MINISTERUL EDUCAȚIEI Șl ÎNVĂȚAmÎNTULUI _ .arate electrice automatizări MANUAL PENTRU CLASA A WL..UCK CU PROFIL DE ELECTROTEHNICA Șl MATEMATICA - ELECTROTEHNICA Șl ȘCOLI PROFESIONALE EDITURA DIDACTICA ȘT PEDAGOGICA BUCUREȘTI, 1986 Manualul a fost reeditat după ediția 1980, elaborată conform programei școlare aprobate de Ministerul Educației și Învățămîntului cu nr. 3448/1979. Refereați: cir. ing. Valcriui Stanciu ing. prof. Ccrina Soare Redactor: ing. Marfa Bduri Tehnoredactor: Otic Paraschiv Necșoiu Coperta: Dumitru Negrescu Partea întîi APARATE ELECTRICE Capitolul 1 INTRODUCERE ÎN FUNCȚIONAREA Șl CONSTRUCȚIA APARATELOR ELECTRICE A. ROLUL Șl IMPORTANȚA APARATELOR ELECTRICE în cadrul acestui manual sînt tratate aparatele electrice de comu- i ație (conectare și deconectare) și aparatele electrice de protecție, uti- lizate în domeniul producerii, transportului și distribuției energici electrice. Ele se găsesc în numeroase variante constructive și funcționale ni toate instalațiile electrice îndeplinind, în circuitele dintre sursele de ■ nurgie și receptoare, funcții de deosebită importanță: — închiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor electrice; - supravegherea și protecția instalațiilor și receptoarelor (Împo- triva suprasarcinilor, scurtcircuitelor, supratensiunilor etc.). în țara noastră, asimilarea în fabricația de serie a aparatelor elec- 11 ire a început în primii ani ai construcției socialiste. Sub conducerea Partidului Comunist Român, o dată cu dezvol- huea întregii industrii, s-a dezvoltat intr-un ritm rapid și industria < b'ctrotchnică și, în cadrul ei, producția de aparataj electric. S-au înființat numeroase întreprinderi care s-au specializat și dezvoltat pe parcurs și care, datorită intensei activități desfășurate pentru asimilarea de noi produse și pentru diversificarea producției, pot acoperi astăzi practic tot necesarul economici naționale de aparataj electric de joasă și înaltă tensiune. Principalele întreprinderi producătoare sînt; El&droputer& - - Cra- wm, pentru aparataj electric de înaltă tensiune; Electr oaparataj — 3 București, pentru întreruptoare automate, contactoare, contactoare cu relee, echipamente de tracțiune; întreprinderea de aparataj electric de instalații — Titu: întreprinderea de contactoare — Buzău: Electrocon- tact — Botoșani, pentru aparataj antigrizutos și antiexploziv, comuta- toare cu came, limitatoare; Electromagnetica — București, pentru relee j întreprinderea de mașini electrice — București, pentru aparataj de por- nire etc. B/MÂRIMILE CARACTERISTICE ALE APARATELOR ELECTRICE Principalele mărimi caracteristice, reprezentind și criterii de cla- sificare sînt: numărul de poli, felul curentului, tensiunea și curentul nominal etc. Se vor prezenta in continuare câteva caracteristici mai importante. e Tensiuni nominale. Distingem tensiunea nominală de izolare, tensiunea nominală de utilizare legată de diferiți curenți nominali de utilizare și tensiunea nominală de comandă pentru care este dimensionat dispozitivul de comandă al aparatului. Cele mai mari tensiuni de utili- zare și de comandă nu pot depăși valoarea tensiunii nominale de uti- lizare. De exemplu, un contactor poate avea tensiunea no-.ninala dc izolare de 660 V, ten- siunea nominală dc utilizare de 550 V la 40 A și 380 V la 63 A și tensiunea nominală, de comandă de 220 V. Pentru circuitele polifazate, tensiunea de utilizare și tensiunea de izolare se exprima prin tensiunea între faze. Tensiunile nominale de izolare standardizate sint: — pentru aparatele de joasă tensiune: 60, 250, 380, 500, 660, 800, 1 000 V c.a. 60, 250, 440, 600, 800, 1 200 V c.c. — pentru aparatele de înaltă tensiune: 6 , 10, 20, 110, 220, 420, 765 kV Tensiunile- nominale de utilizare standardizate sînt: - 34, 36, 48 (42), 60, 110 (127), 220 sau 250, 380, 440, 500, 669, 750. 1 000 V c.a. - 24, 48,60, 110 (120), (127) 220sau 250, 440, 690, 800, 1 200 Vc.c. Valorile date cu cifre îngroșate sint tensiunile de comandă standardizate. 9 Curenți nominali. Se disting curentul nominal termic pe care aparatul il poate suporta timp dc 8 li fără ca încălzirea diferitelor sale părți să depășească limitele admisibile și curentul nominal de utilizare st abilit de constructor în funcție de tensiunea nominală de utilizare și dc alți parametri. Curenții nominali termici standardizați pentru aparatele de joasă tensiune sînt: 2; 2,5; 3,15; 4 (5); 6,3; (8); 10; (12,5); 16 ; 20; 25 ; 31,5; 40; (50); 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400 (500); 630; <800; 1 000; 1250; 1 600; 2 000; 2 500; 3 150; 4 000 A. • Capacitatea de comutație. La aparatele de joasă tensiune, capa- citatea dc comutație se exprimă prin curentul de rupere, cel mai mare < urent pe care aparatul este capabil să îl întrerupă sub o tensiune dată, și prin curentul de închidere, cel mai mare curent pe care aparatul îl poate stabili sub o tensiune dată. Se dau în valori efective. La aparatele de înaltă tensiune se folosesc noțiunile de putere de rupere P, = v'3f7Jᵣ[MVA] (1-1) ț.i putere de închidere: P{ = (1.2) unde: Uₙ este tensiunea nominală, în kV; Iᵣ — curentul de rupere, în kA; li — curentul de închidere, în kA. ♦ Servicii nominale. Serviciul continuu (de durată) este cel în < .uc contactele principale ale aparatului sînt străbătute de curent lua întrerupere, un interval de timp mai mare de <8 h. Serviciul intermitent este caracterizat printr-o succesiune atît de frecventă de conectări și deconectări îneît în timpul în care aparatul iMtc închis, el nu atinge temperatura maximă, iar în timpul în care este hilrerupt, nu atinge temperatura ambiantă. Serviciul de scurtă durată este serviciul în care contactele princi- pal.' ale aparatului său străbătute de curent un timp insuficient de lung p.nlru a permite atingerea temperaturii maxime, dar timpul de între- uipere este suficient de lung pentru a permite atingerea temperaturii uni >iante. • Frecvența de conectare este data dc relația uodr t, este durata unui ciclu. 4 5 • Durata relativă de conectare se calculează cu formula Dₐ=^ 100%, (1.4) unde durata unui ciclu este tc = iₐ % tᵥ (unde i? este timpul de lucru și iₚ — timpul de întrerupere). Verificarea cunoștințelor 1.1. Cc funcții îndeplinesc aparatele electrice in instalații? 1.2. Ce tipuri de aparate de conectare cunoașteți? • 1.3. Cc întreprinderi din București fabrică aparate electrice? 1.4. Ce se înțelege prin tensiune de comandă? 1.5. La ce curent trebuie încercat un întreruptor automat de 100 kV și 2 500 MVA? 1.6. Caro este frecvența de conectare a unui aparat la care durata relativă de conec- tare este de 60% și timpul de întrerupere — de 1,2 s? Capitolul 2 SOLICITĂRILE LA CARE SÎNT SUPUSE APARATELE ELECTRICE în funcționarea aparatelor, atit în condiții normale de serviciu cit și în caz de avarii, fiecare dintre elementele componente este supus unor anumite solicitări, la care trebuie să reziste în bune condiții, timp de 10—20 ani, fără a fi necesare alte invervenții ale personalului de exploatare decit cele prevăzute a se face cu ocazia reviziilor periodice. Așa cum se știe de la „Tehnologia lucrărilor electrotehnice" — cl. a Xl-a, aceste solicitări sînt: — solicitarea electrică a izolațiilor, provocată de prezența tensiu- nii pe căile de curent; — solicitarea termică a căilor de curent și a pieselor învecinate aces- tora ca urmare a trecerii curentului electric; — soli citarea mecanică a căilor de curent și a pieselor de susținere a. acestora, sub acțiunea forțelor electrodinamice provocate de curenții de scurtcircuit; — solicitările termice și mecanice, provocate de arcul electric; — uzura mecanică a pieselor în mișcare; — solicitările provocate de acțiunea mediului în care lucrează apara- tul (căldură, umezeală, vapori corosivi, praf, lovituri etc.). A. SOLICITĂRI ELECTRICE Solicitarea electrică este cea la care este supus un izolant electric atunci r 2.1. Solicitarea electrică a unui 1 olani — reprezentare schematică: I Izolant; 2 — electrozi, U — ten- •lUne aplicată: c —• linie de continuare pe suprafața izolantului; s -- linie • Io »trăpuugere prin izolant. de electricitate prin interiorul unui izolant solid, lichid sau gazos și conturnare — formarea unui canal conducător pe suprafața unui izo- lant solid). Pentru a rezista în bune condiții solicitărilor electrice, piesele izo- lante ale aparatelor electrice se prevăd cu nervuri și canale care măresc distanța pe suprafața piesei între punctele sub tensiune. Pentru a fi eficiente, trebuie ca înălțimea nervurilor, respectiv lățimea canalelor, să fie mai mare de 2 mm. B. SOLICITĂRI TERMICE Trecerea curentului electric prin conductoare determină încăl- zirea acestora, încălzirile fiind mari în locurile în care secțiunea căii de curent este redusă (siguranțe fuzibile) sau rezistivitatea acesteia este mai mare (bimetale, rezistențe). De asemenea, în locurile de contact, prin care curentul electric trece între două piese, încălzirea locală este mai mare decît în restul piesei, mergînd în unele cazuri dc defect pînă la apariția unor puncte de topire. încălzirea exagerată a pieselor, nu poate fi admisă deoarece ea influențează negativ asupra proprietăților izolante și a duratei de viață a izolanților, asupra rezistenței mecanice a pieselor metalice, asupra elasticității resorturilor etc„ motiv pentru care temperaturile maxime admisibile sînt prescrise prin standarde. Procesul de încălzire a căilor conductoare de curent se desfășoară simultan cu -procesul de răcire a acestora prin transmiterea unei părți a căldurii primite către piesele învecinate sau către mediul ambiant. a Transmiterea căldurii se realizează de regulă simultan prin conducție (trecerea căldurii în interiorul corpurilor solide de la zonele calde la cele reci), prin convecție (curcnți de fluid formați în lichide și gaze datorită diferențelor de temperatură) și prin radiație (emisie de energie termică sub formă de unde electromagnetice). Puterea totală transmisă mediului ambiant se aproximează cu o relație simplă: Pₜ^KA0, (2,1) unde: K este coeficientul de transmisie totală a căldurii: (6— HpO"¹ W/cm² grd pentru piese în aer; (7—9) IO'³ W/cm² grd pentru piese în ulei; 8 I Ig 2.2. Variația în timp a încălzirii num conductor străbătut de curent. A este suprafața de răcire, în cm³; 0 — încălzirea conductorului (supratemperatura sa față de tem- peratura mediului ambiant), în grade. Datorită răcirii, încălzirea în timp a conductorului ca urinare a acumulării puterii primiți'- prin efect Joule-Lenz (Pₚ — RP) se des- fășoară în serviciul de durată după o curbă conform figurii 2.2, în care se vede ca creșterea temperaturii este din ce în ce mai lentă, obținîndu-se după un anumit timp (teoretic infinit, dar practic egal cu cîteva minute pină la cîteva ore în funcție de masa corpului) o stabilizare a temperaturii la o valoare maximă, numită temperatură de regim. Atingerea acestei valori corespunde momcrAului în care din puterea primită nu se mai acumulează nimic, ea fiind în întregime cedată mediulu ambiant. Din relația de egalitate Pᵥ — Pₜ sau RP = KA Qᵣ rezultă valoarea suprateinperaturii de regim: în care: peste rezisuvitatea, în D cm; s — secțiunea conductorului, în cm²; p — perimetrul conductorului, în cm; / — densitatea de curent, în A/cmE. • Temperatura conductorului se obține adunînd încălzirea 0 cu temperatura mediului ambiant 0ₐ. Valoarea t din figura 2.2, obținută la intersecția tangentei la curbă (la t = 0) cu asimptota La curbă (la 0 = 0ᵣ), reprezintă timpul în care conductorul ar atinge încălzirea de regim în condițiile în care nu ar ceda deloc căldură. 9 ^max ■--încâ/zirea în regim perjrwwrf '/ncă/zirea în reg/m înferm/'îeni Râare Fig. 2.3. încălzirea unui conductor în regim de funcționare intermitent: a — curba de încălzire; & — curba de răcire; o — variația încălzirii în regim intermitent; £ — curentul ce străbate conductorul. Această, valoare, numită constantă de timp, caracterizează posibi- litățile de încălzire și de răcire ale conductorului. Timpul total de atingere a temperaturii de regim este aproximativ egal cu 3 r. în serviciul intermitent, în care perioadele de încălzire alternează cu perioada de răcire (fig. 2.3), încălzirea maximă atinsă (9W) este mai mică decît cea obținută în serviciul de durată la trecerea aceluiași ■curent. Cu aproximație, 0H = 0ᵣ • bA, unde DA este durata relativă de conectare definită anterior (v. rel, 1.1). în cazul curenților de scurtcircuit, de foarte mare intensitate, dar de foarte scurtă durată, șe poate considera că întreaga energie primită este acumulată în calea de curent (conductor). Rezultă valoarea aproximativă a încălzirii conductorului la scurt- circuit : yc unde: c este căldura specifică a materialului conductorului, în Ws/g grd; Y — greutatea specifică a materialului, în g/cm³; j — densitatea de curent a scurtcircuitului de durată, in A/cm": t — durata scurtcircuitului, în s. în tabelul 2.1 sint dați cîțiva parametri fizici pentru o serie de ma- teriale conductoare și rezistive, 10 Tabelul 2.1 Parametrii fizici aî jnaterialelor conductoare și rezistive Coeficientul Rezist ivitat&a de temperatură Conduc t jv; - Căîdura Specifică p la 20fC a ] tafta specifici ig/ra') rezișț]Vjtăț:i termică X volumetrică Yc «p (1/grd 'W/cm ■ grdj [Ws/cm3 ’ grd] Argint 10,5 1,65 ■ IO”6 4,42 ■ IO '3 4,18 2,60 Cupru 8,93 1,78 - 10"« 4.39 10's 3,93 3,76 Aluminiu 2,7 2,90 ■ 10-» 4.00 10"’ 2,10 2,40 Oțel 7,86 (10-25) ■ W-e 5 00 ■ IO-3 0,65 3,60 Zinc 7.14 6.4 ■ 10"a 4.00 ■ IO-3 1.10 2,73 Albirii 8,5 (6-8) ■ 10-’ 2,00 • 10-3 1,10 3.20 C castan ta.n (54 Cu, 46 Ni) 8,96 56 ■ 10-’ -0,01 ■ io-3 0,22 3,65 Manganină (84 Cu, 4 Ni, 12 Mu) 8.3 43 ■ 10-’ i0,01 ■ 10-’ 0,22 3,40 Niche-lină (67 Cu, 31 Ni, 2Mn) 8,9 40 ■ 10-4 0,20 ■ IO”3 --- 3,54 Crom-nichel (62 Ni, 15 Cr, 23 Fe) 8,15 110 ■ 10 ’ 0,13 ■ 10-* 0,13 3.74 Fonti cenușie 7,6 80 ■ 10 6 1,10 ■ 10-7 2,70 C. SOLICITĂRI ELECTRODINAMICE în regim normal de funcționare a aparatelor, solicitările mecanice datorate forțelor dectrodinamice sînt mici. în cazuri de accidente însă., in instalație pot să apară curcnți de scurtcircuit de mii și zeci de mii de amperi, asupra căilor conducătoare de curent ale aparatelor se exer- cită forțe de atracție sau respingere de mii sau chiar zeci de mii de new- toni, ceea ce solicită mecanic întregul aparat și, îndeosebi, căile condu- cătoare de curent și izolația de susținere a acestora. în cazul a două conductoare paralele străbătute respectiv de cu- renții Iₛ și Z₂, forțele sînt de atracție cînd curenții sînt de același sens și de respingere cînd curenții sînt de sensuri contrare (fig. 2.4, a și b). a Valoarea forțelor electrodinamice este dată dc relația F =* 2 IJ, — - 10 ⁸ țdaN] a n Fig. 2.4, Forțe electrodinamice între conductoare paralele: a — curenți în același sens; t> — curenți în sens contrar; c — bare conductoare de curent susținute de izolatoare-suport. sau, dacă = 1: = 2Za — ■ IO⁻⁸ [daN], (2.5) a în care: I este curentul de scurtcircuit, de șoc* care străbate cele două, conductoare, în AₘᵢX; l — lungimea de conductor luată în considerație (de exemplu, distanța dintre două izolatoare-suport); a — distanța dintre conductoare (fig. 2,4, c) (1 și a se exprimă în aceleași unități). a Defectele cele mai frecvent întîlnite, provocate de efectul forțelor electrodinamice, sînt: — îndoirea conductoarelor și, prin aceasta, reducerea distanțelor de izolare; — slăbirea, legăturilor și chiar desprinderea conductoarelor din legături; — slăbirea presiunii pe contacte, care poate determina sudarea contactelor; — distrugerea prin solicitare mecanică a izolatoarelor-suport; — deschiderea separatoarelor sub sarcină, lucru deosebit de grav, care poate produce scurtcircuite in instalație și deteriorări importante ale acesteia; — deformarea bornelor. * amplitudinea primei alternanțe a curentului dc scurtcircuit. .12 D. SOLICITĂRI DATORATE MEDIULUI ÎN CARE LUCREAZĂ APARATELE în timpul funcționării lor, aparatele electrice sînt puternic influen- țate de acțiunea diferiților agenți fizici, cum sînt: umiditatea, praful, ladiățiile solare, vaporii corosivi etc. Aceștia, acționind asupra unor ■ lemente sensibile ale aparatelor, pot determina funcționarea necorectă ■ ui scoaterea lor din funcțiune. 