Universitatea Dunrea de Jos GalaiFacultatea de Inginerie Electric i Electronic

Specialitatea Inginerie ElectricDisciplina Metode i procedee tehnologiceIn ingineria electric TEM DE CAS SIGURANE FUZIBILECadrul didactic ndrumtor Student

Anul universitar 2010-2011

Cuprins1. Introducere

2. Generaliti privind siguranele fuzibile3. Clasificarea siguranelor fuzibile4. Materiale folosite pentru construcia siguranelor fuzibile 4.1. Sigurane fuzibile cu filet

4.2. Sigurane fuzibile tip MPR

5. Fluxul tehnologic al fabricaiei siguranelor fuzibile6. Tehnologii de fabricare a siguranelor fuzibile7. Bibliografie 11. Introducere

Un aparat electric este un ansamblu de dispozitive electrice i mecanice destinat pentru comanda, protecia, reglarea i controlul automat sau neautomat al funcionarii instalaiilor electrice. Funciile principale ale unui aparat electric sunt:- funcii operative (anclanri i declanri in regim normal de funcionare a instalaiilor electrice);- funcii de protecie (deconectarea poriunii defecte din instalaie);

- funcii legate de securitatea muncii personalului de serviciu.

Dintre aceste funcii cea mai importanta i cea care se realizeaz cel mai greu este funcia de protecie. Pentru realizarea ei riguroasa este necesar ca regimul, care este de avarie pentru ntreaga instalaie sa fie un regim normal pentru aparatul de protecie. Acest aparat se calculeaz pentru o funcionare multipla i sigura in acest regim de avarie. Din grupa aparatelor de protecie a instalaiilor electrice mpotriva valorilor periculoase (de defect) ale curenilor i tensiunilor fac parte siguranele fuzibile, releele de protecie i descrctoarele. In continuarea acestei lucrri se vor trata mai pe larg siguranele fuzibile.2. Generaliti privind siguranele fuzibile Siguranele fuzibile sunt aparate cu ntrerupere automat, care protejeaz circuitele electrice de iluminat i fora mpotriva efectelor termice si dinamice produse de curenii de suprasarcin i scurtcircuit. Siguranele fuzibile se caracterizeaz printr-o construcie foarte simpl si robust, care au incorporat ca element de protecie (fuzibilul) un fir rotund sau o banda conductoare, montate n serie cu obiectul protejat. n cazul curenilor de scurtcircuit i la suprasarcini mari, metalul din care este confecionat fuzibilul, avnd cea mai redus stabilitate termica din ntreg circuitul, se topete i ntrerupe curentul, realiznd protecia.

Procesul deconectrii cu sigurane fuzibile se compune din urmtoarele faze distincte:

a) nclzirea elementului fuzibil pan la temperatura de topire;

b) topirea si vaporizarea elementului fuzibil;c) apariia arcului electric dup strpungerea spaiului dintre contactele siguranei;

d) stingerea arcului electric, care provoac ruperea curentului i deci deconectarea circuitului. Prin natura sa funcionarea siguranei fuzibile este ireversibila, asigurnd numai deconectarea (ntreruperea) circuitului; restabilirea circuitul se realizeaz numai dup nlocuirea siguranei fuzibile topite cu una noua. O sigurana fuzibila corect dimensionata si montata efectueaz o protecie sigura si ieftina mpotriva scurtcircuitelor.

Siguranele fuzibile prezint urmtoarele avantaje; - au o construcie simpl i un cost sczut;

- au efect limitator, ntrerupnd curentul de scurtcircuit nainte ca acesta s ating valoarea maxima; - ndeplinesc i un rol de separator, patronul cu elementul fuzibil fiind amovibil.

2 Ca dezavantaje ale siguranelor fuzibile se menioneaz:- necesitatea nlocuirii patronului cu element fuzibil la fiecare defect, ceea ce, pe de o parte, diminueaz avantajul costului sczut i, pe de alt parte, conduce la timpi mari de repunere n funciune a instalaiei dup eliminarea defectului;

- mbtrnirea termic a elementului fuzibil, ca urmare a suprasarcinilor din reea sau a unor scurtcircuite care au fost eliminate prin topirea altor sigurane consecutive de cureni nominali mai mici;

- posibilitatea ntreruperii unei singure faze, producnd funcionarea motoarelor n dou faze i, deci, suprasarcini ale acestora;

- imposibilitatea unui reglaj al curentului de acionare, realizndu-se o protecie brut;

- cureni nominali limitai n mod frecvent la 630 A.

