MODUL V : MASINI SI APARATE ELECTRICE

FIŞĂ DOCUMENTARE

Aparate electrice de protectie

SIGURANTE FUZIBILE

Competenţa:

Analizează construcţia şi funcţionarea aparatelor electrice;

În instalaţiile electrice de joasă tensiune siguranţele fuzibile sunt cele mai simple dispozitive de protecţie împotriva efectelor supracurenţilor (în general) şi împotriva curenţilor de scurtcircuit (în particular). Sigurantele fuzibile sunt aparate cu întrerupere automata care protejeaza circuitele de iluminat si de forta împotriva efectelor termice si dinamice produse de curentii de suprasarcina si scurtcircuit. Sigurantele fuzibile se caracterizeaza printr-o constructie foarte simpla si robusta, în care au încorporate ca element de protectie-fuzibilul-un fir sau o lamela conductoare, montate în serie cu obiectul de protejat. Pâna la o anumita valoare a curentului, elementul fuzibil este astfel calibrat încât nu produce nici o comutatie în circuit. În cazul curentilor de scurtcircuit si la suprasarcini mari, materialul din care este confectionat fuzibil, având cea mai redusa stabilitate termica din întreg circuitul, se topeste si întrerupe, realizand protectia. Pentru a se asigura o buna protectie, un fuzibil de calitate trebuie sa se topeasca rapid. Dupa fiecare actionare, elementul fuzibil topit este înlocuit, conectarea sigurantei (restabilirea circuitului) facându-se deci automat. Procesul deconectarii sigurantei se compune din urmatoarele faze distincte: - încalzirea elementului fuzibil pâna la temperatura de topire; - topirea si vaporizarea elementului fuzibil; - aparitia arcului dupa strapungerea spatiului dintre contactele sigurantei; - stingerea arcului, care provoaca întreruperea curentului si deci deconectarea circuitului.

Sigurante fuzibile

In mod normal, amperajul unui conductor reprezinta o limita a circuitului electric ce nu trebuie depasita intentionat. Sigurantele fuzibile sunt proiectate tocmai pentru a actiona in

cazul unor astfel de „supra-curenti”. O siguranta fuzibila nu este altceva decat un fir conductor scurt, proiectat astfel incat, in situatia unui curent excesiv, acesta sa se separe prin topire, deschizand circuitul.

Modul de conectare in circuit

Sigurantele fuzibile se conecteaza tot timpul in serie cu componentul sau componentele ce necesita o protectia la supra-curent, astfel incat, in cazul deschiderii circuitului prin topirea sigurantei, curentul prin toate componentele sa scada la zero. Desigur, o siguranta fuzibila conectata pe o ramura a unui circuit paralel, nu va afecta curentul prin celelalte ramuri.

Rezistenta electrica a sigurantelor fuzibile

Sigurantele fuzibile sunt catalogate dupa curentul maxim admis prin ele, si anume, in amperi. Cu toate ca functionarea acestora depinde de generarea caldurii in cazul curentilor excesivi de catre propria lor rezistenta, acestea sunt construite astfel incat sa contribuie cu o rezistenta aditionala neglijabila in circuitul protejat. Acest lucru se realizeaza printr-un fir conductor cat mai scurt posibil. La fel cum amperajul unui conductor nu depinde de lungimea sa, un fir folosit pentru construirea sigurantei fuzibile se va topi la un anumit curent indiferent de lungimea acestuia. Din moment ce lungimea nu reprezinta un factor pentru capacitatea maxima in curent a sigurantei, cu cat aceasta lungime este mai mica, cu atat rezistenta dintre cele doua capete ale firului va fi mai mica.

Rolul funcţional al oricărei siguranţe fuzibile este de a întrerupe curentul în circuitul electric în care aceasta este conectată. Atunci când curentul depăşeşte, un anumit timp, o valoare prestabilită, întreruperea circuitului se realizează prin topirea (unuia sau) mai multor elemente fuzibile, construite şi dimensionate exact în acest scop. În acest context, la trecerea unui curent de scurtcircuit printr-o siguranţă fuzibilă, prin funcţionarea sa (adică, prin topirea fuzibilului) se limitează atât amplitudinea curentului, cât şi durata acestuia. În schimb, dacă funcţionarea ("arderea") siguranţei se produce la suprasarcini, amplitudinea curentului ramâne neschimbată, limitându-se numai durata acestuia.

