Information
AI Chat

Relee de protecţie U I

Course

Aparate electrice (1)

15 Documents

Students shared 15 documents in this course

University

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Academic year: 2020/2021

Uploaded by:

Anonymous Student

This document has been uploaded by a student, just like you, who decided to remain anonymous.

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Comments

Please sign in or register to post comments.

Preview text

ELEMENTE DE PROTECTIE A INSTALATIILOR ELECTRICE

Instalaţiile electrice, care includ aparatele electrice de comutaţie, pentru a asigura alimentarea corectǎ a consumatorilor, pot funcţiona în regim normal, corect, sau în regim anormal, de defect. In cazul manifestǎrii unor situaţii de defect, este necesarǎ intervenţia unor elemente de protecţie specializate, care sesizeazǎ valorile anormale ale unor parametri electrici sau neelectrici, putând genera o comandǎ eficientǎ, pentru evitarea daunelor cauzate de defect, de obicei impunându-se doar alarmarea sau deconectarea zonei în care se manifestǎ defectul. Elementele de protecţie trebuie deci sǎ fie „cele mai slabe componente ale schemei” în raport cu parametrul fizic pentru care se urmǎreşte obţinerea comenzii de protecţie, deoarece acestea trebuie sǎ „cedeze” controlat, în mod repetat, înaintea altor elemente ale schemei, în scopul de a realiza protecţia acestor consumatori. Dupǎ modul în care intervin, elementele de protecţie pot fi:

declanşatoare, care, în situaţii de defect, asigurǎ o comandǎ mecanicǎ cǎtre dispozitivul de acţionare al unui întrerupǎtor automat, rezultând deconectarea circuitului respectiv;
relee de protecţie, care în situaţii de defect realizeazǎ închiderea sau deschiderea unui contact, ce se concretizeazǎ final într-o comandǎ fermǎ de deconectare, completatǎ eventual cu semnalizarea aferentǎ. In consecinţǎ declanşatoarele de protecţie dezvoltǎ acţiuni mecanice, deci forţe sau cupluri mecanice, concretizate în energii de deconectare, mai mari decât cele corespunzǎtoare releelor de protecţie, având în consecinţǎ şi dimensiuni de gabarit, de obicei mai mari decât cele ale releelor. Totuşi comanda mecanicǎ directǎ în vederea deconectǎrii, face ca protecţia cu declanşatoare sǎ fie în principiu mai rapidǎ decât cea realizatǎ cu relee, care implicǎ şi funcţionarea altor accesorii pentru asigurarea întreruperii circuitului defect. Din aceastǎ cauzǎ, în realizarea releelor de protecţie, performanţele de regim dinamic sunt foarte importante, reducerea masei în mişcare la acţionarefiind foarte importantǎ: în consecinţǎ, adesea releele de protecţie se realizeazǎ cu un singur contact de protecţie, normal deschis (ND) sau normal închis (NI), dupǎ cum este starea contactului pentru semnal nul la circuitul de intrare al releului, (releu neexcitat).

1. Tipuri de defecte în instalaţiile electrice. Caracteristici de protecţie

Proiectarea, realizarea şi exploatarea corectǎ a instalaţiilor electrice şi a elementelor lor componente, presupune respectarea unor condiţii normale de funcţionare, care se constituie în restricţii, ce garanteazǎ evoluţia nepericuloasǎ a unor parametri fizici (temperaturǎ, eforturi mecanice, presiune etc.). Aceste restricţii se referǎ cel mai frecvent chiar la parametrii electrici de bazǎ, curent electric, tensiune electricǎ sau putere electricǎ, sensul câmpului învârtitor sau succesiunea fazelor, dezechilibrul între mǎrimile ce caracterizeazǎ cele trei faze, sensul de circulaţie al curentului, etc. Defectele care se referǎ la valorile curentului, pot consta în urmǎtoarele:

depǎşirea unei valori normale, prescrise, a curentului din circuit, când pot interveni supracurenţi, de suprasarcinǎ sau de scurtcircuit, cum sunt situaţiile de scurtcircuit (monofazat, bifazat sau trifazat), respectiv punerile la pǎmânt;
scǎderea valorilor curentului sub o valoare minimǎ impusǎ, eventual întreruperea curentului ce parcurge una dintre fazele unui sistem trifazat;
inversarea sensului curentului pe o porţiune de circuit, sau inversarea sensului câmpului învârtitor pentru un sistem trifazat (la inversarea a douǎ faze);
diferenţe prea mari între valorile curenţilor pe porţiuni ale aceluiaşi circuit sau pentru fazele unui sistem trifazat. Defectele care se referǎ la valorile tensiunii pot fi:
depǎşirea valorii normale (nominale) prescrise a tensiunii, deci manifestarea unor supratensiuni (de comutaţie sau atmosferice);
scǎderea valorilor tensiunii sub o valoare impusǎ, ce condiţioneazǎ funcţionarea unei instalaţii, eventual întreruperea tensiunii pe una dintre fazele unui sistem trifazat;
inversarea polaritǎţii sau modificarea fazei tensiunii, cu schimbarea eventualǎ a sensului câmpului învârtitor al unui sistem trifazat;
dezechilibru între fazele unui sistem trifazat, cu tensiune de deplasare a neutrului. Defectele care se referǎ la puterea electricǎ pot fi:
cu privire la depǎşirea unei valori limitǎ a puterii;
cu privire la controlul unor valori ale puterii, care nu sunt acceptate sub un anumit prag;
cu privire la sensul de circulaţie al puterii în reţelele buclate, cu alimentǎri multiple. Sesizarea situaţiilor de defect poate folosi direct mǎrimile care se controleazǎ, sau poate analiza efectele recunoscute ale acestor mǎrimi: astfel pentru a evidenţia defecte de tip supracurent (de tip suprasarcinǎ sau de tip scurtcircuit), se poate mǎsura direct valoarea curentului, care se comparǎ cu o valoare de referinţǎ-normalǎ, sau se pot evalua efectele trecerii curentului prin conductor, mǎsurând temperatura acestuia, evaluând eventualele efectele creşterii temperaturii (sǎgeata lamelelor bimetal asociate), sau eforturile electromagnetice ori electrodinamice care însoţesc trecerea curentului prin acel conductor. Comanda de protecţie a circuitului în care se manifestǎ un defect, depinde atât de natura defectului cât şi de natura circuitului. De exemplu, pentru defecte de tipul curent de suprasarcinǎ, comanda de protecţie, care are în vedere ca obiectul protejat sǎ nu depaşeascǎ o valoare impusǎ, admisibilǎ, a temperaturii proprii, corespunde unei caracteristici de protecţie timp de deconectare-curent, t(I), de tipul dependent, cu valori ale timpului de deconectare cu atât mai mici cu cât valorile curentului sunt mai mari, depǎşind valoarea nominalǎ, In, v. Fig. 5-1a.

