functionare, dar sensibilitatea lor este mai redus dect a altor tipuri de relee, datorit puterii consumate relativ ridicate.

Principalele parti componente ale unui releu electromagnetic sunt:- elementul sensibil ES care transform semnalul de intrare x (curent, tensiune) ntr-un semnal de alt natur x* necesar funcionrii releului (cuplu mecanic activ);- elementul comparator C realizeaz compararea semnalului x* de la ieirea elementului ES cu un semnal prescris xR de aceeai natur fizic (cuplu mecanic rezistent);- elementul de execuie E realizeaz n funcie de rezultatul comparaiei x**, una din valorile de ieire ale releului ym - neacionat (x* < xR) sau yM acionat (x* > xR).In figura 1.7. va este prezentata schema bloc a unui releu electromagnetic.

Fig.1.8. Schema bloc releu electromagnetic.

Releele electromagnetice de tensiune se construiesc de tip maximal (variantele RT-3, RT-3S), cu acionare la valori ale tensiunii U > UR , fie de tip minimal (variantele RT-4, RT-4S) care acioneaz la valori ale tensiunii U < Ur, UR fiind tensiunea reglal. Releele maximale de tensiune au un contact normal deschis, cele minimale au un contact normal nchis care se deschide atunci cnd este ndeplinit condiia de funcionare normal U Un, i se nchide atunci cnd tensiunea scade, sub valoarea reglat UR = 0,8...0,9 Un , semnalizndu-se o situaie anormal de funcionare. Releele de tensiune RT-3S, RT-4S au bobina de tensiune alimentat n curent continuu, tensiunea aplicat bobinei este obinut prin redresarea tensiunii alternative de intrare, pe aceasta cale obinndu-se atenuarea vibraiilor armturii mobile a electromagnetului. Pentru valori mari ale tensiunii de intrare (linii electrice, motoare de m.t.) releele de tensiune se conecteaz prin intermediul transformatoarelor de tensiune cu tensiunea secundar standardizat de 100V asa cum va este prezentat exemplul din figura 1.9.

Fig.1.9. Conectarea releului de tensiune prin intermediul unui transformator

n cazul general, un releu are trei elemente functionale: elementul de receptie (sau elementul sensibil); elementul comparator (elementul de msur si comparare); elementul de executie.

Schema bloc a releului de tensiune

Elementul de receptie sesizeaz modificarea mrimii de intrare (de exemplu a curentului sau a tensiunii) la care releul reactioneaz si, ntr-o form oarecare, transmite impulsul primit elementului intermediar. Elementul intermediar msoar mrimea primit, o compar cu valoarea stabilit prin reglaj si, dac aceasta a atins valoarea fixat, transmite actiunea elementului de executie. Elementul de executie, receptionnd impulsul transmis, produce o schimbare brusc a mrimii de iesire. Astfel, elementul de executie indeplineste lucrul mecanic specific tipului respectiv de releu (de exemplu nchiderea circuitului de declansare).

Figura 1.11. Reprezentarea n schemele electrice a releelor maximale decurent, maximale de tensiune si minimale de tensiune.

Aceste relee pot functiona ca relee maximale de tensiune (RT-1) sau ca relee minimale de tensiune (RT-2) si au aceeasi forma constructiva ca si releele de curent RC (figura 1.1.) cu deosebirea ca nfasurarea lor este formata dintr-un numar mare de spire subtiri si se leaga n paralel cu instalatia de protejat.Releele maximale de tensiune actioneaza prin atragerea armaturii mobile daca tensiunea depaseste valoarea reglata, pe cnd releele minimale de tensiune actioneaza prin eliberarea armaturii mobile daca tensiunea scade sub valoarea reglata, sau la disparitia tensiunii.De aceea releele maximale de tensiune au contactul normal deschis si se reprezinta n schemele electrice ca n figura 1.11. iar releele minimale de tensiune au contactul normal nchis. Factorul de revenire Kr = Ur/Ua este subunitar la releele maximale (Kr 0,85) si supraunitar (Kr 1,15) la releele minimale de tensiune.Releele electromagnetice de protectie sunt mai frecvent folosite la protectia motoarelor electrice, deoarece scaderea tensiunii determina cresterea curentului absorbit. De asemenea, se utilizeaza la numeroase scheme de automatizari din sistemul energetic (DASU, AAR, etc.). n figura 1.12a este prezentat caracteristica intrare-iesire a unui releu maximal, iar n figura 1.12b este prezentat caracteristica intrare-iesire a unui releu minimal.

