Întrerupătorul automat

Un întrerupător automat este un comutator electric automat destinat să protejeze circuitele electrice împotriva scurtcircuitelor, astfel încât circuitul protejat să nu sufere stricăciuni din cauza efectelor termice provocate de un curent mai mare decât cel nominal. Spre deosebire de siguranțele electrice fuzibile, care după fiecare declanșare trebuie înlocuite (deoarece se arde fuzibilul), întrerupătoarele automate trebuie doar reanclanșate manual după înlăturarea defectului sau încetarea stării de suprasarcină, aceasta deosebindu-le de siguranțele automate care reanclanșează singure în cazurile menționate. Întrerupătoarele automate există într-o largă diversitate de mărimi, de la întrerupătoare miniatură până la întrerupătoare de foarte mari dimensiuni, folosite la tensiuni foarte înalte (e.g. 400kV). Numărul de poli poate fi 1, 1+N, 2, 2+N, 3, 3+N,4P

Modul de funcționare

Releul magnetic și releul termic

Întreruptoarele au în construcție un releu electromagnetic, care comandă declanșări foarte rapide în caz de scurtcircuit, care este, de altfel, și funcția principală a întreruptoarelor. Curentul releului este reglabil, și se alege mai mare decât al supracurenților temporari de scurtă durată, cum ar fi cei ce apar la pornirea motoarelor electrice.

Întreruptoarele sunt fi prevăzute și cu un releu termic. Acesta funcționează pe principiul termo-bi-metalului, oferind o protecție temporizată la deschidere, în funcție de suprasarcină.

Întreruptoarele automate pot fi prevăzute și cu releu de detecție al curenților reziduali, numită și protecție diferențială, care detectează posibilele scurgeri de curent spre exteriorul circuitului. Această protecție măsoară suma curenților prin cele trei faze, care în condiții normale trebuie să fie zero, orice altă valoare (peste un anumit prag reglabil) ducând la alarmare sau întreruperea circuitului.

Deși întreruptoarele pot avea și funcția de pornire/oprire a consumatorului, acest regim de funcționare nu este recomandat, deoarece, constructiv, din cauza arcului electric (provocat între contactele sale metalice - la deschidere- și care dezvoltă multă căldură), ele sunt concepute pentru un număr redus de comutări.

Arcul electric

În primele momente ale unui scurtcircuit sau al unei stări de suprasarcină (neadmisibilă), întreruptorul și circuitul protejat sunt străbătute de un supracurent mult peste cel nominal. Când se deschid contactele întreruptorului, între ele se formează un arc electric. Rolul de stingere a acestui arc revine camerei de stingere a întrerupătorului. Întreruptoarele automate folosite la tensiuni mari au ca mediu de stingere a arcului electric: vidul, gaze inerte, (hexafluorura de sulf – SF6 un gaz puternic electronegativ) sau uleiul dielectric.

Întreruptoarele moderne sunt construite cu limitare de curent (curent maxim admisibil), astfel că în cazul unui scurtcircuit sau suprasarcini neadmisibile, curentul nu poate atinge valoarea maximă teoretică. Curentul maxim pe care îl poate întrerupe un întreruptor poartă numele de capacitate de rupere. În caz de depășire a acestui curent, întreruptorul, deși declanșează, datorită puterii electrice excesive conduse prin circuit este posibil să nu reușească să stingă arcul electric format între contactele sale, curentul de scurtcircuit (sau cel limitat) circulând în continuare, putându-se produce avarii serioase în instalația protejată, respectiv el însuși se poate defecta sau își micșorează considerabil durata de viață.