Fig. V-2: Elementele componente ale unui releu clasic de protecţie

Blocul de intrare, BI, transformǎ mǎrimea de intrare a releului, X, într-o mǎrime fizicǎ de aceeaşi naturǎ cu aceea prescrisǎ de blocul de prelucrare şi decizie, BPD, care la rândul sǎu transferǎ decizia de la ieşirea sa cǎtre blocul de execuţie, a cǎrui mǎrime de ieşire, Y, în cazul releelor cu contacte, poate avea una din valorile codului binar, deci fie valoarea „0”, fie valoarea „1”, ceea ce corespunde unui contact deschis, respectiv unui contact închis. Mǎrimea de intrare, curent electric, tensiune electricǎ, presiune a unui fluid etc., este convertitǎ de BI într-o mǎrime fizicǎ, de obicei de tip forţǎ sau cuplu mecanic, care se comparǎ în BPD cu forţa sau cuplul mecanic date de un resort elastic; dacǎ valoarea forţei (a cuplului mecanic) datorate mǎrimii de intrare, depǎşeşte valoarea prescrisǎ datǎ de resortul elastic a cǎrui tensionare este reglabilǎ, se transmite comanda de execuţie la blocul BE, care realizeazǎ schimbarea stǎrii contactelor releului. Cea mai importantǎ caracteristicǎ a releelor este caracteristica intrare-ieşire, Y(X), de tipul TOT-NIMIC sau DA-NU, care evidenţiazǎ faptul cǎ, la modificarea continuǎ a mǎrimii de intrare X, în sens crescǎtor, respectiv în sens descrescǎtor, se obţine variaţia discontinuǎ, prin salt, crescǎtor sau descrescǎtor, a mǎrimii de ieşire Y, între limitele binare ce corespund celor douǎ stǎri posibile, „0” şi „1”. Trebuie remarcat faptul cǎ releele de protecţie folosesc de obicei un singur contact care valideazǎ funcţionarea acestora, ND (normal deschis, evoluând la acţionare de la „0”la „1”) sau NÎ (normal închis,evolând la acţionare de la „1” la 0”), mai rar contacte duble, perechi ND-NÎ. In plus, semnalǎm cǎ releele pot fi realizate fie pentru a interveni cu o comandǎ convenabilǎ (a „acţiona”), la depǎşirea unei valori date, reglate, a mǎrimii de intrare, XR, când se numesc relee maximale, fie pentru a interveni (a „acţiona”) cu o asemenea comandǎ, la scǎderea valorilor mǎrimii de intrare sub valoarea reglatǎ prescrisǎ, XR, când se numesc relee minimale. Operaţiunea inversǎ acţionǎrii releelor se numeşte „revenire”. Alura caracteristicii intrare-ieşire evidenţiazǎ valorile de acţionare, Xa şi respectiv de revenire, Xr, ale mǎrimii de intrare, X, care precizeazǎ dacǎ ansamblul funcţioneazǎ ca releu maximal (Xa > Xr) sau ca releu minimal (Xa < Xr), dar şi particularitǎţile cu privire la utilizarea unui contact ND sau a unui contact NÎ, aşa cum se poate urmǎri în Fig. V-3.

a b Fig. V-3 : Caracteristica de tip releu a - pentru releu maximal cu contact ND , b – pentru releu minimal cu contact NÎ

Un indicator de calitate pentru releele de protecţie îl constituie factorul de revenire, Kr, definit ca raport între Xr şi Xa:

Kr=

Xr Xa , (V - 1)

anunţând realizǎri cu atât mai performante cu cât valorile Kr sunt mai apropiate de unitate (subunitare pentru releele maximale respectiv supraunitare pentru releele minimale), ceea ce corespunde unor zone de insensibilitate, între Xa şi Xr, cât mai înguste. Corespunzǎtor valorii reglate, prescrise, XR, a mǎrimii de intrare a unui releu, se poate defini precizia, ε [ %]:

ε=

Xa−XR XR

⋅ 100 [%]

