Archive for Aprilie 2014

Intreruptor automat cu protectie magnetica, termica si diferentiala by Radu Mihai

03/04/2014

Radu 2

 

Pentru a intelege functionarea, dar si constitutia sa, am demontat un intreruptor automat cu protectie magnetica, termica si diferentiala. In acest articol voi prezenta si cateva  generalitati referitoare la aceste aparate de protectie. In limba de circulatie internationala, engleza, veti gasi adesea marcajul format din acronime care ne indica faptul ca un aparat este intreruptor automat diferential. Acronimul este format din literele: RCBO care inseamna Residual Circuit Breaker Overcurrent–protection. Pentru limba romana se utilizeaza numele din titlul articolului iar o alta limba in care il veti intalni des inscriptionat este limba germana in care este denumit ”Differentialschutzschalter”. RCBO este o combinatie, compacta in aceeasi carcasa a unui intreruptor automat MCB (Miniature Circuit Braker) si un dispozitv de protectie diferential RCD (Residual Current Device). Combinarea celor doua intr-un singur aparat a dat nastere la RCBO. Acest dispozitiv are ca utilizare instalatiile atat casnice cat si industriale, protejeaza impotriva curentilor de defect precum atingerea fazei de carcasele metalice a unor consumatori, ba chiar si a nulurilor de lucru. In functie de sensibilitatea curentului diferential acestea pot proteja si viata, facand  posibila declansarea mult mai rapida a intreruptorului in caz de electrocutare.

ATENTIE !!! Intreruptorul nu va declansa daca electrocutarea se produce prin inchiderea circuitlui in corpul omului daca acesta atinge nulul de lucru N si faza F care trec prin intreruptor dar fara sa existe o alta scurgere la pamant.

Intreruptorul Direferential are ca principiu de funtionare masurarea diferentei de curent aparuta intre conductoarele care il parcurg (faza si nulul de lucru), iar acesta va declansa cand aceasta diferenta este mai mare decat cea pe care este calibrat sa o accepte.

Valorile cele mai importante pe care le veti gasi inscriptionate pe un Intreruptor diferential sunt: Tensiunea-(U), Intensitatea de circuit–(I), Frecventa–(F) si intensitatea curentului diferential – (I)Δn. RCBO se gasesc in variantele: 1P+N, 2P, 3P, 3P+N, 4P, prin urmare constitutiile fizice ale acestora pot fi bipolare in doua module, trifazate si tetrapolare.

Pentru exemplu am folosit un intreruptor automat diferential de marca Moeller, foarte calitativa, de 10 Amperi curentul de circuit si 30 mA curentul diferential. Acesta este monofazat de tip 1P+N, ocupa ca gabarit un spatiu de doua module monopolare prin urmare poate fi considerat ca este un intreruptor automat bipolar in doua module diferential. Il prezint in Figura 1.:

Fig 1 radu mihai

In Figura 2. este intreruptorul vazut din laterala unde apare schema sa.

Fig 2 radu mihai

Niturile reprezentate in Figura 2. le voi reteza pentru demontare, remarcati  si polarizarea fazei si a nului de pe intreruptor facuta si de producator, voi vorbi despre ea in finalul articolului. In Figura 3. este pozata cealata laterala.

Fig 3 radu mihai

In Figura 4. am pozat modul in care am retezat capatul “inflorit” al niturilor cu bormasina fara percutie si pe viteza mare la care am adaptat burghiu de metal de 2,5mm sectiune.

Fig 4 radu mihai

In Figura 5. am prezentat intreruptorul dupa ce am retezat niturile. Mai intai am indepartat spanul care este taios si le-am scos pe partea cealalta cu ajutorul unui cui, asa arata intreruptorul fara nituri.

Fig 5 radu mihai

In Figura 6. am fotografiat niturile care fixau carcasele, acestea sunt confectionate din otel inoxidabil, au fost utilizate patru pentru acest model.

