Overstroombeveiliging LS. Quercus Technical Services B.V.

Transcriptie

1 Overstroombeveiliging LS

2 Inhouds f? ;; gâija Inleiding Overstroom Smeltveìligheden 3.1 Doorsmeltkarakteristíeken 3 2 Patronen met gkarakteristìek 3.3 Patronen met a-karakteristíek 3.4 Bepalen van de nominale stroom Installatie-automaten 4.1 Uitschakclkarakteristickcn Vermogensautomaten 5.1 Uitschakelkarakterìstìek Motorbeveiligingsschakelaars 6 1 Uitschakelkarakteristìek Thermische beveiligingen 741 Uitschakelkarakteristíek Vragen en opdrachten l

3 Inleiding Elektrisch materieel is ontworpen voor een bepaalde, maximaal toelaatbare stroomsterkte Voor stroomsterkten die deze nominale waarden niet overschrijden, behoudt het materieel zijn elektrische en mechanische eigenschappen. Wanneer door een elektrische leiding of ander elektrisch materieel een grotere stroom gaat dan de daarvoor berekende, kan afhankelijk van de tijdsduur een ontoelaatbare warmteontwikkeling optreden. De hierdoor ontstane temperatuurverhoging kan nadelig zijn voor de isolatie, de aansluitingen, de verbindingen of de omgeving van het elektrisch materieel. Overgangsweerstandcn van verbindingen, losse contacten en schakelmateriaal zullen toenemen, waardoor de warmte ontwikkeling wordt versterkt. Het gevolg hiervan kan vonkvorming of sterke oververhitting zijn, wat tot brand kan leiden. Door een overstroom kan dus blijvende materiaalschacle en brandgevaar ontstaan. In verband hiermee is in NEN 1010 vastgelegd dat een overstroom in actieve delen van leidingen en in elektrisch materieel automatisch moet worden onderbroken

4 Ove rstroom Elke stroom groter dan de toelaatbare waarde wordt overstroom genoemd. Overstromen worden onderverdeeld in overbelastingsstromen en kortsluitstromen. Als de overstroom een gevolg is van een te zware belasting in een stroomketen is er sprake van een overbelastingsstroom Dit kan bijvoorbeeld optreden bij het vastlopen van een motor of een aangedreven werktuig. Een kortsluitstroom ontstaat ten gevolge van een defect in een stroomketen. Eris dan sprake van een verbinding met een verwaarloosbare lage impedantie tussen twee punten met een verschillende potentiaal. Voor de warmteontwikkeling ten gevolge van een overstroom is niet alleen de grootte van de overstroom bepalend, maar ook de tijdsduur hiervan. Om deze reden hebben beveiligingstoestellen tegen overstromen meestal een uitschakelkarakteristiek waarbij de uitschakeltijd korter wordt naarmate de stroom toeneemt (een afhankelijke stroom tijdkarakteristiek). De uitschakelkarakteristiek van het beveiligingstoestel moet zoveel mogelijk de vorm benaderen van de thermische belastbaarheid van het te beveiligen materieel of de leidingen. Hierdoor kunnen deze optimaal worden gebruikt. Kortsluitstromen stellen hoge eisen aan de beveiligingstoestellen. Het toestel moet zo zijn geconstrueerd, dat de kortsluitstroom op een veilige en snelle manier wordt onderbroken. Boven een bepaalde drempelwaarde van de overstroom schakelt het toestel direct ofmet een korte vertraging de stroom af. Deze toestellen hebben een onafhankelijke stroomtijdkarakteristiek. Als overstroombeveiligingen kunnen smeltveiligheden, installatie-automaten, vermogensschakelaars (-automaten) en motorbeveiligingsschakelaars worden gebruikt. De eigenschappen van deze toestellen voldoen aan genormeerde eisen. De beveiligingen zijn verkrijgbaar met verschillende uitschakelkarakteristieken, afgestemd op de toepassing. Installatieautomaten, vermogensautornaten en motorbeveiligingsschakelaars worden gerekend tot de vermogensschakelaars. Deze schakelaars mogen op een sluiting worden ingeschakeld en zijn in staat een kortsluitstroom te onderbreken.