Ca o concluzie, avndu-se n vedere avantajele prezentate, precum i faptul c o protecie brut este suficient n reele, siguranele fuzibile sunt folosite n majoritatea instalaiilor existente, n poriunile de reea cu cureni de sarcin pn la 630 A, n special dac curenii de scurtcircuit sunt mari, iar suprasarcinile sunt rare. 33. Clasificarea siguranelor fuzibile Siguranele fuzibile se clasific n principal dup felul tensiunii de lucru, i avem astfel dou mari categorii de sigurane:1. Sigurane fuzibile de joas tensiune;2. Sigurane fuzibile de nalt tensiune.Reamintim ca se consider convenional ca la joas tensiune, tensiunea nominal intre faze trebuie sa fie de pn la maxim 1000 V in curent alternativ si 1200 V intre conductoare la curentul continuu, tot ce este peste aceste valori, reprezentnd nalta tensiune.1. Siguranele fuzibile de joas tensiune se clasifica in trei categorii principale:

a. sigurane de mare putere de rupere folosite in instalaii industriale pentru cureni nominali de 100-1000 A si putnd rupe cureni de zeci de kiloamperi;b. sigurane fuzibile cu filet folosite in instalaii industriale si in domeniul casnic pentru cureni nominali de 15-100 A si putnd rupe cureni pana la 33 kA;

c. sigurane fuzibile miniatura folosite la aparatele electrice (redresoare, aparate radio si tv etc.) pentru tensiuni sub 550 V, cureni nominali de 0,1-10 A si putnd rupe cureni pana la 2 kA.2. Siguranele fuzibile de nalta tensiune se clasifica dup cum urmeaz:

a. dup felul instalaiei in care sunt montate: - sigurane pentru instalaii de interior;

- sigurane pentru instalaii de exterior. b. dup felul curentului: - sigurane de curent alternativ;

- sigurane de curent continuu.

c. dup durata de ardere:

- sigurane normale (rapide);

- sigurane cu inerie;

- sigurane cu ntrziere.d. dup numrul polilor:

- sigurane unipolare;

- sigurane multipolare (bipolare, tripolare).

e. dup protecia lor: - sigurane protejate contra atingerilor accidentale a parilor sub tensiune;

- sigurane protejate contra umiditii.

n funcie de modul de stingere a arcului electric, siguranele de nalta tensiune se mpart in trei grupe principale:

sigurane cu autosuflaj cu gaze (expulzie); sigurane cu material de umplutura;

sigurane cu alungire mecanica a arcului electric.

44. Materiale folosite pentru construcia siguranelor fuzibile Siguranele fuzibile sunt in general aparate electrice simple. Chiar daca sunt construite intr-o mare varietate de tipuri constructive, pentru construcia lor se folosete in general: ceramica, porelanul, materialul plastic, sticla, bachelita pentru corpurile siguranelor, alama sau bronz sau alte aliaje metalice pentru prile din metal ale siguranei, bornele de conectare si prile de contact fix sau mobil. Pentru fuzibil se folosete argintul, cuprul, cupru argintat, Ca material de umplere al siguranei pentru stingerea arcului electric aprut la arderea fuzibilului se folosete nisip de cuar in general, sau talc, creta, marmura mcinata fin, de preferina material cu granulaie cat mai fina, iar in unele cazuri,la siguranele cu expulzie, pentru crearea unui autosuflaj cu gaze in zona arcului electric se utilizeaz fibra, stiplex, acid boric presat, diverse rini, tetraclorura de carbon, ulei mineral. Voi prezenta in continuare modul de alctuire al siguranei fuzibile cu filet, unul dintre cele mai comune tipuri de sigurana fuzibila, folosita pe scara larga, att in domeniul casnic, cat si cel industrial, cu menionarea materialului folosit la fiecare componenta, al siguranei fuzibile cu mare putere de rupere MPR.

4.1. Siguranele fuzibile cu filet, constructiv sunt alctuite din trei pri distincte: soclul,capacul si patronul fuzibil. Dup tipul soclului se disting doua tipuri de sigurane cu filet si anume: tip LF la care soclul are bornele de legturi in fata; tip LS la care soclul are bornele de legturi in spate. Figura a. 1- sigurana fuzibila tip LF; 2- soclu sigurana realizat din porelan neglazurat, si contact lateral metalic (teaca cu filet tip Edison) din alama; 3- patron fuzibil din porelan neglazurat si capacele de contact din alama; 4- corp izolant din ebonita sau plastic; 5- inel (ring) din porelan; 6- capacul de sigurana, realizat din porelan, teaca filetata din alama, vizor de sticla.Figura b. simbolul electric al siguranei fuzibile.