Utilizarea tot mai diversificată a siguranţelor fuzibile de joasă tensiune (în toate tipurile de echipamente industriale şi casnice) a condus la fabricarea lor într-o mare varietate de tipuri şi forme constructive. În acest context, siguranţele fuzibile de joasă tensiune se clasifică în trei categorii principale, şi anume:

a. siguranţe fuzibile de mare putere, utilizate în instalaţii industriale cu tensiuni de până la 1000 V şi curenţi nominali cuprinşi între 100 - 1000 A;

b. siguranţe fuzibile cu filet, folosite în instalaţii industriale şi casnice, la tensiuni până la 1000 V şi curenţi nominali de 6 - 100 A

c. siguranţe fuzibile miniatură, folosite în echipamentele de redresare, la aparate radio şi TV, la instalaţiile electronice şi electrocasnice etc., cu tensiuni de până la 550 V şi curenţi nominali de 0,1 - 6 A.

Indiferent de tip (sau de categorie), în construcţia oricărei siguranţe fuzibile se disting următoarele părţi componente:

cartuşul (sau carcasa); elementul fuzibil; elementele de contact mediul de stingere a arcului electric.

Sigurante fuzibile cu temporizare

La aparitia unui curent de 35 A printr-o siguranta fuzibila de 30 A, aceasta se poate arde instant sau poate prezenta o anumita durata de timp pana la topirea conductorului metalic, in functie de tipul dispozitivului. Unele sigurante sunt proiectate sa se arda extrem de repede, pe cand altele necesita un timp mai indelungat de „deschidere”, sau chiar amanarea deschiderii, in functie de aplicatie. Acestea din urma poarta denumirea de sigurante fuzibile lente, spre deosebire de celelalte, ce pot fi catalogate drept sigurante fuzibile rapide.

O aplicatie clasica a sigurantelor fuzibile lente este in cazul protectiei motoarelor electrice, unde curentii de pornire pot ajunge pana la valori de zece ori mai mari decat curentii normali de functionare. Daca ar fi sa folosim cele rapide, nu am putea porni motorul in primul rand, deoarece curentii de pornire foarte mari ar duce la distrugerea imediata a sigurantei fuzibile. In cazul sigurantelor lente, elementul fuzibil este astfel proiectat incat sa prezinte o masa mai mare (dar nu si amperaj mai mare) decat o siguranta rapida, ceea ce inseamna ca incalzirea acestuia va dura un timp mai indelungat, ajungand pana la urma la aceeasi temperatura, indiferent de valoarea curentului.

Pe de alta parte, exista sigurante fuzibile semiconductoare, proiectate pentru o deschidere extrem de rapida in cazul aparitiei unei situatii de supra-curent. Dispozitivele semiconductoare, precum tranzistorii, tind sa fie foarte sensibile la supra-curenti, prin urmare, in cazul acestora este nevoie de dispozitive de o protectie rapida in circuitele de putere mare.

Introducerea corecta in circuit a sigurantelor fuzibile

Sigurantele fuzibile trebuie pozitionate pe faza circuitului, in cazul circuitelor cu impamantare. Scopul este oprirea curentului prin sarcini in cazul in care siguranta se deschide. Putem face o comparatie intre cele doua figuri de mai jos, pentru a vedea diferenta dintre utilizarea unei sigurante pe faza si utilizarea aceleasi sigurante pe neutru.

In acest caz, cand siguranta este introdusa in faza circuitului, la deschiderea acesteia, caderea de tensiune intre oricare punct al sarcinii si pamant va fi zero. Atingerea circuitului este sigura in acest caz, eliminand practic pericolul electrocutarii.

In cazul in care siguranta fuzibila este introdusa pe neutrul circuitului, in cazul deschiderii acesteia, va exista o tensiune periculoasa intre oricare punct al sarcinii si pamant. Atingerea circuitului in acest caz se poate dovedi periculoasa din punct de vedere al electrocutarii.

Indiferent daca folosim sigurante fuzibile simple sau intrerupatoare automate, pozitionarea corecta a acestora in circuit se face conform celor spuse mai sus, si anume: dispozitivul de siguranta trebuie plasat pe partea de putere a circuitului si nu conectat la pamant.

ObservatiiCu toate ca protectia la supra-curent a circuitelor poate oferi intr-o oarecare masura o

anumita siguranta la electrocutare in anumite conditii, trebuie inteles faptul ca aceste dispozitive nu sunt concepute in acest scop. Nici sigurantele fuzibile si nici intrerupatoarele automate nu au fost proiectate cu scopul deschiderii in cazul electrocutarii persoanei care atinge circuitul, ci, sunt proiectate pentru deschiderea in cazul supra-incalzirii conductorilor circuitului. Dispozitivele de protectie la supra-curent, protejeaza in principal conductorii de la distrugerea prin supra-incalzire si a pericolelor asociate cu conductori foarte incinsi, si in alt doilea rand, protejeaza anumite echipamente precum sarcini si generatoare.

