indrumar laborator echipamente electrice vol. i 2013

STCDiCL I~C"~LZIRII CAILOR CO;\Dl ( f , Rf

---.-.

PREFA

ndrumarul pentru lucrrile de laborator la disciplina Echipamente electrice care apare n dou volume, se adreseaz studenilor de la Facultatea de Inginerie Electric, Energetic i Informatic Aplicat, precum i inginerilor din domeniul energetic i electric.

Prin coninutul lor, n care un loc preponderent l ocup prezentarea principalelor tipuri de echipamente electrice cu utilizare larg n instalaiile electroenergetice, lucrrile de laborator au rolul de a accentua latura aplicativ a cunotinelor teoretice predate la curs, de a permite familiarizarea studenilor cu aspectele constructive i funcionale ale echipamentelor electrice, respectiv cu modul de utilizare al acestora.

Structura lucrrilor de laborator este astfel conceput nct s faciliteze nelegerea sensului fizic al parametrilor, caracteristicilor i funcionalitii echipamentelor electrice, asimilarea procedeelor curente de verificare a calitii acestora, cunoaterea i utilizarea echipamentului necesar pentru ncercri. Se au, de asemenea, n vedere aspectele utilizrii corespunztoare a elementelor de calcul aferente ncercrii echipamentelor electrice i interpretarea corect a rezultatelor obinute.

Volumul I al ndrumarului cuprinde un numr de 11 lucrri care urmresc prezentarea:

- solicitrilor termice ale cilor de curent; - aspectelor legate de contactele electrice; - unor echipamente de protecie i automatizare (sigurane fuzibile,

descrctoare, relee); - unor echipamente de comutaie de joas tensiune (contactoare

electromagnetice, ntreruptoare automate de tip miniatur) i de medie tensiune (ntreruptoare cu ulei puin, cu hexafluorur de sulf, cu vid).

Ne exprimm sperana c apariia acestei noi ediii a ndrumarului de laborator la disciplina de Echipamente Electrice va reprezenta o premiz important pentru o ct mai bun pregtire profesional a studenilor notri.

Iai, 21 mai 2013

Autorii

CUPRINS

Prefa.................................................................................................. 1

1. Studiul nclzirii cilor de curent............................................................. 3 2. Studiul contactelor electrice...................................................... 15 3. Studiul siguranelor fuzibile................................ 25 4. Studiul descrctoarelor electrice................................ 39 5. Relee de timp......................................................................................... 53 6. Relee cu logic programabil............................................. 69 7. Contactoare electromagnetice de curent alternativ..................................... 91 8. ntreruptoare de joas tensiune de tip miniatur................. 107 9. Studiul i verificrile ntreruptoarelor cu ulei puin de medie tensiune....... 125

10. Studiul i verificarea ntreruptoarelor de medie tensiune cu hexafluorur de sulf..........................................................

141

11. ntreruptoare de medie tensiune cu vid......................................................... 151 Bibliografie ............................ 167

A1. Meniurile interfeelor de reglare, control i comand ale standurilor ........... 169 A2. Parametri de material...................................................................................... 179 A3. Scheme electrice ale ntreruptorului de medie tensiune HD4....................... 181 A4. Scheme electrice ale ntreruptorului de medie tensiune VD4....................... 191 A5. Reguli generale de lucru i norme de tehnica securitii n laborator

197

Lucrarea nr. 1

Studiul nclzirii cilor de curent

1. Regimul tranzitoriu de nclzire a cilor de curent n cazul solicitrii termice de lung durat

Solicitarea termic de lung durat este produs sub aciunea curenilor

corespunztori regimurilor normale de sarcin. Din momentul stabilirii curentului, pe durata unui regim tranzitoriu de nclzire, temperatura cii de curent crete, evolund spre o valoare constant, de regim permanent.

Pentru o cale de curent omogen, suficient de lung sau care este prevzut la capete cu o izolaie termic de foarte bun calitate, gradientul de temperatur pe direcie axial este practic nul, nct ecuaia general a solicitrilor termice, se reine sub forma:

,)0(,1 020

stcJ ptaR

(1.1)

unde: att )()( (1.2)

reprezint supratemperatura n , sunt

rezistivitatea, respectiv densitatea materialului conductor la 0 oC, - coeficientul de variaie al rezistivitii cu temperatura, - densitatea de curent, - cldura specific, - transmisivitatea

termic global, - suprafaa seciunii transversale, - lungimea

perimetrului corespunztor seciunii transversale s, - temperatura cii de curent, - temperatura mediului ambiant.

][ C ]/[],[ 30 mkgm [R

]/[ 2mAJ]/[ 2 CmWt

][mp

][ C

]1C

]/[ CkgJc

][ 2ms

][ C

aDac se noteaz:

RptRpt

aRp sJ

scTsJ

sJ

20

20

20 ,

1

, ,

sJJ

R0

ptcr

(1.3)

][ Cp fiind supratemperatura de regim permanent, iar constanta de timp termic, ecuaia (1.1) se poate scrie sub forma :

][sT

0)0(,

TTdt

d p (1.4)

i admite soluia: TtTtp eet /0/1)( . (1.5)

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 4

3

2

1

t 0

2p

1p

0

Fig.1.1

Regimul tranzitoriu de nclzire n cazul densitii de curent critice, dat de relaia (1.3), soluia ecuaiei

(1.1) rezult de forma: .1)( 0

20

t

cJt aRcr (1.6)

Corespunztor relaiilor (1.5), (1.6), n Fig.1.1 este reprezentat grafic regimul tranzitoriu ( )t

J

crJ

, pentru urmtoarele valori ale densitii de curent: (curbele 1), (curba 2), (curbele 3). Se evideniaz

astfel c o condiie necesar de existen a solicitrii termice de lung durat este de forma , pentru care, din (1.3) rezult

crJJ crJ crJJ

J ,0p T>0; n acest caz supratemperatura de regim tranzitoriu tinde spre o valoare finit, p , de regim permanent:

crptJJt

,0)(lim . (1.7)

Pentru densiti de curent , rezult crJJ ,0p 0T conform Fig. 1.1 i relaiilor (1.3), (1.5), (1.6), n ipoteza , supratemperatura crete nedefinit n timp:

crJJ

crt JJt ,)(lim , (1.8)

limitarea supratemperaturii fiind posibil doar prin limitarea duratei procesului de nclzire. Acesta este cazul solicitrii termice de scurt durat, produs n mod obinuit sub aciunea curenilor de scurtcircuit. n ipotezele 0, 0 crJJ din (1.5) se obine:

pT 632,0)( , (1.9)

1. Studiul nclzirii cilor de curent 5 constanta de timp termic, T, se definete astfel ca durata n care supratemperatura de regim tranzitoriu, iniial nul, atinge valoarea p632,0 . n ipotezele menionate, din relaia (1.5) se obine:

pT 982,0)4( , (1.10) evideniindu-se astfel c dup o durat t=4T se poate considera atins supratemperatura de regim permanent (cu o eroare sub 2% n supratemperatur). n cazul solicitrii termice de lung durat corespunztoare unei ci de curent de lungime , prin neglijarea celui de-al doilea termen de la numitorii relaiilor ( ), se obin expresiile simplificate:

2,13.1

,,2

SmcT

SIR

tt

ap

(1.11)

][aR fiind rezistena cii de curent la temperatura mediului ambiant a , intensitatea curentului, - suprafaa de cedare a cldurii, m [kg]

masa cii de curent. ][AI ][ 2mS

2. Regimul permanent de nclzire al cilor de curent n regim permanent supratemperatura este constant, cldura degajat prin efect Joule n volumul cii de curent fiind cedat n ntregime, prin suprafaa lateral a acesteia, mediului ambiant; ecuaia general a solicitrilor termice [1], se particularizeaz n acest caz sub forma:

)( ap

t sp

, (1.12)

]/[ 3mWp reprezentnd pierderile specifice de putere n volumul cii de curent. Potrivit legii Joule Lenz, pierderile specifice n volumul unei ci de curent omogene se calculeaz cu relaia:

,1 20 Jkp Rp (1.13) unde reprezint coeficientul pierderilor suplimentare, datorate efectelor pelicular i de proximitate; acesta are valori supraunitare numai la nclzirea sub aciunea curentului alternativ a unor ci de curent masive sau a mai multor ci de curent amplasate la distane mici una n raport cu celelalte (de exemplu la cabluri multifilare).

pk

Din ecuaiile (1.12), (1.13), pentru temperatura de regim permanent se obine expresia:

Rppt

aptpp Iks

sIk

20

20

, (1.14)

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 6 unde:

sJI , (1.15) reprezint intensitatea (valoarea efectiv) a curentului care produce nclzirea. Relaia (1.14) permite: - calculul intensitii , a curentului admisibil printr-o cale de curent, pentru care se impune condiia

adI

adad , fiind temperatura limit admisibil corespunztoare solicitrii termice de lung durat; - verificarea nclzirii de regim permanent a unei ci de curent, produs sub aciunea unui curent de sarcin de intensitate adII ; prin calcul, n acest caz trebuie s rezulte ad ; - dimensionarea unei ci de curent care, parcurs de curentul nominal avnd intensitatea I=In, atinge la regim permanent temperatura adp .

3. Regimul periodic intermitent de nclzire al cilor de curent Echipamentele electrice sunt destinate uneori s funcioneze n regim intermitent, caracterizat prin variaia n timp, dup o anumit lege, a valorilor efective ale intensitii curentului. Regimul termic periodic intermitent, avnd perioada Ti dat de relaia:

T t ti c p , (1.16) se obine ca urmare a unei circulaii periodic-intermitente a curentului; valoarea (valoarea efectiv) a intensitii acestuia, Ii, este constant pe duratele de conducie tc, dar se anuleaz pe duratele de pauz, tp (Fig.1.2.).

Regimul periodic intermitent de nclzire se stabilete dac, pe duratele tp, supratemperatura conductorului nu se anuleaz, iar perioada Ti, a ciclurilor, ndeplinete condiia:

.106 2 sTi (1.17) Un parametru util n calculele referitoare la regimul intermitent este durata relativ de conectare, n general exprimat procentual i definit prin relaiile:

,100%,i

c

i

c

TtDC

TtDC (1.18)

tc fiind durata activ (de conducie) a regimului intermitent, iar Ti-perioada de repetiie a ciclurilor (valori standardizate: 10%, 25%, 40%, 60%, 100%).

