Dobieranie łączników w instalacjach elektrycznych 311[08].Z1.02

Transkrypt

1 MINISTERSTWO EDUKACJI i NAUKI Małgorzata Höffner Dobieranie łączników w instalacjach elektrycznych 311[08].Z1.02 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2005

2 Recenzenci: mgr inż. Jan Bogdan mgr inż. Lilianna Krysztof Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Katarzyna Maćkowska Konsultacja: dr Bożena Zając Korekta: mgr inż. Jarosław Sitek Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z1.02 Dobieranie łączników w instalacjach elektrycznych zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektryk. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 4 3. Cele kształcenia 5 4. Materiał nauczania Charakterystyka łączników niskiego napięcia Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Łączniki o napędzie ręcznym Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Styczniki elektromagnetyczne i przekaźniki termiczne Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Wyłączniki niskiego napięcia Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Dobieranie łączników i zasady ich eksploatacji Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów 5. Sprawdzian osiągnięć Literatura

4 1. WPROWADZENIE Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności z zakresu Dobieranie łączników w instalacjach elektrycznych. W poradniku zamieszczono: wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane, aby bez problemu korzystać z poradnika, cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś ukształtować podczas pracy z poradnikiem, materiał nauczania w pigułce, dotyczący: charakterystyki oraz parametrów łączników niskiego napięcia, łączników warstwowych i drążkowych, styczników, przekaźników termicznych, wyzwalaczy, wyłączników instalacyjnych, silnikowych oraz różnicowoprądowych, układów sterowania pracą styczników, łączników przemysłowych, łączników bezstykowych, doboru łączników do warunków pracy, zasad bezpiecznej eksploatacji łączników. tabele przydatne do wykonywania ćwiczeń, zestawy pytań sprawdzających, czy posiadasz wiadomości teoretyczne potrzebne do wykonania ćwiczeń, zestawy ćwiczeń, które pomogą Ci ukształtować wymagane umiejętności, sprawdziany postępów, które pozwolą Ci przeprowadzić samoocenę opanowanych umiejętności, sprawdzian osiągnięć, którego pozytywny wynik potwierdzi, że podczas zajęć posiadłeś wiadomości oraz ukształtowałeś umiejętności wskazane w celach kształcenia, wykaz literatury uzupełniającej z zakresu objętego treściami poradnika. Szczególną uwagę zwróć na: prawidłowe posługiwanie się terminologią, rozróżnianie i stosowanie symboli graficznych, definiowanie podstawowych parametrów łączników, dobieranie rodzaju i parametrów łącznika do określonych warunków, analizowanie działania łącznika na podstawie jego schematu, łączenie układów pomiarowych na podstawie schematu, wykonywanie pomiarów podstawowych parametrów łączników, interpretowanie wyników pomiarów, przestrzeganie zasad bhp podczas pomiarów, korzystanie z różnych źródeł informacji. Materiał nauczania jest w postaci skondensowanej i zawiera treści niezbędne do osiągnięcia założonych celów. Można je poszerzyć, korzystając z podanej w wykazie literatury. Pytania sprawdzające pomogą Ci określić stopień opanowania podanych treści kształcenia. Zestawy ćwiczeń umożliwią weryfikację wiedzy i kształtowanie określonych umiejętności. Sprawdziany postępów pozwolą Ci zorientować się w zakresie wiedzy oraz umiejętności osiągniętych z poszczególnych zakresów tematycznych. Przykładowy sprawdzian osiągnięć stanowi podsumowanie wiadomości i umiejętności całej jednostki modułowej. 3

5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: klasyfikować i rozpoznawać materiały stosowane w elektrotechnice, rozpoznawać materiały konstrukcyjne stosowane do wykonywania elementów urządzeń elektrycznych, łączyć układy elektryczne na podstawie schematu ideowego, dobierać zabezpieczenia przewodów, dobierać zabezpieczenia dla typowych odbiorników, analizować układy sterowania pracą odbiorników, charakteryzować łączniki stosowane w instalacjach elektrycznych, oceniać stopień zagrożenia prądem elektrycznym, analizować działanie układów elektrycznych na podstawie schematów elektrycznych oraz charakterystyk czasowo-prądowych, regulować natężenie prądu i napięcie w obwodzie, mierzyć prądy, napięcia i moce, dobierać metody pomiaru oraz przyrządy pomiarowe, opracowywać wyniki pomiarów w formie tabel i wykresów (również z wykorzystaniem programów komputerowych), charakteryzować pole magnetyczne cewki z rdzeniem z materiału magnetycznie miękkiego i twardego, wyjaśniać działanie bimetalu, wyjaśniać działanie diody, tranzystora i tyrystora, rysować schematy układów elektrycznych złożonych z kilku elementów, korzystać z literatury, norm i kart katalogowych wyrobów, stosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej na stanowisku pracy, wyszukiwać normy i przepisy budowy i eksploatacji urządzeń, wyszukiwać informacje w katalogach w postaci książkowej i elektronicznej, wyszukiwać informacje w Internecie. 4

6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: rozpoznać łączniki na schematach oraz na podstawie wyglądu zewnętrznego i oznaczeń na nich stosowanych, zinterpretować podstawowe parametry łączników elektrycznych, wykorzystać dane zawarte na tabliczkach znamionowych łączników, zanalizować działanie łączników na podstawie ich schematów, dokonać analizy pracy układów z łącznikami na podstawie ich schematów ideowych, połączyć układy łączników na podstawie schematów ideowych i montażowych, dobrać przyrządy pomiarowe do badania łączników, zmierzyć podstawowe parametry łączników, ocenić stan techniczny badanych łączników na podstawie uzyskanych wyników pomiarów, dobrać łączniki do określonych warunków pracy, skorzystać z literatury i kart katalogowych łączników, zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej obowiązujące na stanowisku pracy. 5