5 Smeltveìligheden Een smeltveiligheid is een opzettelijk aangebrachte verzwakking van de stroomketen die bij een overstroom doorsmelt. Dit voorkomt dat de leiding ofhet aangesloten toestel beschadigd wordt. Door het verwisselen van de smeltpatroon wordt de stroomketen hersteld. Figuur 3.1 Railschroefhouder met D-patroon Een schroefsrneltveiligheid of D patroon is bestemd voor huishoudelijk en algemeen gebruik. De smeltpatroon kan zonder speciaal gereedschap en door ondeskundigen worden verwisseld met een minimumkans op aanrakingsgevaar. De meest gangbare D-patronen zijn die van grootte DII (max. 25 A) en DIII (max. 63 A). Een nadeel van de Dpatroon is de grote kans op extra overgangsweerstanden. Door het zetten van de onderdelen kan de contactdruk na enige tijd minder worden. Ook kunnen door in- of uitschakelstromen bij het aanbrengen ofverwijderen van patronen brandplekken op de contactvlakken van de schroefkop en passchroef ontstaan. Dit doet zich voor wanneer de stroomketen voor deze handelingen niet wordt uitgeschakeld. Na het vervangen van de smeltpatroon blijven deze brandplekken een overgangsweerstand vormen als de schroefkop en passchroef niet meteen ook worden vervangen. Deze overgangsweerstanden veroorzaken bij grote kortsluitstromen een ontoelaatbare vvarrnteontwikkeling. bluszand smeltd raad verklikkerf> ko pcontact meldd raad voetcontact Figuur 3.2 Doorsnede D-patroon Voor netten waarin hoge belastings en kortsluitstromen kunnen voorkomen zijn de D-patronen minder geschikt. Er worden dan industriële beveiligingen ofmespatronen toegepast. Mespatronen zijn uitsluitend met speciaal gereedschap te verwisselen. De patroonhouder bezit twee contactvingers die het contactmes van de patroon inklemmen. Bij grote stromen zullen

6 door de elektrodynamìsche werking de messen van de smeltpatroon krachtiger worden ingeklemd. melderdraad huls smelllichaam vulling =!- < trekoor contactmes Figuur 3.4 Doorsnede mespatroon Figuur 3.5 Kortsluitvaste werking

7 3.1 Doorsmeltkarakteristieken Het verband tussen de stroomsterkte en de daarbij behorende doorsmelttijd is vastgelegd in de smeltkarakteristiek of afschakelkromme. Het verloop van deze karakteristiek wordt bepaald door de afmetingen en de vorm van de smeltgeleider. Ook het aanbrengen van een smeltpuntverlagend middel heeft invloed op de vorm van de karakteristiek. De eigenschappen zijn nagenoeg onafhankelijk van de omgevingstemperatuur. Afhankelijk van de grootte van de patroon zal de smeltgeleider zijn gemaakt van draad ofband, hierbij worden ook meerdere geleiders parallel in de patroon aangebracht. De smeltgeleiders worden gemaakt van koper, zilver ofverzilverd koper. De nominale stroom I van de patroon is de stroom waarvoor de patroon is ontworpen en waarbij geen afschakeling mag optreden. De waarde van deze stroom staat op de smeltpatroon vermeld. In NEN 1010 is de aanspreekstroom IZ gedefinieerd als de zwakste stroom die het aanspreken van een beveiligingstoestel tegen overstroom tot gevolg moet hebben binnen de voorgeschreven tijd in de voor het beveiligingstoestel geldende norm. De aanspreekstroom [2 is van belang bij het beveiligen van leidingen tegen overbelastingsstroom. smeltpatroon grootste niet aanspreekstroom In [A] aanspreekstroom!; z+4 1,5-I 2,1»I In 1,9»1n l_3'l i.6» ,2vln 1,6-In Tabel 3.1 Aanspreekwaarden gg-patronen (IEC 60269)