Din moment ce valorile curentilor necesari pentru electrocutare sunt mult mai mici decat curentii normali a sarcinilor din circuit, o conditie de supra-curent nu indica neaparat un pericol de electrocutare, ci aceasta poate aparea chiar si atunci cand circuitul functioneaza la parametrii normali. Desigur, exista dispozitive special concepute pentru protectia la electrocutare (detectoare de curenti de defect), dar aceste dispozitive sunt utilizate stric pentru acel scop si nu au nicio legatura cu protectia conductorilor la supra-incalzireSigurante automate monopolare (1P)

Aceste sigurante au o borna de intrare si o borna de iesire, protejeaza doar o faza a circuitului si ocupa spatiul unui post in tablou. Aceste sigurante le putem alege daca, din motive de economie sau de simplificare a instalatiei, dorim sa protejam doar conductorul de faza din circuitul electric. In acest caz toate conductoarele de nul ale instalatiei trebuie legate impreuna in tablou. Metoda nu este interzisa de normativ dar eu nu v-o recomand deoarece nu se asigura separarea electrica a tuturor polilor de alimentare in caz de defect. Pentru a exemplifica dezavantajul, sa presupunem ca la o astfel de instalatie protejata prin sigurante monopolare si cu nulurile “pe direct” vin “meseriasii” sa schimbe contorul pentru ca i-a expirat durata de exploatare si, in urma acestei operatiuni, inverseaza din greseala conductoarele de pe iesirea din contor. In acest caz, pe conductoarele legate direct nu vom mai avea nulul, ci faza retelei, astfel ca in caz de defect se va deconecta nulul si vom avea in continuare faza prezenta in instalatie.

  Sigurante faza – nul (1P+N) 

 

Acest tip de sigurante sunt constituite tot dintr-un corp de siguranta si ocupa tot un post in tablou, dar au cate 2 borne pe intrare si pe iesire. Protectia la suprasarcina/scurtcircuit este asigurata numai pe un pol, pe celalalt pol existand doar un contact care se deschide si se inchide solidar cu contactul dispozitivului de protectie, realizand doar separarea electrica a acestui pol. Acest pol care nu are protectie este notat cu litera N si la el vom conecta obligatoriu conductoarele de nul. Pe celalalt pol, care nu este marcat cu nicio litera, vom conecta conductoarele de faza. Aceste sigurante sunt foarte practice intrucat ocupa spatiu mic in tablou (cat o siguranta monopolara), asigura protectia circuitului dar si separarea electrica a tuturor polilor in caz de defect, din acest motiv vi le recomand pentru protectia circuitelor dedicate din tablou.

Sigurante bipolare (2P) 

O astfel de siguranta este constituita de fapt din doua corpuri montate impreuna. Ocupa 2 posturi in tablou, fiecare pol are protectie la suprasarcina si scurtcircuit dar mecanismele lor functioneaza in solidar, adica in cazul in care pe un pol apare o suprasarcina, vor fi deconectati ambii poli. La aceste sigurante nu are importanta la care dintre poli  conectam faza si nulul. Intrucat ocupa spatiu dublu fata de sigurantele monopolare sau de tip P+N, va recomand sa le montati doar ca protectie generala pentru intregul tablou. Sa nu ma intelegeti gresit, ele sunt foarte bune si pentru protectia circuitelor dedicate, dar din considerentul micsorarii cat mai mult posibil a dimensiunilor tabloului, v-am facut recomandarea de mai sus, ca sa nu mai punem la socoteala si faptul ca sunt mai scumpe decat cele P+N.  

Sigurantele tripolare (3P) si tetrapolare (3P+N) 

  Aceste sigurante se folosesc numai in circuite trifazate, deci au de-a face cu ele numai cei care locuind intr-o casa cu mai multe incaperi au nevoie de o putere instalata mai mare si atunci apeleaza la solutia unui bransament trifazat. Cele tripolare protejeaza cele 3 faze, nulul fiind legat direct, iar cele tetrapolare protejeaza la fel cele 3 faze, dar in acest caz nulul este trecut prin borna marcata cu N, cu rol de separare electrica; acest tip se foloseste in cazul distributiei trifazate cu 5 conductoare (trei faze L1, L2, L3, nulul de lucru N si conductorul de protectie PE). Constructia lor este similara cu a celor bipolare.

            

     

Intr-un tablou se poate adauga un modul pentru sonerie, de aceeasi forma si dimensiune cu o siguranta monopolara.

     

In afara tipurilor de sigurante automate mentionate, in tablouri se mai pot monta si dispozitive diferentiale de curenti reziduali sau sigurante diferentiale,