7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Charakterystyka łączników niskiego napięcia Materiał nauczania Łączniki zaliczamy do elementów sterujących. Umożliwiają one załączanie i wyłączanie urządzeń zgodnie z założonym programem. W zależności od sposobu realizacji tych funkcji łączniki dzielimy na stykowe wyposażone w zespół zestykowy mechaniczny o różnych sposobach realizacji napędu lub bezstykowe, w których funkcje załączania i wyłączania realizowane są przy użyciu elementów półprzewodnikowych. Wszystkie łączniki charakteryzuje się przez podanie wartości następujących parametrów: 1. Napięcie znamionowe dotyczy izolacji łącznika. Jest to wartość skuteczna napięcia międzyprzewodowego, na którą zaprojektowano i wykonano izolację aparatu. Określa ono jednocześnie maksymalne napięcie obwodu, w którym łącznik można zainstalować. 2. Prąd znamionowy ciągły dotyczy pracy łącznika w określonej temperaturze (zwykle 30 o C) i warunkach chłodzenia. Jest to największa skuteczna wartość prądu, który może płynąć przez łącznik w dowolnie długim czasie, nie powodując jego uszkodzenia cieplnego. 3. Zdolność wyłączania dotyczy skutecznego przerywania prądów przetężeniowych. Jest to maksymalna wartość skuteczna prądu, który łącznik może przerwać określoną liczbę razy w określonych warunkach bez wystąpienia jego uszkodzenia. 4. Wytrzymałość prądowa (jednosekundowa) dotyczy możliwości pracy bez uszkodzenia w warunkach wystąpienia krótkotrwałego przetężenia. Jest to maksymalna wartość skuteczna prądu, który płynąc krótkotrwale przez łącznik nie spowoduje jego uszkodzenia cieplnego lub mechanicznego. 5. Znamionowa częstość łączeń dotyczy poprawnego załączania i wyłączania. Jest to największa liczba cykli łączeniowych (załącz wyłącz), którą dany łącznik może wykonać w jednostce czasu (zwykle w ciągu 1h), działając prawidłowo. 6. Trwałość mechaniczna dotyczy zużywania się elementów mechanicznych łącznika. Jest to największa liczba cykli łączeniowych, którą nieobciążony łącznik może wykonać nie wymagając naprawy. 7. Trwałość łączeniowa dotyczy zużywania się łącznika w warunkach obciążenia. Jest to największa liczba cykli łączeniowych, którą można nim wykonać podczas przepływu prądu roboczego o wartości znamionowej i napięciu do 1,1 napięcia znamionowego przy zachowaniu znamionowej częstości łączeń. Inne parametry mają mniejsze znaczenie przy projektowaniu typowych układów sterowania. Można je znaleźć w normach oraz katalogach producentów. Ze względu na zdolność wyłączania łączniki dzielimy na: łączniki izolacyjne odłączniki, którymi można załączać i wyłączać obwody w stanie bezprądowym lub przy bardzo małych wartościach prądu; ich główną funkcją jest stworzenie bezpiecznej widocznej przerwy izolacyjnej w obwodzie, łączniki robocze rozłączniki, którymi można sterować pracą obwodów obciążonych prądami roboczymi, łączniki zwarciowe wyłączniki, którymi można załączać i wyłączać zarówno prądy robocze, jak i przetężeniowe; służą one jako elementy sterujące oraz zabezpieczające. Najistotniejszą różnicą w budowie tych grup łączników jest układ gaszenia łuku elektrycznego. Łączniki izolacyjne nie posiadają takiego układu. Łączniki robocze mają 6

8 bardzo proste mechanizmy gaszenia łuku elektrycznego najczęściej jest to bardzo szybkie (migowe) przełączanie styków. Łączniki zwarciowe oraz styczniki mają specjalne komory gaszenia łuku elektrycznego. W zależności od znamionowej częstości łączeń aparaturę zalicza się do: rozdzielczej o małej częstości łączeń, wykorzystywaną w instalacjach rozdzielczych, manewrowej o dużej częstości łączeń, wykorzystywaną w instalacjach sterujących. Elementem zamykającym lub otwierającym obwód jest zestyk złożony ze styku nieruchomego i styku ruchomego. W zależności od jego działania wyróżnia się: zestyki zwierne zamykające się po uruchomieniu napędu, zestyki rozwierne otwierające się po uruchomieniu napędu, zestyki przełączne po uruchomieniu napędu styk ruchomy przełącza się. Spotyka się zestyki jednoprzerwowe i dwuprzerwowe. W łącznikach niskiego napięcia stosowane są napędy ręczne oraz elektromagnetyczne i silnikowe (umożliwiające zdalne załączenie łącznika). Do łączników zaliczane są również przyciski, których zestyk po zwolnieniu nacisku wraca do poprzedniego położenia. W zależności od funkcji pełnionych w obwodzie rozróżnia się następujące grupy łączników stykowych: przyciski chwilowo zamykające lub otwierające obwody niskoprądowe (należą do nich również tzw. łączniki krańcowe) zespoły gniazdo wtyczka służące do podłączania odbiorników przenośnych i ruchomych (zaliczane są do odłączników), odłączniki stwarzające bezpieczną, widoczną przerwę izolacyjną w obwodzie, w którym nie płynie prąd, łączniki o napędzie ręcznym do sterowania obwodów, w których nie występują przeciążenia (instalacyjne, warstwowe krzywkowe), bezpieczniki przerywające obwód przy przetężeniu na skutek cieplnego działania prądu elektrycznego (zaliczane do wyłączników o jednokrotnym działaniu), rozłączniki bezpiecznikowe umożliwiające dokonywanie przełączeń w obwodach obciążonych prądami roboczymi narażonych na przeciążenia, styczniki rozłączniki manewrowe do sterowania pracą silników i innych urządzeń, które wymagają częstego załączania i wyłączania, wyłączniki instalacyjne przeznaczone do sterowania i zabezpieczania obwodów instalacji odbiorczych, wyłączniki sieciowe instalowane w niedużych rozdzielnicach, wyłączniki stacyjne stosowane w stacjach transformatorowo-rozdzielczych, wyłączniki silnikowe przeznaczone do sterowania i zabezpieczania silników elektrycznych, wyłączniki różnicowoprądowe stosowane do ochrony przeciwporażeniowej, przekaźniki termiczne o zestykach napędzanych przez mechanizm termiczny kontrolują wartość prądu w obwodzie i sterują pracą styczników oraz wyłączników, przekaźniki elektromagnetyczne o zestykach napędzanych przez elektromagnes kontrolujące wartość prądu, napięcia i inne parametry obwodu lub stosowane w celu pomocniczym, przekaźniki o innych typach mechanizmów napędowych. Rodzaje łączników w układach elektrycznych oznacza się następującymi literami: F bezpieczniki, K przekaźniki i styczniki, Q łączniki obwodów głównych (wyłączniki, rozłączniki, wyłączniki ochronne, odłączniki), S łączniki sterownicze, przyciski, łączniki krańcowe, łączniki instalacyjne. 7

9 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie zadania pełnią łączniki? 2. Jak nazywają się najistotniejsze parametry łączników? 3. Jak brzmią definicje podstawowych parametrów łączników? 4. Jaki jest podział łączników ze względu na zdolność wyłączania? 5. Jaką funkcję pełnią odłączniki? 6. Jaką funkcję pełnią rozłączniki? 7. Jaką funkcję pełnią wyłączniki? 8. Jakimi szczegółami budowy różnią się odłączniki, rozłączniki i wyłączniki? 9. Co oznacza określenie łącznik manewrowy? 10. Co oznacza określenie łącznik rozdzielczy? 11. Jakie rodzaje zestyków występują w łącznikach? 12. Jakie rodzaje napędów mogą mieć łączniki? 13. Jakie grupy łączników wyróżnia się wśród łączników stykowych i jakie pełnią one zadania? 14. Jakimi symbolami literowymi oznacza się łączniki na schematach? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Sporządź zestawienie symboli graficznych łączników i ich elementów wymienionych w rozdziale 4.1. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wybrać z treści rozdziału 4.1 nazwy łączników i ich elementów, 2) zaprojektować zestawienie symboli graficznych, 3) odszukać symbole graficzne i narysować je w zestawieniu, 4) porównać wykonane zestawienie z wzorem, 5) ocenić jakość wykonanej pracy, 6) poprawić błędy. Wyposażenie stanowiska pracy: papier do pisania, długopis, ołówek, linijka, Norma PN-EN 60617:2003 Symbole graficzne stosowane w schematach, zestawienie wzorcowe, do wglądu po wykonaniu ćwiczenia. Ćwiczenie 2 Wybierz łączniki do wykonania układu przedstawionego na załączonym schemacie. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) oznaczyć zgodnie z zasadami łączniki na schemacie literami i cyframi, 2) na kartce sporządzić zestawienie łączników występujących na schemacie, 3) uzupełnić zestawienie numerami i nazwami łączników z zestawu do ćwiczenia, 8