8 gg! ( _ - _ L î meximctêe / smeìtt-gd? Y_\ Ë$l Figuur 3.6 Smeltkarakteristiek Dll patroon 6A normaal vs traag De karakteristiek van een smeltpatroon kan in vier gebieden worden verdeeld. I Het nominale gebied ] 5 In Tijdens normaal bedrijfkunnen smeltpatronen worden belast tot de nominale stroom. Doorsmelten is vrijwel uitgesloten, tenzij door veroudering de karakteristiek van de patroon is veranderd. 11 Te vermijden overbelastingsgebied ] < 1 < 12 ln het gebied tussen In en I_, zal geen of slechts na zeer lange tijd afschakeling plaatsvinden. De smeltdraad, en daarmee de patroon, zal tengevolge van deze overstroom te lang een hoge temperatuur voeren. Hierdoor kunnen de eigenschappen van de patroon blijvend veranderen. Ook het isolatiernateriaal van de stroomketen en het omringend materiaal zal thermisch worden overbelast. Stroomketens moeten zó worden ontworpen dat een kleine langdurige overbelastingsstroom niet vaak zal voorkomen. III Overbelastingsgebied 12 < 1 < 10 - In Het feitelijke beveiligingsgebied tegen overbelasting ligt tussen de waarde 12 en een stroomwaarde tot 10 "In. Hoe hoger de stroom, des te sneller de afschakeling volgt. De in de smeltband ontwikkelde warmte zal zich redelijk gelijkmatig verdelen, waarbij de hoogste temperatuur in het midden optreedt. Zie figuur 3.6. Zodra de smelttemperatuur van de smeltband (met smeltpuntverlagend middel) is bereikt, volgt afschakeling. IV Kortsluitgebied Í > 10 - In In het kortsluitgebied is het noodzakelijk om de stromen een niet te hoge waarde te laten bereiken. De doorsmelttijd zal daarom sterk moeten afnemen bij toename van de kortsluitstroom. Dit wordt bereikt door op een aantal plaatsen de doorsnede van de smeltband te verminderen, bijvoorbeeld door het aanbrengen van perforaties. Bij kortsluiting stijgt de temperatuur in de restdoorsneden (grootste weerstand kleinste warmtecapaciteit) in zeer korte tijd tot het smeltpunt, met als gevolg een snelle onderbreking van de kortsluitstroom. 10

9 3.2 Patronen met g-karakteristiek In IEC zijn de eigenschappen vastgelegd van patronen voor algemeen gebruik. Deze patronen worden aangeduid als gg-patronen. De letter 'g' is afkomstig van het woord 'general purpose'. Dit betekent dat de patronen beveiligen tegen zowel overbelastingsstromen als kortsluitstromen. Of anders gezegd, de patronen hebben een full range breaking capacity. Binnen deze groep zijn voor de verschillende toepassingsgebieden smeltpattonen ontwikkeld met een daaraan aangepaste karakteristiek. Als de eigenschappen van deze patronen binnen de grenzen vallen van de genormaliseerde karakteristieken van de ngatronen, wordt dit kenbaar gemaakt met een tweevoudige aanduiding, zoals bijvoorbeeld gl/gg. Karakteri_sti_ëk eiligi ri gff Stroomketen waarbij hoge kortsluitstromen ongewenst Zijn. Ook voor extra snel lange leidingen gf Stroomketens zonder hoge inschakelstromen snel (normaal) gt Stroomketens met hoge inschakelstromen (motoren, verlichting e.d.) traag gl/gg Leidingen traag gr Halfgeleiders zeer snel lgtr Transformatoren traag Tabel 3.2 Smeltpatroon met g-karakteristiek De gl-patronen worden algemeen gebruikt als beveiliging van leidingen tegen overbelastingsstromen en kortsluitstromen. Ook worden gl-patronen veelvuldig gebruikt als kortsluitbeveiliging van stroomketens met motoren. De karakteristieken van gl-patronen, vallen binnen die van de gg-patronen. De gegeven stroomtijdkarakteristieken zijn gemiddelden, de spreidingsband bevindt zich tussen - 10 % en + 10 % in de stroomrichting. De smeltgeleider van een gl patroon is, net als bij de trage patroon, voorzien van een smeltpuntverlagend middel. 3.3 Patronen met a-karakteristiek Voor het beveiligen van motoren tegen overbelasting zijn smeltveiligheden ongeschikt. Daarom worden hiervoor andere beveiligingstoestellen gebruikt, zoals thermische relais, motorbeveiligingsschakelaars en elektronische beveiligingstoestellen. Deze beveiligen tevens de leiding tegen overbelastingsstromen. Bij een sluiting in de stroomketen moeten de leiding en het schakelmateriaal (contactors) echter ook tegen de optredende kortsluitstroom worden beveiligd. Hiervoor zijn patronen ontwikkeld, die alleen werkzaam zijn in het kortsluitgebied. Deze patronen worden aangeduid als al vl»patronen. Omdat de patronen maar een gedeelte van het totale overstroomgebied beveiligen, hebben deze patronen een partial range breaking capacity. De am-patronen (d'accompagnement du moteur) worden ook wel back up of escorte patronen genoemd. De am-patroon beveiligt alleen tegen overstromen groter dan 4 - In. De smeltbanden zijn niet voorzien van een smeltpuntverlagend middel. Er kan dus geen veroudering optreden. 11