1. Studiul nclzirii cilor de curent 7

t

max

min0

tc tp

Ti

Ii

i

t

max

min tc tp

Ti

Ii

i

a b

Fig.1.2 Curentul i temperatura n cazul solicitrii termice periodic intermitente:

a-regimul tranzitoriu; b-regimul cvasipermanent.

n cazul solicitrii termice intermitente, regimul tranzitoriu al temperaturii tinde spre un regim cvasipermanent (Fig.1.2.b), pe durata cruia temperatura oscileaz ntre limitele min, max, n jurul unei valori medii constante. Valorile minim, respectiv maxim ale regimului cvasipermanent sunt date de relaiile:

,1

1

,1

max

min

TT

Tt

ip

TT

TT

Tt

ip

i

c

i

ip

e

eI

e

eeI

(1.19)

ip I fiind supratemperatura de regim permanent corespunztoare solicitrii termice de lung durat a cii conductoare sub aciunea curentului de intensitate Ii, T-constanta de timp termic, Ti-perioada de repetiie a ciclurilor. Relaia (1.192) evideniaz faptul c supratemperatura maxim, max , corespunztoare regimului intermitent cvasipermanent, este mai mic n valoare dect supratemperatura ip I ; relaia (1.192) se mai poate scrie sub forma:

,k

e

eI

I

Tt

TT

imax

ip

c

i

1

1

1

(1.20)

k fiind factorul de suprancrcare pentru temperatur. n ipoteza T>>Ti, prin aproximarea linear a funciilor exponeniale din relaia (1.20), se obine:

kDC

1 , (1.21)

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 8 DC fiind durata relativ de conectare. Dac supratemperatura maxim a unei ci conductoare are aceeai valoare, indiferent dac solicitarea termic este de lung durat continu sau intermitent, se poate arta c, n funcionare intermitent, calea conductoare poate fi suprancrcat n curent. ntr-adevr, din condiia:

,I)I( imaxp (1.22) i, innd seama de relaiile (1.111), (1.20), se obine:

,

SkIR

kI

SIR

)I(t

iaip

t

ap

22

(1.23)

astfel nct, n final, se poate scrie: I k Ii i , (1.24)

unde:

k kDCi

1 1 (1.25)

reprezint factorul de suprancrcare n curent, I i Ii fiind intensitile curentului corespunztoare solicitrii termice continue, respectiv intermitente.

4. Cureni de suprasarcin. Caracteristici timp-curent

n regimuri normale de sarcin, solicitarea termic de lung durat este produs sub aciunea unor cureni avnd intensitatea adns III unde reprezint intensitile curenilor nominal, respectiv admisibil; temperaturile de regim permanent ale cilor de curent ating valori

adn II ,

adad , fiind temperatura admisibil.

Datorit unor receptoare avnd sarcin variabil n limite largi, de exemplu motoare asincrone, n instalaii apar regimuri de suprasarcin pe durata crora curenii au intensiti (orientativ adsc II adadsc III 6... ); n aceste cazuri temperatura crete n timp, tinznd s depeasc valoarea ad .

Dac durata de existen a curenilor de sarcin poate fi orict de mare, durata de meninere a curenilor de suprasarcin trebuie limitat n valoarea admisibil , corespunztoare momentului n care temperatura (t) a cii de curent atinge valoarea limit admisibil, ad .

innd seama de aceste considerente, condiia necesar i suficient de existen a solicitrii termice de lung durat este adadad JJJII ),( fiind valoarea admisibil a densitii de curent.

Dac se noteaz:

1, ** IIII

ad

sc , (1.26)


I

s

p

, i

t

i(t)

(t)ad

0

I

ad

Fig.1.3

Curentul de suprasarcin i regimul tranzitoriu al temperaturii dependena )( *I reprezint caracteristica timp-curent pentru o cale de curent. Expresia caracteristicii )( *I se determin impunnd condiia ca temperatura de regim tranzitoriu, (t), nregistrat din momentul t=0 al apariiei curentului de suprasarcin, Fig.1.3, s ating valoarea admisibil ad n momentul t adic:

ad )( . (1.27) innd seama de relaiile (1.2), (1.5) condiia (1.27) se scrie sub forma:

adaTpTpsc ee //1 , (1.28) ppsc , fiind supratemperaturile de regim permanent produse sub aciunea

curenilor avnd intensitile , respectiv . Potrivit relaiilor (1.111 ), (1.26), se obine:

scI sI

,, 22* aadpaadpsc I (1.29) unde reprezint gradul iniial de ncrcare al cii de curent, dat de relaia:

1, ad

s

II . (1.30)

innd seama de (1.28), (1.29), expresia caracteristicii timp-curent se obine din relaia (1.27) de forma:

1ln 2

*

22*

I

IT . (1.31)

Reprezentarea grafic a caracteristicii )( *I este dat n Fig.1.4, curbele 1, 2.

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 10 0

T/

I* 1 2 3 4 5 6

21

1 2 3

0

1

2

3

Fig.1.4

Caracteristici timp-curent O protecie la suprasarcin avantajoas sub raport tehnico-economic trebuie s aib caracteristica de protecie timp (de acionare) curent, curba 3, Fig.1.4, de aceeai form cu caracteristicile )( *I ale instalaiei protejate. Pentru asigurarea proteciei la orice valoare a curentului de suprasarcin, caracteristica de protecie trebuie s se gseasc sub caracteristicile

*I)( *I ; n

aceste condiii, curentul de suprasarcin este ntrerupt nainte de momentul atingerii temperaturii limit admisibile n instalaia protejat.

5. Programul lucrrii

5.1. Schema electric i standul experimental Cu ajutorul montajului, avnd schema electric prezentat grafic n

Fig.1.5 i a unui instrument virtual de achiziie a datelor, se nregistreaz curba de variaie a temperaturii ntr-un punct de pe calea de curent.

Standul experimental va prelua, printr-un sistem de achiziii de date, informaii despre temperatura cii conductoare i a intensitii curentului care o parcurge, convertindu-le corespunztor n scopul afirii pe panoul de comand al standului precum i pentru transmiterea ctre un calculator ce va permite afiarea grafic a curbelor de variaie ale temperaturii i curentului, respectiv va asigura memorarea datelor culese.

Calea de curent este realizat dintr-un conductor de cupru cu diametrul de 0,45 mm, n lungime de un metru, la mijlocul cii de curent fiind amplasat un senzor de temperatur de tipul LM35.


~230V

T1

R

ATR PR RELEU

ACHIZIIE DE DATE

SENZOR TEMPERATUR

C

UNT T2K

Cal

ea d

e cu

rent

Fig.1.5 Schema electric a standului

Studiul nclzirii cii de curent se poate face att n regim permanent ct i n regim intermitent, la valori ale curentului cuprinse ntre 1 A i 5 A. Pentru legtura cu instrumentul virtual (aplicaie software conceput n mediul de programare LabVIEW) standul a fost echipat cu o interfa serial RS 232, prin intermediul creia setrile realizate de la panoul de comand sunt transmise ctre calculator, Fig.1.6. Instrumentul virtual va permite prelucrarea datelor achiziionate i afiarea sub form grafic a evoluiilor temperaturii i curentului prin cale de curent. Totodat, aplicaia software d posibilitatea salvrii, sub form tabelar ntr-un fiier de tip text (.txt), a datelor achiziionate.

Prin intermediul panoului de comand i control al standului (taste i afiaj alfa-numeric) se stabilete regimul de lucru, curentul de lucru, timpii de nclzire etc., Fig.1.7. n Anexa 1.A este prezentat meniul interfeei dintre standul experimental i utilizator.

Fig.1.6

Instalaia experimental


LCD pentru afiare mesaje, reglaje parametri etc.

Taste pentru navigare n meniu

Fig.1.7 Panoul de comand i control

Odat lansat comanda achiziiei de date prin intermediul panoului de

comand i control, aplicaia software va ncepe s nregistreze i s prelucreze informaiile primite. Dac utilizatorul va accesa submeniul CARACTERISTICI de pe pagina de start a instrumentului virtual, acesta va afia curentul prin calea conductoare i temperatura cii conductoare, Fig.1.8.

Alturi de aceste caracteristici, n casete distincte vor fi afiate valorile instantanee ale timpului, curentului prin calea conductoare i ale temperaturii acesteia. De asemenea, ntr-o caset vor fi memorate dou temperaturi la dou momente n timp prestabilite, valori ale temperaturii ce vor fi folosite de ctre studeni n calculele din programul lucrrii.

Fig.1.8

Afiarea grafic a parametrilor achiziionai

1. Studiul nclzirii cilor de curent 13 La un moment dorit, prin apsarea tastei STOP ACHIZITIE, aplicaia ofer utilizatorului posibilitatea de salvare a datelor ntr-un fiier text, Fig.1.8. Ulterior, datele salvate pot fi prelucrate n programe de calcul tabelar, cu ar fi MS Excel.

5.2. Determinarea transmisivitii termice globale Calea de curent este supus nclzirii n regim permanent la un curent I (densitate de curent J) a crei valoare este precizat de conductorul lucrrii. Evoluia temperaturii ( ) va fi nregistrat de ctre instrumentul virtual care va preciza i valorile a dou temperaturi obinute la momentele de timp dorite.

t

Pentru determinarea constantei de timp termice T, se formeaz sistemul de ecuaii:

(1.32) ),1()(),1()( /2/

121 Tt

pTt

p etet

unde )( 1t , )( 2t sunt valori ale supratemperaturii de regim permanent la momentele i , unde 1 2tt 12 2 tt . n aceste condiii, din sistemul de ecuaii (1.32) se obine:

TtTtTt

eee

tt /

/

/

1

2 11

2

111

)()(

, (1.33)

de unde rezult:

][,1

)()(ln

1

2

1 s

tttT

. (1.34)

Transmisivitatea termic global t se calculeaz cu relaia ( ), valorile parametrilor termofizici de material fiind date n Anexa 2.

23.1

5.3. Regimul periodic intermitent Cu ajutorul standului experimental se supune calea de curent unui regim de nclzire periodic intermitent. Valoarea Ii a curentului intermitent, perioada Ti (durata de conducie tc i durata de pauz tp), respectiv durata regimului intermitent sunt date de conductorul lucrrii i vor fi stabilite de pe panoul frontal al standului. Se determin prin calcul valorile minim, respectiv maxim ale supratemperaturii regimului cvasipermanent folosind relaiile (1.19), i se compar cu valorile obinute experimental. Se observ dac supratemperatura maxim, max , corespunztoare regimului intermitent cvasipermanent, este mai mic dect supratemperatura ip I corespunztoare solicitrii termice de

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 14 lung durat a cii conductoare, produse sub aciunea curentului de intensitate Ii. Se calculeaz valoarea curentului intermitent care produce aceeai supratemperatur maxim cu cea dat de un curent cu circulaie continu prin calea conductoare. Se va considera durata relativ de conectare, DC=0,25, respectiv valoarea I a curentului de regim permanent de 2 A. Cu ajutorul standului se vor realiza cele dou regimuri de nclzire ale cii conductoare i se va observa dac supratemperaturile maxime sunt egale.

5.4. Verificarea experimental a unor puncte de pe caracteristica timp-curent

Cu valori precizate de conductorul lucrrii pentru parametrii

aadpk ,, se calculeaz, utiliznd relaia (1.14), intensitatea a curentului admisibil. Se determin apoi, cu relaia (1.26), curenii , dnd pe rnd intensitii Isc valorile stabilite de conductorul lucrrii. Deoarece nregistrrile s-au fcut pentru

adI

*2 II *3*1 ,I

321 , III

0 0 , cu relaia (1.31) n care se consider =0, se calculeaz duratele admisibile 321 ,, , corespunztoare curenilor

. Se verific pe nregistrrile *3*2*1 , III 1 (t), 2 (t), 3 (t) valorile duratelor 32 ,1 , . Rezultatele obinute se trec n Tab.1.1.

