PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Protecia reelelor electrice miniere de joas tensiune poate fi realizat prin:

a) - sigurane fuzibile;

b) - cu relee maximale de curent;

c) - cu relee termice;

d) - protecie minimal de tensiune.

Deci reelele electrice miniere de joas tensiune , sunt reelele folosite la alimentarea diferitelor echipamente miniere ncepnd din abataje i pn la suprafa.

a) Protecia prin sigurane fuzibile a reelelor electrice de joas tensiune constituie cel mai ieftin i mai vechi mijloc de protecie a instalaiilor electrice mpotriva unor cureni mai mari dect curentul nominal.

Caracteristica cea mai important a siguranei fuzibile este dependena dintre curentul I i timpul de topire t al fuzibilului. Astfel c putem spune c o siguran fuzibil este caracterizat de curentul nominal al fuzibilului acesteia, definit drept curentul maxim la care fuzibilul nu se topete n regim de lung durat de funcionare i nici nu-i modific proprietile.

Practic verificarea curentului nominal al siguranei nu se poate face dup definiia dat mai sus, fiind necesar un timp foarte lung, teoretic infinit. De aceea siguranele se verific la un curent de (1,3 1,5) In (curentul nominal). 1

2

Sigurane fuzibile continuare:

Curentul la care se face ncercarea este denumit curent minim de ncercare. La acest curent sigurana nu trebuie s se topeasc timp de cel puin 1 2 ore.

Curentul maxim de ncercare este curentul de ncercare, la valori de (1,6 2,1) In, la care fuzibilul trebuie s se topeasc n cel mult 1 2 ore.

Principiul de funcionare al siguranelor este dintre cele mai simple, i anume: ele se conecteaz n serie cu circuitul protejat i constituie din punct de vedere termic poriunile sale cele mai slabe.

Alegerea curentului nominal In al siguranei ce protejeaz un circuit avnd curentul de lucru Il n regim de lung durat de funcionare se face punndu-se condiia ca s nu avem ntreruperi intempestive, adic fuzibilul s nu se topeasc la curentul de lucru al consumatorului. innd seam c n exploatare siguranele se pot topi la un curent apropiat de cel nominal este deci necesar ca:

In Il (1)

De asemenea, n cazul pornirii motoarelor, fuzibilele trebuie s nu se topeasc datorit ocului de curent ce are loc n perioada de pornire.

n cazul pornirilor uoare, care nu dureaz mai mult de 10 s, s-a constatat practic c fuzibilul nu se topete dac curentul su nominal satisface relaia (2): Ip

In (2)

2,5

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

n cazul pornirilor grele, al cror timp de pornire ajunge pn la 40 s, este necesar s avem relaia (3): Ip

In (3)

1,8 2

Avnd n vedere c la motoarele asincrone curentul de pornire este n medie de 5 ori mai mare dect cel de lucru normal, curentul normal al

fuzibilului rezult de (2,5 3) ori mai mare dect cel de lucru al motorului, datorit celor expuse n formula (3), i anume:

Ip 5*Il

In = = ~ (2,5 3) Il (4)

1,8 2 1,82

O astfel de siguran nu va putea proteja motorul chiar la suprasarcini de (250 300) %, astfel nct practic se consider c siguranele fuzibile obinuite protejeaz instalaiile de for numai mpotriva curenilor de scurtcircuit.

O alt condiie pe care trebuie s o ndeplineasc o siguran fuzibil rezult din rolul acesteia de a proteja conductoarele electrice mpotriva suprasarcinilor.

Curentul nominal al fuzibilului trebuie s fie mai mic (de aceast dat) sau cel mult egal cu valoarea curentului maxim admisibil din punct de vedere termic.

3

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Imax curentul termic maxim admisibil al conductoarelor protejate trebuie s satisfac relaia (5):

In Imax (5)

Din acest motiv, n instalaiile electrice unde apariia suprasarcinilor necontrolate este posibil (instalaiile de iluminat ale cldirilor administrative de exemplu), raportul In/Imax se ia n medie 0,8, inndu-se seama c sigurana se ncearc la topire la un curent de (1,3 1,5) ori mai mare dect cel nominal.

n instalaiile industriale de for, unde datorit supravegherii de ctre personal calificat a acestora, suprasarcinile se consider puin probabile se renun la rolul de protecie mpotriva suprasarcinilor al siguranei fuzibile. Astfel curentul maxim admisibil al conductorului se alege mai mare sau

cel puin egal cu valoarea curentului de lucru al motorului, astfel nct raportul In / Imax la reelele de for, la racorduri sau ramificaii spre consumatori individuali, devine conform relaiei (6):

In / Imax = (2,53) (6)