Figura c. 1- sigurana fuzibila tip LS; 2- soclu siguranei, realizat din porelan neglazurat si teaca cu filet din alama plus sistemul de prindere din urub galvanizat m5, care este folosit si ca borne pentru legturi; 3- patron fuzibil; 5- inel din porelan; 6- capacul de sigurana, realizat din porelan, teaca filetata din alama, vizor de sticla.

Figura d. seciune prin patronul fuzibil al unei sigurane fuzibile cu filet: 1 corp porelan; 2 fir fuzibil realizat din argint sau cupru argintat; 3 firul indicatorului realizat din crom-nichel; 4 nisip fin; 5- capac de contact metalic din alama; 6 indicator de funcionare. 5 Patroanele fuzibile sunt identice pentru aceste tipuri de sigurane, ele difer doar in funcie de curent. Totodat patroanele sunt prevzute cu semnalizator (indicator) de funcionare de diferite culori, care cad la arderea fuzibilului. La alegerea patronului ne putem orienta si dup culoarea semnalizatorului: verde-6A, rosu-10A, gri-16A, albastru-20A, galben-25A, violet-32A, negru-40A. 4.2. Siguranele fuzibile cu mare putere de rupere MPR.O sigurana MPR este constituit din dou pari principale: soclul si elementul nlocuitor sau patronul fuzibil. In plus, siguranele MPR mai au un dispozitiv de manevra format dintr-un mner electroizolant cu manon, cu ajutorul cruia se realizeaz scoaterea sau introducerea patronului fr pericol de electrocutare. Din cauza importantei lor, siguranele MPR au fost standardizate pe plan internaional din punct de vedere al montajului, astfel ca in aceleai socluri se pot monta patroane fuzibile de fabricaii diferite.

Soclurile sunt compuse in general dintr-o piesa ceramica (uneori poate fi metalica) i doua furci de contact ce servesc i ca borne de legtura. Pentru a realiza un contact cat mai bun furcile sunt strnse cu ajutorul unui resort spiral. Materiale: cupru argintat. Pentru uruburile de prindere se folosete hotel zincat. Exemplu de socluri in figurile de mai sus. Patronul fuzibil al unei sigurane MPR este alctuit din: 1- elementul fuzibil, realizat de obicei din banda de argint cu o lime de 4-10 mm i o grosime de 0,1-0,5 mm. Un patron poate conine 1-6 asemenea benzi montate in paralel; 2- cuitele de contact realizate din cupru argintat; 3- capacele frontale realizate din otel nichelat sau aluminiu; 4- anvelopa sau carcasa realizate din porelan material plastic sau steatit; 5- umplutura din nisip de cuar fin; 6- garnituri etanare din azbest, prespan; 7-semnalizator funcionare, un ansamblu metalic (fir, arcule, cpcel) crom-nichel; 8- uruburi din hotel zincat pentru prinderea capacelor de anvelope. Exemple de patroane fuzibile de mare putere de rupere MPR: 65. Fluxul tehnologic al fabricaiei siguranelor fuzibile Fabricarea aparatelor electrice, indiferent de destinaia lor, presupune parcurgerea unui lung sir de transformri fizico chimice efectuate asupra semifabricatelor pana la obinerea produsului finit, care trebuie sa aib proprieti adecvate utilizrii lui optime.