Tab.1.1 I [A] I*

Calculat

ad =.............[oC] a =..[oC]

Iad=...[A] ][s Msurat

6. Coninutul referatului Schema electric a montajului utilizat pentru ncercrile experimentale. Reprezentrile grafice ale nregistrrilor regimurilor tranzitorii de variaie a

temperaturii de la 5.2, 5.3. Calculele i rezultatele numerice obinute la 5.2, 5.3, 5.4 i tabelul de

date completat. Observaii i concluzii. 7. Bibliografie [1] Baraboi A., Adam M., Echipamente electrice (vol. I), Editura Gh. Asachi Iai,

2002.

Lucrarea nr. 2

Studiul contactelor electrice

1. Rezistena de contact Contactele electrice sunt elemente constructive ale cilor de curent,

constituite din piese metalice prin atingerea crora se obine conducia electric. Atingerea pieselor de contact se realizeaz sub aciune unei fore Fc, de apsare n contact, produs de obicei cu ajutorul unor dispozitive mecanice (resorturi pretensionate).

Prezena unui contact electric pe o cale de curent introduce ntotdeauna o rezistena de trecere suplimentar, numit rezisten de contact, Rc. Existena rezistenei de contact se explic pe seama a doua procese care se pun n eviden la nivelul contactului: striciunea liniilor de curent i acoperirea suprafeelor de contact cu pelicule disturbatoare. Se consider astfel c rezistena de contact are dou componente, rezistena de striciune, Rs, respectiv rezistena pelicular, Rp.

Indiferent de rugozitatea suprafeelor de contact, atingerea acestora nu poate avea loc dect ntr-un numr finit de puncte, Fig.2.1a; n aceste condiii, suprafaa real de contact, Ac, rezult ntotdeauna mult mai mic dect suprafaa aparent de contact, dependent de dimensiunile geometrice ale pieselor.

Suprafaa real de contact, Ac [m2], se poate calcula cu relaia dat de Holm:

2anH

FA cc

, (2.1)

unde Fc [N] este fora de apsare n contact, H [N/m2] duritatea materialului de contact, n numrul microsuprafeelor de contact, a [m] raza unei microsuprafee considerat circular,

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 16 Pentru contacte punctiforme, Fig.2.1b, suprafaa real de contact se

calculeaz cu relaia: 2a

HF

A cc . (2.2)

Duritatea H a contactelor este de aceeai natur cu duritatea Brinell, dar de valori diferite [2], n cazul contactelor electrice aceasta fiind, n general, mai mic; din aceste motive, duritatea H poate fi nlocuit n calcule cu rezistena la strivire, p [N/m2], a materialului de contact.

Din cele artate se trage concluzia c rezistena de striciune este o consecin a discontinuitii suprafeei transversale a cii de curent n zona contactului electric.

Rezistena de striciune, Rs [], pentru un contact punctiform se determin pe baza teoriei modelului sferei de conductivitate infinit, respectiv a modelului microsuprafeei de contact eliptice, [l], fiind dat de relaiile:

eliptic, modelului cazuln ,

2

sferic, modelului cazuln ,

a

aRs

(2.3)

unde [m] este rezistivitatea materialului de contact, iar a [m] raza microsuprafeei de contact.

Rezistena pelicular, Rp, se pune n eviden ca urmare a formrii pe suprafeele de contact a unor pelicule disturbatoare cu proprieti semiconductoare. Compoziia chimic i grosimea peliculei disturbatoare depind de natura materialului de contact, de temperaturile de funcionare, precum i de compoziia chimic a mediului n care contactele electrice funcioneaz.

Rezistena pelicular, Rp [] , se poate calcula cu o relaie de forma:

c

pop A

RR , (2.4)

Rpo [m2] fiind rezistena superficial specific, iar Ac [m2] suprafaa real de contact.

n practica proiectrii obinuite, calculul contactelor electrice se efectueaz inndu-se seama numai de rezistena de striciune; coreciile, atunci cnd este cazul, se introduc cu ajutorul relaiei:

psc RRR . (2.5) innd seama de (2.1), (2.3), (2.4), pentru un contact cu n puncte de

atingere, n calculul cruia se adopt modelul sferic al microsuprafeei de contact, relaia (2.5) devine de forma:

2anR

anR poc

. (2.6)

2. Studiul contactelor electrice 17 2. Influena forei de apsare n contact

contact

re de contact cu relaia (2.2), din care rezult:

asupra rezistenei de

ontactului punctiform, raza microsuprafeei circulan cazul ce calculeazs

HFa c

; (2.7)

substituind (2.7) n (2.31), se obine:

cs F

HR

. (2.8)

Relaia (2.8) evideniaz faptul ccu o poriune a cii de curent, avnd rezistena electric dependent de valorileforei de

un contact electric poate fi asimilat

apsare Fc. Pentru un contact cu n puncte de atingere, prin eliminarea parametrului

a ntre relaiile (2.1), (2.6), se obine:

c

po

cc F

HRHR

nF . (2.9)

Pentru determinarea rezistenei de contact n prin acoperiri metalice, se consider rezistivitatea materialului de baz i duritate

ilor c, m, e fiind determinate pe cale experimental. n Tab.2.1 sunt date valorile parametrilor c i e, [2], pentru

cazul contactelor realizate

a materialului utilizat pentru acoperire, [2]. n calculul contactelor electrice, relaia (2.9) se consider uzual sub

forma restrns: 1m ccc eFcFR , (2.10)

valorile parametrm=0,6, Rpo=10-12 m2, =0,45.

Tab.2.1

Uniti SI Materialul contactelor 104 c 104 e Argint

Sinterizat Cu W Cupru cositorit Cupru argintat

0,842 0,935 1,342 1,972 0,596 0,918

2,250 2,480 1,35012,600 0,225 2,250

Cupru neoxidat Aluminiu


Rc

Fc

0 Fig.2.2

Curba de variaie Rc= Rc(Fc)

n Fig.2.2 este reprezentat grafic curba de variaie Rc= Rc(Fc) pentru un contact electric. Histerezisul pus n eviden se explic prin valorile mai mari ale numrului n al punctelor de contact nregistrat la scderea forei Fc deoarece anterior, la creterea acesteia, n unele puncte de contact a fost depit limita domeniului de elasticitate a ma

terialului.

3. Solicitarea termic i electroeroziunea contactelor La bornele unui contact electric nchis i parcurs de un curent de

intensitate I, se nregistreaz cderea de tensiune pe contact Uc, dat de relaia: IRU cc , (2.11)

Rc fiind rezistena de contact. cu relaia [1]: nclzirea n regim permanent a contactului se calculeaz

2

4 pc

c TLUT [K], (2.12)

T [K] fiind temperatura suprafe d

2

c ei e con-8 2 fra Lorenz pe p

de cont evaluarea temperaturii de regim permanenmsurarea cderii de tensiune pe contact.

tact, Uc [V] cderea de tensiune pe ntru metale, T [K] - temperatura de contact, L=2,410 (V/K) - ci

regim permanent a cii de curent n puncte suficient de ndeprtate de suprafaa act. Relaia (2.12) prezint o mare importan practic, deoarece permite

t pe suprafaa de contact prin

n mod obinuit, pentru nclzirea n regim permanent a contactelor, se accept ca admisibile valorile Tc Tp=(510) K. Solicitarea termic n regim permanent de funcionare a unui contact electric se ncadreaz n limitele impuse dac este verificat relaia:

cadcT 15,273 , (2.13)

unde c [C] este temperatura admisibad il pe suprafaa de contact n cazul solicitrii termice de lung durat, avnd valori precizate n norme.

Contactele electrice de comutaie sunt supuse, n special la deschidere, aciunii arcului electric care produce electroeroziunea suprafeelor de contact.

2. Studiul contactelor electrice 19 Intensitatea acestui proces de uzur electric este

P

hotrtoare pentru durata de via a contactelor, exprimat prin numrul N de acionri n sarcin.

entru determinarea numrului de acionri n sarcin se utilizeaz relaii de calcul verificate pe cale experimental, de forma:

,5,10 2 AIqI

unde Q [kg] reprezint uzura electric a contactului (pierde

,5,10

9

9

Q

AIItq

Q

N aa (2.14)

rea de mas dup N acionri), I [A] intensitatea curentului ntrerupt, ta [s] durata de ardere a arcului electric, qa , q - constante de material, avn

Tab.2.2 Materialul qa [kg/C] q [kg/A2]

d valori precizate n Tab.2.2.

Cupru 3 210-4 Argint 1,8 ... 5 510-5

Impunnd o valoare admisibil pentru pierderea de masa Q a pieselor

de contact, cu rela n sarcin pe care c oate real

4. Program rrii

crui schem electric este prezentat n Fig. i un instrument virtual de achiziie a datelor se determin forele de apsare spectiv rezistenele de contact ale unor contacte de tip p in cupru, respectiv argint, Fig.2.4a.

iile (2.14) se poate evalua numrul maxim de acionriontactul l p iza.

ul luc 4.1. Standul experimental

Folosind standul experimental a 2.3 , cderile de tensiune, reunte d

~230V

K TPR 1 PR 2 RELEU

Ag

ATR I

Cu

~230V

Ib



UCu

ContactCu

ContactAg

I

UAg

Fc Fc

Fc Fc

Fa

Fig.2.4

Contacte de tip punte Pentru legtura cu instrumentul virtual (aplicaie software conceput n

mediul de programare LabVIEW) standul a fost echipat cu o interfa serial RS232, prin intermediul creia setrile realizate de la panoul de comand al standului sunt transmise ctre calculator, Fig.2.5. Instrumentul virtual va permite cule rea datelor de la standul experimental, prelucrarea i afiarea rezultatelor o

Prin intermediul panoului de comand i control al standului (taste i afiaj alfa-numeric) se stabilete numrul de msurtori ce vor fi realizate, reglajul tensiunii i mrimile achiziionate (fora de apsare i cderile de tensiune pe contactele din cupru Anexa 1.B este prezentat meniul interfeei dintre standul ex r.

a

b

gebinute.

i argint), Fig.2.6. n perimental i utilizato

Fig.2.5


2. Studiul contactelor electrice 21


Achiziia datelor se realizeaz psarea butonului OK de pe panou

de comand al standului, a tndu-se pn la atingerea numrului de msurtori prestabilit.

La finalizarea procesului de achiziie a datelor, instrumentul virtual ofer posibilitatea utilizatorului de salvare a datelor (Fig.2.7) ntr-un fiier de tip text.

prin a l ceast operaiune repe

Fig.2.7 Afiarea datelor experimentale

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 22 4.2. Determinarea forei de apsare n contact i a rezistenei de contact. Reprezentarea caracteristicii Rc(Fc) Fora activ Fa care acioneaz asupra sistemului de contacte (contactul

din argint, respectiv din cupru) a fost obinut cu ajutorul unui electromagnet de c.c., modificarea valorii acesteia fiind posibil prin variaia curentului Ib care parcurge bobina electromagnetului.