, (V – 2)

cu valori performante, de dorit cât mai mici. Coeficientul de siguranţǎ a unui releu maximal la acţionare, Ks, este definit considerând valoarea nominalǎ de acţionare a mǎrimii de intrare, Xn şi valoarea de revenire a protecţiei, Xrev p:

Ks=

Xrevp Xn. (V – 3)

Intre parametrii care definesc performanţele unui releu mai semnalǎm:

consumul propriu al releului, mǎsurat în [W] sau [VA], de dorit cât mai mic;
timpul de rǎspuns al releului de protecţie, de ordinul 10-3 [s] pentru relee ultrarapide sau de 10-2 [s] pentru relee obişnuite;
capacitatea de comutare a contactelor releului pentru un numǎr dat de manevre, obişnuit de ordinul a 1 [A];
gabaritul releului, un indicator tehnico-economic de calitate, ce poate fi corelatcu parametrii nominali dar şi cu costul aparatului. Principalele calitǎţi impuse elementelor de protecţie, dar şi sistemului de protecţie în ansamblul sǎu, sunt urmǎtoarele:
selectivitatea;
sensibilitatea;
rapiditatea;
siguranţa în funcţionare. Selectivitatea reprezintǎ proprietatea elementelor de protecţie, ca şi a unui sistem de protecţie în ansamblul sǎu, ca la funcţionarea în cazul schemelor complexe de distribuţie şi de utilizare a energiei electrice, corespunzǎtor unei situaţii de defect, sǎ realizeze doar deconectarea elementului sau a zonei în care a intervenit defectul, cu întreruperea unui numǎr minim de consumatori. In scopul asigurǎrii selectivitǎţii, elementele de protecţie trebuie sǎ sesizeze situaţiile de defect, dar apeleazǎ şi la o ierarhizare în raport cu parametrul timp, respectiv la informaţii suplimentare care considerǎ sensul de circulaţie a puterilor de exemplu, pentru a asigura comenzile corecte de deconectare aferente defectului.

In practicǎ existǎ schema de protecţia adaptate pentru diferite tipuri de instalaţii şi diferiţi consumatori, vorbindu-se obişnuit de scheme de protecţie pentru generatoare, scheme de protecţie pentru transformatoare, scheme de protecţie pentru motoare etc.

Clasificarea releelor de protecţie

Releele de protecţie pot fi clasificate dupǎ diferite criterii, dupǎ cum urmeazǎ: a) dupǎ natura mǎrimii de intrare, X, deosebim:

relee electrice, când mǎrimea de intrare este de exemplu curentul electric, tensiunea electricǎ, puterea electricǎ, impedanţa electricǎ, frecvenţa tensiunii;
relee neelectrice, când mǎrimea de intrare este presiunea, temperatura, deplasarea mecanicǎ etc. b) dupǎ principiul de realizare a elementului sensibil, putem avea:
relee electrice;
relee electromagnetice;
relee electrodinamice;
relee de inducţie;
relee magnetoelectrice;
relee polarizate;
relee electronice, ce pot fi cu prelucrare analogicǎ sau numericǎ a semnalelor. c) dupǎ modul de intervenţie a elementului de execuţie, pot exista:
relee cu contacte, la care mǎrimea de ieşire, Y, evolueazǎ între valorile limitǎ ale logicii binare, „0 şi „1”;
relee fǎrǎ contacte, realizate adesea cu semiconductoare, pentru care mǎrimea de ieşire se modificǎ practic între o valoare minimǎ, asimilatǎ cu „0” logic, de obicei sub un anumit prag de funcţionare şi o valoare maximǎ, asimilatǎ cu „1” logic, de obicei peste un anumit prag de funcţionare. d) dupǎ modul în care acţioneazǎ la modificarea valorilor mǎrimii de intrare, X, existǎ:
relee maximale, care acţioneazǎ la creşterea mǎrimii de intrare peste o valoare Xa;
relee minimale, care acţioneazǎ la scǎderea mǎrimii de intrare sub o valoare, Xa;
relee de timp, la care acţionarea se realizeazǎ dupǎ o întârziere reglabilǎ. e) dupǎ tipul contactelor releului, deosebim:
relee cu contact normal deschis, ND;
relee cu contact normal închis, NÎ;
relee cu contacte duble, ND + NÎ;
relee polarizate sau bipoziţionale, care memoreazǎ ultima stare a releului, dupǎ întreruperea intervenţiei mǎrimii de intrare, X, putând deci avea douǎ stǎri ale contactului la întreruperea mǎrimii de intrare. f) dupǎ forma caracteristicii de protecţie, întâlnim:
relee cu caracteristicǎ de protecţie independentǎ;
relee cu caracteristicǎ de protecţie dependentǎ. g) dupǎ numǎrul mǎrimilor de intrare, putem avea:
relee cu o singurǎ mǎrime de intrare;
relee cu douǎ mǎrimi de intrare;
relee cu mai multe mǎrimi de intrare. h) dupǎ modul în care intervin releele de protecţie în circuit, semnalǎm:
relee primare, care sunt montate direct în circuitul protejat;
relee secundare, care intervin în circuitul protejat prin intermediul unor transformatoare de protecţie, de curent sau/şi de tensiune: astfel, pentru instalaţiile de înaltǎ tensiune, releele de curent au obişnuit curentul nominal, impus de secundarul transformatorului de curent TC, de 1 A sau de 5 A, în timp ce tensiunea nominalǎ, impusǎ de secundarul transformatorului de tensiune, TT, este de 100 V.