Procesul tehnologic de fabricare cuprinde in general, toate operaiile la care sunt supuse materialele i semifabricatele de schimbare a formei geometrice, a dimensiunilor, a calitilor fizico-mecanice, a calitii suprafeei pieselor componente, precum i controlul tehnic, mecanic i electric, care sa ateste realizarea modificrilor impuse, in limitele preciziei stabilite prin documentaia tehnologica de execuie. Obinerea ansamblului finit din piesele componente se face pe baza unui proces tehnologic de asamblare, care cuprinde totalitatea operaiilor de fixare a pieselor in grupe, subansamble i apoi a acestora in aparatul electric respectiv, in cazul nostru siguranele fuzibile. Fluxul tehnologic al fabricaiei siguranelor fuzibile cuprinde succesiunea logica a tuturor etapelor de transformare a materiei prime in produs finit. Pentru desfurarea unui proces tehnologic sunt necesare materii prime, resurse energetice si utilaje. Materiile prime sunt produse naturale extrase dintr-o anumita resursa. In raport cu produsul obinut materiile prime pot fi considerate de baza si atunci se regsesc in produsul principal, sau auxiliare, formnd produsele secundare ale procesului tehnologic. In funcie de provenina lor, materiile prime pot fi naturale, obinute prin exploatarea unor resurse naturale. Materialele sunt materii prime cu un grad avansat de prelucrare. Din acestea se obin produse fr o modificare structurala, in afara de o eventuala prelucrare mecanica. In aceasta categorie se includ semifabricatele industriei metalurgice, fibrele textile, cimentul. Tot in calitate de materii prime pot fi folosite unele deeuri, rebuturi si coproduse denumite generic materiale secundare, rezultate in urma desfurrii proceselor tehnologice. Prin valorificarea lor se realizeaz importante economii de materii prime naturale deficitare si de energie. Proveniena si natura materiilor prime influeneaz in mod hotrtor amplasarea ntreprinderilor si organizarea procesului de producie. Procesele tehnologice se desfoar in instalaii, alctuite din utilaje specifice fiecrei operaii din fluxul tehnologic, maini si aparate. La noi in tara, socluri i sigurane fuzibile nalta i joasa tensiune se fabrica la: Electroputere Craiova socluri pentru sigurane, Ceramica Crinul SA Timioara patroane fuzibile etc. Dar cel mai cunoscut productor de socluri, capace i patroane fuzibile este ntreprinderea EL-CO SA Trgu Secuiesc, Covasna. Din pcate, au ptruns pe piaa noastr i tind sa nlocuiasc produsele autohtone, care ce-i drept, nici ele nu prea au inut pasul cu noile tehnologii aprute deoarece unele ntreprinderi s-au desfiinat, cum ar fi Electroaparataj Bucureti, sau produsele lor nu au o calitate sau un pre prea bun, produsele unor firme de renume, cum ar fi Schneider Electric, Siemens, Moeller etc. dar i produse foarte proaste, singurul lor avantaj fiind preul foarte mic, cu firme de proveniena necunoscute sau pirat, gen chinezisme . Siguranele fuzibile au o construcie simpla i robusta i fluxul lor tehnologic este format din prelucrarea unor materiale relativ ieftine cum ar fi ceramica, nisipul de cuar, cuprul argintat, oel zincat, cupru nichelat, alama. Apoi dup obinerea subansamblelor, ele se asambleaz in produsul finit. Fiecare tip de sigurana se construiete dup anumite stasuri i standarde. 76. Tehnologii de fabricare a siguranelor fuzibile Materialul principal folosit pentru siguranele electrice este ceramica. Din ea se fabrica soclurile, capacele i patroanele siguranelor fuzibile. Ceramica se poate clasifica n funcie de materialele componente astfel :

-Ceramica bazat pe silicai hidratai de aluminiu si magneziu, cum ar fi porelanulcare este un silicat de aluminiu ; porelanul folosit n construcia de echipamente poate

fi de dou categorii :porelanul moale, folosit pentru componentele de joas tensiune

si porelanul tare folosit pentru componentele de nalt tensiune

-Ceramica bazat pe oxizi de aluminiu si magneziu, cum ar fi ceramica poroas si

ceramica aluminoas ; ceramica poroasa obinut din caolin si oxid de magneziu,

rezistent la temperatur ridicat se utilizeaz pentru izolatoarele suport ale

rezistenelor de nclzire, ceramica aluminoasa, obinut prin sinterizare, cu

caracteristici termice si dielectrice net superioare, se folosete pentru corpurile

electroizolante ale siguranelor fuzibile de nalt tensiune si mare putere de rupere. O

astfel de ceramic se utilizeaz la construcia capsulei vidate a echipamentelor de

comutaie n vid, avnd un grad de puritate, n jur de 97%.

Tehnologia de realizare a componentelor din ceramic nu este specific unitilor

productoare de echipamente electrice, fcnd obiectul fabricaiei unor uniti de

producie specializate. Principalele operaii tehnologice de obinere a pieselor din

ceramic standard sunt :