Fora de apsare n contacte, F , se determin cu relaia: c

,4

ac

FF (2.15)

unde: Fa fora activ dat de electromagnet. Rezistena de contact pentru fiecare tip de contacte (Ag i Cu) se

calculeaz cu relaiile:

IU

R AgcAg

2,

IUR CucCu

2

, (2.16)

unde I este curentul care circu iar UAg i UCu sunt cderile de tensiune de pe cele dou tipuri de contacte, Fig.2.4b

ezultatele obinute, att pentru contactul din Cu ct i pentru cel din Ag, se trec n tabele de forma Tab.2.3.

.2.3 Nr. crt.

F[N] [mV] [N] [m] [A] [m] [K]

Tp [K]

Tc- Tp [K]

N

l prin sistemul de contacte i are valoarea de 5 A,

. R

Taba U Fc Rc I n a c m Tc

1 2

20 Folosind datele din Tab.2.3 se traseazRc, n funcie de fora de apsare n contact, Fc, pentru contactul din

re p

afee de contact Numrul n al punctelor de contact se determ

curba de variaie a rezistenei de contact, cupru, s ectiv cel de argint.

4.3. Determinarea numrului punctelor de contact i a razei unei microsupr

in cu relaia (2.9), n care se consider Rpo = 0 i = 0,5 . 0,6; apoi, utiliznd relaia (2.1), se calculeaz valorile razei a, corespunztoare unei microsuprafee de contact; constantele de material sunt date n Anexa 2.

2. Studiul contactelor electrice 23 Rezultatele obinute se trec n Tab.2.3, pentru fiecare valoare a forei de

apsare n contact.

. alu a ram trilor c

a Rc(F ob experimental te curba medie, Rc (Fc).

Pentru dou puncte suficient de ndeprtate de pe aceasta, A(Fc1,Rc1), B( ,Rc2), innd seama de (2.10) n care se consider e=0, se formeaz sistemul de ecuaii:

ru parametrii c i m (pentru Cu i Ag) n urma luionrii sistemului (2.17) se trec n Tab.2.3, comparndu-se cu cele

precizat

.5. Evaluarea temperaturii de regim permanent a suprafeei de

e valoare a temperaturii Tp, precizat

masa M a pieselor de contact i se consider pentru uzura admisib a acestora valoarea Q = (0,4 . 0,5) M.

z i se trece n Tab.2.3 numrul maxim, , de acionri n sarcin pe care contactele studiate l pot realiza, comut

a montajului utilizat pentru ncercrile experimentale. Tabelele 2.3 cu datele prelucrate.

eristicilor c(Fc), Rc(Fc), Tc p c

[1] Bara ai,

[2] Hort[3] Suci I., Bazele calculului solicitrilor termice ale aparatelor electrice. Editura

Tehnic, Bucureti, 1980.

4.4 Ev are pa e i m Plecnd de l curba c) inut se define

Fc2

mcFcR 1

'c1 ,

mcFcR 2

'c2 , (2.17)

n care necunoscutele sunt c i m. Valorile obinute pent

soe n Tab.2.1; se explic eventualele diferene. 4 contact i a numrului maxim de acionri Valorile temperaturii Tc, nregistrate n regim permanent pe suprafaa de

contact, se calculeaz cu relaia (2.12) pentru fiecar de conductorul lucrrii. Se evalueazilCu una din relaiile (2.14) se calculea Nnd curentul avnd intensitatea I cu valoarea de la 4.2. 5. Coninutul referatului

Schema electric

R -T =f(F ). Reprezentarea grafic a caract Observaii i concluzii.

6. Bibliografie boi A., Adam M., Echipamente electrice (vol. I). Editura Gh. Asachi I2002.

opan Gh., Aparate electrice. EDP, Bucureti, 1980. u

Lucrarea nr. 3

Studiul siguranelor fuzibile

1. Parametrii i caracteristicile siguranelor fuzibile Siguranele fuzibile sunt echipamente care asigur protecia instalaiilor mpotriva efectelor termice ale supracurenilor (cureni de suprasarcin i de scurtcircuit); dac siguranele funcioneaz cu efect de limitare, se obine protecia i mpotriva efectelor electrodinamice ale curenilor de scurtcircuit. Funcionarea unei sigurane fuzibile const n ntreruperea circuitului ca urmare a topirii elementelor fuzibile calibrate n acest scop, atunci cnd curentul care le parcurge are intensiti ce depesc o anumit valoare, pe o durat determinat. Principalele repere constructive ale unei sigurane fuzibile, Fig.3.1, sunt:

- soclul, care reprezint partea fix a siguranei, coninnd contactele fixe 1, prevzute cu bornele de conexiune 2, amplasate pe piesa electroizolant 3;

- elementul nlocuitor 4 care, nglobnd elementul fuzibil, poate fi nlocuit dup funcionarea siguranei i nainte de repunerea ei n funciune;

- elementul fuzibil 5, constituit din una sau mai multe benzi calibrate, avnd rolul de a se topi la funcionarea siguranei;

- materialul de umplutur 6 (nisip de cuar). Funcionarea n regim nominal a unei sigurane fuzibile este caracterizat prin curentul nominal de intensitate In, sub aciunea cruia supratemperaturile de lucru, c , ale contactelor, Fig.3.1, nu trebuie s depeasc valorile admisibile, precizate n norme. Prin aceasta se asigur, pe durata oricrui regim normal de funcionare, limitarea fluxului termic transmis prin conducie spre calea de curent, evitndu-se funcionarea ntregului echipament la temperaturi superioare celor admisibile.

Funcionarea la suprasarcin a siguranelor fuzibile are loc prin topirea elementului fuzibil, iar la unele variante constructive, pe baza efectului metalurgic. n ultimul caz, Fig.3.1, pe elementul fuzibil 5 (realizat n mod obinuit din cupru, avnd temperatura de topire 1083 oC) se fixeaz o anumit cantitate de material eutectic 7 (aliaj 62% Sn, 38% Pb), avnd temperatura de topire de 183 oC. La nclzirea benzii parcurse de curent, eutecticul ia temperatura acesteia, pn la atingerea temperaturii sale de topire; n continuare are loc o reacie de dizolvare a benzii n materialul eutectic topit, urmat de iniierea arcului electric de deconectare.


Fig.3.1

Distribuia supratemperaturii n regim permanent

Funcionarea la suprasarcin pe baza efectului metalurgic se produce la temperatura de topire a eutecticului, nct fluxul termic de transmisie prin conducie a cldurii spre contacte i cile de curent este limitat.

Un regim critic de funcionare al unei sigurane fuzibile corespunde curentului minim de fuziune, avnd intensitatea If min > In, sub aciunea cruia durata de ntrerupere a circuitului este teoretic infinit. Intensitatea If min [A] a curentului minim de fuziune corespunztor unei singure benzi fuzibile (unui fir fuzibil) se determin din condiia ca punctul de topire, f [oC] (al elementului fuzibil sau al materialului eutectic) s fie atins pentru t , deci n regim permanent de nclzire. n aceste condiii, pentru kp =1, potrivit relaiei (1.14), se obine:

)1(

)(min

fRo

afptf

slI

, (3.1)

unde t [W/m2 oC] reprezint transmisivitatea termic global, s [m2], lp [m]- suprafaa seciunii transversale a elementului fuzibil, respectiv lungimea perimetrului acestei seciuni, a [oC]- temperatura mediului ambiant, o [m]- rezistivitatea la 0 oC a materialului elementului fuzibil, R [oC-1]- coeficientul termic al rezistivitii. Sub aciunea unui supracurent de intensitate Isc > If min care apare n momentul t = t0, Fig.3.2, temperatura elementului fuzibil crete de la valoarea p, corespunztoare curentului de sarcin de intensitate Is < If min, la valoarea f, corespunztoare punctului de topire.

3. Studiul siguranelor fuzibile 27

I

Is

t

t

p

f

v

0

0

Isc

If min

t0 t3 t4

t2t0 t3 t4t1

Fig.3.2 Evoluia temperaturii firului fuzibil la apariia unui supracurent

Pe durata t1 t t2 are loc topirea, apoi temperatura fazei lichide crete

pn la valoarea v, corespunztoare punctului de vaporizare al fuzibilului. n momentul t3 al vaporizrii conducia se ntrerupe i, sub aciunea supratensiunilor de comutaie, n elementul nlocuitor se amorseaz arcul electric de deconectare. Durata de ardere a acestuia, ta=t4-t3, depinde de tipul dispozitivului de stingere cu care este prevzut sigurana. Corespunztor etapelor de funcionare prezentate, drept parametri ai unei sigurane fuzibile se definesc urmtoarele durate: - durata de prearc (de fuziune) tpa=t3-t0, ca fiind timpul nregistrat ntre momentul apariiei unui curent capabil s topeasc elementul fuzibil i momentul amorsrii arcului electric; - durata arcului electric, ta, msurat din momentul amorsrii acestuia i pn la stingerea sa definitiv; - durata de ntrerupere a circuitului (de funcionare), a, reprezentnd suma duratelor de arc i prearc. Caracteristica de protecie timp-curent, reprezentnd variaia timpului de funcionare al unei sigurane fuzibile n funcie de supracurent, se poate

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 28 exprima n dou variante: caracteristica de topire, tpa(I*), respectiv caracteristica de ntrerupere, a(I*), unde s-a notat:

1min

* f

sc

III , (3.2)

Isc fiind intensitatea supracurentului (curent de suprasarcin sau de scurtcircuit), iar If min - intensitatea curentului minim de fuziune. Deoarece durata de ardere a arcului electric este de circa s, n zona curenilor de suprasarcin caracteristicile tpa(I*) i a(I*) practic se suprapun.

3105

Dup caracteristicile timp-curent, Fig.3.3, siguranele fuzibile pot fi: 1-rapide, 2-inerte, 3-inert/rapide i 4-ultrarapide. Variantele moderne de sigurane fuzibile funcioneaz, la scurtcircuit, cu efect de limitare, durata de ntrerupere fiind mai mic de 0,01s. Oscilogramele funcionrii unei sigurane fuzibile cu efect de limitare sunt prezentate n Fig.3.4a,b, pentru curentul simetric de scurtcircuit, respectiv cel asimetric, unde s-au notat: ip-curentul prezumat, definit ca fiind acel curent care ar parcurge circuitul dac sigurana fuzibil nu ar funciona, ipt-curentul prezumat tiat, definit ca valoarea instantanee a curentului prezumat n momentul apariiei arcului electric, il-curentul limitat ce trece prin sigurana fuzibil (valoare momentan) dup amorsarea arcului electric, ilt-curentul limitat tiat, definit ca valoarea instantanee maxim a curentului limitat, tpa-durata de prearc, ta-durata de ardere a arcului electric, tpa+ta-durata de funcionarea a siguranei fuzibile.

a

1 I*5 10 15

1

2

3

4

Fig.3.3

Caracteristici de protecie timp-curent


i

ipt ilt

ip

il

ta

tpa

i

ipt ilt

ip

il

ta

tpa t t

a b Fig.3.4

Curentul limitat tiat

Se constat c, dup topirea complet a elementului fuzibil i deci dup amorsarea arcului electric, curentul mai crete puin, deoarece rezistena arcului este nc mic. Se poate observa c, n cazul curentului de scurtcircuit asimetric, limitarea curentului este mai pronunat, iar durata de prearc - mai mare dect n cazul curentului de scurtcircuit simetric.