10 3.4 Bepalen van de nominale stroom De nominale stroom van smeltpatronen wordt in principe bepaald door drie factoren, n.l. door: de eisen m.b.t. de selectiviteit van stroomafwaarts geplaatste beveiligingstoestellen; ' de ontwerpstroom van de stroomketen;! de grootte en de tijdsduur van de aanloopstroom ofinschakelstroom van de verbruiker. De nominale stroom van de patroon wordt niet groter gekozen dan strikt noodzakelijk. Hierdoor wordt voorkomen dat, bij overbelasting ofkottsluiting, de overstroom nodeloos lang aanwezig blijft en het elektrisch materieel in de stroomketen extra wordt belast. Schakelmateriaal, bedrading, leidingen en verbindingen moeten bestand zijn tegen de thermische belasting, die de overstroom veroorzaakt. Selectiviteìt Beveiligingstoestellen van afgaande groepen moeten selectiefzijn met stroomopwaarts geplaatste beveiligingstoestellen. De onderlinge selectiviteit kan worden bepaald met behulp van o.a. selectiviteitsdiagrammen en tabellen. Volgens voorschrift (IEC 60269) zijn smeltpatronen van hetzelfde type onderling selectief als de nominale stromen van de patronen zich verhouden als ] : 1,6 (400 V). Zo zal een D patroon van 16 A selectiefzijn met een patroon van 25 A. Voor mespatronen van hetzelfde fabrikaat kan dikwijls de verhouding 1 : 1,25 (400 V) worden aangehouden. Als dit zo is, wordt dit aangegeven in de documentatie. Fabrikanten geven tabellen uit waaruit de onderlinge selectiviteit van de smeltpatronen blijkt. Ook door grafisch de karakteristieken te vergelijken is af te leiden ofer selectiviteit is. 12

11 Ontwerpstroom Smeltpatronen kunnen worden belast tot de nominale stroom, zonder dat afschakeling of veroudering optreedt. Er moet dus altijd gelden: ] 21B [4.1] waarin: [ : de nominale stroom van de smeltpatroon in A 18 : de ontwerpstroorn van de stroomketen in A Aanloopstroom Bij het inschakelen van motoren en andere verbruikers kunnen grote inschakelstromen optreden. Onder normale omstandigheden mag de overstroombeveiliging hierdoor niet aanspreken. Voor een nauwkeurige bepaling van de nominale stroom van de smeltpatronen moet de karakteristiek van de optredende inschakelstroom als functie van de tijd bekend zijn. Voor motoren ontbreken deze gegevens meestal. Daarom wordt bij een normale aanloop gebruik gemaakt van de vuistregel: \ I 2 [4-2] \, waarin: In : de nominale stroom van de smeltpatroon in A; ]3 = de aanloopstroom bij normale aanloop in A; fa : de overstroomfactor van de smeltpatroon bij aanloop van motoren. Als overstroomfactor kan bij normale aanloop gerekend worden met: fa : voor smeltpatronen met snelle (normale) werking (gf-patronen); fa : voor smeltpatronen met trage werking (gt en gi pattonen). Bij gebruik van am patronen is het niet noodzakelijk om rekening te houden met een overstroomfactor. De eigenschappen van de patroon zijn afgestemd op de grootte en de tijdsduur van de aanloopstroorn. Er kan dus worden volstaan met de keuze ] 2 [B. 13