Fig 6 radu mihai

In Figura 7. este intreruptorul cu carcasele laterale indepartate, cu chenarul rosu am marcat zona modului de faza iar cu cel albastru zona modului de nul. In modulul de faza sunt aceleasi componente ca intr-un MCB monopolar insa cu mici diferente. Modulul de nul l-am denumit asa deoarece prin el trece firul nul insa in acest modul se afla intreg sistemul diferential pe care il vom analiza separat. Partea de carcasa comuna este cea din mijlocul RCBO-ului care are rol de suport pentru toate componentele si este turnata dintr-o singura piesa .

Fig 7 radu mihai

In Figura 8. este partea modului de faza de pe RCBO. Am notat cu dungi vernil elementele comune pentru ambele module. Maneta si sistemul de parghii de actionare functioneaza pentru pantografele ambelor module.

Fig 8 radu mihai

Bara de transmisie *) face cuplarea mecanica dintre maneta si sistemul de parghii de actionare.

In Figura 9. am detaliat mai bine modulul fazei. Acesta contine bornele intrare si iesire, solenoidul cu rol de protectie la scurt-circuit si depasirea amperajului de 10 Amperi, acesta fiind calibrat pentru 10 Amperi, pantograful de cuplare dar si alte elemente pe care le-am notat cu cifre si le voi descrie separat:

Fig 9 radu mihai

1)   este o componenta din cupru care are rol de absorbire a caldurii scanteior si flamelor produse in timpul unui scurt-circuit. Acesta componenta se mai numeste si paraflama . In continuitatea sa se afla canalele de racire care conduc aerul la camera de stingere a arcului.

2)    este camera de stingere a arcului, are rolul de stingere a arcurilor produse la scurt-circuit sau deschidere in sarcina mare. Este de grosimea adecvata unui MCB monopolar.

3)   un “geam” protector realizat din policarbonat termorezistent care protejeaza carcasa de caldura produsa de arcul electric care merge catre camera de stingere a arcului. ( remarc faptul ca timpul in care se produce, transmite si stinge un arc electric este de cateva zeci de milisecunde )

4)   reprezinta parghia de actionare a bimetalului, aceasta declanseaza sistemul de parghii de actionare cand bimetalul se incalzeste pana se deformeaza.

5)   este arcul si surubul de calibru al bimetalului.

6)   Bareta BIMETAL, la supra-incalzirea circuitului aceasta se deformeaza curbandu-se in partea opusa arcului de calibru si actioneaza pantograful.

O asemanare a componentelor si functionalitatii lor o gasiti la toate tipurile de inrterutoare automate si puteti compara si vedea aceste asemanari in articolul  precedent “Intrerutor automat bipolar intr-un modul by Radu Mihai“.

Urmeaza sa prezint modulul cu dubla functie : modulul nulului care contine componentele sistemului diferential, componente cu care incep prezentarea.

Fig10 radu mihai

In acest compartiment se afla toate componentele care tin de sistemul diferential. De cele destinate nulului vorbim putin separat.

Acum analizam componentele care fac acest intreruptor sa fie diferential.

Am marcat pe poza cu dunga rosie si albastra conductoarele de faza respectiv nul care pleaca  de la bornele de intrare ale RCBO si trec prin TRANSFORMATORUL SUMATOR DIFERENTIAL. Aceasta componenta masoara curentul care parcurge cele doua conductoare, se mai numeste si Traductor. Firul de faza marcat de mine cu rosu pe poza este izolat cu izolatie siliconica de culoare galbena, iar dupa aceea trece prin transformator se intoarce in modulul de faza si este sudat pe intrarea solenoidului. Conductorul de nul marcat de mine cu albastru este de aceeasi grosime cu cel de faza, mai exact 1,5 mm patrati si este izolat cu cauciuc siliconic verde. Dupa ce si acesta parcurge transformatorul este sudat pe un plat-band de cupru. Ambele conductore sunt infasurate o singura data pe transformator.