10 4) porównać wykonane zestawienie ze wzorem, 5) ocenić wykonaną pracę, 6) poprawić błędy. Wyposażenie stanowiska pracy: arkusz papieru do wykonania zestawienia, długopis, linijka, schemat do ćwiczenia zawierający co najmniej 4 różne rodzaje łączników, zestaw dziesięciu ponumerowanych łączników, zestawienie wzorcowe, do wglądu po wykonaniu ćwiczenia. Załącznik do ćwiczenia 2 Przykładowy schemat do ćwiczenia 2 [4] Ćwiczenie 3 Zinterpretuj parametry podane na tabliczce znamionowej wskazanych łączników. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) sporządzić tabelę parametrów łączników, 2) wypełnić ją danymi podanymi na tabliczkach wskazanych łączników, 3) na podstawie podanych parametrów i oznaczeń określić rodzaje łączników, 4) sklasyfikować łączniki w zależności od zdolności wyłączania, 5) określić zakres zastosowania tych łączników, 6) wymienić przykłady zastosowań tych łączników, 7) porównać wykonane zestawienie parametrów z wzorcowym, 8) ocenić swoją pracę, poprawić błędy. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw łączników, papier do pisania, ołówek, długopis, linijka, katalogi łączników, opisy poszczególnych łączników (do wglądu po wykonaniu ćwiczenia). 9

11 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać rodzaj łącznika na podstawie wyglądu zewnętrznego? 2) rozpoznać rodzaj łącznika na podstawie oznaczenia na tabliczce znamionowej? 3) rozpoznać rodzaj łącznika na schemacie? 4) rozróżnić parametry łącznika podane na tabliczce znamionowej? 5) zinterpretować parametry łącznika? 6) określić zakres stosowania łącznika? 7) oznaczyć łącznik na schemacie odpowiednim symbolem literowym? 8) określić zakres stosowania łącznika na podstawie jego parametrów? 9) rozróżnić łączniki izolacyjne, robocze i zwarciowe? 10) rozpoznać rodzaje zestyków łącznika na podstawie oznaczenia na schemacie? 11) rozpoznać rodzaje zestyków łącznika na podstawie oznaczenia na łączniku? 4.2. Łączniki o napędzie ręcznym Materiał nauczania Do łączników o napędzie ręcznym, poza poznanymi już w jednostce modułowej 311[08].Z1.01 łącznikami instalacyjnymi, w których elementem napędowym jest klawisz, zaliczamy również łączniki warstwowe krzywkowe oraz drążkowe. Łączniki warstwowe krzywkowe Łączniki warstwowe krzywkowe składają się z odpowiedniej liczby izolowanych zespołów łączeniowych, zależnie od programu łączenia. Zespoły te łączy się ze sobą jednym mechanizmem obracającym krzywki uruchamiające styk ruchomy. Zwykle zestyk jest dwuprzerwowy. Styk ruchomy ma postać mostka dociskanego do styków nieruchomych sprężynami stykowymi, a jego otwieranie następuje przy pomocy krzywki umieszczonej w środku zespołu łączeniowego. Krzywki umieszczone są na wałku napędowym zaopatrzonym w mechanizm migowego przełączania. Napęd posiada mechanizm zaskokowy, co zapewnia pewne ustalenie położenia łącznika na określonych pozycjach. Łącznik może być wyposażony w niewielkie komory gaszenia łuku elektrycznego. W zależności od potrzeb kąt przełączania może wynosić 30 o, 45 o, 60 o lub 90 o, zapewniając od 4 do 12 położeń pokrętła. Łączniki krzywkowe stosowane są jako łączniki manewrowe w obwodach prądowych silników, spawarek, transformatorów, rezystorów i elementów grzejnych oraz w obwodach pomocniczych, sterowniczych i pomiarowych. Przykłady łączników warstwowych krzywkowych przedstawione są na rysunku 1. 10

12 a) b) Rys. 1. Wygląd przykładowych łączników krzywkowych: a) łącznik S 15 z serii 4G firmy Apator, b) łącznik czterowarstwowy ŁUK 16 firmy Elektromet [12] W zamówieniu na wybrany łącznik należy określić: typ łącznika, numer programu łączeń, rodzaj wykonania (obudowa, sposób montażu) oraz informacje o wersji (np. specjalna), rodzaju i kolorystyce pokrętła (rys. 2). Łączniki krzywkowe mogą być również wykonywane jako rozłączniki bezpieczeństwa. Produkowane są w bardzo szerokim zakresie prądów od 16 A do 1200 A, przy napięciu znamionowym 600 V. Rys. 2. Przykład oznaczania łączników krzywkowych firmy Apator. Oznaczenia typu łącznika oraz koloru i rodzaju pokrętła podane są w dokumentacji producenta [12] Opis programu działania łącznika przedstawiany jest w postaci tabeli łączeń, podawanej w dokumentacji. a) b) Rys. 3. Przykłady tabeli łączeń łączników firmy Apator [12] 11

13 Łączniki izolacyjne Do aparatów o napędzie ręcznym zaliczane są również tzw. odłączniki drążkowe w wykonaniach zatablicowych oraz natablicowych. Wyposażone są najczęściej w styki nożowe i napęd ręczny bezpośredni. Stosowane są zwykle w głównych tablicach rozdzielczych lub rozdzielnicach jako element stwarzający bezpieczną przerwę izolacyjną. W zasadzie nie są przeznaczone do przerywania obwodów z prądem. Na bazie ich konstrukcji wytwarzane są również rozłączniki, które łączą w sobie funkcje odłącznika stwarzającego bezpieczną przerwę izolacyjną oraz rozłącznika, umożliwiającego przerywanie prądów, ponieważ dodatkowo są wyposażone w komory gaszenia łuku elektrycznego. Należą do nich łączniki POZ lub ŁOZ, posiadające niewielkie komory gaszenia łuku elektrycznego, w których wykorzystano konstrukcję odłącznika zatablicowego typu OZ. Podobnym rozwiązaniem są rozłączniki izolacyjne typu R firmy APATOR, posiadające zestyk szczękowy lub mostkowy i mechanizm migowego przełączania styków dźwignią. a) b) Rys. 4. Rozłączniki izolacyjne: a) rozłącznik izolacyjny zatablicowy typu LO-250Z firmy APAREL, b) rozłącznik izolacyjny modułowy FR 303 firmy LEGRAND (szerokość modułu 17,5 mm) [12] Rozłączniki izolacyjne należą do grupy aparatów rozdzielczych. Mają niewielką częstość łączeń. Wykorzystywane są jako łączniki główne zasilania i znajdują się na wejściu instalacji elektrycznych. Mogą przerywać prądy robocze oraz zapewniają bezpieczną przerwę izolacyjną w obwodzie. Wyposaża się je najczęściej w napęd dźwigniowy z mechanizmem migowym zapewniającym szybkie rozłączenie styków. Przykłady takich łączników przedstawione są na rys. 4. Prądy znamionowe tych łączników nie przekraczają kilkuset A. Bardzo wygodne rozwiązanie aparatowe stanowią rozłączniki bezpiecznikowe, posiadające wbudowane zespoły bezpieczników. Pełnią one dwie funkcje: rozłącznika izolacyjnego oraz zabezpieczenia nadprądowego. Układ stykowy rozłącznika bezpiecznikowego sterowany jest dźwignią, która montowana jest po stronie zasilania. Przestawienie dźwigni w położenie dolne powoduje powstanie przerwy izolacyjnej i umożliwia bezpieczną wymianę wkładki topikowej (rys. 5 b). Przedstawione na rys. 5 rozłączniki mają budowę modułową oraz są przystosowane do montażu na wspornikach. Konstrukcja umożliwia wygodną obserwację wskaźnika zadziałania wkładki topikowej. Rozłączniki te produkowane są na prądy znamionowe do 63 A. 12