12 4. Installatie-automaten Installatie automaten zijn beveiligingstoestellen die tot taak hebben de stroomketen veilig te onderbreken bij het optreden van een overstroom. Overeenkomstig de diverse toepassingen worden installatie automaten uitgevoerd met verschillende uitsehakelkarakteristieken. Deze geven het verband weer tussen de stroomsterkte en de daarbij behorende aanspreektijd. De automaat moet in werking treden bij geringe maar langdurige overbelastingsstromen, terwijl daarentegen kortsluitstromen in korte tijd moeten worden afgeschakeld. Om dit mogelijk te maken is een thermisch en elektromagnetisch stelsel gekoppeld aan een uitschakelmechanisme. 4 ';L"îlxe) (f \fliíi:i o "'efuez :;i-'?.o'rsew. ( _V_ Figuur 4.1 Installatieautomaat Figuur 4.2 Principe van een installatie-automaat Het thermisch uitschakelgedeelte bestaat uit een bimetaal dat ten gevolge van stroomdoorgang warm wordt en krom trekt. Deze beweging stelt het uitschakelmechanisme in werking. De warmteontwikkeling is afhankelijk van de stroom door het bimetaal en de tijd dat deze stroom optreedt. De constructie van het bimetaal kan worden aangepast aan het gebruiksdoel. Om tot snelle afschakeling van kortsluitstromen te komen is in de installatie-automaat een elektromagnetisch uitschakelgedeelte aangebracht. Dit is opgebouwd uit een spoel met een beweegbare kern. De kern is mechanisch gekoppeld aan het uitsehakelmechanisme. De stroom door de spoel veroorzaakt een magnetisch veld dat de kern in de spoel zal trekken. Bij slechts geringe overschrijding van de aanspreekstroom zal de kracht voldoende zijn om het uitschakelmechanisme in werking te doen stellen en de stroomkring te onderbreken. Boven de aanspreekstroom wordt elke stroom vrijwel tijdloos uitgeschakeld. De vertraging van het uitschakelrnechanisme zelf(meehanisch) is afhankelijk van de constructie en grootte. Bij het afschakelen van een kortsluitstroom opent het contact van een installatie»automaat zich zeer snel. Door de lichte constructieve uitvoering is de massatraagheid van de bewegende delen gering. De beweegbare kern van de elektromagneet is bovendien als slaganker uitgevoerd. Na ontgrendeling van het uitschakelmechanisme wordt het contact dwangmatig door het slaganker geopend. 14

13 u»:sciuma vi sym-mm - Bij het openen van de contacten ontstaat hiertussen een lichtboog. De grootte van de kortsluitstroom en daarmee de doorlaatenergie wordt begrensd door in zeer korte tijd de lichtboog te verlengen en te doven. Het doven vindt plaats in de bluskamer, hier wordt de lichtboog gesplitst in meerdere kleine bogen. Door de metalen lamellen worden deze sterk gekoeld waardoor de uiteindelijke blussing plaatsvindt.! 1 lêc*ensoqjì-z 1.05 { mmulm &! â lf: Eil» _ái' Figuur 4.3 Uitschakelkarakteristieken van installatie-automaten