1. Condiții normale de mediu Cea mai mare parte a aparatelor se construiesc pentru a funcționa iu condiții normale, adică în aer, într-un mediu cu următoarele carac- teristici (conform STAS 553/3-80): — altitudinea: pînă la 2 000 m; — temperatura mediului înconjurător: cuprinsă între —15°C și I 40°C (media zilnică nedepășind 35°C); — umiditatea relativă a mediului înconjurător: maximum 90% Li temperatura de 20°C sau 50% la temperatura de 40°C; — lipsă de praf și agenți corosivi. e Aparate de înaltă tensiune se construiesc, în funcție de locul de utilizare, chiar pentru „condiții normale" de mediu, în două va- ii;mte: — aparate destinate să funcționeze în interiorul clădirilor (construcții „de interior") ; — aparate destinate să funcționeze in aer liber (construcții „de c \imor"). Aparatele de exterior, fiind supuse acțiunii directe a intemperiilor (ploaie, zăpadă, chiciură), acțiunii radiațiilor solare, a vîntului și a unor depuneri mai bogate de praf, au izolația exterioară dimensionată mai larg și o construcție mai robustă (la care sc iau, de asemenea, mă- uri de protecție împotriva pătrunderii în aparat a apei de ploaie, împo- iiiva efectului radiațiilor solare și a unor variații mai mari de tempera- ( ură). o Aparatele de joasă tensiune se pot construi în multe variante de protecție. Gradele dc protecție au fost normalizate. Simbolizarea gradelor normale dc proiecție sc face (conform STAS >‘)‘)9-75) prin literele IP urinate de trei cifre caracteristice, caracteri- liml fiecare dintre ele protecția la o anumită solicitare; prima cifră, care poate lua valori între 0 și 6, simbolizează grade normale de protecție împotriva pătrunderii corpurilor solide și a prafu- 13 lui și de protecție a persoanelor împotriva electrocutării prin atingerea pieselor sub tensiune; — a doua cifră, care poate lua valori între 0 și 8, simbolizează grade normale de protecție împotriva pătrunderii apei; — a treia cifră, care poate lua valori între 0 și 5, simbolizează grade normale de protecție împotriva solicitărilor mecanice. De exemplu, un aparat pe care este marcată protecția 1P-442 este astfel construit incit: — în aparat nu pot pătrunde corpuri străine avînd dimensiuni peste 1 mm; — în aparat nu poate pătrunde apă sau alte lichide sub formă de stropi, indife- rent de direcția din care vin aceștia; — aparatul suportă, fără deteriorări, căderea pe aparat a. unei greutăți de 0,5 kg de la o înălțime de 40 cm deasupra acestuia. 2. Condiții speciale de mediu Există numeroase situații în care condițiile de utilizare a apara- telor electrice ies din cadrul condițiilor normale: — temperaturi ale mediului mai mart decît 40°C sau foarte joase (sub — 5CC); — altitudine la locul de utilizare peste 2 000 m; — atmosfera încărcată cu praf industrial; — prezență de pulberi sau gaze inflamabile ori explozive; — climat diferit dc cel temperat (diferit de „condițiile normale"., care corespund în linii mari climatului temperat din Europa). Aceste condiții dc. mediu determină solicitări deosebite ale apa- ratajului electric și, de aceea, pentru astfel de utilizări se elaborează construcții speciale, dintre care se menționează cele de mai jos. « Aparate destinate să funcționeze în climat normal, dar în încă- peri cu umiditate mărită (băi, pivnițe, grajduri, instalații tehnologice în care se produce abur etc.). Aceste aparate se introduc în carcase etanșe. Se folosesc anumiți izolanți rezistenți la umiditate și se iau măsuri deosebite de protecție a pieselor metalice împotriva corozi- unilor. • Aparate destinate să funcționeze în mediu cu aer marin, (apa- rate „în construcție navala'"). Atmosfera din zona mărilor solicită foarte sever aparatajul electric, deoarece atmosfera umedă și sărată favori- zează coroziunea pieselor metalice și înrăutățește mult comportarea piese- lor electroizolantc. Se iau măsuri de protecție a metalelor împotriva co- roziunii și se folosesc aliaje rezistente la acțiunea corosivă a apei dc mare, cum sînt bronzul și siluminiul. • Aparate destinate să funcționeze la altitudini de peste 2 000 m sau în instalații electrice la bordul avioanelor. La altitudini mai mari 14 d<- .’ 000 m sc face simțită influența rarefierii aerului, care determină: - reducerea tensiunii de utilizare; - înrăutățirea condițiilor de răcire; modificarea, la altitudini de peste 6—7 000 m, a condițiilor de '.f îngere a arcului electric. ® Aparate destinate sa funcționeze în medii conținînd -pulberi sau eu e explozive. Arcul electric care se formează în mod normal la funcțio- ii.n ea aparatelor de întrerupere, sau cel care se poate forma în caz de accidente prin străpungerea sau conturarea unei izolații imperfecte, poate provoca incendii sau explozii grave, dacă atmosfera este încărcată ■ ii substanțe inflamabile sau explozive. Astfel de situații se întîlnesc în minele de cărbuni, în care există pericolul de apariție a gazului „grizu" (amestec de metan cu aer), în instalațiile de extragere, prelucrare și • Impozitare a produselor petroliere și în multe instalații din industria < liiniică. Aparatele antiexplozive se marchează cu simbolul general lix (STAS 6877/1-73). Dintre diferite procedee care urmăresc să evite aprinderea ames- tecului exploziv, mai importante sînt imersiunea în ulei (simbol O) i capsularea antideflagrantă (simbol d). Capsularea antideflagranta este soluția cea mai frecvent folosită, l-.i constă în închiderea aparatului într-o carcasă metalică rezistentă la presiunea maximă ce poate apărea în cazul unei explozii în interiorul aparatului. De asemenea, carcasa metalică a aparatului este astfel construită incit gazele din interior, aprinse în momentul apariției arcului • b etric, sînt aruncate în afară prin interstiții foarte înguste, care deter- mină o răcire puternică a gazelor și împiedică astfel transmiterea explo- zici în exterior. Lățimea și lungimea interstițiului au valori impuse prin norme și variază în funcție de volumul carcasei șî de natura mediului exploziv (fig. 2.5); < lg. 2.5. Dimensiunile interstițiului și presiunea de («UTicare a carcaselor aparatelor antigrizutoase, în liinețic de capacitatea carcasei (1 at = 1,01326 ■ ÎO⁵ N/m¹}. CapaeiMt PresîmxP Lățimea a at mthmio <0,5 5 6 0,5 Z S 15 >Z 8 25 15 • Aparate- destinate, să funcționeze în climatul țărilor calde (cli- mat tropical).. Materialele izolante folosite și acoperirile pieselor me- talice se aleg în funcție de tipul climatului tropical: — climat tropical umed (TH), caracterizat prin temperatură și umiditate mare, variații mari de temperatură între zi și noapte și micro- organisme (mucegaiuri, ciuperci); — climat tropical uscat (TA), caracterizat prin temperaturi înalte, radiații solare puternice, furtuni de nisip. • Aparate destinate să funcționeze în medii foarte friguroase (con- diții simbolizate cu ,,F“), caracterizate prin temperaturi foarte joase (—60°). Aparatele trebuie construite cu materiale speciale și locurile de frecare trebuie unse cu unsori siliconice. Verificarea cunoștințelor 2.1. Cc deosebire este între conturnare și străpungere? 2.2. La ce tensiune se încearcă un aparat dc 35 kV ? Dar unul de 110 kV ? 2.3. Stabiliți relația de calcul pentru încălzirea maximă a unui conductor de secțiune circulară de diametru h. 2.4. Stabiliți relația de calcul pentru încălzirea maximă a unui conductor de secțiune rectangulară a X b. 2.5. Determinați încălzirea maximă a unei bare de alamă cu diametrul de 20 mm, la trecerea unui curent de 600 A, știind că p = 8 ■ 10'⁰ 12 • cm; li = IO"³ W-cnAgrd. 2.6. Ce curent poate străbate în regim permanent o bară de cupru de 20x4 mm, astfel îneît încălzirea ei să nu depășească 120 grd, știindu-se că p = 2-10"s • £2 ■ cm și K = IO-³ W • cur ■ grd ? 2.7. Ce temperatură va căpăta o bară de aluminiu cu diametrul de 20 mm în timp de 2,5 s, la o densitate do curent de scurtcircuit de '19 A/mni³, știindu-se că p = = 3 ■ 10-⁸ li • cm; yc = 4 • IO"³ Ws ■ cm² ■ grd; 0ₐ = 20!C ? 2.8. Care suit modurile dc transmitere a căldurii? 2 .9. Cc energic este transmisă mediului exterior într-o zi dc un aparat cu o suprafață de răcire dc 1,25 m² la o diferență dc temperatură de 30 grd, știindu-sc că valoa- rea coeficientului mediu de transmisie totală este K — 8 • 10⁻’¹ W/cm² • grd ? 2.10. Ce forță se exercită între două bare paralele cu lungimea de 2 in situate la dis- tanța de 35 cm, la un curent de scurtcircuit de durată (stabilizat) IᵣI = 60 kA> știindu-se că valoarea curentului de scurtcircuit dc șoc este Iₛ = l,8^'2Z₍ᵢ? 2.11. Ce efect pot avea forțele clectrodinamiccî 2.12. Ce reprezintă a doua cifră din simbolizarea gradelor normale de protecție ? 2.13. Sînt aparatele în execuție antideflagrantă etanșe sau nu? 16 Capitolul 3 ARCUL ELECTRIC DE ÎNTRERUPERE A. IONIZAREA Șl DEIONIZAREA GAZELOR. CARACTERISTICA VOLT-AMPER A ARCULUI ELECTRIC Atomul oricărui corp este format dintr-un nucleu și din mai mulți electroni care se rotesc în jurul acestuia. Klectronul este încărcat cu electricitate negativă, iar nucleul — i ii electricitate pozitivă. în condiții normale, cantitatea de electricitate (legativă a tuturor electronilor unui atom compensează cantitatea de < lectricitatc pozitivă a nucleului acestuia, astfel incit, față de mediul i xterior, atomul este neutru din punct dc vedere electric. Dacă insă printr-un procedeu oarecare i se smulge atomului un electron, sarcina electrică a atomului nu mai este nulă (atomul nu mai este neutru din punct de vedere electric) și el apare ca fiind încărcat • n o anumită cantitate dc electricitate pozitivă. Un astfel de atom re numește ion pozitiv. o Orice proces prin care se realizează smulgerea electronilor de pe orbitele lor, cu formarea de electroni liberi și ioni pozitivi, poartă numele de ionizate. Un gaz în care au apărut electroni liberi și ioni devine ionizat. în uceastă stare, gazul își pierde proprietățile izolante și devine conducător di' electricitate, conductivitatea sa fiind cu atît mai mare, cu cit gazul este mai puternic ionizat. La aparatele electrice, ionizarea se produce în special pe două căi: — prin ciocnirea unui electron avînd viteză (și deci energie cinetică) mare cu un atom neutru (ionizare prin șoc); — sub acțiunea temperaturilor foarte înalte (io-nizare termică). La separarea sub sarcină a contactelor unui aparat electric, datorită diferenței de potențial dintre contacte și încălzirii mari a punctelor de << intact în momentul întreruperii, se produce o ionizate puternică a. aerului, care devine bun conducător de electricitate și permite formarea intre contacte a unui arc electric prin care curentul continuă să circule. • Descărcarea prin arc se caracterizează prin ionizare intensă a spațiului (ionizarea termică este predominantă), emisie de electroni din metalul catodului (datorită încăîzirii sale și cîmpului electric mare intre coloană și catod), temperatura foarte înaltă a coloanei arcului și 17 Fig.3.1. Caracteristica ten- siune-cnxent a unei descăr- cări prin arc. a capetelor acestuia (6 000 ... 7 000°C), lumi- nozitate- extrem de intensă a coloanei, caracte- ristică tensiune-curent* (volt-amper ) negativă (fig.3.1). • In spațiul dintre contacte se petrec însă, în același timp cu procesele de ionizate, și procese inverse, de deionizare, prin care se re- duce numărul de particule ionizate. Astfel de procese de deionizare sînt: — recombinarea între electronii liberi și ionii pozitivi, formîndu-se astfel atomi neutri; — ieșirea electronilor din spațiul dc descăr- care și împrăștierea lor în spațiul înconjurător. Datorită temperaturii foarte mari a arcului electric, efectele sale sînt foarte puternice și duc la solicitări importante ale pieselor învecinate (atît metalice, cit -și izolantc). Au loc topiri ale pieselor de contact, ceea ce duce la uzura lor și arderi ale .pieselor izolante, ale căror caracteristici se înrăutățesc. Stingerea arcului electric într-un timp cît mai scurt pentru a limita efectele sale este o problemă deosebită pentru constructorii de aparate. B. METODE Șl DISPOZITIVE DE STINGERE A ARCULUI ELECTRIC Stingerea arcului electric in aparatele de comutație urmărește frînarea proceselor de ionizare și favorizarea celor de deionizare. Favorizarea proceselor de deionizare se realizează îndeosebi prin: - folosirea unor contacte de rupere din materiale cit punct de vapo- rizare cît mai ridicat; — menținerea unei presiuni ridicate în zona în care se dezvoltă arcul electric; — răcirea spațiului în care se dezvoltă arcul electric ; - - deplasarea arcului electric, prin suflaj magnetic, în zone cu gaze reci sau în contact cu pereții reci ai unei „camere de stingere"; — insuflarea în zona arcului electric a unui jet de gaz sau lichid rece; — folosirea gazelor electronegalive (hexafluorura de sulf) care au proprietatea de a fixa electroni pe atomii neutri, formînd ioni negativi cu mobilitate mult mai redusă; — folosirea stingerii în- vid înaintat. * căderea de ■ tensiune in are funcție de mărimea curentului. 18 1. Stingerea arcului de curent continuu în ceea ce privește arcul de curent continuu, se constată urmă- I tiarele: — in coloana, dc arc căderea de tensiune este uniformă și arc o va- l" ire cuprinsă între 15 și 30 V/cm, în funcție de mărimea curentului, natura, presiunea și viteza de deplasare a gazului; - în imediata apropiere a electrozilor, apare o cădere de tensiune • b 20—30 V, în funcție de valoarea curentului și de materialul elec- I rozilor. Rezultă că se poate exprima căderea de tensiune in arc prin relația Uₐ = A Bl, Iii care: Uₐ este căderea de tensiune între electrozi, in V; A = 20 ... 30 V — cădere de tensiune lingă electrozi; B = 15 ... 30 V/cm — căderea specifică de tensiune în coloana, de arc; l —. lungimea arcului, în cm. Pentru stingerea arcului de curent continuu este necesară o cădere (Ic tensiune în-arc egala cu cel puțin tensiunea sursei. Mărirea necesară ii căderii de tensiune în arc se poate obține pe una dintre următoarele i ăi: — creșterea lungimii arcului, care se obține prin folosirea unor prelungiri înclinate ale contactelor, numite coarne dc suflaj (fig. 3.2); 19 Fig. 3.3. Dispozitiv de stingere a arcu- lui de c.c. prin suflâj magnetic: a — pereți metalici care, aduc cîmpul magnetic perpendicular pe arc; b — arcul electric. — divizarea arcului, folosită la a- paratele care au rupere dublă, între- rupînd circuitul simultan în două puncte; — deplasarea rapidă a arcului, con- fomitent cu lărgirea lui, cu ajutorul su- clajului magnetic. în acest caz se folosește forța care acționează asupra unui conductor stră- bătut de curent electric (în cazul nos- tru —• arcul electric) și aflat intr-un cimp magnetic. în dispozitivele de acest fel, larg utilizate în aparatele de curent continuu, cîmpul magnetic este creat chiar de curentul care străbate aparatul și care trebuie întrerupt (fig. 3.3). Toate metodele de stingere a arcului de c.c. menționate mai sus sînt combinate cu răcirea coloanei de arc, prin aducerea în contact a acesteia cu un perete rece. în acest scop se folosesc camerele de stin- gere care îmbracă contactele și care sînt astfel construite îneît au inter- stițiile înguste in care arcul electric este obligat să intre, venind în con- tact cu pereții camerei. 2. Stingerea arcului de curent alternativ Arcul electric de curent alternativ se deosebește de cel de curent continuu prin următoarele aspecte: — - valoarea curentului care străbate circuitul se schimbă în fiecare moment, oscilînd între o valoare maximă pozitivă și o valoare maximă negativă ; ■ — la fiecare semiperioadă curentul trece prin valoarea zero și polari- tatea electrozilor se schimbă. Datorită trecerii naturale a curentului prin zero, mijloacele de stin- gere folosite în aparatele de c.a. își exercită acțiunea în special în această perioadă restabilind, prin deionizarea spațiului dc arc, rigiditatea die- lectrică a acestuia și împiedicînd astfel rcamorsarea arcului electric. în felul acesta, stingerea arcului electric dc c.a. se obține cu o dis- tanță. mult mai mică între contacte și cu degajare mult mai mică de ener- gie decit stingerea arcului electric de c.c. Metodele folosite pentru stingerea arcului de curent alternativ sînt: — divizarea arcului într-un mare număr de arcuri scurte în came- rele de stingere cu plăcuțe deionice (fig. 3.4). Acestea, fiind din oțel, 20 i recăzu un cimp magnetic cu e- h< t de atracție asupra arcului । Irctric, ceea ce face ca la majo- iil.itca aparatelor de joasă tensi- une să nu mai fie necesar și un dispozitiv de suflaj magnetic; — suflajul magnetic, folosit h um aproape numai la unele i parate de medie tensiune, în louibinație cu un grătar de- lopic; — utilizarea mediilor de stin- pere: Fig. 3.4. Cameră de stingere cu plăcuțe de ioni ce: a — secțiune prin cameră; b — diferite for- me de plăcuțe folosite la camerele de stin- gere ale contactoarelor și întreruptoarelor automate de c.a. • solide: nisipul de cuarț (la siguranțe); • lichide: uleiul sau apa; • gazoase: aerul comprimat, hexafluorura de sulf, produsele •ubstanțelor gazogene ca aminoplastul sau fibra; — vidul înaintai. Verificarea cunoștințelor l I. Care sînt modurile de ionizare? 1,2. Care sînt caracteristicile descărcării prin arc? 3.3. Ce factori favorizează deionizarca spațiului de arc? 3,4. Ce metode se folosesc pentru stingerea arcului electric de curent continuu? 