14 a) b) Rys. 5. Rozłącznik izolacyjny bezpiecznikowy z serii R 300 produkcji FAEL [12] Na większe prądy znamionowe buduje się rozłączniki bezpiecznikowe kompaktowe wyposażone we wkładki topikowe stacyjne (rys. 6 a). Otwarcie pokrywy takiego łącznika powoduje wyjęcie wkładki topikowej ze styków oraz powstanie widocznej przerwy izolacyjnej. Umożliwia to bezpieczną wymianę wkładki topikowej. Przedstawiony na zdjęciu poniżej zespół rozłącznika bezpiecznikowego kompaktowego firmy ABB może być stosowany na napięcie 600 V przy maksymalnym prądzie znamionowym 630 A. Również zespół rozłączników bezpiecznikowych listwowych serii NH firmy HAGER wykonywany jest na maksymalny prąd znamionowy 630 A. a) b) Rys. 6. Rozłączniki bezpiecznikowe: a) kompaktowy XLP 00 firmy ABB, b) listwowy serii NH firmy HAGER [12] Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie napędy występują w łącznikach sterowanych ręcznie? 2. Jakie są charakterystyczne cechy budowy łącznika krzywkowego? 3. Do czego służy mechanizm zaskokowy? 4. Jakie kąty przełączeń stosuje się w łącznikach krzywkowych? 5. W jakim zakresie parametrów buduje się łączniki krzywkowe? 6. Jakie jest zastosowanie łączników krzywkowych? 7. Co to jest tabela łączeń i jakie informacje są na niej podane? 8. Jakie są charakterystyczne cechy konstrukcji łączników drążkowych? 9. Jakie zadania pełnią łączniki drążkowe? 13

15 10. Na czym polega różnica między łącznikiem typu OZ i POZ? 11. Jakie są zadania rozłączników rozdzielczych? 12. Jakie podzespoły wchodzą w skład rozłącznika bezpiecznikowego? 13. Co oznacza określenie rozłącznik modułowy? 14. Co oznacza określenie rozłącznik kompaktowy? 15. Jakie znasz firmy produkujące łączniki o napędzie ręcznym? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Narysuj schemat układu rozruchu silnika indukcyjnego trójfazowego z wykorzystaniem łącznika krzywkowego o poniższej tabeli łączeń i układzie zacisków. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) oznaczyć literami przewody na schemacie, 2) linie przewodów narysować właściwymi kolorami, 3) wpisać właściwe oznaczenie układu sieci. Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw schematów różnych układów sieci elektroenergetycznych, pisaki lub kredki w kolorach: czarnym, czerwonym, brązowym, jasnoniebieskim, zielonym i żółtym. Ćwiczenie 2 Porównaj budowę i zasadę działania dwóch wskazanych łączników o napędzie ręcznym. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wypisać oznaczenia i dane znamionowe łączników, 2) rozmontować łączniki, 3) zidentyfikować poszczególne części układu stykowego i układu napędowego, 4) wykonać szkic i opisać poszczególne części łącznika nazwami, 5) porównać swój opis z dokumentacją techniczną łącznika, 6) poprawić błędy, 7) wykonać zestawienie podobieństw i różnic w budowie. 14

16 Wyposażenie stanowiska pracy: zestaw dwóch łączników o napędzie ręcznym o różnej konstrukcji, długopis, papier do przygotowania opisu, dokumentacja techniczna do wglądu po wykonaniu ćwiczenia. Ćwiczenie 3 Dobierz łącznik główny do tablicy rozdzielczej instalacji odbiorczej trójfazowej 230/400 V w niewielkim zakładzie szwalniczym. Prąd obciążenia każdej z faz wynosi 50 A. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) określić rodzaje aparatów, jakie można zastosować jako łącznik główny w podanych warunkach, 2) rozpoznać ofertę producentów w wybranym zakresie, 3) wyszukać w katalogach różnych firm odpowiednie łączniki, 4) sporządzić zestawienie, 5) uzasadnić wybór. Wyposażenie stanowiska pracy: katalogi łączników lub komputer z dostępem do Internetu, papier, długopis Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozróżnić eksponaty aparatów z napędem ręcznym? 2) określić liczbę styków łącznika krzywkowego? 3) określić liczbę możliwych położeń styków łącznika krzywkowego? 4) przeanalizować tabelę łączeń? 5) narysować sposób włączenia łącznika krzywkowego do układu? 6) rozpoznać rodzaj łącznika ręcznego po jego budowie? 7) określić różnice między konstrukcją napędów i zestyków? 8) wyjaśnić zasadę działania różnych napędów ręcznych? 9) rozróżnić rozłączniki bezpiecznikowe? 10) dobrać łącznik ręczny do wskazanego zastosowania według katalogów? 11) dobrać łącznik ręczny do określonych warunków według katalogów? 15