Relee electromagnetice

Releele electromagnetice reprezintǎ cea mai rǎspânditǎ categorie de elemente de protecţie, deoarece funcţionarea electromagneţilor, care stau la baza realizǎrii acestora, implicǎ deja caracteristica de tip releu, cǎci o modificare continuǎ a solenaţiei (NI), produse de bobina electromagnetului, asigurǎ o evoluţie prin salt, discontinuǎ, a deplasǎrii armǎturii mobile, deci o evoluţie bruscǎ a stǎrii contactului ataşat de armǎtura mobilǎ, între cele douǎ limite ale logicii binare , „0” şi „1”, respectiv între poziţia „deschis” şi poziţia „închis”. Cele mai importante tipuri de relee electromagnetice care se pot întâlni în instalaţiile electrice sunt:

releele electromagnetice de curent;
releele electromagnetice de tensiune;
releele electromagnetice intermediare;
releele electromagnetice polarizate. Construcţia electromagnetului trebuie adaptatǎ pentru funcţionalitatea de releu, ceea ce presupune, de exemplu, alegerea convenabilǎ a cursei armǎturii mobile, asigurarea unei mase minime în mişcare pentru armǎtura mobilǎ împreunǎ cu contactele mobile, utilizarea unui element de referinţǎ de tip resort elastic de calitate cât mai bunǎ, care sǎ realizeze condiţii identice de funcţionare pe toatǎ durata de viaţǎ a releului, funcţionarea electromagnetului cu flux de pornire nenul pentru a apropia de unitate valorile factorului de revenire etc.

Relee electromagnetice de curent

Releele electromagnetice de curent se realizeazǎ de obicei ca electromagneţi cu douǎ semibobine serie (de curent), cu spire puţine dar de diametru mare, care se conecteazǎ adiţional, în serie sau în paralel, asigurând solenaţia (fluxul magnetic) capabile sǎ realizeze, la depǎşirea unor valori prescrise prin reglarea poziţiei unui resort elastic, valori suficiente ale acţiunii mecanice (de tip cuplu sau forţǎ), cauzând deplasarea ansamblului mobil în sensul atragerii armǎturii mobile; prin aceastǎ deplasare schimbându-se starea contactelor releului, ansamblul mobil cuprinzând armǎtura mobilǎ a electromagnetului, o lamelǎ feromagneticǎ în formǎ de Z, pe acelaşi ax cu contactul mobil, adesea cu rupere dublǎ pentru a micşora uzura sa, dar şi cu resortul antagonist de reglaj. Forma pieselor polare este astfel realizatǎ încât sǎ asigure valori practic constante ale întrefierului la mişcarea armǎturii mobile. Schema electricǎ de principiu este datǎ în Fig. V-4.

4, astfel încât sub acţiunea culului rezistent dat de resortul antagonist spiral, 5, se obţine cursa inversǎ a armǎturii mobile şi deci deschiderea contactului releului, adicǎ revenirea releului în starea iniţialǎ, neacţionat. Valoarea curentului de acţionare se regleazǎ prin tensiunea mecanicǎ din resortul antagonist 5, prin poziţia indicatorului 9, cu domeniul de reglaj între (0,5-1)Imax , unde Imax este curentul maxim al releului respectiv, pentru o conexiune datǎ a celor douǎ semibobine 3. Semnalǎm faptul cǎ prin eclisele E 1 şi E 2 , cele douǎ semibobine de curent, care au bornele de conexiune A-C, respectiv B-D, pot fi conectare în serie, cu o conexiune între B-C, respectiv în paralel, cu conexiunile A-B şi C-D, aşa cum se observǎ în Fig. V-4, cu observaţia cǎ pentru conectarea în serie a semibobinelor releul lucreazǎ în domeniul (0,5-1)In, unde In este valoarea curentului nominal al releului, iar pentru conectarea în paralel a celor douǎ semibobine acelaşi releu lucreazǎ în domeniul (0,5-1)2In sau (1-2)In. Aceasta constituie un avantaj atât pentru producǎtor, care realizeazǎ mai puţine tipodimensiuni de relee, cât şi pentru utilizator. In Fig. V-5 se prezintǎ semnele convenţionale pentru simbolizarea releelor de curent în schemele instalaţiilor electrice, evidenţiind şi modul în care se realizeazǎ alimentarea circuitului bobinelor acestora, prin conectare directǎ sau prin conectarea în secundarul unui transformator de curent, TC, care asigurǎ adaptarea valorilor curentului din circuitul de protejat, I, la valoarea curentului de funcţionare a releului, I 1. De menţionat faptul cǎ, în ultimii ani, s-au realizat relee electromagnetice de curent pentru care extinderea scalei releului de la simplu la dublu nu mai apeleazǎ la douǎ semibobine, cum s-a precizat anterior, ci doar la o bobinǎ cu prizǎ medianǎ, astfel încât adaptarea se obţine cu ajutorul unei singure eclise, care include în circuitul de protejat întreaga bobinǎ sau doar o jumǎtate a acesteia, dupǎ cum se poate observa în Fig. V-6.

a b Fig. V-6 : Relee de curent cu o singurǎ bobinǎ

Se constatǎ cǎ pentru a asigura solenaţia necesarǎ acţionǎrii releului de curent RC, corespunzǎtor Fig. V-6a, cu eclisa care realizeazǎ legǎtura între bornele 1-2, bornele de racord A-B ale bobinei releului în circuit folosesc întreaga bobinǎ, care având N spire parcurse de

curentul In, produce o solenaţie ℑ :