La reelele de for magistrale, care alimenteaz mai multe motoare, curentul de pornire se calculeaz considerndu-se c pornete doar un singur motor, celelalte lucrnd normal, astfel nct, In are valoarea dat de relaia (7) de pe urmtorul slide:

4

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Ip n=1

In ( + Ili )max (7) 1,82,5 i=1

Deosebirea fa de cazul ramificaiilor const n aceea c la magistrale raportul In / Imax este mai mic, n medie 1,5.

n cazul n care consumatorii sunt alimentai de la un transformator de putere comparabil (transformatoare antigrizutoase de iluminat, sau pentru perforatoare, de 2,5 i 5 kVA), trebuie s se in cont de ocul de curent ce are loc la cuplarea sarcinii. Din acest motiv, valorile curentului nominal al

fuzibilului, date de una din relaiile precedente, se mresc cu (20 40) %.

Deci alegerea curentului nominal al siguranelor fuzibile este condiionat att de curentul cerut de consumator n regim normal i de pornire, ct i de valoarea curentului maxim admisibil din punct de vedere termic al conductoarelor de alimentare. Din acest motiv, alegerea siguranelor se face odat cu dimensionarea seciunii conductoarelor.

La condiiile generale de alegere a siguranelor fuzibile, valabile att la suprafa ct i n subteran, se adaug cerine suplimentare n cazul utilizrii lor n locurile de munc cu pericol de explozie. 5

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

b) Protecia cu relee maximale de curent

n instalaiile de joas tensiune din subteran, cea mai mare rspndire a proteciei este reprezentat de protecia maximal de curent cu relee electro-magnetice fr temporizare. ntreruptoarele dotate cu acest tip de relee protejeaz mpotriva curenilor de scurtcircuit.

Tipurile de relee maximale folosite la ntreruptoarele de construcie indigen (cunoscute sub numele de cofrete AG) au un curent de acionare reglabil ntre limitele 4 - 8 (la unele tipuri 5 10) ori curentul nominal al releului Inr - la cele pentru comanda i protecia motoarelor i ntre 3 i 6 (la unele tipuri ntre 2 i 4) ori curentul nominal al releului pentru comanda i protecia liniilor.

1. REGLAREA PROTECIEI

n cazul proteciei unei reele ce alimenteaz un singur motor, curentul de acionare al releului maximal Ia trebuie s fie mai mare dect valoarea curentului de pornire al motorului Ip . (relaia 8):

Ia Ip (8)

n cazul n care se protejeaz o reea magistral, la care se racordeaz mai multe motoare, se consider c un singur motor pornete (cel care are curentul de pornire cel mai mare), iar restul de (n-1) motoare funcioneaz 6

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

la sarcina nominal, i deci curentul de acionare al releului maximal trebuie s satisfac relaia (9):

n=1

Ia ( Ip + Ini )max (9) i=1

n cazul n care releele protejeaz o linie care servete la pornirea simultan a mai multor motoare, curentul de acionare trebuie s fie cel puin egal cu suma curenilor de pornire.

La reelele de iluminat, avnd n vedere c lmpile cu incandescen conectate n stare rece au o rezisten mic ce crete brusc datorit nclzirii filamentului, provocnd n momentul cuplrii lor sub tensiune, un oc de curent, este necesar ca protecia maximal s nu acioneze n acest caz i deci se alege curentul de acionare conform relaiei (10):

Ia 3 * In (10) pentru lmpile cu filament i

Ia 1,25 * In (10) pentru lmpi fluorescente.

La protecia maximal de curent a transformatoarelor de 380/27V, folosite pentru alimentarea mixt, att a iluminatului pe galerii, ct i a perforatoarelor electrice, avnd n vedere ocul curentului de magnetizare la 7

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

cuplarea transformatorului, curentul de acionare al releului trebuie ales cu (20 40)% mai mare dect valoarea maxim a curentului din primar.

Pentru a se proteja instalaia mpotriva scurtcircuitelor, este necesar ca valoarea curentului de acionare a proteciei s fie mai mic dect valoarea minim a curentului de scurtcircuit, inndu-se cont de un coeficient de sensibilitate a proteciei care trebuie s fie cel puin 1,5, astfel nct:

Ia I(2)

sc / 1,5 (11)

Din cauza valorilor relativ reduse ale curenilor de scurtcircuit n reelele miniere de joas tensiune, condiia de sensibilitate a proteciei (11) nu este ntotdeauna satisfcut de la sine. ntruct micorarea curentului de acionare a proteciei este limitat de relaiile (8); (9) i (10), singura modalitate de satisfacere a condiiei (11) const n mrirea artificial a curentului de scurtcircuit, prin metodele urmtoare:

a) Micorarea impedanei reelei de joas tensiune, prin mrirea seciunii conductoarelor sau reducerea lungimii lor prin apropierea de abataj a postului

de transformare de sector;

b) Reducerea impedanei de scurtcircuit a postului de transformare, prin utilizarea unui transformator de putere mai mare sau a dou transformatoare n paralel.