17 4.3. Styczniki elektromagnetyczne i przekaźniki termiczne Materiał nauczania Do sterowania pracą silników lub innych odbiorników o dużej częstości załączania lub wymagających zdalnego sterowania stosuje się styczniki. Zazwyczaj współpracują one z różnymi przekaźnikami i czujnikami wybranych wielkości fizycznych. W układach napędowych występują najczęściej w zestawie z przekaźnikami termicznymi, które kontrolują wartość prądu w obwodzie silnika. Styczniki muszą być zawsze stosowane z bezpiecznikami lub wyłącznikami zwarciowymi, ponieważ mają niewielką zdolność wyłączania. Styczniki elektromagnetyczne Styczniki zalicza się do rozłączników manewrowych o napędzie elektromagnesowym. Znamionowa częstość łączeń wynosi 600/h do 1200/h, a w niektórych wykonaniach może osiągnąć nawet 3600/h. Styczniki wyposażone są w komorę gaszenia łuku elektrycznego, co pozwala uzyskać dużą zdolność wyłączania. Charakteryzują się dużą trwałością mechaniczną. Najbardziej narażone na uszkodzenia są styki, które zużywają się wskutek działania łuku elektrycznego. W razie uszkodzenia styki łatwo jest wymienić na nowe. Styczniki mogą stanowić zabezpieczenie podnapięciowe oraz reagować na inne zakłócenia, jeśli zostaną wyposażone w odpowiednie czujniki lub przekaźniki. Na rys. 7 przedstawiono jedno z rozwiązań budowy stycznika. Po załączeniu napięcia do cewki 4 elektromagnes przyciąga zworę 17, z której za pomocą trawersy 15 napęd przenoszony jest na mostki styków głównych 5 i pomocniczych 8 i 12. W tej fazie pracy ugięte zostają sprężyny powrotowe 18. Po odłączeniu napięcia zasilającego cewkę ustąpi siła przyciągania elektromagnesu, a sprężyny odepchną zworę otwierając stycznik. 1 obudowa 2 rdzeń elektromagnesu 3 zwój zwarty 4 cewka 5 mostek stykowy (główny) 6 sprężyna dociskowa styku głównego 7 styk pomocniczy (zwierny) 8 mostek zwierny styku pomocniczego 9 sprężyna dociskowa styku pomocniczego 10 osłona 11 styk pomocniczy (rozwierny) 12 mostek rozwierny styku pomocniczego 13 zacisk główny 14 styk nieruchomy (główny) 15 trawersa 16 zacisk cewki 17 zwora elekromagnesu 18 sprężyna powrotowa Rys. 7. Szkic budowy stycznika (źródło: dokumentacja techniczna styczników firmy ELESTER) 16

18 a) b) c) Rys. 8. Wygląd przykładowych styczników instalacyjnych i przemysłowych: a) stycznik instalacyjny trójfazowy i jednofazowy firmy SCHRACK, b) stycznik powietrzny dużej mocy do sterowania pracą silników firmy SCHRACK, c) stycznik próżniowy firmy ORAM [12] W celu zapewnienia sprawnego gaszenia łuku elektrycznego styki obwodu głównego umieszczane są w komorze gaszenia łuku. W stycznikach instalacyjnych stosowane są komory powietrzne lub dejonizacyjne, w przypadku dużych prądów wspomagane wydmuchem magnetycznym, natomiast w stycznikach przemysłowych coraz częściej spotkać można komory próżniowe. Na rys. 8 przedstawione są przykłady styczników różnego typu do zastosowania w instalacjach oraz do sterowania silników w różnych warunkach. Styczniki pokazane na rys. 8 b i 8 c wykorzystywane są w zastosowaniach przemysłowych. Szczególne zalety ma stycznik próżniowy, gdyż jego styki są szczelnie zamknięte w komorze gaszenia łuku elektrycznego, co pozwala na wykorzystywanie go w warunkach wybuchowych np. w kopalniach (tylko w obwodach prądu przemiennego). Wymiary styczników próżniowych są mniejsze niż styczników powietrznych o takich samych parametrach. Dla styczników o napędzie elektromagnetycznym podawane jest znamionowe napięcie sterujące U ne, przy którym elektromagnes przyciąga zworę. Rys. 9. Schemat układu sterowania pracą stycznika przy użyciu przycisków: a) układ, b) obwód sterujący. F bezpiecznik, S stycznik (1 zestyk pomocniczy, 2 styki główne, 3 cewka sterująca), Z przycisk załączający, W przycisk wyłączający [4] Dzięki wyposażeniu stycznika w dwa rodzaje styków pomocniczych możliwe jest sterowanie jego pracą za pomocą przycisków lub impulsów prądu wytwarzanych przez układy elektroniczne, jak również wykorzystanie go jako jednego z elementów złożonych układów sterowania. 17

19 Możliwe jest także sterowanie przy pomocy łączników ręcznych dwupozycyjnych. Na obudowie styczników podany jest zwykle schemat jego struktury, na którym znajdują się oznaczenia alfanumeryczne zgodne z oznaczeniami zacisków (rys. 8 a). Głównym parametrem stycznika, decydującym o możliwości jego zastosowania jest znamionowa moc łączeniowa, przy której stycznik może pracować w określonych warunkach. Dlatego istotną informacją, jest tzw. kategoria użytkowania, która określa charakter odbiorników załączanych przez stycznik. Kategorię użytkowania należy uwzględnić przy dobieraniu stycznika. Tabela 1. Zestawienie kategorii użytkowania styczników. Kategoria użytkowania Prąd przemienny Prąd stały Warunki zastosowania według PN-EN AC 1 DC 1 łączenie obciążenia bezindukcyjnego lub o małej indukcyjności np. piece oporowe AC 2 - łączenie silników indukcyjnych pierścieniowych AC 3 - AC 4 - AC 5 - AC 6 AC DC 3 DC 5 łączenie silników indukcyjnych klatkowych, wyłączanie przy pełnej prędkości łączenie silników indukcyjnych klatkowych, wyłączanie przeciwprądem a łączenie lamp wyładowczych b łączenie lamp żarowych - DC 6 łączenie żarówek a łączenie transformatorów b łączenie baterii kondensatorów a łączenie obciążeń o małej indukcyjności w gospodarstwach domowych b łączenie silników w sprzęcie AGD łączenie silników bocznikowych, hamowanie przeciwprądem, nawrót, wyłączanie dynamiczne, impulsowanie łączenie silników szeregowych, hamowanie przeciwprądem, nawrót, wyłączanie dynamiczne, impulsowanie Styczniki półprzewodnikowe W stycznikach półprzewodnikowych zamiast elementów zestykowych stosowane są łączniki półprzewodnikowe diody, tyrystory lub triaki. Ponieważ nie występuje konieczność gaszenia łuku elektrycznego, mają one krótkie czasy łączenia i mogą pracować z bardzo dużą częstością łączeń. Ze względu na dość dużą moc strat czasami muszą być wyposażone w radiatory. Zaliczane są do tzw. urządzeń energoelektronicznych. W porównaniu z łącznikami stykowymi mają dużo większą trwałość i niezawodność oraz małe wymiary. Zaletą ich jest bezszmerowa praca oraz możliwość programowania działania. Sygnały sterujące mogą mieć charakter logiczny lub analogowy w najprostszym przypadku elementem sterującym może być potencjometr. W zależności od 18

