Διακόπτες και μέσα ζεύξης και προστασίας ΧΤ Οι διακόπτες κλείνουν ή ανοίγουν ένα ή περισσότερα κυκλώματα όταν τους δοθεί εντολή λειτουργίας Η εντολή μπορεί να προέρχεται από άνθρωπο ή από σήμα (π.χ. τάση ηλεκτρονόμου) Διακρίνονται σε διακόπτες κυκλωμάτων ισχύος και διακόπτες βοηθητικοί ή ελέγχου (διακόπτουν ρεύματα 1 5 A) Οι διακόπτες κυκλωμάτων ισχύος διακρίνονται, ανάλογα με την ισχύ ή το ρεύμα διακοπής τους, σε Αποζεύκτες Διακόπτες φορτίου Διακόπτες ισχύος (αυτόματοι) Διακόπτες εκκινητές κινητήρων Οι διακόπτες κυκλωμάτων ισχύος διακρίνονται, ανάλογα με το μηχανισμό που κινεί τις επαφές τους, σε Μηχανικούς Ηλεκτρομαγνητικούς: ηλεκτρονόμοι (ρελέ, relais, relay) Ηλεκτρονικών ισχύος: Power MOSFET, Thyristors, Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT) Το πρόβλημα της ζεύξης και απόζευξης Ζεύξη Το ρεύμα εκκίνησης που περνά παροδικά (για χρόνους από ms έως s) από το διακόπτη είναι πολλαπλάσιο του ονομαστικού (1 20 I N ) Πριν από το κλείσιμο των επαφών των μηχανικών διακοπτών το διάκενο διασπάται, δημιουργείται τόξο και φθορά των επαφών 1
Το πρόβλημα της ζεύξης και απόζευξης Απόζευξη Υπάρχουν πάντα στα κυκλώματα μικρές ή μεγάλες αυτεπαγωγές Το άνοιγμα των επαφών δεν συνεπάγεται διακοπή του κυκλώματος αλλά δημιουργία τόξου μεταξύ των επαφών του διακόπτη Η διακοπή του κυκλώματος γίνεται όταν μηδενιστεί το ρεύμα Όταν μηδενιστεί το ρεύμα εμφανίζεται στα άκρα των επαφών του διακόπτη τάση που εξαρτάται από το φορτίο (επανερχόμενη τάση, restriking voltage ή μεταβατική τάση αποκατάστασης, transient recovery voltage) Μεγάλη ταχύτητα ανόδου της επανερχόμενης τάσης (rate of rise of restriking voltage, r.r.r.v., kv/μs) μπορεί να προκαλέσει διάσπαση του διακένου μεταξύ των επαφών του διακόπτη Η επανερχόμενη τάση που εφαρμόζεται στα άκρα των επαφών ενός διακόπτη αμέσως μετά την απόζευξη δεν πρέπει να προκαλεί διάσπαση Γρήγορη ψύξη του τόξου, υπολογισμός της μέγιστης τιμής της επανερχόμενης τάσης και της παραγώγου της: απαραίτητα για επιτυχή απόζευξη Τα επαγωγικά κυκλώματα έχουν μεγάλη ταχύτητα ανόδου επανερχόμενης τάσης Τα χωρητικά κυκλώματα διπλασιάζουν την επανερχόμενη τάση Μηχανικοί διακόπτες φορτίου για κυκλώματα ισχύος Μορφές Οι μηχανικοί διακόπτες χρησιμοποιούνται ως διακόπτες φορτίου ή ως αποζεύκτες και μπορεί να είναι Μαχαιρωτοί (αποζεύκτες σε μεγάλες ισχείς σε συνδυασμό με ασφάλειες) Δυο θέσεων με μοχλό (μικροαυτόματοι ράγας) Δυο ή περισσοτέρων θέσεων περιστροφικοί (γενικοί διακόπτες πινάκων, εκκινητές, αντιστροφείς, αλλαγής ταχύτητας κινητήρων) Ονομαστική τάση Επιλογή μηχανικών διακοπτών φορτίου Ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας και κατηγορία χρήσης Θερμικό ρεύμα λειτουργίας Συχνότητα διακοπής (κύκλοι λειτουργίας / ώρα) Διάρκεια ζωής (κύκλοι λειτουργίας) Είδος βοηθητικών επαφών (κλειστές, ανοικτές) Είδος προστασίας με ασφάλειες σε βραχυκυκλώματα 2