Bobina de declansare primeste un curent de la transformator atunci cand apare un curent rezidual si cu ajutorul unui bolt care este expulzat de o bobina foarte mica declanseaza intrerutprul prin intermediul Sistemului de Actionare marcat de mine pe fotografie cu patratul galben si intrerupe circuitul.

Ansamblul de Diode este format din doua Diode Schottky legate in paralel la o infasurare pe o latura a transformatorului. Rolul lor este a consuma un curent mai mare decat cel la care este calibrat sa suporte transformatorul, acesta fiind legate in paralel dar cu sens opus una fata de alta, au o rezistenta ohmica mare.

Rezistenta de 56,2 Ω (Ohmi) si cu o toleranta de ± 20 % are ca utilizare testarea intrerutoprului la curenti de defect. Acesta este conectata pe nul in amonte (dupa) tranformator si in aval de acesta este conectata pe faza. Dupa conexiunea pe faza, inainte de rezistanta este un mecanismt de parghii metalice in sistemul unui intrerupator cu revenire, care este actionat de butonul de test.

Valorile rezitentei le-am calculat utilizand ca reper culorile de pe rezitenta si calcului rezistentei conform codului culorilor la rezistori.

In Figura 11. am remarcat si componentele care deservesc nulul si datorita lor acest modul se poate numi si modulul nulului.

Fig11 radu mihai

Plat-bandul de nul este confectionat din cupru, acesta preia legatura de la firul verde care este sudat de el dupa ce a trecut prin transformator. Pe acest plat-band face contact pantograful.

Pantograful de nul este mai lat in partea de contact decat cel de faza si este conectat la borna iesire nul cu ajutorul unu conductor din cupru matisat (litat).

Modulul de nul ca si la intreruptorul automat bipolar intr-un modul, nu contine nici un mecanism de protectie (bimetal sau solenoid) nici macar camera de stingere a arcului. Asigura doar decuplarea acestuia, tocmai din acest motiv este extrem de importanta polarizarea corecta a nulului cu faza. Daca ar fi trecuta faza prin modulul de nul nu ar mai exista nici o protectie in cazul unui scurt-circuit sau suprasarcina.

Izolatorul este o componenta confectionata din acelasi tip de plastic din care este si carcasa intreruptorului si are ca rol izolarea diodelor de rezistenta dar si a ambelor fata de camera in care sunt componentele nulului. Bobina de declansare este acum detasata si i-am indepartat carcasa.

Carcasa din cupru acopera bobina de declansare si are oarecum rolul de a consuma un posibil camp electromagnetic pe are l-ar putea emite prea puternic in exterior mica bobina din interiorul sau.

ARCul din fotografie tine in tensiune mecanica sistemul de declansare.

In Figura 12. am remarcat cateva componente cum ar fi mecanismul de actionare comun, acesta actioneaza si pantograful de nul cat si pe cel de faza, tocmai din acest motiv l-am denumit comun.

Fig12 radu mihai

Actionarea TEST este ansamblul de lamele metalice la capetele carora este sertizat firul care trece prin rezistenta. Acele lamele sunt cuplate intre ele cu ajutorul altei lamele din metal cand este apasat butonul de test.

Este recomandata actionarea butonului de test o data la trei luni.

Sistemul de actionare din stanga paginii jos este format din piese de plastic si arcuri, deserveste la declansarea intreruptorului cand este actionat de un bolt expulzat de bobina de declansare. In interiorul bobinei de declansare observati o mica infasurare de cupru. Acea mini bobina realizeaza declansarea la aparitia unui curent de defect.  Componentele de nul le-am remarcat cu linii albastre, sunt comune pentru orice MCB sau RCBO. Am facut aceasta poza mai mare in rezolutie pentru a putea studia in amanunt componentele ei. Bornele intreruptorului sunt confectionate din otel inoxidabil si permit montarea pe cabluri de maxim 16mm patrati. Plasticul carcasei este unul de tip ingnifugat.