20 konstrukcji mogą pracować z obciążeniami o różnym charakterze. Budowane są zarówno na prądy przemienne, jak i prądy stałe. Ponieważ na złączach półprzewodnikowych występuje podczas przewodzenia znaczny spadek napięcia, dla ograniczenia mocy strat buduje się łączniki hybrydowe. W łączniku hybrydowym elementy elektroniczne przewodzą prąd tylko w momentach przełączeń i nagrzewają się nieznacznie, natomiast podczas pracy ciągłej wykorzystywane są równolegle działające styki mechaniczne, na których straty mocy są bardzo małe. Takie rozwiązanie pozwala na eliminację układów chłodzenia. Zaletami łączników półprzewodnikowych są również: możliwość działania niezależnie od położenia oraz niska emisja zakłóceń elektromagnetycznych. Można je stosować w atmosferze wybuchowej lub w agresywnym środowisku. Do wad styczników półprzewodnikowych należy zaliczyć dużą wrażliwość na przeciążenia i przepięcia, co wymaga wyposażenia ich w odpowiednie elementy zabezpieczające. Większość łączników bezstykowych należy również wyposażyć we własny układ sterowania. Mimo tych wad coraz częściej stosuje się takie łączniki do sterowania pracą silników, w układach automatyki, obwodach oświetleniowych i obwodach grzewczych. a) b) c) Rys. 10. Styczniki półprzewodnikowe: a) jednofazowy typu 425S firmy EUROTHERM. b) jednofazowy moduł kompaktowy TC 1027 firmy EUROTHERM, c) trójfazowy DS k5 firmy MOELLER [12] Stycznik 425S przedstawiony na rys. 10 a jest złożony z dwóch przeciwsobnie połączonych tyrystorów. Nadaje się do zastępowania tradycyjnych styczników we wszystkich zastosowaniach. Przedstawiony na rys. 10 b stycznik TC 1027 przeznaczony jest do sterowania obciążeń rezystancyjnych. Aparat DS4-340 (rys. 10 c) jest trójfazowym rozrusznikiem półprzewodnikowym z możliwością rozruchu bezpośredniego. Elementami przełączającymi są w nim tyrystory. Dla uzyskania funkcji stycznika czas rozruchu i czas zatrzymania należy ustawić na zero. Jako stycznik może pracować z obciążeniem o charakterze rezystancyjnym lub indukcyjnym. Więcej wiadomości o łącznikach statycznych znajdziesz w literaturze [2]. Przekaźniki termiczne W obwodach zasilania silników, szczególnie indukcyjnych, występują podczas rozruchu prądy kilkakrotnie większe niż podczas normalnej pracy. Zabezpieczenie zwarciowe realizowane przy pomocy bezpieczników lub wyłączników nadmiarowych musi umożliwiać rozruch silnika. Jest więc w odniesieniu do prądu znamionowego przewymiarowane. Podczas pracy silnik może być przeciążony na skutek nadmiernego obciążenia mechanicznego (np. cięcie piłą tarczową mokrego drewna) lub obniżenia napięcia zasilającego. Występujący w tych sytuacjach wzrost pobieranego prądu przy długotrwałej pracy może spowodować uszkodzenie cieplne silnika. Do kontroli wartości prądu pobieranego przez silnik stosowane są przekaźniki termobimetalowe. Współpracują one ze stycznikiem sterującym pracą silnika. W przypadku długotrwałego przekroczenia prądu znamionowego silnika powodują przerwanie obwodu zasilania poprzez otwarcie stycznika. 19

21 Przekaźnik termobimetalowy składa się z zespołu bimetali nagrzewanych prądem pobieranym przez silnik z sieci oraz zespołu styku rozwiernego, uruchamianego dzięki wyginaniu się bimetali pod wpływem wzrostu temperatury. Bimetale muszą być włączone w obwód główny silnika, natomiast zestyk rozwierny w obwód sterowania stycznika. a) b) Rys. 11. Przekaźnik termobimetalowy: a) symbol graficzny (1 zestyk rozwierny, 2 zespół bimetali), b) przekaźnik termobimetalowy typu TSA firmy EMA-ELESTER: [4], [12] Najważniejszym parametrem przekaźników termobimetalowych jest prąd nastawczy I nastt. Jest to największy prąd, jakim można przekaźnik długotrwale obciążyć nie powodując jego zadziałania. Spotykane są tzw. przekaźniki ryglowane, w których styk rozwierny po zadziałaniu przekaźnika jest utrzymywany w położeniu otwartym do czasu ręcznego odblokowania przez obsługę. Wadą przekaźników termobimetalowych jest zmieniająca się z czasem na skutek zużycia elementów charakterystyka czasowo-prądowa oraz mała skuteczność w przypadku pracy jednofazowej silników trójfazowych. Brak nagrzewania jednego z bimetali opóźnia zadziałanie przekaźnika, co może spowodować uszkodzenie silnika. Przekaźnik termobimetalowy jest nieskuteczny w przypadku przegrzania silnika z innych przyczyn niż wzrost prądu. Do wad zaliczamy również szybszy czas stygnięcia przekaźnika niż zabezpieczanego silnika, co pozwala na podłączenie do sieci silnika mocno nagrzanego i jego cieplne uszkodzenie. W urządzeniach napędowych o tzw. ciężkim rozruchu konieczne jest stosowanie przekaźników termobimetalowych współpracujących z przekładnikiem prądowym. Dodatkowo można wydłużyć czas zadziałania przekaźnika w takich przypadkach stosując przekładniki tzw. szybkonasycające się, które ograniczają wartości dużych prądów rozruchowych nagrzewających bimetale. a) b) Rys. 12. Przekaźnik termobimetalowy z przekładnikiem prądowym: a) symbol graficzny (1 zestyk, 2 bimetale, 3 przekładnik prądowy), b) przekaźnik ZW 7 firmy Klöckner Moeller Polska [4], [12] Obecnie coraz częściej do napędów stosowane są przekaźniki termistorowe (kontrola temperatury) lub przekaźniki elektroniczne nadprądowe (kontrola wartości prądu) posiadające wbudowany mikroprocesor. Mają one znacznie większe możliwości dobierania nastaw i dowolnego kształtowania charakterystyk czasowo-prądowych. Skuteczność tego typu zabezpieczeń jest znacznie większa od tradycyjnych, elektromechanicznych. 20

22 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie zadania pełnią styczniki? 2. Jaki parametr wyróżnia styczniki spośród innych łączników? 3. Z jakich podstawowych części składa się stycznik? 4. Jak oznacza się części stycznika na schematach elektrycznych? 5. Jaka jest zasada działania styczników z napędem elektromagnesowym? 6. Jakie spotyka się rodzaje styczników? 7. Jakie są sposoby sterowania pracą styczników? 8. Co oznacza kategoria użytkowania stycznika? 9. Jakie są kategorie użytkowania stycznika i jak się je oznacza? 10. Co rozumiemy pod pojęciem styczniki półprzewodnikowe? 11. Jakie elementy elektroniczne wykorzystywane są w łącznikach bezstykowych? 12. Jakie rodzaje sygnałów sterujących występują w łącznikach bezstykowych? 13. Jakie zalety mają styczniki bezstykowe? 14. Jakie są zadania i zakres stosowania przekaźników termicznych? 15. Jaka jest budowa i zasada działania przekaźnika termobimetalowego? 16. Jakie przekaźniki termiczne stosuje się w obwodach silnoprądowych? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Porównaj budowę stycznika prądu stałego i stycznika prądu przemiennego. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać styczniki na podstawie opisu na tabliczkach znamionowych, 2) dokonać demontażu styczników, 3) rozpoznać elementy styczników porównując je ze szkicem budowy (rys. 7), 4) ustalić różnice w budowie obydwu styczników, 5) opisać z uzasadnieniem ustalone różnice, 6) sprawdzić prawidłowość ustaleń w oparciu o wzór odpowiedzi, 7) w przypadku błędnej odpowiedzi zlokalizować wskazane różnice w eksponatach, 8) zmontować styczniki i sprawdzić poprawność montażu omomierzem. Wyposażenie stanowiska pracy: stycznik prądu stałego, stycznik prądu przemiennego, komplet wkrętaków, szczypce uniwersalne, omomierz, papier, długopis, karta poprawnych odpowiedzi (do wglądu po wykonaniu punktu 5). 21