3.8. Cc metode se folosesc pentru stingerea arcului electric de curent alternativ? i (> în ce caz crește mai mult căderea de tensiune în arc: cind se dublează distanța de 11 mm dintre contacte sau cînd se dublează numărul locurilor de rupere, admi- |îndu-sc valorile .4 — 22 V, li = 20 V/cm? Capitolul 4 APARATE PENTRU COMANDĂ MANUALĂ în instalațiile electrice sint folosire numeroase tipuri dc aparate de joasă tensiune cu acționare manuală atit la închidere cit și la des- chidere ; ele servesc numai la stabilirea și întreruperea unor circuite, neavîna rol de proiecție. Se pot împărți în: — aparate de conectare: întreruptoare și comutatoare cu pîrghie, pachet și cu came, separatoare, întreruptoare de sarcină, întreruptoare cu siguranță, prize și fișe industriale; — aparate pentru acționarea mașinilor electrice: comutatoare stea-tri- unghi, inversoare de sens, antotransformatoare de pornire, reostate de pornire și excitație, controlere; — aparate pentru instalații interioare. K. ÎNTRERUPTOARE Șl COMUTATOARE CU PÎRGHIE Sini aparate de construcție foarte simplă, bazate pe rotirea unor cuțite de contact cu ajutorul unui miner izolat (fig. 1.1) sau —- pentru întreruptoarele montate in spatele tabloului — cu ajutorul unui sistem de pîrghii (fig. 1.2). Se fabrică în țară la tensiunea nominală de 500 V, pentru curenți între 25 și 100 A cu acționarea directă, în construcție protejată în bache- lită, iar pentru curenți între 200 și 1 000 A cu acționare indirectă, în construcție deschisă. Fig. 4.1. Înțreruptor-pîrgjik tri^ polar fie 60 Af cu placă, de ba- chelită, cu întrerupere bruscă prin resort, 22 ■ i,. I întreruptor-p’rghie tripolar montat în spatele tabloului și acționat din fața tabloului prin manetă și sistem de pîrghii. Fig. 4.3. întrcruptoare-pachef: ■ modele secționate pentru a se putea vedea construcția interioară ( I. — sistem ) udare; 2 — bornă tle racord; 3 — contacte fixe: 4 — plăci de bachelită; 5 — Con- U' '' mobile); b — execuție deschisă pentru montaj îngropat; c — execuție protejată în >411 ii ă de bachelită, pentru montaj aparent; d — execuție capsulată în carcasă dc fontă. 23 Fig. 4.4. Tipuri de contacte mobile pentru întreruptoarc ți comutatoare-pachct: a — contacte în opoziție; b — contacte în unghi; c — contacte în T. B. ÎNTRERUPTOARE Șl COMUTATOARE-PACHET Aparatele se obțin prin inșirarea pe același ax a unui număr variabil de ele- mente (pacheți) dc construcție similară (nu neapărat identice), fiecare element caprin-, zînd o cale de curent. Fiecare cale dc curent este formată din două sau trei contacte fixe., montate între discuri presate din material clcctroizolant (bachelită, aminoplast) (fig- 4.3), Contactele mobile, din material bun conducător și elastic (tombac), sînt așezate pc un ax central și se rotesc solidar cu axul. Sc deosebesc trei tipuri de contacte mobile, primul fiind folosit la întreruptoarc, iar celelalte la comutatoare (fig. 4.4), permițînd obți- nerea unor scheme de comutare foarte variate. întreruptoarele-pachet se pot realiza în execuție deschisă, protejată, capsulată, în bachelită sau metal. Datorită întreruperii bruște, cu două locuri de rupere și în spațiu închis, se obțin capacități de rupere relativ mari atît în curent alternativ, cît și în curent continuu. Se construiesc pentru tensiuni de 3S0 —500 V, cu mărimi între 10 și 200 A. C. ÎNTRERUPTOARE Șl COMUTATOARE CU CAME Din punct dc vedere constructiv, întreruptoarele și comutatoarele cu came sc aseamănă cu întreruptoarele-pachet, fiind alcătuite tot din- tr-un număr variabil de cai de curent suprapuse; deschiderea și închi- derea contactelor mobile este, de asemenea, realizată prin acționarea unui ax central comun. Deosebirea, dintre- întreruptoarele-pachet și întreruptoarele cu came o constituie modul de realizare a circuitului de curent: la întreruptoarele- pachet, contactele mobile se rotesc o dată cu axul de acționare, con- tactele fixe fiind așezate pe un cerc periferic, iar închiderea și deschi- derea circuitului sc realizează între contacte cu frecare de tip furcă, pc cînd Ia întreruptoarele cu came, contactele mobile execută mișcări 24 Fig. 4.6. Schema unui întreruptor bipolar. I< translație, închiderea și deschiderea circuitelor realizîndu-se cu aju- ...... unor contacte de presiune punctiforme fără frecare (fig. 4.5), i Omutatoarele cu came prezintă performanțe superioare în ceea ce ptlvrște durata de viață, care este dc 0,5 — 1 uulion manevre față de 10 —5 000 la cotnu- । itomele-pachet, au posibilități mai mari de H duare a unor scheme complexe, gabarite hdusc și siguranță mai mare în funcționare, d.u au capacități de rupere mai mici, nu se p<>! folosi în’curent continuu și necesită un ■iiisum important de argint pentru pastilele «h¹ contact. 25 Fig. 4,7. Schema unui comu' Fig. 4.8, Schema unui inver* Fig. 4.9. Schema unui tator tripolar cu două direcții* sor de sens. comutator stea-triunghi. în figurile 4,6, 4.7, 4.8 și 4.9 sînt prezentate schemele unor comu- tatoare cu came uzuale: întrerupt or bipolar, comutator tripolar cu două direcții, inversor de sens, comutator stea-triunghi. Schema se întocmește astfel: — se completează tabelul pumn i semnul X în dreptul contactelor închise în poziția respectivă a butonului. rig. 4.10, Separator de 2 900 A cu acționare pneumatică. 26 • sc marchează adînciturl pe came în dreptul pozițiilor respective I' butonului pentru contactele de sus și în poziția opusă pentru con- bu trie dc jos. D. SEPARATOARE Se folosesc pentru întreruperea circuitelor sub tensiune, dar fără »,u 2 s la releele pentru porniri ușoare și > 5s la releele pentru porniri grele. Caracteristica de protecție este prezentată în figura 5.4. O Observație. Condiția de declanșare în cel mult două minute (pornind de la cald) la un curent egal cu 1,5 Iᵣ, care apare în unde norme străine, nu mai este impusă dc normele internaționale și dc .standardele românești. Este totuși util ca ea să fie respectată pentru a se pune de acord condițiile impuse releelor termice cu cele impuse motoarelor electrice. în anumite situații cu porniri grele, regimuri intermitente etc., releele termice obișnuite nu mai reproduc cu suficientă fidelitate încăl- zirea motorului, putîndu-se ajunge fie la temperaturi periculose ale înfășurărilor acestuia, fie la declanșări inutile. In aceste cazuri este recomandată introducerea unor termistoare — semiconductoare cu re- zistență variabilă cu temperatura — direct în înfășurările motoarelor; cu ajutorul unui circuit electronic dc comandă, schimbarea bruscă dc rezistență a termistorului la depășirea temperaturii admise conduce la declanșarea conductorului din circuitul principal al motorului. 44 Fig. 5.4. Caracteristicile de pro- tecție ale unui releu termic: M — funcționare trifazică sime- trică din stare rece; f> — func- ționare bifazică asimetrică din stare rece; c — funcționare tri- fuzicâ simetrică din stare cal- dă; d — funcționare trifazică asimetrică din ^tare caldă. 2. Declanșatoare electromagnetice Pentru protecția împotriva scurtcircuitelor sc folosesc declanșatoare electromagnetice. Acestea sînt clectromagneți de tip deschis sau clapetă, la care bobina — străbătută de curentul principal sau de un curent proporțional cu acesta — este astfel dimensionată, incit armătura mo- bilă este atrasă numai la trecerea unui curent de cîteva ori mai mare decît cel nominal. Reglajul se face prin variația întrefierului sau a forței antagoniste. Dc regulă, la intreruptoarele automate pentru protecția liniilor, declanșatorul electromagnetic este reglabil între 3 și 6 Iᵣ, iar la întrerup- toarele automate pentru protecția motoarelor este fie cu reglaj fix la 10 4, fie reglabil între 5 și 10 Iᵣ, astfel îneît să nu acționeze la curenții de pornire (care pot atinge 6—7 1^. 45 3. Declanșatoare de tensiune minimă în construcția întreruptoarelor automate pentru protecția motoare- lor este obligatorie prezența unui declanșator de tensiune minimă, care deschide întreruptorul la dispariția tensiunii sau la căderea ei sub o anumită valoare și împiedică închiderea intreruptorului atît timp cît tensiunea nu a atins o valoare suficientă. Rolul acestui declanșator este de a împiedica închiderea necon- trolată a intreruptorului după o întrerupere mai îndelungată a ten- siunii, care a dus Ia oprirea motorului și a mașinii antrenate. Reînchiderea necontrolată a circuitului poate provoca: — pornirea directă, la tensiune plină, a motoarelor care trebuie pornite cu comutator stea-trhmghi, reostat de pornire sau autotransfor- mator, ceea ce duce la suprasolicitarea motorului și a rețelei; — pornirea neașteptată a mașinii antrenate, puțind duce la. distru- gerea unor piese sau a unor părți dc mașină și la accidentarea unor persoane. O Observație. în cazul în care motoarele sînt comandate de con- tactoâre, acestea preiau și rolul declanșatoarelor dc tensiune minimă, cu condiția ca butonul de pornire să fie de tipul contact normal des- chis, astfel îneît la revenirea tensiunii contactorului să nu rcanclanșcze dc la sine. Condițiile tehnice impuse declanșatoarelor de tensiune minimă de c.a. sînt aceleași cu cele impuse cont ac toar clor: — să nu depășească temperatura admisibilă la. 1,05 U; — să se închidă la 0,85 U în stare caldă; — să se deschidă între 0,7 și 0,35 U. D. SIGURANȚE FUZ1BILE Siguranțele fuzibile sînt cele mai simple, aparate de protecție împo- triva scurtcircuitelor. Ele cuprind, în principiu, elemente fuzibile, con- stînd dintr-un fir sau o bandă subțire de metal, cu secțiunea astfel aleasă îneît dacă sînt străbătute de¹ un curent mai marc dccît cel admis de instalație să sc topească, întrerupînd astfel circuitul protejat, în caro sînt montate în seric. Calitățile principale ale siguranțelor fuzibile sint. construcția foarte simplă și proprietatea de a întrerupe curenții mari de scurtcircuit în- tr-un timp foarte scurt, încă înainte ca aceștia să fi atins valoarea maximă posibilă (se realizează deci o limitare a curemților de scurtcircuit care 46 străbat instalația, reducîndu-se foarte mult solicitările termice și di- namice la care aceasta este supusă: Principalele dezavantaje ale siguranțelor fuzibile sînt: — întreruperea instalației, la arderea fuzibilului, pc un termen relativ lung, necesar înlocuirii acestuia; - - variația în limite foarte largi a timpului de topire, făcînd dificilă asigurarea selectivității (întreruperea liniei numai în punctul de ali- mentare cel mai apropiat de locul defectului); - - ramînerea motoarelor în două faze datorită topirii unei singure siguranțe dintre cele trei care protejează un circuit trifazic; — eficiența redusa la protecția împotriva suprasarcinilor. 1. Tipuri constructive Vom examina în continuare construcția și caracteristicile celor mai folosite tipuri constructive de siguranțe fuzibile. • Siguranțele în tub de sticlă sînt utilizate la protecția circuitelor de mică putere (curenți pînă la A) (fig. 5.5). • Siguranțele cu mare putere de rupere (fig. 5.6) au următoarele elemente componente: — un înveliș izolant cu mare rezistivitate mecanică., executat fie d intr-un tub de porțelan, fie prin turnarea unui material plastic într-o formă ovoidală, fie prin asamblarea a două capace din material plastic de mare rezistență (poli'ester cu fibre de sticlă); - - una sau mai multe benzi subțiri perforate, clin argint sau din cupru, înglobate intr-o masă dc nisip curățat de toate impuritățile Fig. 5.5. Siguranță în tub dc sticla: 1 — con fecț; 2 - tub de sticlă; 3 — fir fuzibil — ; 4 — lipitură. Fig. 5.6. Secțiune prin elementul de în- locuire al unei siguranțe de joasă ten- siune cu mare putere de rupere: 1 — tub de porțelan; 2 — fir fuzibil; 3 — cuțit de contact; 4 — capac de în- chidere; 5 — inel de fixare; 6 — ron* delă de azbest; 7 — nisip. 47 organice și metalice, sortat la o anumită granulație și perfect uscat. Benzile sînt sudate pe cuțitele siguranței care fac legătura cu circuitul exterior. Stingerea arcului în nisip are două efecte favorabile: — condensarea vaporilor metalici pe granulele de nisip produce o puternică răcire și deionizare a arcului electric, limitîndu-i valoarea, durata și energia; — conductibilitatea termică foarte bună a nisipului permite folo- sirea, la același curent nominal, a unor benzi cu secțiune mai mică decît în aer liber, redueîndu-se astfel cantitatea de vapori metalici produși în timpul topirii. 2. Tipuri funcționale Din punct de vedere al caracteristicii de protecție (timpul de topire funcție de valoarea curentului), siguranțele se clasifică după două criterii: • după funcțiune: g — pentru protecție pe întregul domeniu de curenți; a — pentru protecția de la un multiplu al curentului nominal în sus; • după obiectul protejat. Cele mai uzuale siguranțe sînt cele cu caracteristicile gL (siguranțe normale sau rapide) pentru protecția conductoarelor, aM (siguranțe lent-rapide) pentru protecția motoarelor, aR și gR (siguranțe ultra- rapide) pentru protecția semiconductoarelor (fig. 5.7). Folosirea siguranțelor lent-rapide în circuitele motoarelor permite reducerea secțiunii conductoarelor de alimentare a motoarelor. Pentru a se înțelege aceasta, se menționează că siguranțele din circuitul unui motor trebuie astfel alese incit să nu se topească la curentul de pornire al acestuia, iar conductoarele de alimentare se aleg astfel incit să fie protejate de siguranțele respective. în cazul folo- sirii siguranțelor normale, aceasta duce, de regulă la necesitatea supra- dimensionării conductoarelor față’ de cele corespunzătoare din punct de vedere termic curentului nominal al motorului. Folosirea siguranțelor lent-rapide, mai puțin sensibile la curea ții de pornire, permite evitarea acestei supradimensionări. Siguranțele uUrarapide sînt neapărat necesare în circuitele redre- soarelor cu siliciu, foarte sensibile la suprasarcini. 43 Obținerea acestor caracteris- tici impune unele deosebiri în construcția siguranțelor, respec- tiv în realizarea elementului fu- gibil. La siguranțele lent-rapidc, pe banda fuzibilă sc aplică o pică- tură de aliaj staniu-plumb, care formează cu argintul sau cuprul un aliaj ușor fuzibil (fig. .5,8). La suprasarcini de lungă du- rată, lamela se topește în zona de acțiune a materialului de a- daos, iar la scurtcircuite se topește în zonele de reducere a secțiunii. Fuzibilul siguranțelor rapide este fie realizat dintr-un singur metal, fie tot de tipul celor pen- tru siguranțe lente, în vederea obținerii unor încălziri generale mai reduse. La siguranțele ultrarapide benzile perforate au punțile foarte înguste (fig. 5.9). Siguranțele cu mare putere de rupere au capacități de rupere foarte mari, pini la 100 kA cu- rent virtual, și un efect de limi- tare foarte puternic. Ele șe fabrică în 5 mărimi, acoperind o gamă de curenți nominali între 60 și 1 000 A. • Siguranțele țubulare sînt tot siguranțe cu mare putere dc ru- pere, dar realizate într-o construcție mai simplă și cu gabarit redus. Fig. 5.8. Bandit fuzibilă pentru siguranțe knt-rapid*: 1 =- picătură de aliaj ușor fuztbil. 49 în general nu folosesc cuțite, legătură cu circuitul exterior făcîndu-se -chiar prin intermediul capacelor de închidere a tubului ceramic pro- tector (fig. 5.10). • Siguranțele cu filet sînt folosite în instalațiile casnice și semi- industriale, dar și în cele industriale, pentru intensități nominale pînă la 200 A. Sînt formate din patru elemente (fig. 5.11): — soclul de porcelan 1, prevăzut cu bornele de legare la circuitul exterior; — elementul de înlocuire (patronul fuzibil) 3, alcătuit dintr-un tub de porțelan de o anumită forma, umplut cu nisip și închis la capete cu capace dc contact. Firele fuzibilc sînt întinse în masa de nisip între ■capacele dc contact (fig. 5.12); — piesele de contact, cu diametrul interior calibrat, avind rolul de ■a împiedica introducerea unor elemente de înlocuire dc valoare no- minală mai mare (care nu ar putea asigura o protecție corectă); — capacul filetat 7 — cu rolul de a închide elementul de înlocuire, realizînd totodată presiunea dc contact necesară. Fig, 5.9. Fuzibil pentru siguranță Hra rapidă de 32 A. Fig. 5.10. Siguranțe tubnlare a Iₙ = 20 A : 4 = 20 kA : b - Iₙ = 32 A; 7ᵣ = 80 kA; o ~ Iₙ^ 125 A; ,/ᵣ = 100 1.10. Ce elemente de protecție intră în componența unui intreruptor automat? 6.11. Cum sc asigură din construcția aparatelor electrice protecția împotriva electro- cutării ? 6.12. Ce măsuri trebuie luate la montarea aparatelor electrice? i Capitolul 7 APARATAJ AUXILIAR PENTRU ACȚIONĂRI INDUSTRIALE Șl AUTOMATIZĂRI Includem în această grupă aparatele- necesare pentru comanda la distanță a contactelor electromagnetice, precum și cele pentru semna lizarea situației din circuitul comandat. A. BUTOANE DE COMANDĂ Butoanele dc comandă sînt folosite pentru comanda voită a coniac toarclor pc mașini-unelte, ascensoare, mașini de ridicat, pupitre de cc manelă. Ele sînt în general prevăzute cu un contact normal deschis (ND) și un contact normal închis {NI), putînd fi folosite deci fie c; butoane de pornire-, fie ca butoane de oprire, în funcție de contactul care se conectează în circuit. Butoanele, mai complexe (duble.) pot comanda simultan deschiderea unor circuite și închiderea altora (fig. 7.1). Butoanele dc comandă sînt acționate, numai manual. Ele au o singura poziție stabilă, la care revin îndată ce butonul nu mai este acționat Cufenții nominali dc serviciu sint, de obicei, 6 A (rar, 10 A) îi continuu. curent alternativ și 1,5 — 2 A în curent Fig. 7.1. Butoane dc comandă « — simplu (2NI-~2ND); b — dublu [4N1 \-4ND). 