8

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Atunci cnd mrirea artificial a curentului de scurtcircuit nu este posibil, pentru a putea satisface condiia de sensibilitate a proteciei, la calculul curentului de acionare a proteciei, n locul valorii curentului de pornire Ip - la tensiunea nominal a motoarelor dat n cataloage, se va adopta valoarea real a acestui curent Ipr - mai mic din cauza impedanelor transformatorului i a reelei, care sunt conectate n serie cu impedana motorului.

n contactoarele i ntreruptoarele electrice miniere de producie romneasc releele maximale de curent sunt de tip electromagnetic, montate direct pe cel puin dou faze.

Pornitoarele magnetice miniere de tipul P.V.I. i P.M.V.I. sunt dotate cu protecie maximal de curent de tipul U.M.Z, a crui schem de principiu se compune din 2 circuite identice, fiecare alimentat prin intermediul unui

transformator de curent TI (fig.1). Curentul I2 din secundarul transformatorului

de curent, indus de curentul I1 din primar i care depinde de raportul de transformare kT , creeaz pe rezistena echivalent o cdere de tensiune care se aplic punii de redresare D, a crei sarcin o constituie releul electromagnetic R. n acest mod elementul de execuie se conecteaz n schem nu ca un releu de curent ci ca un releu de tensiune. n cazul n care releului i se aplic tensiunea redresat, curentul din nfurare variaz dup o 9

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

lege exponenial, cu constanta de timp determinat de raportul dintre inductivitatea bobinei releului i mrimea rezistenelor din schem.

Figura 1. Schema de principiu a proteciei maximale de curent U.M.Z.

Caracteristicile U.M.Z. sunt:

- tensiunea nominal a reelei [V] pn la 1140;

- cureni nominali ai aparatelor de comutaie prevzute cu astfel de protecii [A]: 23, 63, 125, 250 i 320;

- timpul propriu de acionare al proteciei la un factor de multiplicitate de 1,5 a primarului TI fa de curentul reglat nu mai mare de 60 ms. 10

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

TI

TI R

s

Rs

K

K

R1

R1

R2

R2

D

D

R

R

d) PROTECIA CU RELEE TERMICE

Releele termice au rolul de a proteja instalaiile electrice mpotriva suprasarcinilor. Atunci cnd curentul depete valoarea la care este reglat s acioneze releul, acesta produce declanarea ntreruptorului cu o ntrziere cu att mai mic, cu ct suprasarcina este mai mare. Dependena dintre intensitatea curentului I i timpul de acionare ta al releului termic este dat de caracteristica sa de funcionare. Curba de funcionare a releului termic este prezentat n figura 2.

Figura 2. Dependena ntre valoarea curentului i timpul de acionare la relee termice (linia ntrerupt) i dependena ntre curentul de suprasarcin i durata

sa admisibil la utilajul protejat (linia continu).

Pentru a permite adaptarea unui releu pentru protecia diverselor motoare, avnd cureni nominali de valori diferite, se poate folosi urmtoarea

11

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

t

I

ta

(I)

ts

(I)

Is

ta

ts

posibilitate de a regla curentul de acionare Ia al releului, care n mod obinuit este reglabil ntre limitele (0,61)*Inr , la unele tipuri ntre limitele (0,81,25)*Inr , unde Inr este curentul nominal al releului.

Alegerea releului termic se face astfel:

- se determin curentul nominal al consumatorului sau cablului protejat ( Inc ), precum i curentul de regim absorbit ( Iregim );

- se alege un tip de aparat cu relee termice al crui curent nominal (Inr) s aib o astfel de valoare, nct curentul nominal al elementului protejat s fie cuprins n gama de reglaj, adic:

-0,6 * Inr Inc 1 * Inr (12)

n cazul cofretelor AG-400, alegerea se va face astfel nct curentul nominal al elementului s fie cuprins n gama de reglaj 1 * Inr Inc 1,25 * Inr , pentru temperaturi ale mediului ambiant de pn la 20C i 0,8 * Inr Inc 1 * Inr , pentru temperaturi pn la 40C.

Dac avem de ales ntre dou relee termice care corespund condiiei de mai sus, n cazul n care utilajul are pornire uoar i funcionare continu se va alege releul al crui curent nominal (Inr) este cel mai mic.