23 Ćwiczenie 2 Zbadaj działanie wskazanych styczników prądu stałego i przemiennego. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) przeanalizować parametry styczników znajdujące się na tabliczkach znamionowych, 2) zaproponować rodzaje pomiarów kontrolnych i sposób ich przeprowadzenia, 3) skonsultować propozycje z nauczycielem, 4) narysować schematy układów pomiarowych, 5) połączyć układy pomiarowe i wykonać pomiary, 6) zanotować wyniki pomiarów, 7) sformułować i zanotować wnioski z pomiarów, 8) zdemontować układy pomiarowe i uporządkować stanowisko. Wyposażenie stanowiska pracy: stycznik prądu stałego, stycznik prądu przemiennego, stanowisko laboratoryjne zasilane prądem stałym i prądem przemiennym, rezystor regulacyjny, amperomierz prądu stałego, amperomierz prądu przemiennego, woltomierz prądu stałego, woltomierz prądu przemiennego, omomierz, przewody łączeniowe, alternatywnie 2 mierniki uniwersalne, wyłącznik, papier do rysowania i notowania, długopis. Ćwiczenie 3 Sprawdź działanie przekaźnika termobimetalowego dla kilku wartości prądu przy obciążeniu trójfazowym i zaniku jednej fazy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) przeanalizować dane katalogowe i charakterystykę czasowo-prądową otrzymanego przekaźnika termobimetalowego, 2) zaplanować zakres badań możliwy do przeprowadzenia w ciągu 30 minut, 3) narysować schemat układu pomiarowego, 4) dobrać mierniki i rezystory, 5) połączyć układ pomiarowy, 6) przeprowadzić pomiary, 7) wykonać zestawienie wyników pomiaru dla obydwu przypadków, 8) porównać wyniki pomiarów z charakterystykami katalogowymi, 9) sformułować i zapisać wnioski z pomiarów, 10) zdemontować układ pomiarowy i uporządkować stanowisko. Wyposażenie stanowiska pracy: stanowisko laboratoryjne zasilane prądem trójfazowym, przekaźnik termobimetalowy, 22

24 stoper elektroniczny, 3 woltomierze, 3 amperomierze, 3 rezystory laboratoryjne, wyłącznik trójfazowy, autotransformator trójfazowy, przewody łączeniowe, katalogi przekaźników termobimetalowych, papier do notowania, długopis. Ćwiczenie 4 Sprawdź działanie stycznikowego układu sterowania silnika indukcyjnego trójfazowego zabezpieczonego przekaźnikiem termobimetalowym. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zaprojektować schemat układu sterowania według opisu wykorzystując rys. 9 a, 9 b i 11 a, 2) zaplanować zakres czynności kontrolnych, 3) sprawdzić poprawność zaprojektowanego schematu i planu czynności przez porównanie z instrukcją, 4) zmontować układ według schematu, 5) ustawić prąd nastawczy przekaźnika termobimetalowego, 6) przeprowadzić kontrolę działania układu w warunkach znamionowych i przy przeciążeniu silnika, 7) sformułować i zapisać wnioski, 8) zdemontować układ i uporządkować stanowisko. Wyposażenie stanowiska pracy: instrukcja (do wglądu po wykonaniu punktu 1 i 2), silnik indukcyjny trójfazowy z hamulcem, przekaźnik termobimetalowy, stycznik trójfazowy, trzy bezpieczniki topikowe w podstawie bezpiecznikowej, amperomierz prądu przemiennego, woltomierz prądu przemiennego, stoper elektroniczny, wyłącznik laboratoryjny trójfazowy, papier, długopis. Ćwiczenie 5 Przeanalizuj pracę wybranego stycznika bezstykowego na podstawie schematu z dokumentacji wytwórcy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) rozpoznać i nazwać zastosowane w aparacie elementy elektroniczne, 2) ustalić elementy pełniące funkcję łączników, 23

25 3) ustalić rodzaj układu tworzonego przez elementy toru prądowego, 4) rozpoznać elementy układu sterowania i zabezpieczeń, 5) określić sposób sterowania pracą łączników półprzewodnikowych, 6) ustalić parametry stycznika i porównać z parametrami stycznika elektromagnetycznego, 7) sporządzić krótką notatkę z wykonanej pracy. Wyposażenie stanowiska pracy: katalogi styczników elektromagnetycznych i półprzewodnikowych, dokumentacja techniczna styczników półprzewodnikowych, papier, długopis Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać styczniki wśród eksponatów i zdjęć łączników? 2) określić parametry stycznika na podstawie tabliczki znamionowej? 3) zidentyfikować zaciski stycznika? 4) przeanalizować działanie stycznikowego układu sterowania silnika na podstawie schematu? 5) połączyć układ ze stycznikami na podstawie schematu ideowego lub montażowego? 6) dobrać przyrządy pomiarowe do badania stycznika? 7) zmierzyć podstawowe parametry stycznika? 8) ocenić stan techniczny stycznika na podstawie pomiarów? 9) odszukać i odczytać dane katalogowe stycznika? 10) rozpoznać elementy stycznika na eksponacie? 11) rozpoznać przekaźniki termiczne wśród eksponatów i zdjęć? 12) nastawić prąd zadziałania przekaźnika nadprądowego? 13) sprawdzić działanie przekaźnika termobimetalowego? 14) ocenić prawidłowość działania przekaźnika termobimetalowego? 15) zdemontować i zmontować stycznik? 16) rozróżnić stycznik prądu stałego od stycznika prądu przemiennego? 24