68 Butoanele dc comandă șe împart în două grupe mari: j — butoane, pentru montare pe panou; — butoane in cutii închise (fig. 7.3). Din punctul de vedere al funcției îndeplinite, există o foarte mare varietate constructivă: butoane- normale (fig. 7.2, e) butoane ciupercă (fig. 7.2, b) cu capul mai mare, folosite ca butoane de oprire și dc avarie, butoane cu cheie (fig. 7.2, c) care se pot încuia pe poziția dorită, împiedi- < ind acționarea, de către cel care nu posedă cheie, butoane cu lampa (lig. 7.2, a) care luminează cînd dau comanda, butoane cu reținere care rămin pe poziția închis din care pot ieși prin tragere sau rotire, și multe altele. O categorie importantă o constituie butoanele, selectoare-, care pot realiza diferite scheme în funcție de poziția micului miner rotativ cu care sînt prevăzute (fig. 7.2, d). Acest lucru îl pot realiza și butoanele- manipulatoare-, prevăzute u o manetă a cărei poziție (sus, jos, stingă, dreapta) determină reali- 69 zarea anumitor scheme, de obicei destinate acționării unui organ al mașinii chiar în sensul indicat de maneta manipulatoare (fig. 7.2,/). Butoanele în cutii închise se clasifică în primul rînd prin numărul de butoane incluse în cutie, în al doilea rînd prin gradul de protecție asigurat de cutie. De obicei, butoanele de comandă sînt colorate sau marcate după un anumit cod: — verde sau litera I indică butonul de pornire, respectiv de pu- nere sub tensiune a circuitului; — roșu sau litera O indică butonul de oprire, respectiv de scoatere de sub tensiune a circuitului. Unii producători folosesc concomitent marcarea prin culori și prin litere. B. CHEI DE COMANDĂ Cheile de comandă sînt. variante ale butoanelor selectoare sau ale comutatoarelor cu came cu curent nominal mic (10—16 A), servind ca aparate de conectare pentru circuitele de comandă. Au două sau mai multe poziții stabile (cu reținere), dar pot avea și poziții pasagere (cu revenire). Unele variante sînt prevăzute și cu lampă de semnalizare. C. LĂMPI Șl CASETE DE SEMNALIZARE Lămpile de semnalizare servesc pentru semnalizarea luminoasă pe panouri și pupitre de comandă, a poziției aparatelor mai importante de conectare sau pentru a indica anumite situații normale sau anormale în instalația supravegheată (fig. 7.3). Casetele de semnalizare sînt tot lămpi de semnalizare, avînd cutia de dimensiuni mai mari și o placă frontală din sticla opacă pe care se pot aplica anumite inscripții, în scopul de a ușura supravegherea regimului de funcționare a instalației. D. LIMITATOARE DE CURSA Limitatoarele de cursă sînt aparate de conectare care întrerup sau stabilesc circuite sub acțiunea unui element mecanic al instalației aflat în mișcare. Astfel, în instalațiile cu piese în mișcare, acționate electric, cum sînt; mașinile-unelte, podurile rulante, ascensoarele etc. apare în 70 Fig. 7.3. Lămpi și casete de semnalizare. mod frecvent necesitatea fie de a se întrerupe funcționarea instalației tcînd cursa organelor în mișcare a depășit limita permisă, fie de a se co- manda o anumită succesiune de operații, în funcție de poziția unor piese în mișcare. Deplasarea elementelor mecanice de comandă este dc multe ori foarte lentă: dacă deplasarea contactelor mobile ar fi legată direct de organul de comandă, contactele s-ar uza rapid. De aceea, toate limita- ' toarele de cursă directe (cu curenți mari) au dispozitive de acționare bruscă a contactelor, iar cele indirecte există în ambele variante; cu contact de translație (fig. 7.4, a} și cu contact săritor (fig. 7.4, b). Limitatoarele de cursă directe întrerup chiar curentul de alimen- tare a motorului. Fig, 7.4. Limitatoare de cursă: a — cu translație; b — cu contact săritor; elemente cinematice. 71 Ele se execută ca aparate dc întrerupere în aer sau în ulei, pentru curenți nominali cuprinși între 25 și 100 Ă (rar 200 A) și tensiune nomi- nală de 500 V. ’ ' Limitatoarele în ulei sînt folosite numai în medii cu mult praf, va- pori corosivi sau gaze explozive. • Limitatoarele de cursa indirecte întrerup curentul de alimentare a bobinei unui contactor, care la rîndul său realizează întreruperea ali- mentarii cu energic a motorului. Limitatoarele de cursă indirecte se execută numai ca aparate dc întrerupere în aer, fiind dimensionate pentru 6 A sau cel mult 10 A, la 380 și 500 V. Ele se construiesc pentru frecvențe mari de conectare (600 — 1 000 de conectări pe oră), dar au o putere de rupere mică. O mare varietate dc elemente cinematice asigură satisfacerea nume- roaselor necesități ale construcției mașinilor unelte (fig. 7.4). E. MiCROÎNTRERUPTOARE Microîntrcruptoarele sînt caracterizate prin: — întrerupere bruscă, independentă de viteza de deplasare a orga- nului de acționare; — funcționare foarte precisă (comutarea 'contactelor, diptr-o pozi- ție în alta se face la o anumita poziție foarte bine definită, a elemen- tului de acționare); — efori mic și cursă foarte redusă a elementului dc acționare; — dimensiuni reduse; — frecvență mare de conectare (de ordinul a cîtorva mii de conec- tări pe oră) și durată de semeni foarte mare (de ordinul a un milion de manevre); — curenți nominali de ordinul a 6—10 A în curent alternativ și a 0,5—2 A iii curent continuu. Se folosesc diferite soluții constructive; cu lamelă elastică în T, cu lamelă elastică în arc de cerc, cu resort elicoidal (fig. 7.5). Lamelele elastice se execută din bronz cu beriliu, singurul material capabil să asigure o durată mare de serviciu. Pentru a sc satisface multiplele necesități ale instalațiilor moder- ne, se fabrică astăzi o mare diversitate de microîntrcruptoare, care se deosebesc în special prin dimensiuni. (fig. 7.6) și elemente cinematice (fig. 7.7). 72 Fig. 7.5. Soluții constructive pentru de- plasarea bruscă a contactului mobil al micro întreruptoarelor: a — lamelă elastică in T; b — lamelă elastică în arc dc cerc; c — resort elicoidal. Fig. 7,6. Microîntreruptoarc — dimensi- uni uzuale: a — normal; b — miniatură; c — subminiatură. Fig. 7.7. Micxoîntro rnptoare cu difer te elemente cinematice' 73 F. ÎNTRERUPTOARE TRESTIE (RELEE REED) Aceste relee sînt formate din două lamele subțiri de material mag- netic (aliaj de fier cu nichel) închise etanș intr-un tub subțire de sticlă (fig. 7.8). In mod normal, lamelele sînt dispuse la o distanță foarte mică între ele, distanță care asigură totuși izolația necesară. Dacă se apropie de acest tip de magnet sau se introduce tubul în cîmpul electromagnetic al unei bobine parcurse de curent continuu, lamelele se magnetizează și se lipesc, stabilind în acel punct un contact electric. La dispariția cîmpului magnetic exterior, lamelele revin, prin arcuire proprie, în po- ziția inițială, intrerupînd astfel circuitul. Pentru obținerea unui bun contact electric, lamelele se acoperă, în zona de contact cu un metal nobil care poate fi, după caz, aur, argint, rodiu etc. ♦ Tubul este umplut cu un gaz inert, pentru a proteja suprafețele-de contact împotriva coroziunilor și oxidărilor și pentru a menține o rezis- tență de contact cît mai coborîtă și constantă. b Fig. 7.8. Relee trestie (Reed): a — cu funcție de întreruptor ta₁ — în poziție deschis; a₂ — în poziție închis); b — cu funcție de comutator; 1 — bornă, de legătură, la circuitul exterior;' 2 — tub de sticlă: .3 — lamele din material magnetic; 4.— atmosferă de gaz inert; 5 — magnet deₜ[co- ruanda. 74 Avantajele pe care Ie prezintă aceste întreruptoare (viteză mare de acționare, rezistență mică de contact, consum de energie foarte mic pentru acționare, insensibilitate față de mediul ambiant, dimensiuni reduse și durată mare de serviciu) le fac deosebit de utile în circuitele electrice de automatizare. G. RELEE INTERMEDIARE Releele intermediare sînt folosite pentru amplificarea puterii de comandă sau transmiterea simultană de comenzi în mai multe circuite : distincte. Se realizează în construcții similare contactoarelor electromagnetice. Verificarea cunoștințelor 7.1. Ce variante constructive ale butoanelor de comandă cunoașteți? 7.2. La ce servesc butoanele manipulatoare? 7.3. Cum se marchează butoanele de pornire și oprire? 7.4. Care sînt caracteristicile microîntrcruptoarelor ? 7.5. Ce avantaje prezintă întreruptoarele trestie? 7.6. Ce funcții pot îndeplini în instalații releele intermediare ? Capitolul 8 APARATE ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE înalta tensiune cuprinde întregul domeniu de tensiuni nominale de la 1 kV. în sus. în cadrul acestui domeniu, se numesc tensiuni medii tensiunile nominale peste 1 kV și mai mici de 10 kV, folosite exclusiv pentru ali- mentarea motoarelor mari (1 -6 kV) și pentru distribuție. Tensiunile foarte înalte-, de ia 110 kV în sus, se folosesc, de regulă, numai pentru transportul energiei electrice. în instalațiile dc înaltă tensiune se folosesc o serie de aparate, unele cu același rol funcțional ca în joasă tensiune, altele cu caracter specific. Le vom analiza în cele ce urmează. A. SEPARATOARE Separatoarele sînt aparate de- conectare destinate conectării și deco- nectării circuitelor sub tensiune, dar fără sarcină, separarea fiind vizibilă și cu suficientă izolație, pentru ca, pe circuitul deconectat, personalul dc întreținere să poată executa lucrări în deplină siguranță. Separatoarele au o capacitate dc rupere foarte redusă (pot între- rupe cel mult curenții de magnetizare ai transformatoarelor mici, dc ordinul a cîtorva amperi). Se realizează în numeroase tipodimensiuni, care se deosebesc prin parametrii nominali (tensiuni între 1 și 750 kV, curenți intre 200 și 6 000 A), prin numărul de poli și prin- tipul constructiv, La separatoarele cu cuțit folosite în instalațiile de interior pînă la 35 kV, iar în exterior pînă Ia 220 kV, cuțitul execută o mișcare dc ro- tație în planul axelor izolatoarelor (fig. 8.1 și 8.2). La separatoarele dc tip rotativ (fig. 8.3) cuțitul sc deplasează într-un plan perpendicular pe planul axelor izolatoarelor. în instalațiile de foarte înaltă tensiune, în vederea reducerii spa- țiului ocupat dc separatoare se folosesc separatoarele tip pantograf șl semipantograf cu un singur izolator suport (fig. 8.4 și 8,5). 76 Fig. 8.1. Separator tripplar cu cuțit, dc interior (10 kV, 1000 A). Fig. 8.2. Separator cu cuțit, de exterior Fig. 8.3. Separator rotativ. (110 kV, 600 A'). 77 Fig. 8.4. Limitatoare de Cursă: a — deschis; b — închis. Fig. 8.5. Separator semipanto- graf 400 kV. B. SEPARATOARE DE SARCINĂ în instalațiile electrice de înaltă tensiune este în general necesară pentru orice plecare înscrierea unui întreruptor automat (pentru co- mandă și protecție) cu un separator (pentru separare vizibilă). în insta- lațiile de medie tensiune, pentru consumatori de mică putere,"este însă posibilă folosirea unui singur aparat care să realizeze toate funcțiile (și care revine astfel mult mai ieftin). Acest aparat este separatorul 78 Fig. 8.6. Separator de sarcină pentru 20 kV, 400 A asociat cu siguranțe fuzibile. Fig. 8.7. Cameră de stin- gere cu autoforroare de gaze: ] — cameră de presiune; 2 — contact fix; 3 — con- tact,de repere; 4 — inel de stingere; 5 — tub de stingere; 6 — știft de stingere (reperele 4, 5 și 6 sînt din material gene- rator de gaze); 7 — ca- meră de destindere a gazelor; 8 — contact mobil. de sarcina (fig. 8.6) care are în plus față de separator: un cuțit de rupere, camere de stingere și un sistem de deschidere rapidă. Ca urmare, el poate întrerupe curenții de ordinul curentului nominal, protecția la scurtcircuit fiind preluată de siguranțe fuzibile asociate sau de un între- ruptor automat din amonte. Arcul electric se stinge* prin suflaj în camere de stingere cu autofer- mare de gaze, plate sau tabulare, cu pereți din material gazogene ca fibra vulcanică sau plexiglasul, .care au proprietatea de a degaja gaze sub acțiunea temperaturii înalte a arcului electric (fjg. 8.7), sau în ca- mere de stingere cu autocompresie (dotate cu un piston care, sub acțiunea deplasării cuțitului, produce un mic volum de aer comprimat). C. ÎNTRERUPTOARE AUTOMATE 1. Generalități în întreruptoarele moderne de înaltă tensiune (cu excepția între- ruptoarelor în vid), stingerea arcului se face prin suflaj, coloana de arc fiind supusă acțiunii de răcire și de deionizare a unui jet de gaz. 79 După modul de producere a acestui gaz, întreruptoarele se împart în două mari grupe; cu acțiune internă și cu acțiune externă. • La întreruptoarele cu acțiune internă, cum sînt de exemplu întreruptoarele cu ulei puțin, debitul de gaz — deci efectul de stin- gere — crește o data cu valoarea curentului întrerupt, deoarece ga- zul (hidrogen) este produs prin descompunerea uleiului sub acțiunea arcului electric. Rezultă cîteva caracteristici specifice: — puterea de rupere nu este limitată decit de rezistența meca- nică a camerei de stingere; — curenții mici sînt întrerupți greu, fiind necesar un dispozitiv suplimentar de suflaj, independent; — aparatele sînt sensibile la defectul evolutiv (apariția unui curent mare de scurtcircuit în timpul stingerii unui curent mic). • La întreruptoarele cu acțiune externă, cum sînt întreruptoa- rele cu aer comprimat și cele cu hexafluorură de sulf, debitul de gaz este independent de valoarea curentului și este calculat pentru valoa- ca maximă pe care trebuie să o poată întrerupe aparatul. Deci: — aparatele au o putere dc rupere strict limitată; — curenții mici sînt întrerupți violent (înainte de trecerea naturală prin zero), din care cauză apar supratensiuni; — aparatele sînt sensibile la defectul kilometric (cu rent de scurt- circuit cu panta foarte mare a tensiunii dc revenire*, care apare atunci cînd scurtcircuitul se produce în zona periculoasă de 0.8—9 km distan- ță de întreruptor). 2. întreruptoare automate cu ulei puțin Primele întreruptoare automate de înaltă, tensiune au fost intre- rupioarele cu ulei mult, în care uleiul avea rolul de izolare a polilor față de masă, de răcire a arcului și a pieselor de contact și în special dc deionizare (datorită presiunii mari a hidrogenului produs sub acțiunea ar- cului electric). Acest ultim efect a fost considerabil mărit o dată cu * Tensiunea de revenire este tensiunea care apare intre contactele deschise după, stingerea arcului. Dacă tensiunea revine înainte de restabilirea rigidității diekctrice a spațiului, arcul se reaprinde. 80 * folosirea unor camere de stingere astfel construite incit gazul sub presiu- ne, antrenînd și particule de ulei rece, să fie dirijat asupra arcului sub forma unui jet longitudinal sau transversal. Păstrind numai camera de stingere și trecînd funcția de izolare a uleiului asupra unor izolatoare ceramice, s-a ajuns la intreruplorul cu ulei puțin, care, datorită marilor avantaje pe care le prezintă față de întreruptorul cu ulei mult (în special eliminarea pericolului de explozie și incendiu) l-a înlocuit integral. întreruptoarele cu ulei puțin pînă la 20 kV se realizează dc obicei în construcția numită „în consolă" (fig. 8.8), cele de tensiune mai înalte — în construcția „tip coloană" (fig. 8.9), iar cele de foarte înaltă tensiune (peste 220 kV) — în construcția „lip V“ specifică ruperii multiple (fig. 8.10). Camerele de stingere folosite în prezent sînt în special camere de tip labirint (fig. 8.11), la care se contează pe următoarele efecte: — presiunea din camera 1, datorită descompunerii bruște a uleiului este în general suficientă pentru stingerea curenților relativ mici (în jurul curentului nominal); I'ig. 8.8, întreruptor auto- mat cu ulei puțin, construc- ție „in consolă". Fig. 8.9. întreruptei’ automat cu ulei puțin, dc 110 kV* tip coloană. 81 Fig. 8.10. întreruptor automat cu ulei puțin și rupere multiplă în construcție tip V: 1 —cameră de stingere; 2—carter; 3— coloană de izolatoare-suport; -1 — soclu; 5 — bloc de co- mandă a acționării; 6 și 7 — borne de intrare, respectiv de ieșire. Fig. 8.11.Cameră de stingere tip labirint. — dacă, arcul se întinde și în camera 2, în momentul trecerii na- turale prin zero, presiunea din coloana dc arc scade brusc, iar gazele și uleiul din buzunarele laterale pătrund violent în zona centrală răcind-o puternic, deionizînd-o și împiedicînd astfel reamorsarea arcului ; — în sfîrșit, cînd contactul mobil iese în afara camerei, se produce efectul de ajutaj, care apare în zona 3 unde coloana de arc este strangu- lată și spulberată de gazele și uleiul sub presiune care forțează trecerea prin ajutaj în același timp cu arcul. 3. întreruptoare automate cu aer comprimat (pneumatice) în cazul intrcruptoarclor cu arc comprimat, stingerea arcului elec- tric se obține trimițîndu-se asupra spațiului dintre contacte, un jet de aer comprimai, care spală și îndepărtează gazele ionizate și, prin rigidi- tatea sa dielcctrică mare, împiedică rcaprinderea arcului. 82 Pentru a se obține o patere de rupere cît mai mare, cu un consum redus de aer comprimat, au fost folosite diferite tipuri de camere de stingere (fig. 8.12). Cele mai bune rezultate s-au obținut prin folosirea efectului de ajutaj, 'explicat anterior la întreruptoarcle cu ulei puțin. în legătură cu acest efect, sînt de reliefat două aspecte: — pentru un ajutaj dat, există o anumită valoare maximă a euren- wului care poate fi întrerupt cu certitudine. Dacă această valoare este depășită, diametrul coloanei de arc ocupă o parte importantă din sec- țiunea ajutajului și, datorită dilatării puternice a gazelor încălzite de arc, apare o contrapresiune care „înfundă" ajutajul, împiedicînd curentul de aer proaspăt să-și îndeplinească funcțiunea de răcire și deionizare a coloanei de arc; — efectul optim se obține dacă trecerea naturală a curentului prin zero are loc în momentul în care tija se găsește la o anumită distanță h de ajutaj. Ținind seama că această distanță este mică (de ordinul cî- torva centimetri) și deci insuficientă pentru asigurarea rigidității die- lectrice după stingerea arcului, constructorii de încreruptoare pneuma- tice au fost nevoiți să recurgă la soluții foarte originale pentru rezol- varea acestui deziderat. Construcția cu separator exterior:- contactul principal se deschide cu distanța h, iar imediat după stingerea arcului se deschide un separator exterior (înseriat cu contactul principal) asigurînd distanța de izolare Fig;. 