ℑ=N⋅In. (V-8)

Pentru a produce aceeaşi solenaţie, în cazul eclisei care face conexiunea între bornele 2-3 şi foloseşte doar jumǎtate din spirele bobinei, v. Fig. V-6b, curentul din circuit va trebui sǎ fie dublu faţǎ de prima situaţie, deci:

ℑ∗¿

N

2 ⋅I∗¿N⋅In=ℑ⇔I∗¿ 2 ⋅In

. (V-9)

Dezavanta jul unei asemenea soluţii constǎ în faptul cǎ întreaga bobinǎ a releului trebuie sǎ fie realizatǎ din conductor de cupru de diametru corespunzǎtor curentului 2In, deşi pentru primul caz, Fig. V-6a, bobina este parcursǎ doar de curentul In, ceea ce înseamnǎ un consum nejustificat de cupru în aceastǎ situaţie, faţǎ de aceea în care, pentru extinderea domeniului de utilizare al releului, se folosesc douǎ semibobine. Releele maximale de curent de tip RC, cu caracteristicǎ de protecţie independentǎ, se pot realiza pentru curenţi nominali de 0,2-200 A, având un factor de revenire Kr = 0,85 şi valori ale timpului de acţionare de (20-40) [ms], consumul propriu fiind sun 5 VA, ele putând fi folosite atât în circuite de curent alternativ cât şi în circuite de curent continuu. Releele de curent sunt folosite în mod obişnuit pentru realizarea protecţiilor maximale de curent, dar şi în componenţa unor protecţii specializate, cum sunt protecţia diferenţialǎ, protecţia de componentǎ simetricǎ homopolarǎ de curent sau protecţia de componentǎ simetricǎ de secvenţǎ inversǎ de curent, vezi Cap. V-4. De asemenea aceste relee sunt preferate în schemele de protecţie a motoarelor electrice, în situaţii de funcţionare a acestora în douǎ faze, când controlul curentului este mai sigur decât controlul tensiunii pe cele trei faze.

. Relee electromagnetice de tensiune

Construcţia releelor electromagnetice de tensiune este practic identicǎ cu aceea a releelor electromagnetice de curent, v. Fig. V-4, cu observaţia cǎ cele douǎ semibobine sunt realizate ca înfǎşurǎri de tensiune, cu numǎr mare de spire, ce folosesc conductor de diametru foarte mic, acestea caracterizându-se deci prin valori mari ale rezistenţei şi/sau impedanţei proprii, aşa cum se poate urmǎri în Fig. V-7.

Fig. V-7: Releu electromagnetic de Fig. V-8: Simbol şi conectare în circuit a tensiune de tip RT releelor de tensiune

Simbolul pentru reprezentarea releelor de tensiune în schemele instalaţiilor electrice, ca şi modul de conectare a acestora, direct sau în secundarul unui transformator de tensiune, TT, care are tensiunea tipizatǎ de 100 [V], sunt indicate in Fig. V-8. Existǎ şi pentru releele electromagnetice de tensiune soluţii constructive cu o singurǎ bobinǎ, similare cu cele prezentate pentru releele de curent, care permit dublarea scalei releului, folosind o singurǎ eclisǎ. Releele de tensiune se folosesc deci pentru realizarea protecţiilor maximale respectiv minimale de tensiune, dar şi în cazul altor sisteme de protecţie care sesizeazǎ urmǎri ale defectelor de tip scurtcircuit, sau care se referǎ la situaţii de nesimetrie, apelând la filtre de componente simetrice (homopolare sau inverse), cum se va vedea în Cap. 5. 4.

. Relee electromagnetice intermediare

Releele electromagnetice intermediare sunt de fapt electromagneţi de curent continuu sau de curent alternativ, cu armǎturǎ mobilǎ având o mişcare de translaţie, de rotaţie sau plan-paralelǎ generalǎ, care asigurǎ la acţionare şi respectiv la revenire, schimbarea simultanǎ a stǎrii unui numǎr convenabil de contacte, de tip normal deschis (ND şi de tip normal închis (NÎ). Principalul rol funcţional al releelor intermediare, (RI), este deci acela de a multiplica o comandǎ, datoratǎ unui releu de protecţie (de curent sau de tensiune, direcţional), prevǎzut de obicei cu un singur contact, comandǎ care, prin contactele multiple ale RI, poate fi transferatǎ, simultan, cǎtre a realiza deconectarea, semnalizarea, intreblocarea cu alte comenzi etc. Schema de principiu a unor relee electromagnetice intermediare este datǎ în Fig. V-9.

a b Fig. V-9: Relee electromagnetice intermediare

Deosebim relee intermediare cu mişcare de rotaţie a armǎturii mobile a electromagnetului de acţionare, Fig. V-9a, respectiv cu mişcare de translaţie a armǎturii lor mobile, Fig. V-9b. Bobina electromagnetului de acţionare este de obicei o bobinǎ de tensiune, iar funcţionarea poate decurge în curent continuu sau în curent alternativ, cu respectarea condiţiilor tehnice specifice pentru electromagneţi şi anume:

atragerea armǎturii mobile şi schimbarea stǎrii contactelor releului pentru tensiuni de alimentare a bobinei între (0,85-1,1) Uc, unde Uc este tensiunea de comandǎ, nominalǎ a bobinei releului;
menţinerea armǎturii mobile în poziţia acţionat, eventual cu vibraţii, pentru valori ale tensiunii de alimentare a bobinei de (0,7-0,85) Uc;
eliberarea armǎturii mobile a releului, cu revenirea acesteia în poziţia iniţialǎ şi a contactelor releului în starea iniţialǎ, pentru valori ale trensiunii de alimentare cuprinse între (0,7-0,35) Uc la funcţionarea în curent alternativ, respectiv cuprinse între (0,7-0,15) Uc la funcţionarea în curent continuu. Examinând aceste condiţii tehnice de funcţionare, se constatǎ cǎ performanţele releelor intermediare sunt inferioare celor impuse releelor de protecţie, cu valori mai mici pentru factorul de revenire, dar şi valori mai mari de obicei pentru timpul de acţionare, ce depǎşeşte 40 [ms]. Numǎrul de manevre pentru un releu inermediar este de 10 5 cicluri, cu frecvenţa de conectare sub 100 [manevre/orǎ]. Curentul care poate parcurge contactele releului are valori reduse, sub 6 [A], adesea de maximum (1-2) [A]. Pentru a evita consumul de putere în circuitul bobinei releului, la funcţionarea în regim permanent (de lungǎ duratǎ), s-au realizat relee intermediare de tip RI-7, care apeleazǎ doar la impuls de tensiune pentru acţionare, respectiv un alt impuls de tensiune pentru revenire, menţinerea stǎrii de acţionat obţinându-se pe seama unui zǎvor mecanic, aşa cum se poate vedea în Fig. V-10.

Fig. V-10 : Releu intermediar Fig. V-11 : Variante constructive de relee intermediare cu zǎvorâre mecanicǎ

Releul RI-7 este prezentat în Fig. V-10 în starea acţionat, obţinutǎ prin aplicarea unui impuls de tensiune la bornele U-V ale bobinei de conectare, ceea ce deplaseazǎ ansamblul mobil, inclusiv contactele mobile, în sensul sǎgeţii şi armeazǎ resortul antagonist 1. In acelaşi timp este

Fig. V-12 : Elemente componente ale releelor polarizate

Se constatǎ cǎ toate variantele constructive de relee polarizate, cu circuit magnetic serie, derivaţie sau punte, conţin magnetul permanent 1, miezul magnetic 2, armǎtura mobilǎ 3, cǎreia i se ataşeazǎ contactele mobile şi înfǎşurǎrile de lucru 4. Variantele cu circuit magnetic derivaţie sau punte, reduc efectele de demagnetizare nedoritǎ a magnetului permanent, când acesta este parcurs de fluxul magnetic datorat înfǎşurǎrilor de lucru, care reprezintǎ principalul dezavantaj al electromagneţilor polarizaţi serie. Posibilitǎţile de funcţionare ale releelor polarizate sunt ilustrate de caracteristicile intrare ieşire pe care acestea le pot realiza, indicate în Fig. V-13. Se constatǎ cǎ prezenţa magnetului permanent, Fig. V-13a, asigurǎ sensibilizarea funcţionǎrii releului polarizat la sensul fluxului magnetic de lucru, comportarea releului fiind diferitǎ în funcţie de sensul curentului care parcurge spirele înfǎşurǎrilor de lucru, cu valori de acţionare mai mici dacǎ fluxul de polarizare, dat de magnetul permanent, este de acelaşi sens cu fluxul de lucru, datorat curentului de lucru. Astfel, pentru valoarea +X* a curentului de lucru, contactul ND al releului este acţionat, în timp ce pentru valoarea –X* a curentului de lucru, contactul ND al releului este în starea iniţialǎ, neacţionat.

Fig. V13: Posibilitǎţi de funcţionare pentru releele polarizate

Mai mult, pentru releele polarizate cu circuit magnetic derivaţie sau punte, este posibilǎ obţinerea unei caracteristici intrare-ieşire de formǎ specialǎ pentru asemenea relee, care pentru

curentul de lucru nul poate avea contactul ND în starea „0” sau în starea „1”, memorând practic ultima stare a releului. Aceste relee polarizate dobândesc deci şi calitǎţi logice, astfel încât sunt preferate pentru anumite aplicaţii, cum se observǎ în Fig. V-13b. Din punct de vedere al performanţelor funcţionale, releele polarizate se caracterizeazǎ prin valori foarte mici ale timpului de acţionare, de doar (1-2) [ms], şi necesitǎ puteri consumate în circuitul înfǎşurǎrilor de lucru mult mai mici decât cele necesare pentru funcţionarea altor relee electromagnetice, datoritǎ contribuţiei magnetului permanent.