14 4.1 Uitschakelkarakteristieken Harmonisering in de normalisatie van installatieautomaten voor algemeen gebruik (NEN-EN 60898) heeft geleid tot de intrede van automaten met B, C- en D-karakteristieken. De automaat met B karakteristiek is zeer geschikt voor toepassing in huis en algemene installaties. De aanspreekstroom van het magnetisch stelsel ligt vrij laag, zodat kortsluitstromen snel worden afgeschakeld. De automaat met Okarakteristiek heeft een hogere aanspreekdrcmpel. Deze is geschikt voor installaties waarin hoge stroompieken kunnen voorkomen, zoals bij het inschakelen van groepen verlichting. Ongewenste uitschakeling wordt hierdoor voorkomen. De eigenschappen van automaten voor industriële toepassingen zijn vastgelegd in NEN Daarbij is rekening gehouden dat de automaten alleen bediend worden door bevoegde personen. Dit in tegenstelling tot de automaten die voldoen aan NEN-EN Deze zijn bedoeld voor gebruik in algemene installaties, waarbij de bediening vaak door leken gebeurt. Daarbij is de kans groot, dat er veelvuldig ingeschakeld wordt op een aanwezige sluiting, in NEN-EN zijn daarom de eisen bij de beproeving zwaarder dan in NEN De automaat met D-karakteristiek is bestemd voor installaties waarin zeer hoge inschakelstromen voorkomen. Deze treden bijvoorbeeld op bij de inschakeling van transformatoren. Voorbeeld: Installatieautomaten worden veelvuldig gebruikt als beveiligingstoestel in verlichtingsinstallaties. De hierin voorkomende TL-verlichting kan met een conventioneel voorschakelapparaat (VSA) en starter zijn/worden uitgevoerd ofmet een hoogfrequent voorschakelapparaat (EVSA). Beide TL configuraties veroorzaken bij het inschakelen een piekstroom, waarvan de stroomwaarden niet veel van elkaar verschillen. Het inschakelen van een groep TL-armaturen met EVSA's heeft echter een hogere inschakelstroom tot gevolg dan bij conventionele armaturen. Dit wordt veroorzaakt doordat de lampen met EVSA'S vrijwel gelijktijdig ontsteken. Voor een enkele lamp met EVSA kan de piekstroom wel 20 A met een pulsduur van 170 us bedragen. Deze waarden verschillen per type en fabrikant. Om het aanspreken van de automaat en het ontoelaatbaar inbranden van contacten te voorkomen, moet het aantal armaturen in een groep worden beperkt. Het toelaatbare aantal moet worden ontleend aan documentatie of worden opgevraagd bij de desbetreffende leverancier. Dit geldt ook voor andere soorten verlichting. TL-armatuur installatie-automaat TL-armatuur Installatie-automaat Type Aantal In [A] Kar. Type Aantal! [A] Kar B B 1 >< 18 W 2 >< 18 W C C B B 1 x 36 W 2 >< 36 W C C B B IXSS\V Z><58\V C C Tabel 4.1 Tabel uit documentatie van TL-armaturen met EVSA (HRP-TLD serie Philips) 16

15 Vermogensautomaten Figuur 5.1 Vermogensautomaat Vermogensautomaten zijn in staat grote stromen te voeren en zeer hoge kortsluitstromen af te schakelen. De constructie is in principe gelijk aan die van installatie-automaten. De mechanische onderdelen zijn echter zwaarder uitgevoerd, hetgeen de kortsluitvastheid en de eigentijd vergroot. Vermogensautornaten worden in de installatietechniek vaak toegepast voor de beveiliging van leidingen, schakel- en verdeelinrichtingen en stroomketens met motoren. De automaten worden gekenmerkt door een hoog schakelvermogen, kort in en uitschakelmoment en een compacte constructie. De overbelastings- en kortsluitbeveiliging zijn in de regel als module (tripunit) opgenomen in de automaat en uitwisselbaar. De modulen kunnen met een thermisch en elektromagnetisch gedeelte zijn uitgevoerd of als een elektronische tripunit. Hierdoor kan de vermogensautomaat worden aangepast aan de eisen van de te beveiligen stroomketen en de ter plaatse afte schakelen kortsluitstroom. Het thermisch gedeelte is veelal instelbaar (ÍÍ) tussen 0,8-1 maal de nominale stroom. De aanspreekstroom ( Í2 ) van de overbelastingsbeveiliging ligt tussen 1,05-1,35 maal de ingestelde stroom. De juiste waarde wordt vermeld in de documentatie van de fabrikant. De kortsluitbcveìlig-ing (Ím ), ook wel maximaal beveiliging genoemd, kan met een vaste waarde of instelbaar ( Írm ) zijn uitgevoerd. Bovendien kan soms een korte tijdvertraging worden ingesteld, waardoor de automaat later aanspreekt. Hierdoor is het mogelijk na elkaar geplaatste automaten selectief te laten afschakelen. 17