8.12. Tipuri dc cameră dc stingere folosite la între- rnptoarele cu aer comprimat-, a — suflaj transversal; b, c — suflaj longitudinal (axial;, li — suflaj radia!, 83 a b Fig. 8,13. întreruplor automat cu aer comprimat cu contact, auxiliar: a — vedere; b — secțiune; j — soclu izolant; 2 — conductor dc suflaj; 3 — cameră de stingere; 4 — contact principal; 5 — ajutaj; 6 — eșapament; 7 — contact auxiliar de separare; 3 — punte de contact; 9 — contact glisant; 10 — dispozitiv de. acționare; 11 — rezervor dc aer comprimat. necesară, după care se reînchide contactul principal. Pentru anclan- șare se acționează numai separatorul care este construit cu capacitate mare dc închidere. Varianta modernă a acestei construcții este cea cu un contact auxiliar care preia rolul separatorului (fig. 8.13); — înireruptoarelB cit, jet liber, care folosesc un ajutaj „fals" din ma- terial refractar, contactul fix fiind la distanță mare, suficientă pentru asigurarea rigidității dielectrice (fig. 8.14). Soluția este deosebit de interesantă și prin faptul că elimină necesitatea separatorului; — în sfîrșit, o altă soluție este aceea de a menține aer comprimai în cameră și după stingerea arcului; datorită rigidității dielectrice foarte mari a aerului comprimat, distanța h este suficientă în aceste condiții pentru asigurarea rigidității dielectrice. ‘ 84 ' Fig. 8.14. întreruptor cu jet liber — ansamblu de două camere de stingere: a — vedere; b — secțiune. Avantajele întreruptoarelor cu aer comprimat sînt: — înlăturarea completă a pericolului de incendii și explozii; — puterea de rupere foarte marc; 85 — întrerupere extrem de rapidă a curenților de scurtcircuit (0,01—0,003 s); — funcționarea sigură și exploatarea simplă; — greutate și gabarite mici. Dezavantajele, în afară de cele specifice întreruptoarelor cu acțiuni; externă, sînt: — construcție mai complicată; — necesită o instalație de aer comprimat; — deschiderea și închiderea întreruptorului cu aer comprimat este însoțită de un zgomot puternic. 4. întreruptoare automate cu hexafluorură de sulf Aceste întreruptoare se bazează pe folosirea proprietății hcxafluo- rurii de sulf (SF₆) de a capta cu ușurință electronii liberi și de a deioniza în acest mod coloana de arc. Avantajele considerabile ale întreruptoarelor cu hexafluorură de sulf, și anume: — puterea mare de rupere; — supratensiuni de întrerupere mici; — funcționarea în spațiu închis, fără expulzare de gaze sau lichide dc întrerupere; — zgomot foarte redus; — gabarit mic, au făcut ca ele să se răspîndească foarte repede, fiind fabricate azi pen- tru aproape toate tensiunile de către mulți producători. 5. întreruptoare automate ( cu rupere în vid fl întreruperea în vid înaintat beneficiază de avantajul considerabil că, în lipsa purtătorilor de sarcini, nu apare arc de întrerupere și rigidi- tatea di electrică se restabilește imediat la distanța de citi va milimetri între contacte. Ele sînt indicate în domeniul tensiunilor medii pentru frecvențe ' mari de conectare. Avantajele întreruptoarelor cu cameră de stingere în vid înaintat sînt: — timpi de întrerupere foarte scurți și restabilirea extrem de ra- pidă a rigidității dielectrice după întrerupere (permițînd frecvențe foarte mari de comutare); 86 — dimensiuni reduse; — zgomot redus; — durată mare de serviciu a contactelor. D. GONTACTOARE DE ÎNALTĂ TENSIUNE Pentru a se reduce cheltuielile de investiții și de exploatare, mo- toarele de puteri mari de 200—250 kW se construiesc în general pentru tensiuni de 3 sau 6 kV. Acționarea acestor motoare la frecvențe de conectare ridicate nu se poate face cu întreruptoare automate, acestea avînd un număr total de conectări foarte redus. Aparatele create special pentru acest scop sînt contactoarele de înalta tensiune, care, ca și cele dc joasă tensiune, sînt aparate cu putere Fig. 8.15. Contactat dc înaltă tensiune: 1 — cameră de stingere; 2 — contact fix; 3 — contact mobil; -1 — arcul contactului mobil; 5 — conductor flexibil (tresă); 6 — bobină de suflaj; 7 și 8 — pereți izolanți între polii coti tactor ului; 9 — bobina electromagnetului de acționare (clectromagnct de curent continuu); 10 — rezistență adițională pentru limitarea curentului absorbit de bobină în poziția „închis"; 11 — contacte auxiliare; 12 — contact dc blocare; 13 — re- dresor; 1'1 — relee termice și electromagnetice. 87 de rupere redusă, dar cu .mare rezistență la uzură mecanică și sub sar- cină (fig. 8.15). Se folosesc camere dc stingere cu suflaj magnetic. E. SIGURANȚE FUZIBILE DE ÎNALTĂ TENSIUNE Se realizează în construcții similare celor de. joasă tensiune, lun- gimea tubului și a fibrelor fuzibile fiind însă mult mai mare, corespun- . zătoare tensiunii nominale a Fig. 8.16. Siguranțe fuzibile de înaltă tensiune cu mare putere de rupere: a — fuzibil pe miez ceramic; b — fuzibil liber in nisip; 1 — tub izolator; 2 — fir fuzibil; 3 — nisip de cuarț; 4 — sîrniă indicatoare; 5 — in- dicator; 6 — capac. siguranței. De obicei, firele fuzibile sînt spiralizate pe un suport cera- mic (fig. 8.16). Se construiesc pentru ten- siuni pîna la 35 kV, curenți pînă la 100 A pentru 10 kV; pînă la 40 A pentru 25 — 35 kV, F. EC LATO ARE Șl DESGĂRGĂTOARE Aparatele de protecție spe- cifice protecției împotriva supratensiunilor sînt ecla- toarde, și descărcătoarde. 1. Eclatoare Un eclator este format din doi electrozi metalici din care unul se conectează la linie, iar celălalt — Id pămînt. Tipurile constructive uzu- ale sînt: eclatorul cu coarne (coarnele ajută la stingerea arcului amorsat) și cclatorul cu tijă (fig. 8.17). 88 Fig. 8. 17. Eclatoare de protec- ție împotriva supratensiunilor: a. — eclator cu coarne; b — eclator cu tijâ. Sînt aparate similare și ieftine, dar imprecise și în general nu pot stinge arcul amorsat. * 2. Descărcătoare tabulare Prin introducerea unui eclator într-un tub de material gazogen, se obține un descărcator tubular (fig. 8.18) capabil să întrerupă arcul electric format datorită suflajului de gaze produse prin descompunerea materialului gazogen. Pentru a se evita solicitarea continuă a di electricului tubului, se intercalează de obicei un al doilea eclator între descărcator și conduc- torul protejat. 3. Descărcătoare cu rezistență variabilă • Construcția. Un descărcator cu rezistență variabilă este format din următoarele elemente (fig. 8.19): — o coloană cu discuri 1, obținute din praf de carbură de siliciu (carborund) aglomerat cu anumiți lianți, care constituie o rezistență variabilă în funcție de tensiune (fig. 8.20); 89 Fig. 8.18. Descarc ător tu- bular: 1 — tub izolant din ma- terial generator de gaze; 2 — electrod superior; 3 — electrod inferior; 4— dis- tanța interioară, de amor- sare; 5 — distanța exteri- oară de amorsare; 6 — con- ductă protejată; 7 — piese de fixare. Fig. 8.19. Descărcător cu rezistență variabilă: 1 — discuri de carborund; 2 — ecla- toare; 2a — discuri de cupru sau alamă; 2b — inele de ' distanțare din mică; 3 — carcasă de porțelan; 4 — inele de etanșare; 5 — arc de oțel; 6 — clemă pentru legarea la linie; 7 — borne de legare la păinînt; 3 — conductă flexi- bilă de cupru. — o coloană de eclatoare identice 2, formate din discuri de' cupru sau de alamă separate prin distanțiere (de mică, steatită etc.); Fig. 8.20. Caracteristicile R și I -- f(V) ale unei rezistențe variabile. 90 — un izolator de porțelan, în interiorul căruia sînt închise erme- tic eclatoarele și rezistențele; — bornele de legătură electrică și elementele de fixare, mecanică. • Principiul de funcționare. La apariția unei supratensiuni, ecla- torul amorsează un arc electric. Se stabilește astfel prin rezistențe un curent de punere la pămînt de cîteva sute pînă la cîteva mii de amperi. Deoarece rezistența discurilor este cu atît mai mică cu cît tensiunea aplicată este mai mare, căderea dc tensiune la bornele descărcatorului, numită tensiune reziduală, se menține la valori nepericuloase pentru izolația instalației. După cc supratensiunea a fost anihilată în acest mod, eclatorul rămîne ionizat, iar prin descărcător continuă să treacă un curent ali- mentat de tensiunea de serviciu, numit curent de- însoțire. Dar, la valoa- rea tensiunii de serviciu corespunde o valoare mult mai mare a rezisten- ței variabile, care limitează curentul prin descărcător, la valori suficient de mici (cîteva zeci de amperi) pentru a putea fi stins de eclator la prima trecere naturală prin zero. G. BOBINE DE REACTANȚĂ Bobinele de reactanță se folosesc pentru limitarea curenților de scurtcircuit în rețelele de medie tensiune. Curentul de scurtcircuit este U 7 -L. 7 unde ZL este impedanța liniei, iar Z& este impedanța bobinei dc reac- tanță (practic egală cu reactanța, rezistența ohmică a bobinei fiind foarte mică). Se vede că printr-o dimensionare corespunzătoare a bobinei se poate obține o reducere apreciabilă a curentului de scurtcircuit. De obicei, bobinele se calculează astfel îneît curentul de scurtcircuit să fie limitat la 20 1^. Bobinele de reactanță sînt bobine în aer, fără miez de fier. La scurt- circuit deoarece o mare parte din tensiunea rețelei se aplică la bornele bobinei, este puternic solicitată izolația între spire. De asemenea, apar forțe electrodinamice de ordinul tonelor care solicită puternic atît spirele cît și legăturile între ele. De aceea spirele se rigidizează prin turnare în beton sau cu distan- țicre din isopiac sau stratitex (fig. 8.21). 91 Fig. 8.21. Bobină de reaetanță trifazată dc 10 kV, cu izolație în aer: a — cu schelet de beton; b ~ cu izolație uscată. în cazul în care cele trei bobine dc fază se montează suprapus, bo- bina corespunzătoare fazei de mijloc trebuie astfel montată, îneît sensul de spitalizare al conductoarelor să fie opus celui al celorlalte două faze (în caz contrar, apar solicitări electrodinamice foarte mari între bobine). Verificarea cunoștințelor 8.1. Care sînt criteriile de clasificare a separatoarelor? 8.2. Ce tipuri constructivc.de întreruptoare automate cunoașteți? 8.3. Cum funcționează camerele de stingere ale întreruptoarclor cu ulei puțin? 8.4. Cum funcționează o cam cri cu ajutaj și care sînt limitele sale? 8.5. Ce avantaje prezintă întrcmptoarele cu hexaflorură dc sulf? 8.6. Descrieți construcția unei siguranțe fuzibile. 8.7. Ce realizează descărcătoarele ? 8.8. Care sînt principalele elemente componente ale unui descărcător cu rezistență va- riabilă ? 8.9. Ce măsuri trebuie luate la montarea bobinelor dc rcactanță? 92 Partea a doua AUTOMATIZĂRI Capitolul 9 NOȚIUNI GENERALE PRIVIND AUTOMATIZĂRILE ’ SI SISTEMELE DE REGLARE AUTOMATĂ * A. OBIECTUL SI IMPORTANTA AUTOMATIZĂRII ÎN CONDIȚIILE PROGRESULUI TEHNICO-ȘTIINȚIFIC 1. Obiectul și funcțiile automatizării în procesul de producție a bunurilor materiale, o importanță de- osebită o are automatizarea producției, adică realizarea acestui proces fără participarea directă a omului. Automatizarea reprezintă totalitatea mijloacelor tehnice. care -permit renunțarea la participarea directa a omului în procesul de producției Dispozitivul de automatizare (/M) este acel dispozitiv care, în funcție de condițiile impuse, realizează comanda și (sau) controlul unui anumit proces (sau faze) de- producție- și care permit să se renunțe, astfel, la intervenția directă a omului pentru îndeplinirea acestor funcțiuni, inter- venție altfel necesară. în figura 9.1 s-au reprezentat cele două situații cînd conducerea procesului (sau a instalației) se efectuează de către operatorul uman (OM), respectiv de către dispozitivul de automatizare (DA). Preluarea funcțiilor operatorului uman de către dispozitivele de auto- matizare reprezintă conducerea automată sau automatizarea procesului (a instalației). 93 Fig. 9.1. Conducerea procesului: a — de către operatorul uman; b — de către dispozitivul de automatizare. Procesul (instalația tehnologică) care realizează efectiv procesul de producție și la care se atașează dispozitivul de automatizare, care preia funcțiile operatorului uman, reprezintă procesul tehnologic (insta- lația) automatizat (PT, respectiv IA — fig. 9.2). Ansamblul format din dispozitivul de automatizare (’DA) și procesul tehnologic automatizat (sau instalația automatizată) reprezintă un sistem, de automatizare sau un sistem automat (SX) — (fig. 9.2). 2. Avantajele automatizării producției Prin automatizarea producției se obțin: — avantaje de ordin economic, cum sînt: creșterea cantitativă a producției obținute în unitatea de timp (mărirea productivității mașini- lor sau instalațiilor), reducerea consumului de materie primă și materii auxiliare, reducerea numărului instalațiilor și utilajelor necesare, redu- cerea cheltuielilor- de producție și a prețului produselor ș.a. ; Fig. 9.2. Sistemul automat Cu părțile componente. 94 — avantaje de ordin tehnic, cum sînt: îmbunătățirea calității pro - duselor, creșterea fiabilității producției și a produselor, creșterea dura- tei de utilizare și reducerea uzurii instalațiilor și a utilajelor ș.a.; — avantaje de ordin social'. îmbunătățirea condițiilor de lucru (prin automatizarea lucrărilor grele și cu volum mare și eliberarea omului de la activități care solicită un efort fizic intens), creșterea securității muncii în instalațiile tehnologice (sau procesele în care activitatea se caracterizează printr-un anumit grad de periclitate), ridicarea nivelu- lui de trai. Deși introducerea automatizării implica investiții suplimentare, re- ducerea cheltuielilor pe ansamblul investiției și implicit reducerea costu- lui produselor, în condițiile creșterii substanțiale a calității produselor, justifică pe deplin cheltuielile efectuate. 3. Dezvoltarea automatizării în condițiile progresului tehnico-științifîc Pe măsura dezvoltării economice și sociale, a progresului tehnico- științific general, producția a înregistrat transformări continue. S-a realizat o reducere treptată a muncii fizice a omului, ca și a celei intelectuale necreatoare, de rutină, compensată de o creștere cores- punzătoare a volumului activităților intelectuale creatoare,. cu funcți- uni de concepție, conducere și organizare a producției și a muncii. în țara noastră, introducerea mijloacelor de automatizare, în gene- ral, și a celor de reglare automată, în particular, a cunoscut un ritm înalt ți continuu ascendent. în deplină concordanță cu politica fermă de industrializare socialistă a țării, cu continua dezvoltare a cercetării științifice și promovarea progresului tehnic, s-au extins și s-au diver- sificat mecanizarea și automatizarea producției. Directivele Congresului al XllI-lea al P.C.R. cu privire la dezvolta- rea economico-socială a României în cincinalul 1986 — 1990 și orien- tările de perspectivă pînă în anul 2000 prevăd asigurarea unei dez- voltări în ritm înalt a ramurilor de vîrf ale industriei, concomitent cu ridicarea gradului de tehnicitate a tuturor ramurilor industriale. Pe această linie, producția industriei electronice, inclusiv a mijloacelor tehnicii de calcul, va crește pe cincinal cu 62—67 la sută, se vor generaliza automatizarea, cibernetizarea și robotizarea producției și a altor activități economico-sociale. 95 Dar, introducerea pe scară largă a automatizării producției impune preocuparea pentru ridicarea continuă a calificării muncitorilor, tehni- cienilor și inginerilor pentru a exploata, proiecta și fabrica în cele mai bune condiții aparatura de automatizare, măsurare și control pentru instalațiile și sistemele dc automatizare. B. NOȚIUNI GENERALE DESPRE SISTEMELE DE REGLARE AUTOMATĂ (SRA) 1. Obiectul reglării automate Reglarea automată este acel proces, îndeplinit automat, prin care o mărime fizică este fie menținută la o valoare prescrisă constantă — nu- mită consemn - - fie își modifică valoarea la intervale de timp date, con- form unui anumit program, luînd astfel o succesiune dc valori prescrise. în acest scop, un dispozitiv de automatizare numit regulator auto- mat (RA) permite eliminarea operatorului uman ca intermediar între aparatele de măsurat, cu ajutorul cărora se determină diferența dintre valoarea la un moment dat și valoarea prescrisă a mărimii fizice ce se reglează și organul de execuție al comenzilor date prin care se acțio- nează asupra obiectului (instalației sau procesului) reglat. 2. Mărimi caracteristice pentru sistemele de reglare automată Pentru instalațiile tehnologice și procesele tehnice, aplicarea reglării automate are o'importanță deosebită. De exemplu, funcționarea mașini- lor cu abur, a motoarelor cu ardere internă, a turbinelor ctc. este direct legată de reglarea turației, a presiunii și debitului agentului motor (abur, gaz, apă etc.), a temperaturii, a ungerii ș.a.; pentru funcționarea generatoarelor sincrone la tensiune constanții trebuie modificată în mod corespunzător excitația etc. Desigur, o reglare este necesară numai atunci cînd mărimea reglată nu poate rămîne constantă de la sine, la valoarea dorită și are tendința dc a-și modifica valoarea, de a se abate mai mult sau mai puțin în urma unor efecte perturbatoare externe sau interne. 