Functionarea bobinei de declansare se bazeaza pe mica bobina din interiorul sau care utilizeaza curentul (in cazul de fata mai mare de 30 mA) aparut in interiorul transformatorului sumator si cu ajutorul unui mic magnet care este polarizat in asa fel in cat atunci cand bobina emite camp magnetic propriu acesta sa se indeparteze de ea si expulzeaza micul bolt de plastic care declanseaza intreruptorul.

In Figura 13. am desenat in programul “Paint” o schema cu doua intreruptoare diferentiale unul care are consumatorul legat corect “A” si “B” care este pe pozitia deschis avand un consumator legat corect iar alti trei fiind conectati incorect acestia facilitand un curent diferential. In cazul becului 1 acesta uzeaza de faza trecuta prin RCBO dar ca nul foloseste impamantarea PE, apare un curent mai mare pe faza decat pe nul prin RCBO iar acesta va declansa. Becul numarul 2 din desen uzeaza de faza din iesirea de pe RCBO iar nulul cel de intrare, din nou un curent de defect. Iar in exemplul 3, acel fir albastru notat de mine cu cifra “3” este o ajustare a firului de nul care daca ar fi creata RCBO ar declansa. Curentul de defect poate aparea si pe nul nu doar pe faza. In acel caz intensitatea care vine pe faza nu mai este egala cu cea care ar trebui sa se intoarca pe nul din pricina acelei ajustari, o parte din intesitate se scurge prin ea.

Fig13 radu mihai

Rezistorii care i-am folosit ca exemple pot fi rezistentele din diversi consumatori caznici cum ar fi: masina de calcat, calorifer electric sau aparate de prajit paine.

O particularitate a RCBO este ca protejeaza la electrocutare si salveaza vieti cu conditia ca acesta sa aibe curentul diferential de 10mA sau 30 mA nu mai mult. Daca un om atinge direct parti metalice ale aparatelor aflate sub tensiune, aparte care au defectiuni iar faza este pusa in contact cu acestea, la atingere o parte din curent se va descarca prin corpul omului la pamant daca podeaua permite (mai sunt alti factori cum ar fi incaltamintea purtata in acel moment , o persoana desculta se poate electrocute mult mai repede in cazul atingerii de aparatul defect), in acest caz electrocutarea poate fi mortala, chiar daca se creeaza prin curenti mici, de ordinul miliamperilor. In acest caz RCBO simte acel curent de defect si se decupleaza.

Timpul de raspuns al unui RCBO este aproximativ 15 milisecunde.

Treptele standard de curenti diferentiali admisi de RCBO sunt: 10 mA, 30 mA, 100 mA, 300 mA, 500 mA, 1000 mA (1 A) si 1200 mA.

Sunt recomandate pentru protectia circuitelor din care sunt alimentate aparte cu carcase metalice si care utilizeaza energie electrica si apa dar si pentru cele care utilizeaza energie electrica si gaze naturale, sau toate trei combinate. Cateva exemple ar fi: frigiderele si orice tip de masina frigorifica, masinile de spalat (rufe-vase), cazi cu hidromasaj, masinile de calcat, cabine de dus care au componente electrice, centrale termice, aparate aer conditionat, motoare electrice, unitatile calculatoarelor (PC) etc. De regula pentru acestea se utilizeaza RCBO de 30 mA. Pentru cabine de dus si cazi hidromasaj si laboratoarele din scoli cele de 10 mA. Cea mai utilizata este cea de 300 mA pentru bransamente.

Personal nu consider ca instalatiile de iluminat necesita dotarea cu RCBO.

Treptele de amperaj pentru consum pe RCBO sunt standard ca pentru orice intreruptor automat MCB.