Pentru releul maximal, la variatia mrimii de intrare x, de la zero la xa, mrimea de iesire rmne nul (sau egal cu ymin la releele fr contacte). n momentul cnd mrimea de intrare atinge valoarea xa mrimea de iesire y variz brusc, fcnd un salt pn la valoarea ymax si rmne constant chiar dac n continuare x creste. n procesul de micsorare a mrimii de intrare pn la valoarea xr, mrimea y rmne mereu constant si numai la valoarea xr variaz brusc pn la valoarea zero (sau pn la ymin). Raportul xr/xa = Kr se numeste factor de revenire. Pentru releele maximale Kr1. Cu ct Kr va avea o valoare mai apropiat de unitate cu att releul este mai sensibil. Raportul xa/xf =Ks se numeste factor de sigurant la actionare. Parametrului de intrare x a i corespunde o putere de actionare Pa (care pune n miscare elementul executor), iar parametrului de iesire ymax i corespunde puterea de comand Pc (pentru care elementul executor are stabilitatea necesar) .Raportul Pc/Ps=Kc, se numeste factor de sigurant. La un releu electromagnetic Pa 0.1103 W; Kc 5102 . Aria 2-3-4-5-6 cuprins ntre curbele de actionare si revenire a caracteristicii y=f(x), (fig.1.12), reprezint pierderile corespunztoare (histerezis) magnetice, electrice, mecanice, si frecrii uscate a echipamentului mobil. Timpul de actionare ta reprezint timpul care se scurge din momentul aparitiei semnalului de intrare, care actioneaz asupra elementului sensibil, pn n momentul actionrii complete a releului. Se numeste valoarea reglat mrimea (maximal sau minimal) de la care elemental sensibil intr n actiune.Eroarea releului reprezint diferenta dintre valoarea real de pornire si valoarea reglat.Relatia de dependent dintre timpul de actionare si mrimea de intrare defineste caracteristica de functionare.Acast caracteristic are urmtoarele forme:- caracteristic independent (timpul de actionare a releului nu depinde de valoarea mrimii de intrare);- caracteristic dependent (timpul de actionare al releului se micsoreaz pe msur ce valoarea mrimii de intrare creste);- caracteristic limitat dependent (parte initial a curbei este dependent, iar ncepnd de la o anumit valoare a mrimii de intrare - x1 caracteristica devine independent);- caracteristic mixt sau limitat dependent, cu actionare instantanee la scurtcircuit.

2.3 Caracteristica temporala de protectie

Aceasta caracteristica este reprezentata de proprietatile si performantele de protectie a anumitor echipamente electrice. Aceasta marime caracteristica general acceptata este oferita de urmatoarele echipamente de protectie: -sigurante fuzibile;-relee de curent;-relee termobimetalice.

2.3.1.Sigurante fuzibile

Siguranta fuzibila este un aparat de conexiune si protectie a carui functie este de a ntrerupe circuitul n care este conectata si de a ntrerupecurentul, atunci cnd acesta depaseste un anumit timp o valoare data, prin topirea unuia sau mai multor elemente fuzibile (destinate si proiectate n acest scop). Sigurana fuzibila este unul dintre cele mai vechi aparate de protectie, care au aparut nca din primele momente ale dezvoltarii electrotehnicii. Actiunea unei sigurante se bazeaza pe topirea fuzibilului ei n caz de suprasarcini si de scurtcircuite. Fuzibilul sigurantei constituie punctul slab al circuitului. El trebuie sa se topeasca naintea conductoarelor, a nfasurarilor masinilor sau a transformatoarelor, adica nainte ca curentul prin circuit sa poata atinge o valoare periculoasa pentru izolatii.Caracteristica timp-curent (de protectie) t = F(i), reprezentata prin variatia timpului de ardere a sigurantelor fuzibile n funcie de supracurent, se poate exprima n doua variante de caracteristici temporale: caracteristica de topire a elementului fuzibil, care exprima dependenta dintre tipul de la nceputul scurtcircuitului pna n momentul topirii fuzibilului (aparitia arcului), si valoarea prezumata a curentului de scurtcircuit, presupus constant;caracteristica de ntrerupere a elementului fuzibil care exprima dependenta dintre durata totala pna la ntrerupere (timpul de la nceputul scurtcircuitului pna la nceputul topirii fuzibilului, plus durata de ardere a arcului) si acelasi curent de scurtcircuit prezumat. Durata de ardere a arcului (510-3s) se neglijeaza, iar pentru durate de topire mai mari de 210-2, celedoua caracteristici se pot considera identice n zona de scurtcircuit. Din aceasta cauza n prospecte se indica numai caracteristica de topire. Prin exprimarea curentului de scurtcircuit prezumat, ca multiplu al curentului nominal (figura 1.13.) s-a reusit reprezentarea printr-o singura curba a tuturor caracteristicilor de protectie a sigurantelor de aceeasi constructie darde curenti nominali diferiti. Protectia instalatilor electrice prin sigurante fuzibile se face confruntnd caracteristica termica a obiectului protejat cu caracteristica de protectie a sigurantei fuzibile.