96 în cazul oricărei reglări se deosebește o mărime reglată și o mărime de execuție. • Mărimea care trebuie. menținută la valoarea prescrisă este mărimea reglată. Mărimi reglate sînt, de exemplu, frecvența, turația, tensiunea, și puterea electrică, temperatura, debitul, nivelul dintr-un rezervor etc. • Mărimea de execuție este mărimea obținută la ieșirea organului dc execuție al instalației de- reglare- și cu ajutorul căreia se poate influența mărimea reglată, pentru a o aduce la valoarea dorită. De exemplu, dacă se urmărește menținerea constantă a turației unui motor electric dc curent continuu, pentru variația turației în sensul dorit se variază curentul de excitație al motorului. Deci, mă- rimea reglată este, în acest caz, turația, iar mărimea de execuție este curentul dc excitație al motorului. Pentru menținerea constantă a tensiunii la bornele unui generator I sincron se variază corespunzător tensiunea de excitație; mărimea re- 1 glată este tensiunea la borne, iar mărimea de execuție este tensiunea L* (sau curentul) de excitație. • Influențele externe, sau interne caro sini cauzele abaterilor valorilor instantanee- ale mărimii reglate de la valoarea prescrisă se numesc, în | tehnica reglării, perturbații sau mărimi perturbatoare. La reglarea unei anumite mărimi se exercită influența uneia sau ¹ a mai multor mărimi perturbatoare. Astfel, in cazul reglării turației motorului de curent continuu se exercită influența unor perfurbații diferite; tensiunea variabilă de alimentare a motorului, variația cuplu- lui de sarcină cerut dc mașina dc lucru antrenată de motorul respectiv, variația rezistenței electrice cu temperatura etc. De regulă, efectul influenței uncia dintre mărimile perturbatoare poate fi preliminat; această perturbațio este considerată ca perturbație principală și acțiunea dc reglare se manifestă în sensul eliminării aba- terii mărimii reglate dc la valoarea, prescrisă sula influența perturbației principale. în figura 9.3 este reprezentată schcma-bloc a obiectului reglării în general (instalația sau procesul tehnologic supuse reglării). La intra- rea obiectului reglării (Oii}, reprezentat simbolic printr-un dreptunghi, se aplică mărimea dc execuție x,„; la ieșire, rezultă mărimea reglată 97 t ¹ । Fig, 9.3, Schemu-bloc a obiceiului reglării, in general: — nbiedul reglării (instalația tehnologică 7 7'. procesul tehnologei /J7), rp. Din exterior, se exercită acțiunea unor mărimi perturbatoare .Vᵣ A'₂, ... A\, dintre care urmează a li .selectată perturbația principală. ■3. Elementele unui sistem de reglare automată în figura 9.4 s-a reprezentat simplificat o instalație pentru regla- rea automată a temperaturii apei la ieșirea clin schimbătorul de căl- dură. Instalația de reglare automată cuprinde: elementul de măsurat, dementul de comparație, regulatorul automat și elementul de- execuție. • Elementul de măsurat (traductorul) 7LW este reprezentat de termometrul manometric 7, instalat pe conducta de apă caldă, la ieși- rea din încălzitor. Acest clement măsoară temperatura 0, a apei la ieșire și transformă energia termică absorbită dc la apa caldă într-o variație de presiune, pe care o transmite prin tubul capilar 2 la tubul Bourdon 5; acesta din urmă transformă variația de presiune într-o deplasare, prin care se modifică poziția paletei •/. Elementele 7, 2, 3 și d, la care se poate adăuga și indicatorul 5 (atunci cinci există), for- mează împreună elementul de măsurat al instalației de reglare. • Elementul de comparație EC compară temperatura apei la ieșire 0,. cu valoarea prescrisă (dc consemn) 0,, rozul tind abaterea de reglare sau eroarea: xₐ — AO — (0f —• Oj. în schema din figura 9.4, valoarea prescrisă a temperaturii 0, aș = mărimea de intrare este reprezen- tată prin punctul de oscilație al paletei 7. Acest punct poate fi deplasat manual în sns sau in jos cu ajutorul tijei 5. Valoarea măsurată 0ₑ a 98 Fig. 9.4. Instalația de reglare automată a temperaturii apei la ieșirea din schimbătorul de căldură. temperaturii apei la ieșirea din încălzitor este reprezentată prin poziția B extremității mobile a tubului Bourdon, articulate cu paleta 7. Atunci I cind 0,. — 0, (deci A0 = 0), mijlocul paletei se află exact în dreptul ajutajului conic 6. La orice altă valoare = 9; (deci A0 0 0), po- | ziția punctului de la mijlocul paletei reprezintă o mărime proporțională I cu diferența (0; — 0J. Temperatura 6,. reprezintă mărimea de ieșire F xₑ, iar deplasarea extremității tubului Bourdon reprezintă mărimea I de reacție xₜ. Rezultă eroarea: x„ — xₜ — xᵣ = e, mărimea de la ieși- rea elementului de comparație EC. ® Regulatorul automat RA, reprezentat simplificat în figura 9.4, îndeplinește, în acest exemplu, numai o funcție de amplificare a semna- lului primit de Ia elementul de comparație. în spațiul 5 al amplificatorului pneumatic (sistem duză — paletă), alimentat cu aer sub presiune constantă prin elementul de strangu- lare 7, se obține o presiune proporțională cu distanța între paletă și ajutaj, deci proporțională cu diferența A0 = 0₍ — 0ₜ. Amplificatorul pneumatic 9, alimentat de la aceeași sursă dc aer I comprimat, produce în conducta 10 o presiune proporțională cu AG = I — 0₍ - - 0„. Această presiune reprezintă mărimea de comandă xᵤ adică mărimea de la ieșirea regulatorului RA. Mărimea de comandă este mărimea de intrare pentru elementul de execuție EE. 99 • Elementul de execuție EH este vcntilul 12, care modifică debi- tul Dₐ al aburului de încălzire. Ventîlul are o membrană 11, asupra căreia se exercită presiunea de aer din conducta 10, de la ieșirea din regulator. Secțiunea deschiderii ventil ului asigură valoarea debitului Dₐ (mărimea de execuția xₘ) care se aplică la intrarea schimbătorului de căldură (instalația reglată sau obiectul reglării OA’). O Se observă că un sistem de reglare automată are rolul de a realiza o anumită lege de dependență între mărimea de ieșire .r,, care carac- terizează la un moment dat o instalație sau un proces tehnologic, și mărimea de intrare (sau consemnul) xₜ prin care se comandă modi- ficările în funcționarea acestora. Ansamblul format din obiectul reglării (instalația reglată) re- gulatorul automat -p elementele de. măsurare, comparare și execuție, reali- zat în scopul reglării automate a unui anumit proces sau parametru de proces, se numește sistem de reglare automată (prescurtat SRA). 4. Sthema funcțională a unui SRA. Exemple de sisteme de reglare Pentru studiul reglării automate se utilizează o reprezentare sim- bolică, denumită schemă funcțională. Schema funcțională a unui sistem de reglare automată este acea schemă în care se indică elementele componente ale sistemului de reglare automată (SRA), destinația lor și legăturile funcționale între ele. Elementele unui sistem de reglare automată sînt reprezentate in schema funcțională prin blocuri funcționale, figurate prin dreptunghiuri. Schema funcțională a unui SRA conține: — legătura directă sau principală, care înglobează toate clementele cuprinse între elementul de comparație EC și ieșirea instalației auto- matizate ; — legătura, inversă sau secundară, numită deseori „cale de reacție", care cuprinde elementele situate între ieșirea instalației automatizate și elementul de comparație. Transmiterea semnalului (sau informației) se face dc la intrare spre ieșirea SAA pe legătura directă și de la ieșire spre intrarea ATM pe legătură inversă. împreună, cele două legături (directă și inversă) alcătuiesc un circuit închis de reglare automată sau o buclă de reglare. 100 Fig- 9.5. Schema .funcțională pentru SJ^A din figura 9.4: XC — element dc comparație (sau Comparator diferențial); 2L4 — re^ gala tor automat; CC — element dc execuție; CM — element de măsurat; IA — instalația auto- matizată. Fig. 9.6ₜ Instalație de reglare automată; a — schema de principiu a instalației de reglare; b — sche- ma ei funcțională. p. y 101 Jtegi/fotort a/np/ifr- taier Serva- mator r U- Sursa o fer/no- CeraoustibH Vesti! (RD) Reefucfor/ Cupfor(OR) Palpufor- ^oieabometru F —t s—⁷-------- Dispozitiv Pe prescriere Dispozitiv Re prescriere no EC U fC L ("pr) Regula for+ amplificator le Servomotor „ +ventil Cuptor OR fa) Cvp/u trrmâeieșțric i fa) ♦ o ^r) py Fig. 9.7. Instalație de reglare automată: a — schema de principiu a instalației de reglare; b — schema ei funcțională. în schema funcțională a unui S/M se indică mărimile de intrare și de ieșire ale fiecărui element. Pentru fiecare element din schemă semnalul se transmite în sens unic, de la intrarea elementului la ieșirea acestuia. în acest fel, pentru fiecare bloc se stabilește o dependență strictă a mărimii de Ia ieșire de variația mărimii de la intrarea ele- mentului respectiv. Se obișnuiește a se reprezenta schema funcțională prin înșiruirea elementelor componente ale SRA, în ordinea strictă a legăturilor func- ționale între ele. De exemplu, pentru instalația de reglare automat! din figura 9.4, schema funcțională este reprezentată în figura 9.5 (re- prezentare valabilă și pentru celelalte S2<4). 102 Obiectul reglării (procesul sau instalația tehnologică reglată), la ieșirea căruia se obține mărimea de ieșire ;vc (în cazul dc față tem- peratura apei la ieșire, 0f) este supus influenței mărimilor perturba- toare  din exterior, sub acțiunea cărora se produc variații ale mă- rimii reglate. în cazul' sistemului din figura 9.4, mărimea perturba- toare este variația debitului de apă. caldă Dₜ consumat. în figurile 9.6, 9.7 ,și 9.8 sînt reprezentate alte instalații tehno- logice reglate și schemele funcționale respective, semnificația elemente- lor SRA fiind aceeași, ca și în cazul instalației dc reglare ce a fost prezentată detaliat. I’ig. 9.8. Instalație dc reglare automată: o — schema dc: principiu a instalației dc reglare; b — schema ei funcțională. 103 C. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATĂ Sistemele de reglare automată se pot clasifica în funcție de felul variației mărimii dc la intrare, în funcție de viteza de variație a mări- mii reglate (sau viteza dc răspuns), în funcție de numărul mărimilor reglate, după tipul acțiunii regulatorului automat și în funcție dc nu- mărul buclelor de reglare. • în funcție de aspectul variației în timp a mărimii de intrare x₍ (deci după variația în timp impusă mărimii de ieșire .vₑ) se deo- sebesc : — sisteme de Stabilizare automată (cînd x, - ct — de exemplu menți- nerea constantă a unui parametru — ca în figura 9.9, a) acestea se mai numesc SRA cu consemn constant '-xi, -cf pir. r < tj Xi-xij(t)pir. t, ■e t< t? -ci pir. i? < f < x^Xi^tiptr. i, < i Fig. 9.9. Variația mărimii de la in- trarea SRA- a- — SRA cu program fix (sau con- semn constant}; t — SRA cu program variabil (sau consemn programat). sau cu program fix; — sisteme de reglare automată cu program variabil (cînd xₜ variază. în timp după o lege prestabilită de exemplu la cuptoarele industriale pentru tratamente termice — ca în figura 9.9, b); acestea se mai numesc SRA cu consemn programat; — sisteme de reglare automată de urmărire (cînd x, variază în funcție de un parametru din afara SĂL4, legea de variație în timp a acestui para- metru nefiind cunoscută dinainte); mărimea de la ieșire xₑ urmărește variația lui • în funcție de viteza dc răspuns a obiectului reglării la un semnal x₍ aplicat la intrare se deosebesc: — ST? 4 pentru procese lente (cele mai răspînditc instalații sau procese tehnologice industriale caracterizîn- du-sc printr-o anumită inerție), ca, de exemplu, cel din figura 9.4; — SRA pentru procese rapide, cum sînt sistemele de reglare automată aplicate mașinilor și acționărilor clec- 104 trice (dc exemplu, reglarea turației motoarelor, reglarea tensiunii gene- ratoarelor etc.). • După numărul mărimilor dc ieșire ale obiectului reglat asupra cărora se exercită acțiunea de reglare automată, se deosebesc; - .S'Abl cu o singură' mărime reglată (sau SA/l convenționale); — SRA cu mai multe, mărimi reglate simultan (sau SRA mulii- variabile). • După tipul acțiunii regulatorului automat se deosebesc: F — SRA cu acțiune continuă, la care mărimea de ieșire a fiecărui element component al sistemului este o funcție continuă de mărimea sa de intrare. Aceste S/M conțin fie regulatoare liniare, la care depen- dența rvc —/(e) este liniară, fie regulatoare ueîiniare, la care această dependență este neliniară; — SRA cu acțiune discontinuă (discretă), la care mărimea de la ieșirea regulatorului este reprezentată de o succesiune de impulsuri dc reglare, fie modulate în amplitudine sau durată (cazul regulatoarelor cu impulsuri), fie codificate (cazul regulatoarelor numerice). • în funcție de numărul buclelor de reglare se deosebesc: — SRA cu o buclă de reglare (sau cu un singur regulator automat) ; — SRA cu mai multe bucle de reglare (sau cu mai multe regulatoare I automate). cu mai multe bucle dc reglare pot fi sisteme de reglare în cas- cadă, care cuprind mai multe regulatoare automate, cu ajutorul cărora, pe lingă mărimea de ieșire x,., sînt reglate și alte mărimi intermediare din cuprinsul instalației, sau procesului reglat, și sisteme dc reglare com- binată, în care, pe lingă regulatorul automat principal se prevăd unul sau mai multe regulatoare suplimentare, care intră in funcțiune numai la apariția anumitor acțiuni perturbatoare. Rezumat • Reglarea automată reprezintă uit proces (funcție dc antonia ti-zale} in caro o mărime (parametrul reglat) este adusă la o valențe prescrisă (rid consemn) și este jnV»v ținutâ la această valoare prin intervenții cohtinttâ sau discontinue, pe baza măsurării abaterii (sau erorii). 105 • Un sistem de reglare automată (prescurtat SRA} reprezintă ansamblul formal din obiectul reglării automate, regulatorul automat și celelalte elemente necesare pentru îndeplinirea funcției de reglare. • Elementele componente ale nuni SRA sînt: obiectul reglării (instalația telmolv. gică sau procesul, reglat), regulatorul automat, elementul de comparație (sau comparatei ui diferențial), elementul de măsurat (traductorul) șt elementul de execuție. • Se numește schemă funcțională a unui SRA acea schemă în care se indiei "Iu montele componente ale sistemului dc reglare automată, destinația lor și legăturile fum ționale intre ele. Elementele SRA se reprezintă prin blocuri funcționale, figurate prin dreptunghiuri, avînd cite o mărime la intrare și o mărime la ieșire. Schema funcțională cuprinde legătura directă (sau principală) și legătura inversă (sau calea dc reacției. • J.n funcție de aspectul variației in timp a mărimii de intrare x,, SRA pot fi sis« teme de stabilizare automată (sau cu consemn constant), sisteme tic reglare cu program variabil (sau cu consemn programat) și sisteme de reglare automată de urmărire. Capitolul 10 ELEMENTELE SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATĂ A. TRADUCTOARE 1. Noțiuni generale Pentru măsurarea mărimilor fizice ^care intervin intr-un proces teh- nologic este necesară, dc cele mai multe ori, convertirea („traducerea") acestora în mărimi de altă natura fizică, convenabile pentru celelalte- elemente din cuprinsul SRA. De exemplu, o temperatură sau o presiune sînt convertite iu mărimi de natură electrică — tensiune, curent electric — proporționale cu mărimile inițiale, care pot fi utilizate și prelucrate de celelalte elemente de automatizare ale S2?/l (comparatoare, reglatoare automate etc.). Se numește traductor acel element al SRA care realizează convertirea unei mări-mi fizice — de obicei ncelectrică — în -mărime de altă natură fizică — de obicei electrică — proporțională, cu prima sau dependentă dc aceasta, în scopul utilizării inir~un sistem de automatizare. Există o largă varietate de traductoare, structura lor fiind mult diferită de la un tip de traductor Ia altul. Se poate stabili însă o struc- tură generală a unui traductor, ca in figura 10.1. Mărimea de la intrarea traductorului (rcprczcntînd valori de temperatură, presiune, forță, turație, nivel etc.) este convertită („tra- Fîg. 10.1. Structura generală a unui traductor. 107 dusă.") de către elementul sensibil ES într-o mărime intermediară ko (dc exemplu o deplasare liniară, o rotație etc.), care se aplică adaptoru- lui AI). Acesta transformă mărimea .u₀ in mărimea de ieșire, xₑ, dc obicei de natură electrică (tensiune, curent, rezistență, inductanță etc.) intro- dusă. astfel în circuitul de reglare. în cazul particular al SRA unificate (cu semnal standard, atît ca natură, cit și ca nivel) — dc exemplu, sistemul unificat E — IE A, fabricat în țară — adaptoarele au rolul de a converti o mărime de ieșire oarecare intr-un semnal unificat (de exem- plu, semnalul de curent unificat: 2—10 mA sau 4 — 20 mA sau cel dc presiune unificată 0,2—1 kgf/cms = (0,2—1)9,80665 X/cm²). De obicei, adaptorul cuprinde și sursa de energie SE (fig. 10.1) necesară pentru convertirea mărimii în mărimea dorită la ieșire xc. 2. Caracteristicile generale ale traductoarelor Indiferent de tipul traductorului utilizat, se pot stabili următoa- rele caracteristici generale, valabile pentru orice traductor: — - natura fizică a mărimilor de. intrare și de ieșire (curent, tensiune electrică, rezistență electrică, presiune, temperatură, debit, nivel etc.); — puterea consumată la intrare (de obicei, o putere mică sau foarte mică, de ordinul cîtorva wați sau iniliwați sau chiar mai puțin). Con- sumul propriu fiind, de regulă, neglijabil, înseamnă că puterea transmisă elementului următor este insuficientă pentru.a determina o acționare; de aceea, în schemele dc automatizare un traductor este urmat, aproape întotdeauna, dc un amplificator; — caracteristica statica a. traductorului, care reprezintă grafic depen- dența x„ = /(»;) dintre mărimile de ieșire, respectiv de intrare ale tra- ductorului (fig. 10.2). După Lipul traductorului, această variație poate reprezenta o funcție liniară sau neliniară, continuă sau discontinuă (cu valori discrete); — domeniul de măsurare, definit de pragurile superioare de sensi- bilitate v, și ab^.