16 5.1 Uitschakelka rakteristiek In figuur 5.2 is de uitschakelkarakteristiek gegeven van een stroombegrenzende vermogensautomaat. De aanspreekstroom Í2 ligt voor deze automaat bij l 2 - Ìr (ingestelde stroom). De stroomwaarde [ van de kortsluitbeveiliging is instelbaar tussen 5» nominale stroom van het thermisch gedeelte. 10 maal de De reflextripping (het zeer snel onderbreken van de kortsluitstroom) wordt door het toepassen van een tweetal technieken bereikt. Standaard gebeurt dit door gebruik te maken van de elektrodynamische werking van de kortsluitstroom. De constructie van het vaste en bewegende contact is zodanig, dat de stroom in tegengestelde richting de contacten doorloopt. Hierdoor.. 2 worden de contacten snel van elkaar gedreven, de afstotende kracht is evenredig met I. Onder normale omstandigheden en bij overbelasting is de afstotende kracht te verwaarlozen.!maar. (:) adìcstable iavmiime mmuni Ik) adjasîahte eietkumagnefic teem (:; lala! aperaliw äme (d ; ìxùanaptiaa rating Marmi mi al cum TIME IN SECÛäD$ '2 saam' : asem EURREHT ln MULTiPLES ÛF lii Figuur 5.2 Uitschakelkarakteristiek van een vermogensautomaat Het openen van de contacten, onder invloed van de kortsluitstroom, heeft een vlamboog tot gevolg. Deze veroorzaakt in de bluskamer(s) een overdruk, die evenredig is met de hoeveelheid energie van de boog. Bij de tweede techniek wordt van deze druk gebruik gemaakt om het uitschakelmechanisme versneld in werking te stellen. _-18

17 6. MotorbeveiIigingsschakelaars Figuur 6.1 Motorbeveiligingsschakelaar Een goede overstroombeveiliging voor motoren kan worden verkregen door toepassing van motorbeveiligingsschakelaars. Deze bieden beveiliging tegen overbelastingsstromen, fase-uitval en kortsluitstromen. De werking van het thermisch en magnetisch gedeelte is vergelijkbaar met dat van een installatie-automaat. Voor het beveiligen tegen overbelastingsstromen en fase-uitval wordt een instelbare thermische beveiliging toegepast. In elke fase van de schakelaar is een bimetaal opgenomen. Deze zijn gekoppeld door een afschakelf en differentiaalbrug, zie figuur 6.2. De afschakel en differentiaalbrug worden met veren tegen de bimetalen gedrukt. Bij overbelasting buigen de bimetalen naar rechts, waardoor de afschakel en differentiaalbrug zich zullen verplaatsen. Als de grenswaarde is bereikt, zal de gemeenschappelijke hefboom het hulpcontact bedienen. Bij uitval van een fase zullen de andere fasen worden overbelast en zullen de bimetalen in deze fasen naar rechts buigen. Het bimetaal in de uitgevallen fase zal afkoelen en naar links buigen. Hierdoor leggen de afschakel en differentiaalbrug een verschillende afstand af. Dit verschil wordt omgezet in een extra beweging van de hefboom, waardoor de hulpcontacten sneller worden bediend. afschakelbrug Î d1fierent1aal % brug s; was differentie. j ; l 0895 :». 5 i r r!' 5 li ä ; {6i1!!:! e " l lf : \ u i./ l 1; l 5 ìl ;!. c. ; il.; normaal bedrijf overbelasting uitval l-fase Figuur 6.2 Fase-uitvalbeveiliging van het thermisch gedeelte 19