Fig.1.13. Caracteristica temporala de protectie a sigurantelor fuzibile

n figura 1.14 sunt prezentate cteva variante constructive de sigurante fuzibile cu filet n constructie normala sau mignon (miniaturizata)

Fig.1.14. Elemente contructive ale sigurantelor fuzibile cu filet.

2.3.2.Relee de curent

Rolul releelor de protectie este de a proteja instalatiile electrice mpotriva functionarii n regimuri anormale, prin transmiterea unor semnale electrice ce determina izolarea locului defect prin intermediul aparatelor de comutatie.

Figura 1.15. Caracteristicile intrare-iesire a releelor.a) Releu minimal, b) Releu maximal, c) Releu polarizat.

Asa cum se vede din figura (1.15.a), daca marimea de intrare creste n intervalul de la 0 la 1, marimea de iesire ramne nula. n momentul n care marimea de intrare atinge valoarea xa, marimea de iesire variaza brusc la valoarea ymax.Marimea xd poarta denumirea de parametru de actionare si reprezintavaloarea marimii de intrare la care sistemul mobil se pune n miscare si actioneaza contactele. n continuare daca x creste marimea de iesire ramne constanta. n procesul de micsorare al marimii de intrare pna la xr marimea y ramne constanta si numai la x = xr variaza brusc pna la valoarea 0 (portiunea 4-5). Marimea xr poarta denumirea de parametru de revenire si reprezinta marimea de intrare la care sistemul mobil ncepe sa se deplaseze n sens contrar celui de actionare, spre pozitia de repaus. Se mai defineste parametrul reglat xR ca fiind valoarea reglata sau prescrisa pentru care se stabileste ca trebuie sa aiba loc actionarea.Raportul:= (2.1)Se numeste factor de revenire

Cu ct kr este mai aproape de unitate cu att releul este mai sensibil.Eroarea de reglaj se calculeaza:

(2.2)

O alta caracteristica importanta a releelor o reprezinta caracteristica temporala sau de functionare, care ne da dependenta dintre durata de actionare si valoarea parametrului de iesire.Astfel n figura 1.16. se reprezinta diverse caracteristici temporale ale releelor de curent. Se deosebesc astfel: relee cu caracteristica dependenta, la care timpul de actionare scade pe masura cresterii curentului din nfasurarea releului (cazul releelor termice si de inductie); relee cu caracteristica independenta, la care timpul de actionare nu depindede valoarea curentului (cazul releelor electromagnetice); relee cu caracteristica semidependenta, la care timpul de actionare este functie de curent numai pna la o anumita valoare a curentului Ia, de la care n sus timpul devine constant si independent de timp; relee cu caracteristica limitat dependenta sau mixta, la care timpul de actionare este n funcie de curent, nsa la o anumita valoare mare a curentului Ia (curent de scurtcircuit) timpul de actionare devine foarte mic, aproape zero (cazul releelor RTp-C, sau combinatii de relee termice si electromagnetice).