Pentru aceste sigurane prezint importan caracteristicile amplitudinii curentului tiat, Fig.3.5, prin care se stabilete dependena, n condiii determinate de funcionare, ntre valoarea instantanee a intensitii ilt a curentului limitat tiat i valoarea efectiv, Ikp, a intensitii curentului prezumat de scurtcircuit.

ilt[kAmax]

Ikp [kAef]

In5

< . . . <

In4 In3 In2 In1

In1 In5

Fig.3.5

Caracteristica amplitudinii curentului tiat

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 30 Efectul de limitare al siguranelor fuzibile este cu att mai pronunat cu

ct valoarea curentului nominal al siguranei este mai mic i curentul de scurtcircuit - mai mare. Evident, cu ct aceast limitare a curentului de scurtcircuit este mai pronunat, cu att sunt mai mari supratensiunile care apar n circuitul ntrerupt.

Pe baza acestor parametri se definete capacitatea de rupere a unei sigurane fuzibile care reprezint intensitatea curentului prezumat tiat pe care aceasta este capabil s-l ntrerup, sub o tensiune tranzitorie de restabilire specificat i n condiii prescrise de funcionare. Prin limitarea curentului de oc la valoarea ilt, Fig.3.4, siguranele fuzibile cu efect de limitare asigur protecia instalaiilor i mpotriva efectelor electrodinamice ale curenilor de scurtcircuit.

2. Construcia i funcionarea siguranelor fuzibile

n instalaiile de joas tensiune se folosesc sigurane fuzibile realizate ntr-o mare varietate de tipuri constructive, dintre care se desprind trei categorii principale i anume: - sigurane fuzibile cu mare putere de rupere (MPR), folosite n instalaii industriale pentru cureni nominali de 10 (20)...1000 A i capacitate de rupere nominal de zeci de kiloamperi; - sigurane fuzibile cu filet, folosite n instalaii industriale i casnice, avnd intensitatea curentului nominal de 4...100 A i capacitatea de rupere de maximum 35 kA; - sigurane fuzibile miniatur, utilizate pentru protecia unor aparate electrice (redresoare i invertoare de mic putere, aparate radio i TV etc.) caracterizate prin intensiti ale curentului nominal de pn la 10 A (20 A) i prin capaciti de rupere la scurtcircuit de pn la 2 kA. Elementul nlocuitor al unei sigurane tip MPR, Fig.3.6, conine elementele fuzibile 1, amplasate n interiorul anvelopei de porelan 4, umplut cu materialul granulos (nisip de cuar) 5. Anvelopa de porelan este etanat cu ajutorul garniturilor 6 i al capacelor metalice 2. Pentru montarea n soclu, elementul nlocuitor are prevzute contactele de tip cuit 7, executate din cupru argintat. Funcionarea siguranei este semnalizat prin percutorul 3. Elementele fuzibile 1 ale unei sigurane de tip MPR se realizeaz din band de cupru sau argint, cu limi de 4...10 mm i grosimi de 0,1...0,5 mm, un element nlocuitor coninnd 1...6 benzi conectate n paralel.


723

4

15

6

7

a b

c

1 2 12

12

Topire la suprasarcina

Topire la scurtcircuit

2 1

Fig.3.6 Fig.3.7 Elementul nlocuitor al Elemente fuzibile ale unui unei sigurane unei sigurane tip MPR fuzibile tip MPR

n Fig.3.7 sunt prezentate elemente fuzibile ale siguranelor de tip MPR. Funcionarea la scurtcircuit are loc prin topirea benzilor fuzibile 1 n dreptul perforaiilor, unde suprafaa seciunii transversale ajunge la 12...25% din suprafaa maxim, iar funcionarea la suprasarcin are loc pe baza efectului metalurgic, produs ca urmare a topirii materialului uor fuzibil (eutectic) 2.

Soclul unei sigurane fuzibile de tip MPR, Fig.3.8, este alctuit din suportul electroizolant ceramic 1, pe care se gsesc contactele elastice 2, prevzute cu bornele de conexiune 3. Fora de apsare n contact este asigurat de resorturile 4.

2

3

4 4

2

3

1

4A

A

Sectiunea A - A

Fig.3.8

Soclul unei sigurane fuzibile tip MPR

Siguranele fuzibile cu filet, n funcie de tipul soclului, pot fi cu legturi n fa (LF), respectiv cu legturi n spate (LS).

Siguranele de tip LF se pot monta pe plci metalice sau electroizolante, bare sau profile, conexiunile electrice fiind executate pe partea din fa a soclului. Bornele de legtur pot fi protejate cu capac electroizolant, existnd

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 32 ns i socluri neprotejate (simbolizate LFi). n Fig.3.9a este reprezentat un soclu pentru sigurane LF, iar n Fig.3.9b - un soclu pentru sigurane LFi.

a b

Fig.3.9 Socluri de sigurane fuzibile cu filet Siguranele fuzibile de tip LS se monteaz

numai pe panouri electroizolante (marmur, azbociment) deoarece piesele de fixare mecanic pe panou servesc n acelai timp i ca borne pentru conexiune electric, Fig.3.10. Se observ pe picioarele soclului dou piulie, una servind pentru fixarea mecanic a soclului pe panou, iar cealalt, mpreun cu dou aibe - pentru conectarea conductorului de legtur.

Fig.3.10

Soclu siguran LS

Fig.3.11 Fig.3.12

Capac filetat Patroane fuzibile pentru sigurane LF, LFi, LS

3. Studiul siguranelor fuzibile 33 Soclurile siguranelor fuzibile cu filet tip LF, LFi, LS sunt prevzute cu

acelai tip de capac filetat, Fig.3.11, necesar fixrii elementului nlocuitor. Pentru instalaiile supuse la vibraii, aceste capace se execut cu partea filetat striat, mpiedicndu-se astfel deurubarea. Elementele nlocuitoare (patroanele fuzibile), Fig.3.12, sunt identice pentru diversele tipuri de socluri, dar difer n funcie de valorile intensitii curentului nominal.

n instalaiile cu tensiuni nominale mai mari de 1 kV se utilizeaz sigurane fuzibile de medie tensiune, cu material de umplutur.

Siguranele de acest tip, Fig.3.13, sunt construite din unul sau mai multe fire fuzibile 3, din cupru argintat, introduse ntr-un tub cilindric 1 din material izolant (porelan, sticl, rini), n care se afl i materialul de umplutur 5. n funcie de valoarea curentului nominal, firele fuzibile pot fi spiralate uniform pe un suport 4, Fig.3.13a,b, sau pot fi realizate sub form de spiral liber, Fig.3.13c. Tubul izolant este nchis la capete cu ajutorul unor capace de alam 2. Funcionarea siguranei poate fi semnalizat de o armtur special fixat prin intermediul unui resort elicoidal de un fir indicator 6. Deoarece topirea fuzibilului este cu att mai rapid cu ct acesta are o seciune mai mic, pentru cureni nominali mari se utilizeaz mai multe fire fuzibile conectate n paralel. Diminuarea supratensiunilor de comutaie se obine prin confecionarea firelor fuzibile cu seciune variabil.

2

1

2

2

1

2

1

2

3

3 3

4

66 6

5

5

a b c

Fig.3.13 Sigurane fuzibile cu material de umplutur

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 34 Funcionarea temporizat, pentru protecia la cureni de suprasarcin, se obine pe baza efectului metalurgic. Pentru instalaiile de nalt tensiune sunt cunoscute, de asemenea [1], variante constructive de sigurane fuzibile funcionnd cu autosuflaj de gaze, cu alungire mecanic a arcului electric etc.

Sub aciunea curenilor de suprasarcin, elementul fuzibil al unei sigurane se nclzete ntr-un interval de timp relativ lung, nct distribuia

)(x a supratemperaturii are alura din Fig.3.1. Topirea la suprasarcin se produce fie n punctul corespunztor supratemperaturii maxime, m , fie la locul de amplasare a materialului eutectic 7. Sub aciunea curenilor de scurtcircuit, nclzirea elementului fuzibil se consider adiabatic, nct integrala Joule [2], se poate exprima sub forma:

Ksdttipat

k 20

2 )( , (3.3)

unde ik(t) este intensitatea curentului de scurtcircuit, s - suprafaa seciunii transversale a elementului fuzibil, iar K - o constant de material (pentru cupru 11,721016 A2s/m4, iar pentru argint 81016 A2s/m4, ). Pentru domeniul curenilor de scurtcircuit n care sigurana funcioneaz fr efect de limitare, valoarea integralei din relaia (3.3) se poate calcula prin metoda curentului echivalent de scurtcircuit, [1]. Astfel se poate scrie:

, (3.4) pak

t

k tnmIdttipa

)()( 2"0

2 "kI fiind valoarea efectiv a intensitii curentului de scurtcircuit simetric iniial,

iar m, n - coeficienii de corecie. Dac pe durata de prearc valoarea efectiv a intensitii supracurentului este constant, Isc, relaia (3.3) devine de forma:

, (3.5) KstI pasc 22

de unde, innd seama de (3.2), se obine:

2min

2*

2

fpa II

Kst

. (3.6)

3. Programul lucrrii

3.1. Studiul construciei siguranelor fuzibile

Se studiaz siguranele fuzibile existente la lucrare, identificndu-se i schindu-se elementele componente ale diferitelor variante constructive.

3. Studiul siguranelor fuzibile 35 3.2. Schema electric i standul experimental

Cu ajutorul montajului avnd schema electric prezentat n Fig.3.14 i a unui instrument virtual de achiziie a datelor se obin i se nregistreaz datele experimentale, respectiv se traseaz curba de protecie timp-curent pentru siguranele fuzibile verificate.

~230V

TATR C1-1

ACHIZIIE DE DATE

C1

UNT K

C2

C2-1

SF


Standul experimental preia, printr-un sistem de achiziie de date,

informaii despre curentul care trece prin siguranele fuzibile i timpul de funcionare al acestora, convertindu-le corespunztor, n scopul afirii pe panoul de comand al standului, precum i pentru transmiterea ctre un calculator ce permite afiarea grafic a caracteristicii de protecie (de topire) timp-curent a siguranelor fuzibile, respectiv asigur memorarea datelor culese.