și de cele inferioare x^i» și x„,ₙi„ (în figura 10,2 s-a presupus — panta absolută (sau sensibilitatea) Kₐ, reprezentînd raportul din- tre variațiile mărimilor de ieșire Axe, respectiv de intrare Ex-, (fig. 10.2): (10.1) Exi ’ 108 — panda medic. (K^, reprczcntind coeficientul unghiular (panta) al dreptei care aproximează caracteristica statică reala a traductorului (fig. 10.2): Kₘ = tg x x A\. (10.2) 3. Clasificarea traductoareior Întrucît circuitele de automatizare cel mai des folosite sînt de na- tură electrică, mărimea de-ieșire a traductoarelor este aproape exclusiv dc natură electrică. Clasificarea traduc toacelor poate fi făcută. în funcție de nitiura mă- rimii de ieșire x,. sau în- funcție de n-aiura mărimii de intrare Xț. « In funcție de natura mărimii electrice de la ieșire x,. șe deo- sebesc : — traduricare parametrice, la care mărimea măsurată este trans- formată intr-un „parametru de circuit electric" (rezistență, inductanță sau capacitate). Traduci oarele parametrice se împart, la ritului lor, în: iraductoare resistive, traductoare inductive și traductoare capacitive; 109 — traductoare generatoare, la care mărimea măsurată este transfor mată intr-o tensiune electromotoare, a cărei valoare depinde dc valoarea mărimii respective. • în funcție de natura mărimii aplicate la intrare (xₑ) se disting. — traductoare de mărimi neelectrice (temperatură, deplasare, debit, viteză, presiune etc.); — traductoare de mărimi electrice (curent, frecvență, putere, fază etc.). In practică, traductoarele sînt definite pe baza ambelor criterii ară- tate mai sus (dc exemplu, traductor parametric rezistiv de temperatură), în figura 10.3 se prezintă o schemă generală țle clasificare a traduc- toarelor uzuale. • în funcție de domeniul de variație al mărimii de ieșire, traduc- toarele se clasifică in: — traductoare unificate — la care mărimea de ieșire reprezintă un semnal unificat electric (2 10 mA sau 4 -20 mA), sau pneumatic (0,2—1 kgf/cm² — (0,2 —1)9,80665 N/cm²); aceste traductoare se uti- lizează în sistemele de reglare automată cu elemente unificate; — traductoare neunificate. 110 4. Exemple de traductoare în cele cc urmează vor fi prezentate cîteva exemple de traduc- toare fabricate în tară. • Traductor inductiv de presiune cu tub Bourdon. Elementul sen- sibil al traductorului de presiune este un tub Bourdon T (fig. 10.4), care sub acțiunea presiunii de' măsurat p tinde să se îndrepte (poziția punctată in figură). Odată cu creșterea presiunii p aplicate, punctul a din capătul liber al tubului se îndepărtează (de exemplu în a'), astfel că, prin intermediul bilei B, manivela A/ este rotita în jurul punctului c ! cu unghiul a. Rotirea este aplicată modulatorului magnetic din adaptorul tip ELI 370 care produce la ieșire semnalul unificat i = 2 ... 10 inA c.c. proporțional cu presiunea măsurată p. • Traductor inductiv de presiune diferențială cu burdufuri. Ele- mentul sensibil al traductorului este format dintr-o capsulă închisă M (fig. 10.5, a) în care, prin peretele de separare/),se creează două com- partimente Q și C₂, alimentate cu presiunea pₗₜ respectiv p₂. Cele doua presiuni, a căror diferență (Ap — pj -- p₂) trebuie măsurată, acționează asupra unor burdufuri și Șₜ, rigidizate între ele prin tija T și care sprijinindu-se fiecare pe peretele despărțitor acționează.ca niște resoarte spirale la deplasarea lor (Bi se comprimă, iar se întinde). Cele două burdufuri fiind identice, forța rezultantă AR creată dc cele două presiuni va fi proporțională cu diferența presiunilor respective. în acest fel deplasarea longitudinală d a tijei va fi proporțională cu forța AR, deci cu presiunea diferențială Ap. Tija T, prevăzută cu opritorul reglabil O, acționează asupra manive- lei rotind axul A cu unghiul a. în acest mod se transformă deplasarea d Fig. 10.4. Traductor dc presiune cu tub Bourdon. Fig, 10.5. Traductor de presiune diferențială cu burdufuri: a — schema funcțională; b — aspectul exterior. (proporțională cu A^>) într-un unghi a și, deoarece axul A este solidar cu modulatorul magnetic din adaptorul ELT 370, se obține un semnal unificat i = 2 ... 10 mA c.c., proporțional cu diferența presiunilor. în figura 10.5, b este prezentat aspectul exterior al acestui traductor, de- numit AT 30 ELT 370. • Traductorul capacitiv pentru măsurarea presiunii unui fluid. Traductorul capacitiv pentru măsurarea presiunii unui fluid (fig. 10.6) este format din armătura fixă A: și armătura mobilă A₂, solidară cu mem- brana elastică Af. Cind presiunea p crește, distanța d, intre armături scade, deci valoarea capacității C. a condensatorului variabil crește, proporțional cu creșterea presiunii fluidului din conducta C. Fig. 10.6. Traductorul capacitiv pentru măsurarea presiunii an ai fluid. 112 B. AMPLIFICATOARE 1. Noțiuni generale După cum s-a văzut, mărimile obținute Ia ieșirea elementului de măsurat (traductor) au in majoritatea cazurilor valori reduse; pentru a le utiliza, este necesară mărirea lor proporțională, adică amplificarea lor. Amplificatorul aste acel element al SRA la care. mărimea de intrare de o putere (sau nivel) relativ mică poale comanda 'continuu o mărime de ieșire avind o putere (sau nivel) mult mai mare, folosind pentru aceasta o sursă auxiliară de energic. Amplificatorul realizează, deci, o amplifi- care, de obicei de putere, uneori dc modul (nivel). în figura 10.7 este reprezentată schema-bloc a unui amplificator. La intrarea amplificatorului se aplică mărimea de intrare i care are rolul dc a varia „rezistența de trecere" a energiei (rezistență de tip ohmic in circuite electrice, de tip hidraulic sau pneumatic in cele fluidice) de la sursă spre ieșirea e. 2. Clasificarea amplificatoarelor în figura 10.8 se prezintă clasificarea amplificatoarelor în funcție de natura mărimii furnizate de sursa de energii, principiul de realizare și modul de interdependență intrare—ieșire-. • După natura mărimii fizice furnizate de sursa auxiliară de energie, amplificatoarele se împart în (fig, 10.8): Fig. 10.7. Schema-bloc a unui amplificator. MânaM? dc 113- — amplificatoare dc mărimi electrice (electronice, magnetice, ro- tative etc.); amplificatoare de mărimi - welectrice (pneumatice și hidra- ulice ). • După modul de interdependență intrare—ieșire se deosebesc: — amplificatoare fără reacție, Ia care mărimea de ieșire depinde de mărimea de intrare numai pe baza legăturii „directe" (intrare — ieșire). Reprezentarea schematică a unui astfel de amplificator este dată în figura 10.9, a, iar dependența mărimii de ieșire de cea de intrare, cunoscută sub denumirea de caracteristică statică, în figura 10.9, b; — amplificatoare cu reacție, la care mărimea de ieșire depinde atît de mărimea dc intrare, cit și dc o mărime „de reacție" r transmisă de la ieșire înapoi la intrare printr-o legătură „inversă" (ieșire -intrare), numită „dc reacție". în figura 10.10 este reprezentată schema-bloc pentru un amplificator cu reacție. 114 a b Fig. 10.9. Schema electrică a unui amplificator . caracteristica statică a amplificatorului '6j Dacă mărimea de reacție z șe adună cu cea de intrare i , mărind astfel semnalul total aplicat amplificatorului, reacția sc numește po- . itivă (fig. 10.10, a) iar dacă r se scade din j. reacția se numește negativă [fig. 10.10,6). Problemele cele mai complexe le ridică amplificatoarele de mărimi "lectrice care, deși sînt principial și constructiv diferite intre ele, posedă totuși anumite caracteristici generale comune. 3. Caracteristicile generale ale amplificatoarelor electrice Realizarea unei dependențe in strictei proporționalități intre mărimea de ieșire e și mărimea de intrare i (deci, c — K ■ i) deci funcționarea în regim de amplificatei perfect (ideal) nu este practic posibilă. în realitate, caracteristica statică este o linie dreaptă numai pentru zona de funcționare normală, adică piuă în punctul la care cores- a Fig. 10.10. Schema electrică b amplificatorului cu reacție: r — cu rcacîir negativa.. 115 puiule mărimea de intrare maximă iₘ .și mărimea de ieșire maximă i „, Dincolo dc acest punct, caracteristica, prezintă fenomenul de saturații și amplificatorul nu mai funcționează corect. Coeficientul unghiular Kₐ (coeficientul dc proporționalitate) al carat turisticii în domeniul liniar (f < iₘ și c < c,„) este dat de relația: și poartă numele de factor de amplificare, pantă sau sensibilitatea ampli ficaloruliti. Amplificarea puțind fi de curent, de tensiune, de putere etc.. factorul de amplificare ia denumirea corespunzătoare (amplificare dc tensiune, de putere etej. Caracteristica statică nu trece prin originea axelor dc coordonate, ci prezintă o ordonată la origine 2. Principiul de funcționare în general, elementele de execuție au ca principiu de funcționare fie variația unui debit de fluid prin modificarea secțiunii de trecere, fie modificarea cantității de substanță (energie) produsă dc o sursă. Modificarea cantității de substanță (sau de energie) poate fi realizată în două moduri: — contimiu — atunci cînd cantitatea respectivă trebuie modifi- cată în mod continuu între două valori limită. De exemplu, un ventil modifică continuu cantitatea (debitul de fluid ce trece printr-o conducta), între zero (ventil închis) și valoarea maximă corespunzătoare venti- lului complet deschis; — discontinuu — atimei cînd cantitatea respectivă este modificată (discret) numai pentru două valori limită, dintre care una este în general zero („tot sau nimic"). Pe exemplu, la un întrerup tor electric avînd numai două poziții posibile (deschis sau închis), curentul cc-1 străbate poate avea valoarea zero sau o valoare nominală oarecare. 132 3. Clasificarea elementelor de execuție Ca rezultat al multitudinii și diversității proceselor tehnologice su- puse automatizării au fost concepute și realizate diverse tipuri dc ele- mente dc execuție, 'finind seama insă de natura sursei de energie pentru alimentarea motoarelor de execuție ale acestora, elementele de execuție se pot clasifica în (fig. 10.19): — elemente de execuție electrice: — elemente de execuție pneumatice; — elemente de execuție hidraulice. / Organele de execuție cel mai des ihtîlnite în instalațiile electro- energetice sînt: întreruptoarele, rcostatdle etc. Organele de execuție cel mai des utilizate pentru modificarea canti- tății de substanță (lichide sau gaze) sînt: robinetul, vana plană, vana clapetă etc, Aceste tipuri de organe de execuție necesită motoare de execuție cu mișcări corespunzătoare. Fig. 10.19. Clasificarea elementelor de execuție ale sistemelor de reglare automată. 133 4. Elementele de execuție electrice în principiu, aceste tipuri de elemente pot fi: cu motor electric și cu electromagnet (solenoid). • Elementele de execuție cu motor electric asigură o mișcare cir- culară continuă, care, in general, este redusă de circa 100 — 200 ori cu ajutorul unui redactor mecanic de turație. Motoarele electrice pot fi de curent continuu sau de curent al- ternativ. Motoarele de curent continuu folosite sînt de obicei cele cu excitație separată. Viteza de rotație depinde dc mărimea semnalului aplicat, iar sensul de rotație — de polaritatea semnalului respectiv. Motoarele de curent alternativ sînt fie cele monofazate serie cu co- lector, fie cele asincrone bifazatc. • Elementele de execuție cu electromagnet (solenoid) asigură o mișcare discontinua, bipozițională (închis-deschis, dreapța-stîn- ga etc.). Principial ele sînt executate ca în figura 10.20. Cînd bobina B primește curentul de comandă I, (mărimea miezul feromagnetic F este supus unei forțe de atracție și învingînd forța resortului R depla- sează tija T. în acest mod, dacă tija T este, de exemplu, solidară cu axul intreruptorului I, se produce închiderea unui circuit electric și aprinderea lămpilor L. La întreruperea curentului I. prin bobina, re- sortul R care s-a armat la comanda inițială readuce tija T în poziția anterioară și deschide întreruptorul I. 5. Elementele de execuție pneumatice și hidraulice • Elementele de execuție pneumatice folosesc ca sursă de energie aerul comprimat și se construiesc exclusiv pentru mișcarea de depla- sare (translație). Principial sînt utilizate următoarele tipuri de elemente de execuție pneumatice: cu membrană și cu 'piston. Elementele cu membrană (fig. 10.2,1) sînt formate dintr-o capsulă manometrică rotundă C, prevăzută cu o membrană Sub membrană se află un disc metalic D solidar cu tija T, prin care se transmite mișca- rea, și un resort antagonist R. Aerul comprimat, adus prin conducta A, apasă asupra membranei și, învingînd rezistența resortului antagonist, împinge tija în jos. Se observă că poziția tijei, deci a organului dc execuție 134 Fig, 10.20, Element dc execuție cu solenoid. Fig. 10,21. Element de execușie cu membrană. pe care îl comandă, variază continuu între două limite, în funcție de- presiunea aerului. Aerul comprimat are o presiune dc obicei între 2 și 10 N/cm², iar cursa tijei este de 1—6 cm. a Elementele de execuție hidraulice folosesc ca agent motor un lichid sub presiune, de obicei, uleiul. Din punct dc vedere constructiv, motoarele hidraulice nu diferă principial dc cele pneumatice descrise mai sus; astfel, pot fi motoare hidraulice cu membrană, cu piston, cu piston .și distribuitor etc. Față de cele pneumatice, clementele de execuție hidraulice pre- zintă următoarele avantaja: — dezvoltă forțe de acționare mult mai mari la aceleași gabarite, datorita presiunii de ulei care poate fi mult mai marc; — au o acțiune mai rapidă, datorită faptului că uleiul este practic incompresibil. Ca și elementele pneumatice, cele hidraulice prezintă avantajul că pot fi folosite în. medii explozive sau inflamabile, unde elementele electrice nu pot funcționa decît. cu măsuri speciale de protejare. în schimb, clementele de execuție hidraulice, ca și cele pneumatice, necesită instalații speciale pentru producerea uleiului sub presiune, respectiv a aerului comprimat. Aceste instalații cuprind rezervoare dc ulei sub presiune (respectiv aer), diverse pompe, compresoare, conducte, fil- tre etc. 135 'Rezumat • Elementele unui SRA oare transformă („traduc") o mărime oarecare (de obicei, neelectrică) într-o mărime de altă natură fizică (de obicei, electrică), proporțională sau dependentă de mărimea inițială se numesc traduptoare. Traductoarele se folosesc in schemele de automatizare pentru măsurarea și prelucrarea pe calc electrică (dc exemplu, folosind un arnpermetru sau voltmetru) a unor mărimi neelectrice. • Amplificatoarele sînt elementele SH.4 caro măresc (amplifică) proporțional ou un factor dc amplificare mărimea aplicată la intrarea lor.- Necesitatea, folosirii ampli- ficatoarelor rezultă din faptul că mărimile furnizate de traductoarc sînt insuficiente ca putere pentru a acționa direct asupra unui organ de comandă (sau conducere) diatr-o instalație de automatizare. e Regulatoarele sînt dispozitive de automatizare caro realizează „legea do reglare" într-o instalație de reglare automată; La intrarea regulatoarelor se aplică eroarea (sau abaterea) s, iar la ieșirea regulatoarelor rezultă mărimea de comandă (ordinul de reglare). Regulatoarele se clasifică: în funcție de caracteristicile constructive (regulatoare Specializate și regulatoare unificate)', in funcție de particularitățile funcționale (regula- toare cv. o acțiune continuă — liniare și ndiniarc — și regulatoare cu acțiune dicontinv.ă sau discretă); in funcție dc agentul purtător de semnal (regulatoare electronice, electro- magnetice, hidraulice și pneumatice) ; în funcție de viteza dc răspuns (regulatoare pentru procese rapide și regulatoare pentru procese lente). e Elemente ele execuție sînt acele elemente ds automatizare prin care regulatorul acționează asupra instalației sau procesului reglat. Ele cuprind motorul de execuții și ■organul de execuție; ultimul face parte intog’nntă din instalația tehnologică (obiectul reglării). Capitolul 11 TELEMECANICA A. definiții și noțiuni generale Telemecanica reprezintă totalitatea mijloacelor tehnice prin care, se asigură transmiterea la distanță a unei informații (a unei măsurări, a unei comenzi sau a unui semnal). Pentru a realiza măsurarea, comanda, și semnalizarea fără parti- ciparea omului sau cu participarea operatorului uman numai în anumite faze ale transmisiei informației, dispozitivele telemecanicc transformă informația în semnale și le transmite la distanță, pe linii de transmisie. Ansamblul dispozitivelor telemecanicc utilizate formează un sistem tclemecanic. Se pot enumera destule procese de producție. în care este necesară utilizarea telemecanicii. Astfel de procese sînt: — procesele de producție complexe, în care diferite părți sau insta- lații funcționează în strinsă legătură, deși sînt situate la distanțe mari între ele (cazul centralelor electrice, stațiilor dc transformare și liniilor de transport și distribuție din sistemul energetic, al sistemelor dc irigație, al cîmpurilor de sonde și al rețelelor de distribuție dc gaze naturale etc.); — procesele de producție la care se impune conducerea de la dis- tanță, fie din considerente de securitate și protecție a muncii, fie din imposibilitatea situării omului în locul în care se desfășoară procesul respectiv (cazul lucrărilor de foraj la marc; adîncime, controlul și coman- da funcționării anumitor instalații cu temperaturi ridicate sau scăzute, în mediu radioactiv, la înaltă tensiune, supravegherea și conducerea de la distanță a^reactorilor nucleari, a zborului rachetelor cosmice și sate- liților ctc.); — procesele la care comanda de la distanță asigură o desfășurare mai operativă și un grad sporit de siguranță în funcționare (că, de exemplu, automatizarea^triajelor de cale ferată, controlul centralizat al circulațid£feroviare sau rutiere, supravegherea și dirijarea traficului aerian, conducerea de la distanță a centralelor hidroelectrice etc.). 