Relee de inducţie

Releele electromagnetice prezentate anterior realizeazǎ o caracteristicǎ de funcţionare intrare-ieşire de tip independent, asigurând schimbarea stǎrii contactului din circuitul lor de ieşire în timpul propriu, de obicei foarte scurt (10-3-10-1) [s], la depǎsirea valorii prescrise a mǎrimii de intrare, acest timp fiind practic independent de valorile mǎrimii de intrare. In funcţionarea instalaţiilor electrice intervin însǎ şi situaţii de defect de tip curent de suprasarcinǎ, care impun deconectarea consumatorului protejat în timp cu atât mai scurt cu cât curentul din circuit are o valoare mai mare, elementele de protecţie adaptate pentru asemenea situaţii trebuind sǎ realizeze o caracteristicǎ de protecţie dependentǎ. Intre elementele de protecţie ce realizeazǎ caracteristici de pretecţie, t(I), de tip dependent, semnalǎm releele şi declanşatoarele cu lamele bimetal, siguranţele fuzibile, declanşatoarele cu picǎturǎ de material uşor fuzibil de tip H din construcţia întrerupǎtoarelor automate universale OROMAX de joasǎ tensiune, a cǎror funcţionare are la bazǎ fenomene termice, la care se adaugǎ releele de inducţie, cu motor Ferraris sau elemente de protecţie magneto-pneumatice din construcţia întrerupǎtoarelor automate Westinghouse. In cele ce urmeazǎ vom prezenta construcţia şi funcţionarea releelor de inducţie secundare de tip RTpC-2, care pot realiza o caracteristicǎ de protecţie, t(I), semidependentǎ, cu posibilitǎţi de reglare atât a timpului de rǎspuns, cât şi a pragului I* la care intervine secţionarea de curent. Construcţia unui asemenea releu de curent, v. Fig. V-14, evidenţiazǎ miezul feromagnetic din tole, 1, cu spirele în scurtcircuit, 2, bobina de curent 3, cu prize multiple pentru ajustarea curentului „nominal”, de la o valoare In1 la o valoare In2 , prin schimbarea numǎrului de spire cu conservarea solenaţiei:

N 1 ⋅In 1 =N 2 ⋅In 2 =const.. (V-12)

In întrefierul miezului magnetic 1 se poate roti discul din aluminiu, 4 (poate fi şi din cupru), ceea ce, prin angrenarea între şurubul melc 5 şi sectorul dinţat 6, asigurǎ micşorarea întrefierului clapetei 7, care când este atrasǎ de miezul magnetic 2, pe seama fluxului magnetic de dispersie, realizeazǎ închiderea contactului releului, 8. Asigurarea cuplajului între şurubul melc 5 şi sectorul dinţat 6 se obţine pe seama unei lamele feromagnetice 9, ataşate cadrului10, care susţine ansamblul disc din aluminiu-lagǎre-şurub melc- sector dinţat. Uniformizarea vitezei de rotaţie a discului 4 se obţine cu ajutorul magnetului permanent 11, plasat în vecinǎtatea acestui disc.

Fig. V-15 : Cu privire la funcţionarea releelor de inducţie

Considerând fluxurile Φ ̄ 1 , respectiv Φ ̄ 2 din zonele ecranatǎ respectiv neecranatǎ, proporţionale cu secţiunile transversale S 1 şi S 2 ale miezului feromagnetic 1, fiind valabile relaţii de forma:

S=S 1 +S 2 ,

S 1

S 2 ,

Φ 1 =Φo

m

m+ 1 ,

Φ 2 =

1 m+ 1 , Φo=Φ 1 +Φ 2 ,

(V-13)

vom considera fluxurile magnetice produse de spirele în scurtcircuit, Φ ̄sc 1 şi Φ ̄sc 2 , ca fiind identice:

Φ ̄sc 1 =Φ ̄sc 2 =Φ ̄sc, Φ ̄sc=Lsc⋅ ̄Isc ,

̄Isc=

̄Esc ̄Zsc (V- 14)

ele rezultând datoritǎ curentului ce le parcurge, ̄Isc , produs de tensiunea electromotoare ̄Esc ,

indusǎ în spire de fluxul magnetic rezultant din zona ecranatǎ, Z ̄sc fiind impedanţa unei spire. Se pot scrie deci relaţiile:

{Φ ̄e 1 =Φ ̄ 1 +Φ ̄sc 1 +Φ ̄sc 2 ,¿¿ ¿ ¿ (V- 15)

care în urma unor calcule simple, considerând mǎrimile complexe, conduc la :

Φ ̄e 1 =Φ ̄o⋅ m m+ 1

⋅

1 +2sin 2 φsc−j⋅2sinφsccosφsc 1 +8sin 2 φsc ,

Φ ̄e 2 =Φ ̄o⋅ 1 m+ 1

⋅

1 + 2 ( 3 m+ 4 )sin 2 φsc+j⋅ 2 msinφsccosφsc 1 +8sin 2 φsc , (V-16)

sinθ=

ℑm(Φ ̄e 1 ⋅Φ ̄e 2 ¿ ) Φe 1 ⋅Φe 2

=

(m+ 1 )⋅sin2φsc

√ 1 + 4 (m+ 1 )(m+ 2 )sin

2 φ sc ,

unde φsc este unghiul de defazaj dintre ̄Esc şi ̄Isc , propriu unei spire în scurtcircuit. Cuplul activ Ma, care acţioneazǎ asupra discului metalic 4, datorat celor douǎ fluxuri defazate ce intervin local în zona întrefierului miezului 1, se poate calcula cu ajutorul relaţiei:

Ma=K⋅Φe 1 ⋅Φe 2 ⋅sinθ , (V-17)

rezultând final:

Ma=K⋅Φo 2 ⋅ m m+ 1

⋅

2 tg φsc 1 + 9 tg 2 φsc. (V-18) Expresia de mai sus a cuplului activ, care asigurǎ rotirea discului de aluminiu 4 al releului de inducţie de tip RTpC-2, evidenţiazǎ posibilitatea de a realiza relee mai performante, prin valori

Ma mai mari, cu acelaşi consum de materiale active, pentru valori optime ale unghiului φsc :

tg φsc=

1

3 ,

deci φsc= 18 ° 26 '6} {¿ , (V- 19) acompaniate de valori cât mai mari ale raportului m dintre aria ecranatǎ şi aria neecranatǎ a pieselor polare ale miezului 1. Pentru valori destul de mari ale curentului ce parcurge spirele bobinei 3 a releului de tip RTpC-2, clapeta 7 este atrasǎ imediat de miezul 1, fǎrǎ aportul rotirii discului 4, astfel încât releul realizeazǎ o caracteristicǎ de protecţie t(I) de tip semidependent cu secţionare de curent, la depǎşirea valorii I*, ce poate fi reglatǎ cu şurubul 12, v. Fig. V-14 şi Fig. V-16.