Fig.3.15 Instalaia experimental

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 36 Pentru legtura cu instrumentul virtual (aplicaie software conceput n

mediul de programare LabVIEW) standul a fost echipat cu o interfa serial RS232, prin intermediul creia setrile realizate de la panoul de comand al standului sunt transmise ctre calculator, Fig.3.15. Instrumentul virtual permite culegerea datelor de la standul experimental, prelucrarea acestora i afiarea sub form grafic, la finalul ncercrilor, a caracteristicii timp-curent.




Prin intermediul panoului de comand i control al standului (taste i

afiaj alfa-numeric) se stabilete numrul de puncte achiziionate, curentul minim de fuziune etc., Fig.3.16. n Anexa 1.C este prezentat meniul interfeei dintre standul experimental i utilizator.

Fig.3.17

Afiarea grafic a parametrilor achiziionai

3. Studiul siguranelor fuzibile 37 n momentul drii comenzii pentru achiziionarea datelor, aplicaia software ncepe s nregistreze i s prelucreze informaiile primite, iar pe pagina de start apare curentul minim de fuziune, respectiv valorile numerice ale curentului i timpului, achiziionate la fiecare ncercare. Dup finalizarea procesului de achiziie a datelor instrumentul virtual realizeaz o reprezentare grafic a caracteristicii timp-curent a siguranei fuzibile, respectiv ofer utilizatorului posibilitatea de salvare a datelor ntr-un fiier text, Fig.3.17.

Ulterior, datele salvate pot fi prelucrate n programe de calcul tabelar, cum ar fi MS Excel.

3.3. Determinarea experimental a caracteristicii de protecie Pentru sigurana fuzibil cu filet SF se confecioneaz n elemente

nlocuitoare, fiecare cu elementul fuzibil constituit dintr-un fir de cupru, al crui diametru dc se msoar cu micrometrul (n fiind un numr precizat de ctre conductorul lucrrii).

Cu relaia (3.1) se calculeaz intensitatea If min a curentului minim de fuziune, considernd pentru fuzibilul funcionnd n aer t = 150...250 W/m2 oC.

Determinrile experimentale se vor realiza n urmtoarea ordine: - se asigur conectarea interfeei seriale dintre stand i calculator; - se pornete calculatorul i se deschide aplicaia software; - se alimenteaz standul experimental; - se alege din meniu valoarea curentului minim de fuziune; - se alege din meniu numrul de puncte de msur; - se trece la achiziionarea datelor; - se regleaz, de ctre stand, curentul de ncercare n funcie de curentul

minim de fuziune, ales anterior; - se determin punctele de pe caracteristica timp-curent, astfel:

se monteaz elementul nlocuitor (patronul fuzibil) n soclul siguranei fuzibile SF; standul experimental va afia un mesaj de interogare a prezenei siguranei n soclu, respectiv a executrii testului, iar pentru confirmare se apas tasta OK; se va obine curentul, respectiv timpul de topire al fuzibilului; se apas tasta OK pentru a se trece la urmtoarea ncercare (se efectueaz 3 ncercri la aceeai valoare a curentului); se reiau paii anteriori (cei marcai cu ) pentru fiecare valoare a curentului; - dac procesul de verificare al siguranei fuzibile s-a ncheiat, se d

comanda TERMINARE LUCRARE; - dup ce tensiunea a fost anulat, se deconecteaz standul.

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 38 Datele obinute se trec n Tab.3.1 pentru elemente fuzibile funcionnd n aer, respectiv n nisip de cuar. Timpul msurat tpa va fi media celor 3 timpi obinui pentru fiecare valoare a curentului Isc.

Tab.3.1 Siguran fuzibil cu filet, element fuzibil din cupru dc = ............ [m], s = ............ [m2], lp = ............ [m], t = ............ [W/m2 oC] K = ............ [A2s/m4], If min= ............ [A]

Isc [A] ..................................

min*

f

sc

III ..................................

Fuzibil n aer .................................. Msurat Fuzibil n nisip .................................. tpa [s]

Calculat ..................................

3.4. Verificarea prin calcul a caracteristicii de protecie Cu ajutorul relaiei (3.6) se calculeaz valorile duratei de prearc corespunztoare supracurenilor la care s-au efectuat ncercrile experimentale n 3.3. Rezultatele obinute prin calcul se trec n Tab.3.1, comparndu-se cu valorile msurate. 4. Coninutul referatului Parametrii i caracteristicile constructive ale siguranelor fuzibile existente

la lucrare. Schema electric a montajului utilizat pentru ncercrile experimentale. Tabelul de date completat. Caracteristicile de protecie timp-curent determinate experimental, respectiv

prin calcul. Observaii i concluzii.

5. Bibliografie

[1] Adam M., Baraboi A., Echipamente electrice (vol. II), Editura Gh. Asachi Iai, 2002.

[2] Barbu I., Sigurane electrice de joas tensiune, Ed. Tehnic Bucureti, 1983.

Lucrarea nr. 4

Studiul descrctoarelor electrice 1. Aspecte funcionale cu privire la descrctoare Descrctoarele sunt echipamente electrice care asigur protecia izolaiei instalaiilor mpotriva supratensiunilor. Solicitrile electrice ale izolaiei au urmtoarele cauze: - tensiunea de serviciu, avnd frecvena industrial n cazul instalaiilor de c.a., solicitare de lung durat, cu valori maxime prescrise; - supratensiunile temporare, avnd durate de existen limitate, n care se depesc valorile maxime ale tensiunii de serviciu; - supratensiunile de comutaie, reprezentnd solicitri de scurt durat, avnd forma unor oscilaii amortizate; - supratensiunile externe, de origine atmosferic, produse n urma descrcrilor electrice din natur (lovituri de trsnet), avnd durate foarte mici i valori de vrf mari, independente de tensiunea nominal a instalaiei. Pentru ncercrile de laborator ale izolaiei, supratensiunile temporare sunt asimilate cu tensiuni mrite de frecven industrial, iar supratensiunile de comutaie i cele atmosferice, cu unde de impuls de tensiune, avnd parametrii precizai n Fig. 4.1, unde s-a notat: um valoarea de vrf, Tf durata frontului, Tsa durata de semiamplitudine, Oc originea convenional.

um

0 Oc TsaTf t

u

0,5 um

0,9 um

0,3 um

Fig.4.1

Parametrii undei de impuls de tensiune

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 40 Supratensiunile atmosferice sunt modelate prin unde normale de impuls de tensiune de 1,2/50 s (Tf = 1,2 s, Tsa = 50 s), iar cele de comutaie, cu unde de 250/2500 s. Tensiunea nominal de inere (izolaie) n raport cu o anumit solicitare electric reprezint valoarea maxim a tensiunii de ncercare respective, pe care izolaia o suport fr conturnri i strpungeri; n cazul supratensiunilor de frecven industrial (supratensiuni temporare) durata ncercrii este limitat de obicei la 1 minut. Nivelul de izolaie nominal al echipamentelor de nalt tensiune se definete prin tensiunea nominal de inere (de izolaie) la und de impuls normal de 1,2/50 s, la care se adaug fie tensiunea nominal de inere la und de impuls normal de 250/2500 s (pentru tensiuni nominale Un>300 kV), fie tensiunea nominal de inere la supratensiuni de frecven industrial (pentru tensiuni nominale 1 kV

4. Studiul descrctoarelor electrice 41 unde = 4 .... 6 (valori pentru carbura de siliciu) reprezint coeficientul de neliniaritate, iar k o constant. Rezistena dinamic a discurilor, Rod, se definete pe seama relaiei:

diduRod ; (4.2)

prin difereniere, din (4.1) se obine:

11

uk

Rod . (4.3)

1

3 4

4

2

E1

E2

E3

E4

R1

R2

R3

R4

Ro

LEA LEA

a b

c

E1 E2

E3 E4

Fig.4.2

Descrctor cu rezistena variabil

i Rod

u

i

Rod

0 Fig.4.3

Caracteristica volt-amper i rezistena dinamic pentru un disc de carbur de siliciu (carborund)


um

im

u(t)

uai

t1 t2 t3 t4

id

ii

us

t

ur

i u

Fig.4.4

Evoluia tensiunii pe durata funcionrii unui descrctor cu rezisten variabil

n Fig.4.3 sunt reprezentate grafic curbele i(u), determinate experimental i Rod(u), calculat cu ajutorul relaiei (4.3). Oscilogramele nregistrate n timpul funcionrii unui descrctor DRV sunt prezentate n Fig.4.4. n regim normal de funcionare, sub aciunea tensiunii alternative de serviciu a liniei, us(t), prin descrctor circul un curent de conducie avnd intensitatea de 0,3 ..... 1 mA, care se nchide la pmnt prin capacitile dintre electrozii eclatoarelor. Sub aciunea unei unde de supratensiune u(t), n momentul t1, cnd se atinge tensiunea de amorsare la impuls uai, spaiile disruptive ale eclatoarelor sunt strpunse i prin descrctor circul curentul de descrcare id, sarcinile electrice corespunztoare undei de supratensiune fiind conduse la pmnt. Valorile mari ale tensiunii aplicate descrctorului determin un punct de funcionare corespunztor unor valori mici ale rezistenei Rod, Fig. 4.3, unda de supratensiune fiind limitat n amplitudine. Valoarea maxim, ur, a tensiunii la bornele descrctorului dup amorsare, se numete tensiune rezidual. ncepnd din momentul t3, sub aciunea tensiunii alternative de serviciu, us(t), a liniei, n canalele descrcrii iniiale dintre eclatoare se dezvolt descrcri prin arc electric, parcurse de curentul de nsoire, ii. Intensitatea acestui curent este limitat prin creterea rezistenei Rod a discurilor de carbur de siliciu, nct n momentul t4, la prima sa anulare, se obine stingerea definitiv a arcului electric amorsat la eclatoare i revenirea descrctorului n starea iniial.