137 B. FUNCȚIILE SISTEMELOR TELEMECANICE Șl PRINCIPIUL DE REALIZARE A ACESTORA Telemecanica permite realizarea următoarelor funcțiuni: — ielemăsurarea, adică transmiterea la distanță a rezultatelor unei măsurări (de exemplu, telemăsurarea valorii tensiunii, nivelului sau de- bitului) ; — telecomanda, adică transmiterea la distanță a unei comenzi (de exemplu, telecomanda pornirii sau opririi unui agregat); — telesemnatizarea, adică transmiterea la distanță a unui semnal .(de exemplu, telcsemnalizarea unei avarii, telesenmalizarca depășirii unor limite, a poziției închis sau deschis a unui întreruptor etc,), Cînd instalația de telemecanica permite realizarea unei reglări la distanță, se obține o tclcreglare (ca de exemplu, tclereglarea puterii unor centrale electrice). în tabelul 11.1 se prezintă funcțiunile telemecanicii în raport de tipul și caracterul informației transmisă la distanță. Tabelul 11.1 Cura eterul --- informației Cantitativ Calitativ Tipul ~ -■___ informației --- de control TM TS (telcmăs urare) (telesem nalizare) de comandă TR TC țtele regla re) (telecomandă) în figura 11,1 este arătată principial telemecanizarea unui sistem energetic. Pentru buna funcționare a sistemului dc telemecanizare în ansamblu, este necesar să sc centralizeze într-un punct de comandă, .sau punct dispecer, controlul și comanda întregului sistem energetic. Legătura dintre punctul dc comandă sau dispecer (fig. 11.2) și insta- lațiile controlate sau comandate prin mijloace telemecanice se realizea- 138 Fig. 11.1. Telemccanizarea unui sistem energetic. ză pe cale electrică, printr-o linie dc transmisie. Această legătură se poate realiza fie prin conductoare electrice (linie de telecomunicație prin fire sau linie de transport de energie electrică), fie fără coiiduc- toare de legătură (canal de tclcmecanică prin radio). 139 Dispecer iefecomenzi sau K/weff/drijf \ Teieaemaa/ir.âr/' Fig, 11,2, Conexiunea dispecer-oHect telemecanizat. C. STRUCTURA APARATURII DE TELEMECANICĂ Orice sistem de telemecanică este alcătuit din cel puțin două suban- sambluri sau terminale — cel dc la postul dispecer și cel (sau cele) de la postul (sau posturile) comandat la distanță, legate între ele prin canale de telemecanică. în cazul în care se transmite numai informația de control (telesem- nalizarea sau tclcmăsurarea), postul controlat reprezintă totodată postul de emisie a semnalelor iar postul de comandă (sau dispecer) — postul de recepție. Daca se transmite numai informați^. de comandă, emițătorul se află la. postul de comandă (sau dispecer) iar receptorul (sau receptoarele) la postul comandat. în situația în care se prevede atît transmiterea de informații de control, cit și de informații de comandă, ambele terminale trebuie să conțină atît. emițătorul, cit și receptorul de semnale telemecanice. In funcție de modul de transmitere în timp a semnalelor teleme- canice, deosebim transmiterea permanentă a semnalelor, transmi- terea periodică sau ciclică și transmiterea intermitentă în timp a semnalelor. Aceasta din urmă se poate efectua fie în mod automat, în momen- tul apariției unei schimbări în desfășurarea procesului tehnologic condus de la distanță (de exemplu, la apariția unei avarii), fie la cerere, la comanda dispecerului. în figura 11.3 este reprezentat cazul general al structurii aparaturii de telemecanică. 140 Dispecer Degete tel£/r/ea;mza/e Fig, 11.3. Structura generală a unei aparaturi de fele mecanică: A — terminali:! situat la dispecer: P₂,..., — terminale situate la obiectele tele- mecanizate; Cₙ — canale de telcmecaiiică; 1 — blocuri dc conectare externă; 2 — blocuri de prelucrarea informației; 3 — blocuri energetice (surse + amplificatoare); -f — blocuri de memorizare ; 5 — blocuri de organizare automată a funcționării; 6 — blocuri de separare: 7 — blocuri de cuplare internă la canalele de telecomunicație. D. SISTEME TELEMECANICE FABRICATE ÎN ȚARĂ în țara noastră, Institutul pentru Cercetări și Modernizarea Insta- lațiilor Energetice (ICEMENERG) și IE A — București fabrică ele- mente și instalații de telemecanizare cu elemente statice. Astfel, se pot cita: echipamentul pentru automatizarea și teleme- canizarca centralelor hidroelectrice — de pildă, din hidrocentrala Ste- jarul (Bicaz) se conduc prin telemecanizare alte 11 obiective energetice din „aval Bistrița" (centralele hidroelectrice Pîngărați, Vaduri, Roznov ș.a.); echipamentul cuprinde: dispozitive pentru convertirea, memo- rizarea și repartizarea automată a consemnului de putere activa sau reactivă, dispozitive pentru reglarea automată a deschiderii vanelor, pentru reglarea automată a excitației generatoarelor, pentru reglarea automată a nivelului în bazinele de liniștire, pentru pornirea sau oprirea automată a turbinelor etc.); echipamentele dc telemecanică cu elemente statice (variantele: „TESECIC" — pentru telesemnalizare ciclică, „TELECIN" — pentru telesemnalizare și telemăsurarc ciclică numerică, „TELESTAT“ — pentru telecomandă la cerere, telesemnalizare și telemăsurare ciclică numerică, „TELEMARC — pentru telecomandă, 141 telesemnalizare, telemăsurare și telereglarc numerică) ■ echipamentul „TELEPAL" — pentru comanda punctelor de alimentare; diverse echipamente de telemecanică cu circuite integrate etc. Rezumat • Telemecanică reprezintă, totalitatea mijloacelor tehnice prin caro se asigură transmiterea la distanță a unei informații (a unei măsurări, a unei comenzi sau a unui semnal). Ea este acea ramură a științei și tehnicii care se ocupă cu metodele și mijloa- cele tehnice de stabilire a unor legături corespunzătoare între mai multe instalații tehno- logice în interdependență funcțională și un punct de conducere (sau dispecer) al siste- mului de ansamblu. Telemecanică permite realizarea următoarelor funcțiuni: (telemăsurarea, tele- comanda, telese.mnalizarea și telercglarea). • Legătura dintre punctul de comandă (sau dispecer) și instalațiile (obiectele) controlate sau comandate prin mijloace tcicmecauicc se realizează pe cale electrică, printr-o linie dc transmisie (numită și canal de telemecanică), fie prin conductoare elec- trice, fie prin radio. Răspunsuri la întrebări 1.5. — 13,14 kA; 1,6 — 1 200 con/oră (fₑ = lₐ -{- 1,2 și tc = fₐ/10,6, de unde lₐ = 1,8 și = 3 s). P 2.2 - 85 kV, 240 kV; 2.3 - 0. = 0,406 ! K cr 2.4 - 0ᵣ= -P---------------; 2K ab(a + 6) 2.5 - 144°C; 2.6 - 480 A; 2.7 - 95°C; 2.9 - 7,2 kWh; 2.10 - 2 600 daN; 2.13 - nu. 3.6 - la fel (66 V). 142 CUPRINS Partea iutii. APARATE ELECTRICE .............................................. 3 / «Cap. 1. Introducere in puncționarM și construcția aparatelor electrice ..,. ,- 3 A. Rolul și importanța aparatelor electrice......................................... 3 13, Mărimile caracteristice ale aparatelor electrice...................... 4 «Cap. 2. Solicitările la care, sini supuse aparatele electrice ...................... 7 A. Solicitări electrice ........ ;...................................... 7 B. Solicitări termice ...............X................................ 8 C. Solicitări clectrodinamicc........................................ 11 z 1). Solicitări datorate mediului în care lucrează aparatele....................... 13 1. Condiții normale de mediu..................................... 13 2. Condiții speciale de mediu........................................ 14 Cap. 3. Arcul- electric de întrerupere............................................. 17 A. lonizarea și dcionizarca gazelor. Caracteristica volteampcr a arcului electric............................................................... 17 13. Metode și dispozitive dc stingere a arcului electric ......................... 18 1. Stingerea arcului de curent continuu.............................. 19 2. Stingerea arcului de curent alternativ ........................... 20 ■Cap- 4. Aparate pentru comandă manuală............................................ 22 A. întreruptoare și comutatoare cu pîrghie......................................... 22 33 , întreruptoare și comutatoare-pachct ................................ 24 C. întreruptoare și comutatoare cu came ................................ 24 D. Separatoare ..................................................... 27 E. întreruptoare de sarcină ......................................... 27 F. întreruptoare cu siguranțe ....................................... 28 G. Frize și fișe industriale.......................................... 28 H. Comutatoare stea-triunghi ........................................... 30 I. Inversoare de sens............................................ 30 J. Autotrausformatoare de pornire................................. 31 K. Reostate de pornire și reglare ................................. 31 L. Reostate de excitație ............................................. 32 M. Controlere ..................................................................... 33 N. Aparate pentru instalații casnice și semiindustriale................. 33 143 1. Aparate de racord la rețea {prize, fișe, cuple) .................. 11 2. Aparate de conectare (întreruptoare și comutatoare)............... 37 3. Aparate dc protecție (siguranțe și întreruptoare automate)..... 37 Cap. 5. Aparate de protecție.................................................... 39 A. Supracurenți ..................................................... țș B. Supratensiuni ..................................................... 41 C. Relee și declanșatoare ............................................. 41 1. Relee termice .................................................... 43 2. Declanșatoare electromagnetice.................................... 45 3. Declanșatoare de tensiune minimă ................................. 4o D. Siguranțe fuzibile ................................................. 46 1. Tipuri constructive .............................................. 47 2. Tipuri funcționale ............................................. 48 3. Reguli de exploatare ............................................. 51 p. 6. Aparate pentru comandă automată............................................ 53 A. Contactoare și ruptoarc .......................................... 53 1. Principiul de funcționare......................................... 53 2. Tipuri constructive și mărimi caracteristice...................... 54 3. Probleme de exploatare .......................................... 56 B. Combinații de contactoare cu relee.................................. 57 C. întreruptoare automate de joasă, tensiune............................ 55 1. Principiul de funcționare....................................... 59 2. Tipuri și caracteristici constructive ............................ 61 D. Aparate antigrizutoase și anticxplozive ............................ 65 E. Măsuri de protecție a muncii în construcția și exploatarea aparatelor . . electricedc joasă tensiune.............................................. 65 l. Măsuri privind construcția aparatelor................ .. .... 65 2. Măsuri privind exploatarea aparatelor............................. 66 Cap. 7. Aparataj auxiliar pentru acționari industriale și automatizări............ 68 A. Butoane de comandă ................................................. 68 B. Chei de comandă .................................................... 70 C. Lămpi și casete de semnalizare ................................ .. . 79 D. Limitatoare de cursă.............................................. 70 E. Microîntreruptoare ................................................. 72 1'’. întreruptoare trestie (Relee .Reed) ....................................... 74 G. Relee intermediare ................................................. 75 144 Cap. 8. Aparate electrice de înaltă toitiwne .................................. 76 A. Separatoare ..................................................... 76 B. Separatoare de sarcină .............................................. 78 C. întreruptoare automate ............................................ 79 1. Generalități ................... /............................... 79 2. întreruptoare automate cu ulei puțin............. .,............. 80 3. întreruptoare automate cu aer comprimat (pneumatice) ........... 82 4. întreruptoare automate cu hexafluornrâ dc sulf.................. 86 5. întreruptoare automate cu rupere în vid......................... 86 O. Contactoare dc înaltă tensiune ..;.............................................. 87 E. Siguranțe fuzibile de înaltă tensiune-............................... 88 F. Eclatoare și descărcătoare ..........\............................... 88 1. Eclatoare ....................................................... 88 2. Descărcătoare tubnlare ......................................... 89 3. Descărcătoare cu rezistență variabilă ......................... 89 G. Bobine de reactanță.................................................. 91 Partea a dc.ua. AUTOMATIZĂRI....................................................... 93 Cap. 9. Noțiuni generale privind, automatizările fi sistemele de reglare automată .’... 93 A. Obiectul și importanța, automatizării in condițiile progresului teh- nico-ștîijițific .................................................. 93 1. Obiectul ți funcțiile automatizării............................... 93 2. Avantajele automatizării producției.............................. 94 3. Dezvoltarea automatizării în condițiile- progresului telinîcoștiințific 95 B. Noțiuni generale despre sistemele de reglare automata (SRA)....... 96 1. Obiectul reglării automate ................................... 96 2- Mărimi caracteristice pentru sistemele dc reglare automată ,..... 96 3. Elementele unui sistem de reglare automată........................ 98 4. Schema funcțională, a unui SRA. Exemple de sisteme do reglare 100 C- Clasificarea sistemelor de reglare automata...................................... 104 Cap. 10. Elementele sistemelor de reglare automată ............................... 107 A. Traductoarc ....................................................... 107 1. Noțiuni generale .............................................. 107 2. Caracteristicile generale ale traductoarelor.................... 107 3. Clasificarea traductoarelor .................................... 109 4. Exemple de traductoarc ....................................,.... Jll 145 B. Amplificatoare .................................................... 113 1. Noțiuni generale .................................................. 113 2. Clasificarea amplificatoarelor..................................... 113 3. Caracteristicile generale ale amplificatoarelor electrice.......... 113 4. Exemple de amplificatoare utilizate in schemele de automati- zare ................................................................ 110 C. Regulatoare...............-........................................ 113 1. Noțiuni generale. Elementele componente ale regulatoarelor auto- mate ................................................................ 119 2. Clasificarea regulatoarelor ....................................... 120 3. Regulatoare cu acțiune continuă liniare .............,............. 122 4. Regulatoare unificate și sisteme unificate de reglare automată .... 126 D. Elemente de execuție ..................................... 131 1. Noțiuni generale .................................................. 131 2. Principiul de funcționare.......................................... 132 3. Clasificarea elementelor de execuție .............................. 133 4. Elementele do execuție electrice................................... 134 5. Elementele de execuție pneumatice și hidraulice.................... 134 Cap. 11. Telemecanică............................................................ 137 A. Definiții și noțiuni generale............................................... 137 13. Funcțiile sistemelor telemecanice și principiul dc realizare a acestora ............................................................... 138 C. Structura aparaturii de telemecanică............................... 140 D. Sisteme telemecanice fabricate în țară .............................. 14 1 146