Fig.1.16. Caracteristicile temporale ale releelor de curent

2.3.3.Relee termobimetalice

Releele sunt aparate de protectie, care actionnd asupra unui aparat de comutatie, produc ntreruperea alimentarii unui consumator, la o anumita temperatura a elementului sensibil al releului. Elementul sensibil sau senzorul este o lamela din bimetal.Releele termobimetalice sunt relee de curent si se utilizeaza mai ales pentru protecria masinilor electrice, mpotriva ncalzirilor excesive ca urmare a functionarii masinilor la suprasarcini de lunga durata. Curentul de suprasarcina al motorului, ncalzeste mecanismul bimetallic al releului si cnd temperatura atinge valoarea maxima admisa, releul termobimetalic trebuie sa actioneze asupra unor contacte care provoaca deconectarea motorului de la rerea.Releele termobimetalice nu asigura protectia mpotriva curentilor de scurtcircuit, deoarece rezistena de ncalzire a acestor relee se poate arde nainte ce aceste relee sa actioneze. De aceea la protectia motoarelor electrice aceste relee termobimetalice se asociaza cu relee electromagnetice cu actiune instantanee sau sigurante fuzibile cu rol de protectie mpotriva curentilor de scurtcircuit.

Principiul de functionare al releelor termobimetalice

Lamela bimetalica este formata din doua straturi de metal intim unita pe toata suprafata de contact, prin sudura sau lipire. Cele doua metale au coeficienti de dilatare diferiti. Cum la ncalzire una din componente se dilate mai puternic ca cealalta, termobimetalul se curbeaza la ncalzire si anume cu att mai mult, cu ct mai mare este diferenta dintre coeficientii de dilatare ai ambelor componente.Componenta cu coeficient de dilatare mai mic constituie component pasiva, iar cea cu coeficient de dilatare mai mare reprezinta component activa. Aliajele din fier-nichel, cu proprietatile lor specifice, stau la baza realizarii termobimetalelor. Invarul (aliaj Fe-Ni cu 36% Ni), avnd coeficientul de dilatare minim se foloseste n calitate de componenta pasiva, iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficienti de dilatare mari se folosesc drept componente active. Prin urmare, lamela bimetalica are proprietatea de a-si schimba forma n mod automat, functie de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare este temperatura si parametrul de iesire curbarea lamelei. Fata de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are avantajul ca sageata care se obtine la capatul liber al lamelei este cu mult mai mare dect cea obtinuta prin simpla dilatare termica. n esenta la nivelul bimetalului se obtine cea mai simpla transformare de energie termica n energie mecanica, cu multiple aplicatii n tehnica.

Caracteristica de protectie a releului termobimetalic

Aceasta caracteristica exprima dependenta dintre timpul de actionare al releului si valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristica de protectie dependenta, constatndu-se ca o data cu cresterea curentului ce parcurge bimetalul timpul de actionare al releului scade. n figura 1.17 s-a reprezentat prin curba 2 caracteristica de protectie a bimetalului n stare rece, prin curba 3 caracteristica de protectie a bimetalului prencalzit si prin curba 1 caracteristica tehnica a obiectului de protejat (reprezentarea timpului este facuta la scara logaritmica).

Figura 3.17. Caracteristicile temporale de protectie a unui releutermobimetalic.

O protectie buna se realizeaza atunci cnd caracteristicile 2 si 3 se afla sub caracteristica 1, pentru toata gama curentilor posibili. Datorita alurii dependente a caracteristicii de protectie, releele termobimetalice sunt indicate pentru protectia motoarelor electrice. Aceasta deoarece supracurentii de scurta durata, de exemplu la pornirea motoarelor, nu sunt suficienti ca prin ncalzirea termobimetalului sa produca declansarea motorului de la retea. n schimb, la supracurenti de durata, (de exemplu la ramnerea n doua faze) se obtine o declansare dupa un anumit timp, functie de valoarea curentului. Caracteristica de protectie poate fi obtinuta prin calcul, sau se poate determina experimental pentru releele construite.

Figura 3.18. Modul de reprezentare n schemele electrice

Din punct de vedere al reprezentarii releelor termobimetalice n schemele electrice, se pot folosi modalitatile prezentate n figura 3.18. n toate cazurile se constata existenta a doua circuite: unul parcurs de curentul de protejat (contactele 1-2) si un contact aflat n alt circuit (de exemplu n circuitul bobinei de comanda a contactorului), ce poate fi normal nchis (contactul 11-13) sau normal deschis (contactul 12-14).22