Was this document helpful?

Relee de protecţie U I

Course: Aparate electrice (1)

15 Documents

Students shared 15 documents in this course

University: Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Was this document helpful?

ELEMENTE DE PROTECTIE A INSTALATIILOR ELECTRICE

Instalaţiile electrice, care includ aparatele electrice de comutaţie, pentru a asigura alimentarea

corectǎ a consumatorilor, pot funcţiona în regim normal, corect, sau în regim anormal, de defect.

In cazul manifestǎrii unor situaţii de defect, este necesarǎ intervenţia unor elemente de

protecţie specializate, care sesizeazǎ valorile anormale ale unor parametri electrici sau

neelectrici, putând genera o comandǎ eficientǎ, pentru evitarea daunelor cauzate de defect, de

obicei impunându-se doar alarmarea sau deconectarea zonei în care se manifestǎ defectul.

Elementele de protecţie trebuie deci sǎ fie „cele mai slabe componente ale schemei” în raport

cu parametrul fizic pentru care se urmǎreşte obţinerea comenzii de protecţie, deoarece acestea

trebuie sǎ „cedeze” controlat, în mod repetat, înaintea altor elemente ale schemei, în scopul de a

realiza protecţia acestor consumatori.

Dupǎ modul în care intervin, elementele de protecţie pot fi:

-declanşatoare, care, în situaţii de defect, asigurǎ o comandǎ mecanicǎ cǎtre dispozitivul de

acţionare al unui întrerupǎtor automat, rezultând deconectarea circuitului respectiv;

-relee de protecţie, care în situaţii de defect realizeazǎ închiderea sau deschiderea unui

contact, ce se concretizeazǎ final într-o comandǎ fermǎ de deconectare, completatǎ eventual cu

semnalizarea aferentǎ.

In consecinţǎ declanşatoarele de protecţie dezvoltǎ acţiuni mecanice, deci forţe sau cupluri

mecanice, concretizate în energii de deconectare, mai mari decât cele corespunzǎtoare releelor de

protecţie, având în consecinţǎ şi dimensiuni de gabarit, de obicei mai mari decât cele ale releelor.

Totuşi comanda mecanicǎ directǎ în vederea deconectǎrii, face ca protecţia cu declanşatoare sǎ

fie în principiu mai rapidǎ decât cea realizatǎ cu relee, care implicǎ şi funcţionarea altor accesorii

pentru asigurarea întreruperii circuitului defect.

Din aceastǎ cauzǎ, în realizarea releelor de protecţie, performanţele de regim dinamic sunt

foarte importante, reducerea masei în mişcare la acţionarefiind foarte importantǎ: în consecinţǎ,

adesea releele de protecţie se realizeazǎ cu un singur contact de protecţie, normal deschis (ND)

sau normal închis (NI), dupǎ cum este starea contactului pentru semnal nul la circuitul de intrare

al releului, (releu neexcitat).

1. Tipuri de defecte în instalaţiile electrice. Caracteristici de protecţie

Proiectarea, realizarea şi exploatarea corectǎ a instalaţiilor electrice şi a elementelor lor

componente, presupune respectarea unor condiţii normale de funcţionare, care se constituie în

restricţii, ce garanteazǎ evoluţia nepericuloasǎ a unor parametri fizici (temperaturǎ, eforturi

mecanice, presiune etc.). Aceste restricţii se referǎ cel mai frecvent chiar la parametrii electrici

de bazǎ, curent electric, tensiune electricǎ sau putere electricǎ, sensul câmpului învârtitor sau

succesiunea fazelor, dezechilibrul între mǎrimile ce caracterizeazǎ cele trei faze, sensul de

circulaţie al curentului, etc.

Defectele care se referǎ la valorile curentului, pot consta în urmǎtoarele:

- depǎşirea unei valori normale, prescrise, a curentului din circuit, când pot interveni

supracurenţi, de suprasarcinǎ sau de scurtcircuit, cum sunt situaţiile de scurtcircuit

(monofazat, bifazat sau trifazat), respectiv punerile la pǎmânt;

Relee de protecţie U I

Aparate electrice (1)

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Comments

Students also viewed

Related documents

Preview text

ELEMENTE DE PROTECTIE A INSTALATIILOR ELECTRICE

1. Tipuri de defecte în instalaţiile electrice. Caracteristici de protecţie

⋅ 100 [%]

, (V – 2)

ℑ∗¿

N

2

⋅I∗¿N⋅In=ℑ⇔I∗¿ 2 ⋅In

. (V-9)

S=S 1 +S 2 ,

S 1

S 2 ,

Φ 1 =Φo

m

m+ 1 ,

Φ 2 =

1

m+ 1 , Φo=Φ 1 +Φ 2 ,

(V-13)

=

Ma=K⋅Φe 1 ⋅Φe 2 ⋅sinθ , (V-17)

1

3

,

Relee de protecţie U I

Course: Aparate electrice (1)

University: Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Recommended for you

Students also viewed

Related documents