4. Studiul descrctoarelor electrice 43

u

i

1

uaiur= up

Und

0

Fig.4.5 Caracteristica volt-amper a descrctorului cu rezisten variabil

Se constat c, n urma funcionrii descrctorului, unda de supratensiune u(t) avnd valoarea de vrf um, Fig.4.4, este limitat n amplitudine. Caracteristica volt-amper specific funcionrii unui descrctor DRV este reprezentat n Fig.4.5, unde, n acest caz, up = ur reprezint nivelul de protecie, ur fiind tensiunea rezidual, Und tensiunea nominal a descrctorului, uai tensiunea de amorsare la impuls pe frontul undei, 1 caracteristica volt-amper a discurilor de carbur de siliciu. 2.2. Descrctoare cu rezisten variabil i suflaj magnetic Descrctoarele electrice pentru tensiuni foarte nalte, care trebuie s fac fa att supratensiunilor atmosferice ct i de comutaie, se realizeaz cu suflaj magnetic pentru stingerea arcului electric. Construcia unui asemenea descrctor, Fig.4.6, cuprinde rezistoarele neliniare de tip varistor R0, R1, R2, nseriate cu lanul de eclatoare E. n paralel cu R1, R2 i lanul de eclatoare E este conectat rezistena linear de egalizare Re. Bobinele destinate suflajului magnetic, de inductane L1, L2, sunt conectate n paralel cu rezistenele R1, R2. n Fig.4.6a sunt prezentate evoluia curentului i a tensiunii pe durata funcionrii unui descrctor cu suflaj magnetic, iar n Fig.4.6b...e, patru situaii specifice care caracterizeaz funcionarea acestuia. n situaie normal, Fig.4.6b, sub tensiunea de serviciu a liniei, us, prin descrctor circul un curent is, avnd valori de ordinul miliamperilor, ce trece prin rezistena de egalizare Re. Sub aciunea unei unde de supratensiune, Fig.4.6c, spaiile disruptive ale eclatoarelor E sunt strpunse i prin descrctor circul curentul de descrcare id, prin care sunt conduse la pmnt sarcinile electrice

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 44 corespunztoare undei de supratensiune. Datorit valorilor mari ale tensiunii de impuls aplicate, rezistenele dinamice ale discurilor de carborund au valori mici, Fig.4.3. n acelai timp, reactanele inductive ale bobinelor de suflaj sunt de valori mari, determinate de frecvenele nalte ale componentelor spectrului armonic ale curentului de descrcare id.

ur

uai

id

Re

E

a

b c d e

ii

us

idis

is

is iius

R1 L1

Re Re Re

R2 L2

E

R2

R1

R0 R0 R0 R0

E

L1

L2

Fig.4.6

Descrctor cu rezisten variabil i suflaj magnetic

4. Studiul descrctoarelor electrice 45 n aceste condiii, curentul de descrcare se nchide practic pe traseul R1, R2, R0, Fig.4.6c. Dup limitarea n amplitudine a undei de supratensiune, prin canalul descrcrilor iniiale dintre electrozii eclatoarelor se dezvolt o descrcare prin arc electric, parcurs de curentul de nsoire ii, Fig.4.6d, produs la rndul lui de tensiunea de serviciu a liniei, us, de frecven industrial. Intensitatea curentului de nsoire este limitat de rezistoarele neliniare R1, R2, R0 la valori de cteva sute de amperi, datorit faptului c rezistena dinamic a acestora a crescut pe seama scderii tensiunii aplicate descrctorului. Astfel, curentul de nsoire circul aproape n ntregime pe traseul L1, L2, R0, Fig.4.6d, deoarece, la frecven industrial, reactanele inductive ale bobinelor de suflaj se micoreaz. Bobinele de suflaj, parcurse de curentul de nsoire, produc n zona eclatoarelor un cmp magnetic, nct asupra fiecrei coloane se exercit aciuni ale unor fore electrodinamice. Acestea oblig arcul electric s ptrund n camere de stingere cu fant ngust asigurndu-se ntreruperea curentului de nsoire nainte de trecerea lui prin zero, Fig.4.6e. Caracteristica volt-amper corespunztoare funcionrii unui descrctor cu rezisten variabil i suflaj magnetic este dat n Fig.4.7, notaiile avnd aceleai semnificaii ca i n cazul Fig.4.5.

u

i

1

uaiur= up

Und

0

Fig.4.7 Caracteristica volt-amper a unui descrctor cu suflaj magnetic

2.3. Descrctoare cu oxizi metalici Construcia i funcionarea descrctoarelor cu oxizi metalici se bazeaz pe utilizarea, ca element cu caracteristic de tip varistor, a unui material ceramic obinut prin sinterizare din oxizi metalici (ZnO, Bi2O3, CoO etc.). Structura

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 46 masei sinterizate este aproape matriceal, Fig.4.8a, coninnd granule de ZnO, cu o bun conductivitate electric, nconjurate de o pelicul format din Bi2O3, care d caracterul puternic neliniar al conduciei electrice printr-un astfel de material.

ZnO

Bi2O3

a

Rz

L

Ri C

iR

i

ic

b Fig.4.8

Structura i schema electric echivalent a unui disc cu oxizi metalici Discul din ZnO poate fi reprezentat prin circuitul electric echivalent din Fig.4.8b, unde Ri reprezint rezistena neliniar a straturilor intergranulare a cror rezistivitate variaz ntre 108 i 10-2 m, n funcie de intensitatea cmpului electric. Stratul intergranular, de capacitate C, are o constant dielectric relativ cuprins ntre 500 i 1200, n funcie de procesul de fabricaie. Granulele de ZnO, cu rezistivitatea de circa 0,01 m, au rezistena Rz. Discul din oxizi metalici are inductana proprie L, determinat de geometria cii de descrcare a curentului prin disc. Caracteristica volt-amper a discurilor astfel obinute, reprezentat grafic n Fig.4.9, este aproximabil cu o relaie de forma (4.1), coeficientul de neliniaritate avnd valori >20. n aceste condiii, n construcia descrctorului nu mai sunt necesare spaiile disruptive ale eclatoarelor i nici rezistoarele de egalizare.

u up

Und

i

1

2

0 Fig.4.9

Caracteristica volt-amper ideal


1

2

4

3

3

a c

1

34

234

12 34

6

5

b

Fig.4.10

Descrctoare cu ZnO: a- de nalt tensiune; b- construcia dispozitivului de etanare de medie tensiune.

n Fig.4.10a este prezentat construcia unui descrctor cu oxid de

zinc, destinat funcionrii n reele de 110 kV. Partea activ, constituit din coloana rezistiv 1, este protejat n anvelopa 2, realizat din material compozit, prevzut la capete cu dispozitivele de etanare 3 i borna de conexiuni 4.

Construcia dispozitivului de etanare i protecie este dat n Fig.4.10b. Supapa de etanare 2 este excentric fixat pe flana 4 i, prin fora pe care o exercit asupra garniturii inelare de cauciuc 3, nchide ermetic anvelopa de porelan 6. Supapa 2 acioneaz, de asemenea, ca sistem de protecie la defecte interne ale descrctorului, nsoite de creterea presiunii n anvelopa de porelan. Astfel, dac n interiorul anvelopei 6 apare o suprapresiune, aceasta supap se deschide i gazul ionizat din interior este eapat prin canalul de ventilare 1. Dispozitivele de etanare de la capetele anvelopei de porelan au canalele de ventilare orientate dup direcia liniei de fug pe suprafaa exterioar a izolatorului (Fig.4.10a). Fluxurile de gaz ionizat iniiaz conturnarea acestuia, sesizat de protecia contra punerilor monofazate la pmnt, care intervine; se evit astfel distrugerea prin explozie a descrctorului. n unele construcii destinate instalaiilor de medie tensiune (Fig.4.10c), anvelopa electroizolant este nlocuit printr-o rin sintetic, turnat direct pe coloana varistor. Descrctoarele cu oxizi metalici prezint, fa de tehnica clasic, o serie de avantaje precum: - simplitate constructiv, gabarit redus i fiabilitate sporit prin eliminarea eclatoarelor i a rezistenelor de egalizare; - nivelul de protecie este cu circa 20% mai mic dect n cazul tehnicii clasice;

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 48 - stabilitate foarte bun a caracteristicii de protecie tensiune-timp. Drept dezavantaje ale tehnicii pe baz de ZnO se poate meniona creterea puterii consumate n regim normal de funcionare odat cu mrirea temperaturii; de asemenea, eliminarea eclatoarelor semnific existena, cel puin teoretic, a unui pericol de ambalare termic datorit trecerii continue a unui curent de ordinul 1...2 mA prin varistoare.

3. Programul lucrrii 3.1. Standul experimental

Cu ajutorul montajului avnd schema electric reprezentat grafic n Fig.4.11 i a unui instrument virtual de achiziie a datelor, se nregistreaz i se prelucreaz software caracteristica volt-amper corespunztoare discurilor descrctoarelor din oxizi metalici i din carbur de siliciu. Standul experimental va prelua, printr-un sistem de achiziii de date, diverse informaii (curentul care circul prin discuri, tensiunea aplicat acestora etc.) pe care le va converti n mod corespunztor pentru a putea fi afiate pe panoul de comand al standului precum i pentru transmiterea ctre un calculator. Astfel, standul a fost echipat cu o interfa serial RS232 prin intermediul creia setrile realizate de la panoul de comand al standului sunt transmise ctre calculator, Fig.4.12. n mediul de programare LabVIEW a fost realizat un instrument virtual ce permite utilizatorului s prelucreze i s afieze rezultatele obinute sub forma unor diagrame. Totodat, aplicaia software d posibilitatea salvrii, sub form tabelar ntr-un fiier de tip text (.txt), a datelor achiziionate. Panoul de comand i control al standului (taste i afiaj alfa-numeric) ofer posibilitatea utilizatorului s realizeze diverse setri ale standului i s obin diverse informaii cu privire la discul analizat, numrul de puncte de msur etc. prin parcurgerea meniului interfeei, Fig.4.13.

DISC DIN CARBUR DE SILICIU

DISC DIN OXIZI

METALICI

ACHIZIIE DATE ~230V

K ATR T PR UNT RELEU 1 RELEU 2



Fig.4.12





n Anexa 1.D este prezentat meniul interfeei dintre standul experimental i utilizator. Dup alegerea discului analizat i a numrului de puncte de msur se trece la achiziionarea propriu zis a valorilor curentului i tensiunii. Programul va ncepe s nregistreze i s prelucreze informaiile primite, iar pe pagina de start va aprea tipul discului analizat, valorile numerice ale tensiunii i curentului. La terminarea tuturor punctelor de analizat instrumentul virtual realizeaz o reprezentare grafic a caracteristicii volt-amper a discului analizat. Achiziionarea datelor se execut prin apsarea butonului OK de pe panoul de comand al standului, aceast operaiune repetndu-se pn la terminarea numrului de puncte care trebuiesc achiziionate.


Fig.4.14 Afiarea datelor experimentale

Dup finalizarea procesului de achiziie a datelor privind discul de ZnO

sau SiC, instrumentul virtual ofer utilizatorului posibilitatea de salvare a acestora ntr-un fiier text, Fig.4.14.

3.2. Studiul construciei descrctoarelor existente la lucrare Se noteaz tipul constructiv i parametrii nominali ai descrctoarelor existente la lucrare. Se studiaz construcia acestora, identificndu-se i schindu-se elementele componente. 3.3. Determinarea experimental a caracteristicii volt-amper pentru un disc din ZnO, respectiv SiC Se utilizeaz standul prezentat n 3.1. Se vor trece datele obinute n tabele centralizatoare de forma Tab.4.1 i se vor trasa grafic caracteristicile volt-amper pentru cele dou discuri analizate.

Tab.4.1 Discul analizat ............