In Figura 14. am reprodus fidel in acelasi program “Paint” schema de aparat care apare in Figura 5., este schema desenata de producator pe laterala RCBO si se refera strict la componentele acestuia.

Fig14 radu mihai

Imi exprim o parere personala in privinta sensului intrarii curentului pe acest RCBO, producatorul Moeller-EATON dar si altii indica intrarea pe sus in aceste aparate, doar SCHRACK o indica pe dedesubt, lucru care mi se pare mult mai sigur. Dupa cum se observa si din imaginea 14 pe partea de jos a RCBO sunt doar camele de contact, pantograful si rezistenta. In partea superioara este solenoidul (asta nu ar fi o problema) dar mai important tranformatorul sumator .

Conductoarele care trec prin transformator sunt izolate cu cauciuc siliconic rezistent la temperaturi mai ridicate decat cauciucul normal . Cu toate acestea in cazul in care bimetalul nu ar functiona in cazul unei supra incalziri a circuitului respectiv a RCBO , izolatia firelor respective (colorate galben si verde in Figura 10.)  s-ar topi in interiorul RCBO si produce un puternic scurt-circuit. Daca acest lucru s-ar produce pe un RCBO care protejeaza un bransament nimic nu ar mai putea deschide circuitul in timpul unui scurt-ciruit iar consecintele pot fi catastrofale pentru gospodaria respectiva. Personal nu sunt de acord cu acest sens al legaturii pe RCBO mai ales in cazul bransamentelor.

Din experienta mea personala …

Dotez frecvent tablourile electrice cu RCBO, insa in aproape jumatate din cazuri clientii mi-au reclamat intreruptorul ca fiind unul “sacaitor “ deoarece se decupleaza prea des, unii electricieni din acest motiv il evita. De fiecare data cand clientii se plangeau de functionarea RCBO le-am indicat sa faca o verificare, revizie la receptoarele din locuinta. INTOTDEAUNA era o problema la unul dintre acestea. Sunt si cazuri in care RCBO nu este recomandat mai ales pe bransamente. Cel mai bun exemplu il pot da in cazul unei case vechi din 1931 careia i-am refacut bransamentul si am utilizat un BMP dotat cu RCBO. A fost aproape inposibil sa il fac sa stea cuplat pana la refacerea intregii instalatii electrice interioare ale casei. Motivul: casa avea instalatie electrica prevazuta cu impamantare PE (exceptional facut pentru vremea aceea) insa firele erau izolate cu o tesatura (asa se face atunci izolataia cablurilor, nu se inventase izolarea cu cauciuc sau plastic), tesatura care in timp a putrezit si exista masa intre ea si faza sau nul. RCBO declansa non-spot. Solutia pe moment a fost renuntarea la impamanare, urmata de o lucrare ampla de inlocuire a intregii retele interioare.

De multe ori pentru a scapa de denclasarea repetata a RCBO este repararea sau inlocuirea aparatului defect (varianta cea mai corecta) sau ilocuirea RCBO cu MCB (varianta deloc recomandata). RCBO nu da niciodata gres, iar atunci cand declanseaza arata primul semn al unui defect aparut la un receptor sau la instalatie. Marci calitative de RCBO recomand: SCHRACK, EATON-Moeller, ABB, HERTZ si Legrand, in special pe primele patru.

Intreruptorul automat diferential (RCBO) este o protectie esentiala pentru orice locuinta, desi pretul este unul destul de mare (in jur de 100 de lei unul) investitia merita facuta, cu atat mai mult daca acesta este montat corect.

De acelasi autor puteti citi pe blog:

Intreruptor automat bipolar intr-un modul by Radu Mihai

Asupra sigurantelor automate jt din tablourile de distributie by Radu Mihai si Klaxxy

Inlocuirea unui tablou de sigurante by Radu Mihai

Improvizatii in RED (1) by Radu Mihai

Anunțuri