Curentul nominal

Standardul internațional IEC 60898-1 definește curentul nominal (I_n) al întrerupătoarelor automate de uz casnic ca fiind curentul la care acesta poate funcționa neîntrerupt (la o temperatură ambiantă de 30 °C). Valorile uzuale ale curentului nominal al întrerupătoarelor sunt: 6A, 10A, 16A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A, 160A, 250A, 400A, 630A, 800A, 1000A, 1250A, 1600A, 2500A, etc. Din punct de vedere al curentului magnetic (I_m), întrerupătoarele sunt din categoria „B” (I_m = 3÷5 I_n), „C” (I_m = 5÷10 I_n) sau „D” (I_m = 10÷20 I_n).

La alegerea unui întrerupător trebuie să respecte criteriile de selectivitate, adică să nu întrerupă, în caz de defect, înaintea unui alt întrerupător situal în aval, și nici după unul situat în amonte. Selectivitatea poate fi de curent sau de timp.

Clasificare

Întreruptoarele pot fi clasificate după mai multe criterii:

• După numărul de poli pot fi:
  • monopolare
  • bipolare
  • tripolare
  • tetrapolare
• După felul instalației:
  • de interior
  • de exterior
  • pentru izolații capsulate
• După nivelul de izolație pot fi întreruptoare:
  • cu izolație normală
  • cu izolație întărită, pentru zonele cu poluare intensă
• După dispozitivul de acționare pot fi întreruptoare:
  • cu acționare monofazică
  • cu acționare trifazică
• După modul de stingere a arcului electric pot fi:
• cu mediu de stingere lichid (ulei, apă)
• cu mediu de stingere gazos (aer comprimat, SF6)
• cu vid
• cu suflaj magnetic
• cu mediu de stingere gazogenerator

Caracteristici

• Tensiunea nominală – tensiunea maximă de serviciu a rețelei în care este destinat să lucreze întreruptorul.
• Nivelul de izolație nominal sau nivelul de ținere nominal, este caracterizat prin valorile tensiunilor de ținere nominale la impuls și la frecvență industrială.
• Frecvența nominala a tensiunii nominale a întreruptorului este identică cu frecvența nominală a rețelei în care va acționa întreruptorul.
• Curentul nominal este valoarea standardizată a curentului sub care întreruptorul poate funcționa în regim permanent fără ca limitele admisibile de încălzire să fie depășite.
• Capacitatea de rupere nominală la scurtcircuit este valoarea efectivă a celui mai mare curent de scurtcircuit pe care aparatul trebuie sa-l întrerupă în condițiile de utilizare și funcționare prescrise.
• Curentul de stabilitate termică este curentul pe care aparatul îl poate suporta un anumit timp stabilit de constructor, fără a depăși limitele de încălzire.
  • deobicei se stabilesc următoarele durate admisibile de trecere a curenților de stabilitate termică.
    • pentru Un ≥ 110 kV – t ≥ 3s
    • pentru Un ≤ 35 kV – t ≤ 4s
• Timpul propriu de deschidere este intervalul de timp care trecea de la închiderea circuitului bobinei de declanșare a dispozitivului de acționare pînă la începerea desfacerii contactelor de stingere a arcului ale întreruptorului.
• Timpul total de deschidere este intervalul de timp care trece de la închiderea circuitului bobinei de declanșare a dispozitivului de acționare până la stingerea completă a arcului în toate fazele.
• Timpul de închidere este intervalul de timp de la aplicarea impulsului pentru închidere până în momentul atingerii contactelor.

Condiții impuse

1. Capacitatea de rupere este mai mare.
   • pentru Un = 110 – 220 kV – I = 31,5 – 50 kA
   • pentru Un = 400 – 750 kV – I = 50 – 60 kA
2. Întrerupere sigură a curentului în domeniul de câțiva zeci de amperi până la valoarea nominală a curentului, precum și curentul de scurtcircuit.
3. Durata de întrerupere cât mai scurt posibilă.
4. Posibilitatea reanclanșării rapide mono și trifazate.
5. Verificarea și revizia usoară a contactelor.
6. Siguranță împotriva exploziilor și incendiilor.
7. Condiții privind economicitatea întreruptorului.