U [V]

I [mA]

Ro []

Rod []

Nr. crt.

msurat calculat msurat calculat msurat calculat msurat calculat k

1 2

4. Studiul descrctoarelor electrice 51 . . . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

n 3.4. Calculul parametrilor k i Caracteristicile volt-amper determinate experimental la 3.3 se aproximeaz cu funcia (4.1). Din Tab.4.1 se aleg dou puncte de funcionare, suficient de ndeprtate, de coordonate (U1, I1), (U2, I2), cu care se formeaz sistemul de ecuaii:

, ; (4.4) 11 UkI 22 UkI

rezolvnd sistemul de ecuaii (4.4), se determin valorile parametrilor k i , att pentru discul din ZnO ct i pentru cel din SiC, care se trec n Tab.4.1. 3.5. Determinarea rezistenelor discurilor din SiC i ZnO Cu datele obinute la 3.3 i coninute n tabele, se calculeaz valorile rezistenei statice, Ro, dat de relaia:

I

URo (4.5)

i cele corespunztoare rezistenei dinamice, Rod, ale discurilor din ZnO i SiC. Pentru determinarea rezistenei dinamice, relaia (4.2) se consider n diferene finite, sub forma:

IURod

. (4.6)

Rezultatele obinute se consemneaz n tabelele de date. 3.6. Determinarea prin calcul a caracteristicilor discurilor din carbur de siliciu i oxid de zinc Utiliznd relaiile (4.1), (4.3), (4.5) i valorile parametrilor k i , pentru fiecare valoare a tensiunii din Tab.4.1 se calculeaz intensitatea I a curentului prin discuri precum i valorile rezistenelor Ro, Rod ale acestora. Rezultatele obinute se trec n tabelele de date.

Echipamente electrice (ndrumar de laborator) 52 4. Coninutul referatului Schema electric a montajului utilizat pentru ncercrile experimentale. Tabelele de forma Tab.4.1, cu datele prelucrate. Trasate grafic, curbele I(U), Ro(U), Rod(U), determinate experimental,

respectiv prin calcul. Observaii i concluzii privind construcia i parametrii nominali ai

descrctoarelor studiate 5. Biliografie [1] Baraboi A., Adam M., Echipamente electrice (vol. I), Editura Gh. Asachi Iai,

2002. [2] Adam M., Baraboi A., Echipamente electrice (vol. II), Editura Gh. Asachi Iai,

2002.

Lucrarea nr. 5

Relee timp

1. Generaliti

Releele de timp sunt echipamente care realizeaz o comand n circuitul e ieir

ealizate cu temporizare la acionare sau la

de ieire ale

afic n .5.1,

de

d e dup un anumit interval de timp reglabil, nregistrat din momentul modificrii semnalului de intrare. Releele de timp pot fi rrevenire, dup cum modificarea semnalului de intrare const n aplicarea unei tensiuni n circuitele de intrare, respectiv n ntreruperea acesteia. n momentul expirrii temporizrii reglate tR, contactelereleelor cu temporizare la acionare prsesc starea normal, iar cele corespunztoare releelor cu temporizare la revenire, revin n aceast stare (starea normal a contactelor corespunde circuitelor de intrare neexcitate). n condiiile menionate, contactele de ieire ale releelor de timp pot fi normal deschise i/sau nchise, cu temporizare la deschidere i/sau la nchidere. Simbolurile utilizate n schemele electrice, reprezentate grFig au urmtoarele semnificaii: a1, a2 - contacte normal deschise cu temporizare la nchidere; b1, b2 - contacte normal deschise cu temporizare la deschidere; c1, c2 - contacte normal nchise cu temporizare la deschidere; d1, d2 - contacte normal nchise cu temporizare la nchidere; e - contact normal deschis temporizat la nchidere i deschidere; f - ansamblu de contacte temporizate la deschidere; g - releu de timp cu acionare electromagnetic, avnd un contact normal deschis cu temporizare la nchidere.

a1 b1 c1 d1 e

a2 b2 c2 d2 f

T

Bobing

Contact

Fig.5.1

Simboluri utilizate n sch ectrice cu relee de timp emele el


Orice releu de timp conine urm ponente funcionale: ic de

rzierea nsmi

ul cruia se obine semnalul de ieire, up fu

face dup tipul elementului de mpori

rucia i funcionarea releelor de timp

e cu temporizare mecanic

Elementul sensibil al unui releu cu temporizare mecanic realizeaz

este prezentat construcia releului de timp tip RTpa-5, cu

il, de intrare, al releului este constituit dintr-un ctrom

Tpa-5 funcioneaz cu temporizare la acionare i are toa

l deschis cu temporizare la nchidere; ct i la

3-4, 3-6, contacte cu pol comun i acionare instantanee. roabil (cu

mutatorului K, Fig.5.2.a, tensiunea de intrare se aplic

toarele com - elementul sensibil, avnd rolul de a converti semnalul electrintrare (n mod obinuit tensiune continu sau alternativ) ntr-un semnal eventual de alt natur, necesar funcionrii elementului de temporizare; - elementul de temporizare, prin care se realizeaz nttra terii comenzii aplicate la intrare; - elementul de execuie, la niveld ncionarea elementului de temporizare. Clasificarea releelor de timp se poate te zare, n acest sens fiind cunoscute relee cu temporizare mecanic, hidraulic, pneumatic, electrotermic, electric etc. 2. Const 2.1. Rele conversia electromecanic a energiei semnalului de intrare, necesar funcionrii elementului de temporizare. Din aceast categorie de relee de timp fac parte cele cu element sensibil de tip electromagnet sau micromotor electric, elementul de temporizare aferent fiind un mecanism de orologerie, respectiv un reductor de turaie. n Fig.5.2.a mecanism de orologerie. Elementul sensibele agnet de c.c., avnd bobina 1-2 i armtura mobil 7. Temporizarea se obine prin funcionarea mecanismului de orologerie 8, prevzut la ieire cu axul 9 i piesa electroizolant 10, pe care sunt amplasate contactele mobile de tip punte 15, 16. Releul Rurm rele contacte de ieire: a) 11-12, contact norma b) 13-14, contact pasager, care se nchide att la acionarerevenire; c) Schema electric a releului RTpa-5, realizat n variant debsoclu i fi) este dat n Fig.5.2.b. Contactul 3-6 i rezistena Re se conecteaz ca n Fig.5.2.a, astfel nct electromagnetul de intrare s funcioneze cu rezisten economizoare. Prin nchiderea cointegral bobinei 1-2, rezistena economizoare Re fiind untat cu contactul normal nchis 3-6; la captul cursei de acionare, armtura mobil 7 deschide contactul 3-6, astfel nct rezistena economizoare Re este conectat n serie cu

5. Relee de timp 55

bobina 1-2. n acest fel se limiteaz curentul absorbit de bobin la valoarea necesar meninerii electromagnetului n poziia acionat, fiind posibile forarea regimului tranzitoriu de acionare a electromagnetului de intrare al releului i micorarea consumului propriu n regim permanent.

a

13 14

11 125 6

3 41 2

Re

b

Fig 2 Releu de timp cu mecanism de orol -construcie; b-schema electric.

Prin deplasarea, la acionare, a armturii mobile 7 se elibereaz

.5.

ogerie: a

mecanismul de orologerie 8, astfel nct axul de ieire 9 se rotete cu o turaie de valoare mic i constant pn cnd puntea mobil de contact 15 nchide contactul normal deschis cu temporizare la nchidere 11-12. n continuare releul rmne n aceast stare pn la ntreruperea tensiunii de intrare, cnd se revine la poziia iniial. Deoarece poziia iniial a contactelor mobile 15, 16 este fix, temporizarea reglat tR se modific prin intermediul cursei unghiulare totale a

11

8

C

R Re

6

43

5 1

K

7

9

14 13

16

15 12

18 20

Un

17

19 2


axului 9; n acest scop, cu ajutorul urubului 17, contactul fix 11-12 se poziioneaz n mod corespunztor pe scala 19, gradat n secunde. Dac temporizarea contactului pasager 13-14, reglat pe scala 20, este mai mic n valoare dect temporizarea tR, puntea mobil de contact 16 comut contactul 13-14 att la acionarea ct i la revenirea releului. Grupul RC, conectat n paralel cu bobina 1-2, limiteaz supratensiunile

e comuicile tehnice ale releului RTpa-5 sunt prezentate n Tab.5.1.

Tab.5.1 Nr. Denumirea Tipul releului: RTpa-5

d taie, [1]. Caracterist

crt. 1 Tensiunea nom nei, Un [V] inal a bobi 24, 48, 60, 110, 220 2 Rezistena ohmic a bobinei, R [] 2 0, 80, 120, 450, 17503 Tensiunea minim de acionare [V] 0,75 Un

Scala, [s] admisibil, [s] Eroarea

0 ,1 1,3 0,06 0,25 ..3,5 0,12 0,50 9 0,25

4 Abateri admisibile la etalonarea scalei

2 .....20 0,80 5 Capacitatea de comutare a contactelor, 0,5 n c.c.

[A], la nchidere/deschidere 5/ 5/2 n c.a.

Aceste relee de timp au o utilizare din ce n ce mai mic datorit

dimensinism de orologerie nu

unilor mari i a caracteristicilor tehnice limitate. Temporizarea maxim a releelor de timp cu mecapoate depi cteva zeci de secunde; pentru obinerea unor temporizri mai mari, se construiesc relee cu micromotor electric i reductor de turaie. Schema bloc a unui astfel de releu, funcionnd cu temporizare la acionare, este prezentat n Fig. 5.3.

Ui 1 2 3

4 5

MS

Fig 3 Schema bloc a unui releu de tim omotor i reductor de turaie

.5.p cu micr

5. Relee de timp 57

La aplicarea tensiunii alternative de intrare U , simultan cu pornirea icrom

e dup acionare pn la ntreruperea

izrii se face n trepte, prin intermediul raportului de

pa-7, cu temporizare la

Tab.5.2 Nr. Denumirea Tipul releului: RTpa-7

im otorului MS acioneaz electromagnetul auxiliar 4, care nchide cupla mecanic 2 i armeaz resortul de acionare al contactelor mobile, coninute n blocul 3, de contacte temporizate. Indiferent de temporizarea reglat tR, axul de ieire al cuplei 2 se rotete cu un unghi de cel mult 360o, la captul acestei curse unghiulare obinndu-se comanda mecanic de comutare a contactelor din blocul 3; simultan, cupla 2 se desface. Contactele pstreaz starea dsemnalului de intrare cnd, prin revenirea electromagnetului 4, acestea sunt aduse n poziia iniial. Reglarea tempordemultiplicare al reductorului de turaie 1 i continuu, prin modificarea unghiului total de rotaie al axului de ieire al cuplei 2. Din aceast categorie fac parte i releele RTacionare, respectiv RTpr-7, cu temporizare la revenire. Caracteristicile tehnice ale releului RTpa-7 sunt prezentate n Tab.5.2.

crt. 1 Tensiunea nom nei Un [V] 2 inal a bobi 4, 110, 220 Vc.a. 50 Hz2 Tensiunea minim de acionare [V] 0,75 Un

Scala, [s] admisibil, [s] Eroarea

0,3 6 0,06 3 ...60 0,12 18 360 0,25 180..3600 0,80

3 Abateri admisibile la etalonarea scalei

indrumar laborator echipamente electrice vol. i 2013

Documents