Ηλεκτρονόμοι (ρελέ) ισχύος Οι ηλεκτρονόμοι (HN) είναι ηλεκτρομαγνητικοί διακόπτες, δηλαδή διακόπτες που ανοίγουν και κλείνουν με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομαγνήτη και αποτελούνται κυρίως από το κινούμενο μαγνητικό κύκλωμα (από δυναμοελάσματα), το πηνίο, το μηχανισμό, τις επαφές ισχύος, το θάλαμο σβέσης τόξου (σε ηλεκτρονόμους μεγάλης ισχύος), και τις βοηθητικές επαφές Όργανα προστασίας σε υπερρεύματα, υπερφόρτιση και βραχυκυκλώματα στη Χαμηλή Τάση Τα όργανα προστασίας ΧΤ ανοίγουν αυτόματα ένα κύκλωμα, όταν το ρεύμα του υπερβεί μία τιμή σε καθορισμένο χρόνο Υπάρχουν δυο γενικές κατηγορίες: Ασφάλειες τήξης Αυτόματοι διακόπτες ισχύος, δηλαδή μικροαυτόματοι γραμμών (Micro Circuit Breakers) διακόπτες ισχύος (Circuit Breakers) προστασίας συσκευών, κινητήρων και μετασχηματιστών διακόπτες διαφορικού ρεύματος 3
Ασφάλειες Τήξης Ασφάλεια τήξης είναι μια συσκευή η οποία μέσω της τήξης μίας ή περισσοτέρων συνιστωσών της ανοίγειτοκύκλωμαστοοποίοείναι τοποθετημένη διακόπτοντας το ρεύμα, όταν αυτό υπερβεί μια δεδομένη τιμή σε καθορισμένο χρόνο Η διακοπή του κυκλώματος επιχειρείται αρχικά μέσω της τήξης ενός χάλκινου ή αργυρού σύρματος ή ταινίας (τηκτό), μέσα σε σκόνη χαλαζία (quartz sand) Ρεύματα < 20 Α:τηκτό μόνο από χαλκό Ρεύματα > 20 Α:τηκτό και από άργυρο, για τη μείωση απωλειών ισχύος στην αντίσταση του τηκτού Η οριστική απόζευξη του κυκλώματος επιτυγχάνεται μετά τη σβέση του τόξου Η σβέση του τόξου πραγματοποιείται από τη σκόνη χαλαζία: το τηκτό λιώνει, εξατμίζεται και στη συνέχεια συμπυκνώνεται πάνω στο χαλαζία (pre-arcing time, melting time) αμέσως δημιουργείται τόξο ο χαλαζίας λιώνει και στη συνέχεια στερεοποιείται στο μέρος που υπήρχε το τηκτό, εισάγοντας αφ ενός μεγάλη αντίσταση στο κύκλωμα και σβήνοντας αφ ετέρου το τόξο (arcing time) Ασφάλειες Τήξης Επιλογή ασφαλειών τήξης Η ονομαστική τάση του κυκλώματος (π.χ. 250 V) Το ονομαστικό ρεύμα (π.χ. 6 Α) Το ονομαστικό ρεύμα απόζευξης (π.χ. 50 ka), απότοοποίοπροσδιορίζεται έμμεσα και ο τύπος της ασφάλειας Η χαρακτηριστική καμπύλη χρόνου ρεύματος. Εναλλακτικά δίνεται το μικρό και το μεγάλο ρεύμα δοκιμής: Το μικρό ρεύμα δοκιμής Ι 1 είναι το ρεύμα που δεν λιώνει την ασφάλεια σε ορισμένο χρόνο (συνήθως 1 ώρα) Το μεγάλο ρεύμα δοκιμής Ι 2 είναι το ρεύμα που λιώνει την ασφάλεια σε ορισμένο χρόνο (συνήθως 1 ώρα) 4
Αυτόματοι Διακόπτες Ισχύος Οι αυτόματοι διακόπτες είναι διακόπτες ισχύος (ΔΙ) που ανοίγουν αυτόματα το κύκλωμα σε προκαθορισμένο χρόνο αν το ρεύμα του κυκλώματος που προστατεύουν υπερβεί μια προκαθορισμένη τιμή Προστατεύουν από υπερφόρτιση και βραχυκυκλώματα και αποτελούνται από ένα ΔΙ ένα θερμικό στοιχείο ή έναν ΗΝ που δίνει εντολή στο ΔΙ να ανοίξει (υπερφόρτιση) χρόνος απόκρισης: δευτερόλεπτα λεπτά (ανάλογα με το ρεύμα) ένα ΗΜ στοιχείο που δίνει εντολή στο ΔΙ να ανοίξει ακαριαία (βραχυκύκλωμα) χρόνος απόκρισης: 10-100 ms, όταν το ρεύμα υπερβεί μία τιμή 2 15 I N Οι αυτόματοι διακόπτες μπορούν να συνδεθούν με ΗΝ υπότασης ή υπέρτασης για την προστασία κινητήρων Ανάλογα με τη συσκευή που προστατεύουν, διακρίνονται σε αυτόματοι διακόπτες γραμμών και συσκευών (μικροαυτόματοι) αυτόματοι διακόπτες κινητήρων αυτόματοι διακόπτες ισχύος για εγκαταστάσεις διανομής Μικροαυτόματοι (συν.) Οι μικροαυτόματοι έχουν περιορισμένη ικανότητα απόζευξης (3 10 ka) Συνήθως: 6 ka Αν το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι μεγαλύτερο, πρέπει να προστατεύεται ο μικροαυτόματος με ασφάλεια τήξης που προτάσσεται (αλλιώς θα καταστραφεί επειδή δεν θα μπορεί να διακόψει το ρεύμα βραχυκύκλωσης) Ηασφάλειαπρέπειναείναι2-4 βαθμίδες μεγαλύτερη Παράδειγμα Ον. ρεύμα μικροαυτόματου Ον. ρεύμα ασφάλειας τήξης 40 A 100 A Συνήθεις βαθμίδες μικροαυτόματων 6-10 -16-20 -25-32 -35-40 -50-63 Α Συνήθεις βαθμίδες ασφαλειών : 6-10 -16-20 -25-35 -50-63 -80-100 Α 5
Επιλεκτική συνεργασία των μέσων προστασίας Μέσα προστασίας α, β, γ Σφάλμα μετά το γ Πρέπει να ανοίξει το μέσο που βρίσκεται πιο κοντά στο σφάλμα μόνο το γ (για να μην τεθούν εκτός λειτουργίας άλλα φορτία) πρέπει οι χρόνοι διέγερσης να είναι t α > t β > t γ t α t γ t β για 1000 Α < I k < 6200 Α είναιt α > t γ > t β Κακή συνεργασία I k Επιλεκτική συνεργασία (συν.) Πρέπει επίσης η χρονική διαφορά μεταξύ t α, t β και t γ να είναι σημαντική (0,2 s) Μέσα προστασίας ίδιου τύπου ακόμα και του ίδιου κατασκευαστή (π.χ. ασφάλειες τύπου D) έχουν διασπορά τιμών χαρακτηριστικών Η διασπορά είναι ακόμα μεγαλύτερη αν τα μέσα προστασίας προέρχονται από διαφορετικούς κατασκευαστές Σύγκριση χαρακτηριστικών Αν δεν υπάρχει η δυνατότητα σύγκρισης, πρέπει να ισχύουν οι εξής διαφορές μεταξύ των ονομαστικών ρευμάτων των μέσων: ασφάλεια - ασφάλεια: σχέση 1/1,7 (π.χ. 16 A με 27,2 32 A) ασφάλεια - μικροαυτόματος: σχέση 1/1,9 (π.χ. 16 A με 30,4 32 A) μικροαυτόματος - μικροαυτόματος : σχέση 1/3 (π.χ. 16 A με 48 50 A) Αν υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης μέσων προστασίας από τον ίδιο κατασκευαστή, αρκεί να υπάρχει διαφορά μιας βαθμίδας Π.χ. 2 μικροαυτόματοι 40 A και 50 A του ίδιου κατασκευαστή συνεργάζονται επιλεκτικά σε όλη την περιοχή ρευμάτων βραχυκύκλωσης 6
Μονωμένοι αγωγοί και καλώδια Αγωγοί καλωδίων Αγωγοί: Διατομή: Αγωγοί: Χαλκός Αλουμίνιο (σπάνια, διατομές > 35 mm 2 ) Κυκλική (r) Κυκλικού τομέα (s) (σπάνια, διατομές > 35 mm 2 ) Μονόκλωνοι (-U) Πολύκλωνοι (-R) Υψηλής ευκαμψίας πολύκλωνοι (-Κ) Υπερυψηλής ευκαμψίας (-F) 7
Χρώμα μόνωσης: Αγωγοί φάσεων: Ουδέτερος αγωγός: Αγωγός γείωσης: οποιοδήποτε χρώμα εκτός από κιτρινοπράσινο και ανοικτό μπλε ανοικτό μπλε (παλαιότερα γκρι) κιτρινοπράσινο Απαγορεύεται η χρήση κιτρινοπράσινου αγωγού ως αγωγού φάσης Επιτρέπεται η χρήση μπλε αγωγού ως αγωγού φάσης όταν δεν υπάρχει ουδέτερος αγωγός 8