Reglarea releului termic pentru consumator se va face astfel:

- Dup curentul nominal al acestuia n cazul cnd n funcionarea normal a consumatorului sunt posibile suprasarcini i se pune problema utilizrii ct mai complete a capacitii de lucru a motorului, coeficientul de reglaj va fi dat de relaia (13), unde: K coeficientul de reglaj; Inc curentul nominal al consumatorului; Inr - curentul nominal al releului. 12

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Inc K = (13) Inr -Dup curentul real absorbit, la consumatorii cu sarcin constant i pornire uoar. n acest caz orice depire a curentului nominal provine de la o defeciune (rmnerea n dou faze, blocarea sau deteriorarea rulmentului i a prii mecanice, etc.). Acest reglaj se recomand n special utilajelor fr supraveghere. Coeficientul de reglaj va fi dat de relaia (14):

Iregim K= (14) Inr

Pornirea consumatorilor se consider uoar dac timpul de pornire, socotit din momentul cuplrii la reea, pn cnd curentul scade sub Inc este sub 2 secunde, la curentul echivalent de 6* Inc. n cazul n care curentul de pornire mediu este p * Inc, n care p 6, timpul echivalent de pornire - tep - se calculeaz cu relaia (15): 72 tep = (15) p2

Dac releele termice sunt cu nclzire indirect, se poate considera ca avnd pornire uoar consumatorii la care timpul de pornire este sub 5 secunde. La utilajele cu porniri dese i cu suprasarcini de scurt durat (transportoare, combine de abataj, etc.), reglajul releului termic poate fi ridicat cu maxim

13

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

50% fa de Inc, dac durata de pornire este cel mult egal cu 2 minute i utilajul este supravegheat.

La utilajele cu funcionare intermitent (maini de ncrcat, perforatoare, etc.) este admis funcionarea fr relee termice de protecie la suprasarcin a motoarelor n cazul n care ntreprinderea constructoare garanteaz funcionarea fr aceast protecie.

Reglarea releului termic pentru protecia liniilor (cablurilor) se face dup curentul maxim admisibil (Inc), iar n cazul n care sarcina nu poate depi o anumit valoare (Iregim) se recomand scderea reglajului releului termic, ct mai aproape de aceasta.

n cazul n care mai multe poriuni de cabluri legate n serie au seciuni diferite se admite o singur protecie a lor, dac aceasta este reglat dup seciunea minim.

Pentru a se putea efectua reglajul proteciei i a se aprecia eficacitatea acesteia este necesar s se cunoasc durata admisibil a suprasarcinilor utilajului electric protejat. Protecia acioneaz corect dac deconectarea declanat de relee se produce nainte sau cnd temperatura utilajului protejat atinge temperatura sa maxim admisibil. n acest scop, caracteristica de funcionare a proteciei termice ta = f (I) trebuie s se reprezinte grafic printr-o curb care coincide sau este situat sub curba ts= f (I) , care reprezint

14

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

durata admisibil a suprasarcinilor (conform figurii 2 din slide-ul 11- curba continu cu verde deschis).

Reglarea i eficacitatea proteciei termice este condiionat de regimul de funcionare al utilajelor electrice (de lung durat, de scurt durat sau intermitent) i de ineria termic a acestora.

Dup reparaii i nlocuiri de piese sau revizii planificate la aparatele de protecie (conform cerinelor H.G. 1049/2006 i R.S.S.M. 2007) trebuie s se fac verificarea bunei funcionri a releelor. Cu aceast ocazie trebuie verificat i faptul dac unele materiale nu i-au pierdut proprietile (ca de exemplu: degradarea bimetalelor, slbirea arcurilor, etc.).

De asemenea, la nlocuirea unor piese importante ale releelor (bimetalul, arcul

antagonic, etc.) este obligatorie reetalonarea releelor.

Verificarea i etalonarea n atelier a releelor termice se face pentru ambele limite de reglaj.

Verificarea unui releu termic (revizie) se poate face n mod simplu, prin

verificarea unor condiii ce trebuie ndeplinite, la ambele limite de reglaj.

Dup refacerea sau schimbarea releului termic cu altul se verific identitatea lui cu cel original i apoi se face verificarea funcionrii lui.

15

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

16

PROTECIA INSTALAIILOR ELECTRICE MINIERE DE JOAS TENSIUNE

Nr.

crt.

Multiplul

curentului

de reglaj

Timpul de declanare Observaii

1 1,05 * Ireglaj S nu declaneze n 2 ore Pornind din stare rece

2 1,20 * Ireglaj S nu declaneze n cel mult 2 ore Pornind din stare cald

3 1,50 * Ireglaj S nu declaneze n cel mult 2 minute Pornind din stare cald

4 6,00 * Ireglaj S nu declaneze n 2 secunde la motoare cu pornire uoar i n 5 secunde la motoare cu pornire grea

Pornind din stare rece