26 4.4. Wyłączniki niskiego napięcia Materiał nauczania Wyłączniki instalacyjne Nadprądowe wyłączniki instalacyjne stosowane są zamiast bezpieczników topikowych w instalacjach mieszkaniowych oraz instalacjach przemysłowych o napięciu znamionowym U N do 440 V i prądzie znamionowym I N do 125 A. Mają zdolność wyłączania do 25 ka. Pełnią funkcję zabezpieczeń przeciążeniowych i zwarciowych oraz pozwalają na załączanie i wyłączanie obwodów z niewielką częstością łączeń. Budowę wyłącznika instalacyjnego opisano szczegółowo w jednostce modułowej Z1.01 Dobieranie przewodów i osprzętu w instalacjach elektrycznych. Produkowane są wyłączniki o następujących typach charakterystyk czasowo-prądowych: B wyzwalacz elektromagnetyczny działa przy wartości prądu od 3 do 5 krotności prądu znamionowego, zakres wartości I N od 6 do 63 A (do obwodów oświetleniowych, gniazd wtykowych i sterowania), C wyzwalacz elektromagnetyczny działa przy wartości prądu od 5 do 10 krotności prądu znamionowego, zakres wartości I N od 0,5 do 63 A (do zabezpieczania silników, grzejników i transformatorów), D wyzwalacz elektromagnetyczny działa przy wartości prądu od 10 do 20 krotności prądu znamionowego, zakres I N od 0,5 do 125 A (do zabezpieczania obwodów o dużym prądzie rozruchu silników, transformatorów, grup lamp oświetleniowych). Rys. 13. Charakterystyki wyłączników nadprądowych typu B, C, D [4] Na rys. 13 przedstawione są przebiegi przykładowych charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników instalacyjnych nadprądowych. Prąd wyrażony jest krotnością prądu znamionowego I N, a czas zadziałania wyłączników przy tym prądzie określony jest w sekundach. Odcinki pionowe przebiegów wyznaczają progi zadziałania wyzwalaczy zwarciowych wyłączników. Ponieważ dla każdego typu charakterystyki prąd zadziałania zawiera się w przedziale krotności prądu znamionowego, przebiegi te mają postać pasmową. Przebiegi charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników instalacyjnych oraz przykładowe opisy ich wykorzystania znajdziesz w literaturze [2], [3], [4]. 25

27 Wyłączniki instalacyjne nie zapewniają selektywności wyłączania zwarć. Aby ją osiągnąć, trzeba dodatkowo stosować bezpieczniki topikowe. Niektóre firmy podjęły produkcję wyłączników selektywnych, które znajdują coraz szersze zastosowanie w instalacjach mieszkaniowych. Ze względu na ograniczanie wartości prądów przeciążeniowych stosowanie ich i dobieranie nastaw wymaga od instalatorów dużego doświadczenia. Więcej informacji na temat wyłączników selektywnych znajdziesz w literaturze [3]. Rys. 14. Seria wyłączników instalacyjnych typu S firmy FAEL [12] Wyłączniki silnikowe Wyłączniki silnikowe są grupą aparatów przeznaczonych do zabezpieczania silników elektrycznych i innych urządzeń elektrycznych przed skutkami przeciążeń i zwarć, niesymetrią obciążenia i pracą niepełnofazową. W przypadku wystąpienia przeciążenia lub zwarcia następuje szybkie wyłączenie zasilania dzięki zadziałaniu wbudowanych wyzwalaczy zwarciowych i przeciążeniowych (rys. 15 a). Czas zadziałania w przypadku zwarć jest rzędu milisekund. Istotną cechą wyłączników silnikowych, odróżniającą je od wyłączników instalacyjnych, jest możliwość nastawiania zakresu prądowego wyzwalaczy termicznych za pomocą umieszczonego na obudowie pokrętła (rys. 15 b, c, d). Wyłączniki silnikowe budowane są w bardzo szerokich zakresach wartości prądów od ułamków A do 80 A, dla wartości napięć łączeniowych do 690 V / 50 Hz. Znamionowe prądy wyłączalne mogą w niektórych wykonaniach osiągnąć wartość do 100 ka. Charakterystyki czasowo-prądowe zbliżone są do typu D, ponieważ wyłączniki silnikowe współpracują z urządzeniami o okresowych dużych przeciążeniach. Istotną ich zaletą jest również szybkie wyłączanie w przypadku wystąpienia zaniku napięcia fazy. Zastępują zespół stycznik przekaźnik termiczny dla zastosowań niewymagających dużej częstości łączeń (do 120 łączeń na godzinę serii M 250 firmy FAEL). Niewątpliwą zaletą wyłączników silnikowych jest ich zwarta budowa i niewielkie wymiary. Zwykle stopień ochrony w zależności od typu obudowy wynosi od IP 30 do IP 65. a) b) c) d) Rys. 15. Wyłączniki silnikowe: a) schemat, b) serii MM501N firmy HAGER, c) serii M 250 firmy FAEL, d) serii MS2.5 firmy ABL-SURSUM [12] 26

28 Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe (RCD) Są to urządzenia powodujące szybkie wyłączenie zasilania już w momencie niewielkiego pogorszenia stanu izolacji podstawowej, wywołującego przepływ tzw. prądu upływu. Instaluje się je w obwodzie bezpośrednio przed chronionymi urządzeniami. Działają w oparciu o pierwsze prawo Kirchhoffa (bilans prądów). Elementem wykrywającym prąd upływu jest tzw. przekładnik Ferrantiego (przetwornik sumujący prądy), który jest rodzajem transformatora o wielu uzwojeniach po stronie pierwotnej i tylko jednym uzwojeniu po stronie wtórnej (rys. 16 b). Uzwojenie wtórne, nazywane różnicowym, steruje wyłączaniem napięcia zasilającego w przypadku, gdy suma prądów w uzwojeniach pierwotnych przekroczy wartość znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego I ΔN. Dla prawidłowego działania wyłącznika różnicowoprądowego wszystkie przewody robocze zasilające odbiornik muszą przechodzić przez wyłącznik, a zacisk ochronny urządzenia musi być połączony przewodem ochronnym lub uziemiony (dla stworzenia drogi dla prądu upływu z chronionego elementu do ziemi lub przewodu ochronnego PE. Nie wolno łączyć z przewodem ochronnym ani uziemiać żadnego z przewodów przechodzących przez przekładnik Ferrantiego, gdyż będzie to powodowało nieuzasadnione zadziałanie wyłącznika. Wartość rezystancji uziemienia uziomu w przypadku stosowania wyłączników różnicowoprądowych może być znacznie większa niż przy stosowaniu zabezpieczeń przetężeniowych i zależy od znamionowego różnicowego prądu wyzwalającego I ΔN. Prawidłowość działania wyłącznika różnicowoprądowego sprawdza się wciskając przycisk kontrolny TEST. Do podstawowych parametrów wyłączników różnicowoprądowych należą: napięcie znamionowe U N, prąd znamionowy ciągły I N, prąd znamionowy różnicowy I ΔN, częstotliwość znamionowa f N. a) b) c) Rys. 16. Wyłącznik różnicowoprądowy: a) jednofazowy z członem nadprądowym typu AD004A firmy HAGER, b) schemat i sposób włączenia, c) trójfazowy typu F 364 firmy ABB [12] Wyłącznik różnicowoprądowy powinien zadziałać, jeśli prąd upływu jest równy znamionowemu różnicowemu prądowi zadziałania I ΔN. Wartość prądu znamionowego różnicowego wyłącznika dobiera się w zależności od miejsca jego zainstalowania, rodzaju obwodu i warunków środowiska. Do zabezpieczania obwodów odbiorczych stosowane są moduły kompaktowe zawierające wyłącznik ochronny różnicowoprądowy oraz człon nadprądowy z wyzwalaczem termicznym i elektromagnetycznym (rys. 16 a, b). 27