Tehnologii moderne în construcția siguranțelor fuzibile

TEHNOLOGII MODERNE IN CONSTRUCTIA SIGURANTELOR FUZIBILE

Un echipament electric reprezintă un ansamblu de dispozitive electrice şi mecanice destinate pentru comanda, protecţia, reglajul, controlul automat sau neautomat al funcţionării unui circuit utilizat, la rândul său, într-unul din scopurile de producere, transport, distribuţie sau utilizare a energiei electrice.

Este cunoscut faptul că transferul de energie electrică de la locul de producere în centrala electrică la utilizatorul industrial sau casnic se realizează prin intermediul liniilor şi reţelelor electrice în care sunt implantate echipamentele de comutaţie. Acestea au rolul funcţional de stabili şi întrerupe circuite electrice aflate în condiţii normale de funcţionare când se urmăreşte dirijarea fluxului energetic de la generator la receptor. Unele echipamente de comutaţie au şi rol funcţional de protecţie deci pot fi considerate şi echipamente de protecţie. Acestea pot efectua deconectări (întreruptoarele de putere, siguranţele fuzibile) sau conectări urmate de deconectări (descărcătoarele electrice) atunci când apar avarii, deci situaţii anormale de funcţionare, cum ar fi suprasarcinile, scurtcircuitele, supratensiunile atmosferice şi supratensiunile interne.

Procesele de comutaţie sunt caracterizate de faptul că, atât la închiderea dar mai ales la deschiderea unui circuit, apare arcul electric. Acest fenomen se manifestă la echipamentele cu comutaţie mecanică, adică la cele a căror închidere sau deschidere se realizează prin deplasarea mecanică a unei piese mecanice (contactul mobil). Existenţa arcului electric în echipamentele de comutaţie conduce la solicitări suplimentare de natură termică şi de uzură a contactelor. Se impune, pentru limitarea acestor solicitări, să se reducă la minimum durata de ardere a arcului electric.

În ultima perioada de timp, ca urmare a dezvoltării dispozitivelor electronice şi în special a dispozitivelor semiconductoare (tiristor, diac, triac, etc.) s-a putut realiza şi în domeniul curenţilor intenşi şi tensiunilor înalte comutaţie statică, fără piese în mişcare şi deci fără arc electric. Cu toate progresele înregistrate, realizările încă sunt limitate datorită condiţiilor specifice de funcţionare ale unor astfel de dispozitive şi pierderilor de energie în acestea. Totuşi, se constată o tendinţă evidentă de introducere, pe scară cât mai mare, a electronizării comenzilor la echipamentele şi instalaţiile beneficiare de comutaţie mecanică.

PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA SIGURANŢELOR FUZIBILE DE JOASA ŞI DE ÎNALTA TENSIUNE

DESTINAŢIE, PARAMETRI INIŢIALI, PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE, SOLUŢII CONSTRUCTIVE ŞI CARACTERISTICI

Siguranţele fuzibile sunt aparate de comutaţie cu întrerupere automată, care protejează circuitele electrice împotriva efectelor termice şi dinamice, ale curenţilor de suprasarcină, şi respectiv ale celor de scurtcircuit. Elementul ce realizează protecţia este reprezentat de către un fir sau o bandă fuzibilâ montate în serie cu circuitul de protejat şi astfel calibrate încât să aibă cea mai mică stabilitate termică din întreg circuitul. Până la o anumită valoare a curentului din circuit (curentul minim de topire Imt, elementul fuzibil nu va produce comutaţia circuitului; la depăşirea acestei valori, fuzibilul se topeşte întrerupând astfel circuitul. Spre a proteja circuitul împotriva pri¬mului maxim al curentului de scurtcircuit (curentul de lovitură), fuzibilul trebuie să se topească într-un timp mai scurt de o semiperioadă, măsurat în raport cu momentul începerii scurtcircuitului (deci în rnai puţin de l0-2 s în reţelele cu f = 50 Hz); numai astfel siguranţa fuzibilă îşi va manifesta efectul limitator, adică va întrerupe circuitul înainte ca să fie atinsă va¬loarea maximă a curentului de scurtcircuit.

Prin funcţionarea siguranţei fuzibile, se înţelege întreruperea de către aceasta a circuitului în care este montată, ca urmare a topirii elementului fuzibil şi a stingerii arcului electric apărut între picăturile de metal. După fiecare funcţionare elementul fuzibil trebuie înlocuit, ceea ce se face schim-bînd patronul siguranţei fuzibile (elementul de înlocuire).

Curentul nominal al elementului de înlocuire (In), se defineşte ca fiind valoarea standardizată a curentului garantat de către fabrica constructoare, la care elementul de înlocuire poate funcţiona, timp îndelungat.

Prin capacitatea de rupere a siguranţei fuzibile (Ir) se defineşte cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit, pe care siguranţa îl poate întrerupe în condiţii precizate în norme, fără ca elementul de înlocuire să se distrugă în timpul încercări.

Cele mai eficiente siguranţe de medie tensiune, din punctul de vedere al efectului limitator şi al puterii de rupere, sînt cele care utilizează ca mediu de stingere a arcului electric nisipul de cuarţ şi au firul fuzibil realizat din argint profilat (figura1). Firul fuzibil (2) este înfăşurat pe suportul ceramic (1), circuitul continuându-se prin inelele metalice (4), bli¬dele (5) şi capacele (6); care realizează racordul dintre elementul de înlo¬cuire x şi circuitul exterior, în .paralel cu firul fuzibil (2), este montat firul de alamă (3), care va fi parcurs de o parte redusă din curentul ce străbate firul (2) ; firul de alamă (3) este destinat pentru semnalizarea funcţionării fuzibilului. Capacele (6) sunt armate cu ciment (7) la capetele frontale ale anvelopei de porţelan (8), iar porţiunile interioare ale acestui ansamblu, sunt umplute cu nisip de cuarţ (9).

După topirea firului fuzibil (2) ca urmare a unei suprasarcini sau a unui scurtcircuit, întreaga valoare a curentului de defect va parcurge firul (3) topindu-1 în scurt timp şi eliberând în poziţia (11) indicatorul de semnalizare (10); acest indicator, în afara semnalizării funcţionării siguranţei fuzibile, poate comanda funcţionarea unui separator de sarcină înseriat cu siguranţa.

Firul fuzibil (2) este profilat prin coroziune sau depunere galvanică, în scopul limitării supratensiunilor ce apar la bornele elementului de înlocuire în timpul funcţionării sale.

Utilizarea nisipului de cuarţ, la siguranţele fuzibile ca mediu de stingere al arcului electric, este justificată de efectul intens de răcire a coloanei de arc exercitat de către nisip, ca urmare a structurii sale granulare, cât şi a difuziunii rapide de nisip a vaporilor metalici rezultaţi din topirea fuzi¬bilului. Pe de altă parte, ca urmare a combinării dintre argintul topit şi gra¬nulele de nisip, apare „omida de fuziune", a cărei rezistenţă ohmică creşte foarte repede în timp, datorită răcirii intense, ceea ce duce la scăderea până la zero a curentului prin patronul fuzibil," într-un timp mai mic de 0,01s.