-Mixarea cu adaos de ap si omogenizarea n malaxoare, pn la obinerea unei paste,

care apoi este lsata s se usuce pn cnd devine maleabil si i poate pstra forma;-Formarea prin procedee de prelucrare n matrie sau prin prelucrri mecanice. Corpul

izolatoarelor siguranelor fuzibile de nalt tensiune se obine prin extrudare;-Uscarea la temperatura ambiant;-Glazurarea , care nseamn crearea pe suprafaa piesei din ceramic a unui strat sticlos

din aceeai ceramic, dar foarte diluat. n acest mod se mbuntesc proprietile

mecanice iar suprafaa se poate autocura, nemaiavnd o rugozitate ridicat;-Arderea n cuptor, la temperaturi n jur de 1300 grade C. n urma acestei operaii piesele

suport contracii, care n condiiile unui amestec neomogen poate s conduc la

apariia fisurilor si rebutarea pieselor;-Rcirea la temperatura ambiant. Pentru celelalte pari componente, ele fiind majoritar metalice, se folosete tehnologia de prelucrare mecanica a pieselor. Operaiile principale ale procesului tehnologic de prelucrare mecanic a pieselor componente ale siguranei fuzibile sunt : 1.stanarea si formarea; 2. tierea; 3. prelucrarea suprafeelor; 4. prelucrarea orificiilor.

1- Stanarea la rece se poate aplica la foi cu grosime de pn la 1,5-3 mm la majoritatea materialelor; la fibr si unele tipuri de sticlotextolit se poate mri pn la 5- 6 mm; la azbociment pn la 10 mm; pertinaxul prenclzit 80 120 grade C pn

la 4 mm, iar textolitul pn la 6 mm. Pentru semifabricatele nclzite se ine cont ca dimensiunile acestora sunt mrite cu 2- 4 %, fa de starea rece.

Formarea materialului din foi subiri se face prin presare n forme - abloanemontate pe prese- sau prin strngere cu buloane, pentru serii mici de fabricaie.

Formarea fibrei se face prin imersare prealabil n ap, pentru umezire (sub 0.5 mm se face n stare

uscat); micanitele, plexiglasul, pertinaxul si textolitul se formeaz la cald. 8 2- Tierea se execut cu foarfece cu prghii manuale, pres excentric cu stan tip

cuit, fierstraie cu disc, fierstraie circulare abrazive, maini de rabotat, cuite

vibratoare.

3- Prelucrarea suprafeelor se realizeaz prin:

- strunjire care permite s se realizeze discuri izolante, tije filetate (din bare de

textolit), piese izolante din materiale stratificate, fibra, plexiglas etc. Cuitele

trebuie s fie din materiale dure, cu geometrie adecvat. Se poate folosi

prelucrarea n pachet a discurilor.

-frezare se folosete pentru a realiza suprafee netede cu precizie ridicat, din plci

cu grosimi mari, canale, fante. Se folosesc maini de frezat rapide.

- lefuire se execut pe maini speciale cu disc abraziv.

4- prelucrarea orificiilor gurite sau filetate se realizeaz cu maini de gurit

universale cu burghie normale sau speciale. Orificiile cu diametrul de 15- 20 mm

se realizeaz n dou etape: se execut un orificiu cu diametru mai mic, dup care

se lrgete diametrul; orificiile peste 25 mm se lrgesc cu cuit montat n portcuit.

Diametrele rezult cu valori mai mici cu 0,05- 0,1 dect diametrul burghiului

datorit elasticitii materialului. Orificiile adnci necesit extragerea repetat a

burghiului pentru ndeprtarea achiilor, prin suflaj cu aer comprimat. Dup realizarea tuturor parilor componente ele se asambleaz in produsul finit, in cazul nostru, diferite tipuri de sigurane fuzibile.

In procesul fabricaiei siguranelor fuzibile, ca i in alte procese, trebuie respectate cu strictee normele de protecia muncii. Amintim cteva: personalul muncitor sa fie autorizat in funcie de meseria pe care o practica i sa poarte echipamentul de lucru i protecie;

utilajele in micare sa aib aprtori i avertizare audio i optica la pornire;

halele sau ncperile unde se executa lucrrile sa fie bine iluminate i aerisite;

etc.

9 Cteva din siguranele fuzibile cele mai comune, i domeniul lor de utilizare:

Sigurane fuzibile folosite pentru protecia aparatelor electrice ( gen radio, tv etc) si electronice. Dimensiuni 5x20mm, cu amperajul de la 100mA pana la 20 A, tensiune 250 V.

Sigurane fuzibile tip auto de la 5 pana la 40 A, 12V.

Sigurane fuzibile cu filet de la 6 pana la 63 A, 240/400 V.

Sigurane fuzibile cu mare putere de rupere MPR de la 6 pana la 630 A, 240/1000 V. 10Sigurana fuzibila de nalta tensiune i suportul ei, curentul poate fi de la 2,5 pana la 80 A i tensiunea nominala pana la 24kV.

Alte sigurane fuzibile nalta tensiune:

11