18 «milllvsecunden w 6.1 Uitschakelka rakteristiek De uitschakelkarakteristiek van figuur 6.3 is een gemiddelde karakteristiek bij 20 C omgevingstemperatuur, uitgaande van een koude toestand van de bimetalen. De werking van de bim etalen is voor de omgevingstemperatuur gecompenseerd. Bij bedrijfswarme motorbeveiligingsschakelaars neemt de afschakeltijd van het bimetaal afmet % van de afgelezen waarden. De. aanspreekstroom (12) ligt tussen 1,05 1,2 maal de ingestelde stroom. De beveiliging zal dus reeds bij geringe, maar langdurige overbelastingsstromen uitschakelen. Het herinschakelen kan met de hand plaatsvinden. De magnetische beveiliging kan vast ofinstelbaar zijn. In dit gevalis het een vaste waarde van 14 - ]n i 20 %. De waarden en de vorm van de uitschakelkarakteristiek zullen tussen de onderlinge fabrikaten geen grote verschillen vertonen. De grenzen, waarbinnen de karakteristieken moeten vallen, zijn ondergebracht in uitschakelklassen en vastgelegd in NEN j0947.4_1_ :N nr r < mmm-.-1 1; in 5 mmo-...lseon... mmo-...soo....e 7' z!_1 «secnnüen» > Ëa T.. &? Î ä ! E i lnnm.bctnjlssircom _» Figuur 6.3 Uitschakelkarakteristiek van motorbeveiligingsschakelaar Voor eenjuiste beveiliging tegen overbelasting mag het thermisch gedeelte van de motorbeveiligingsschakelaar nooit hoger worden ingesteld, dan de nominale stroom van de motor. Er moet dus altijd gelden: IT 5 In ltlüîüy [6.1] waarin: ]Í : de ingestelde stroom van het thermisch gedeelte in A; In = de nominale stroom van de motor in A. 20

19 7. Thermische beveiligingen Een overstroombeveiliging voor motoren kan worden verkregen door toepassing van thermische beveiligingen. Deze bieden beveiliging tegen overbelastingstrornen en fasefuitval. De werking van het thermische gedeelte is vergelijkbaar met dat van een motorbeveiligingsschakelaan 7.1 Uitschakelkarakteristiek Thermische relais hebben karakteristieken volgens verschillende uitschakelklassen. Karakteristieken volgens klasse 10 en 10A worden in de praktijk het meest toegepast. De thermische beveiliging met deze karakteristiek is bestemd voor motoren met een normale aanloop. Thermische beveiligingen met karakteristieken volgens klasse 20 en 30 worden toegepast bij motoren met een lange aanloop. Door een langdurige aanloopstroom worden ook de leidingen en het schakelmaterieel extra belast. Bij het ontwerp moet hiermee rekening worden gehouden. Overbelastingsstroom [A] Klasse 1,05 - Ir 1,2 - Ir 1,5 lr 7,2 I 10A r>zh r<zh 10 t<2min. 2 rí105 r>zh t<2h t<4mìn t>2h t<zh t<8min. 6 t t>2h r<zh t<12min Aanspreektijd! Tabel 7.1 Uitschakelklassen van thermische relais '2 1_

20 8. Vragen en opdrachten Wat kunnen de gevolgen zijn van een overstroom? Wat is het kenmerkend verschil tussen een overbelastingsstroom en een kortsluitstroom? Welke delen van een schroefsmeltveiligheid moet men nakijken op brandplekken bij het verwisselen en inspecteren van de patroon? Wat verstaat men onder de nominale stroom van een smeltpatroon? Wat verstaat men onder de aanspreekstroom 12 en waarvoor is deze waarde van belang? Vijf seconden na het optreden van een overstroom wordt deze door een gg patroon van 50 A onderbroken. Welke waarde had deze overstroom? In welke tijd wordt een stroom van 1500 A door een 200 A aivi-patroon afgeschakeld? Op welke waarde moet de thermische beveiliging van een motorbeveiligingsschakelaar zijn ingesteld? Wanneer past men een backup patroon toe? Wanneer maakt men gebruik van de grootste niet aanspreekstroom 11? Wat verstaat men onder selectiviteit? Gegeven: Een pomp wordt aangedreven door een driefasen kortsluitankermotor met een vermogen van 5,5 kw, cos ga : 0,85 en een rendement 77 : 87 %. De voedingsspanning bedraagt 3 >< 400 V, 50 Hz. De motor wordt direct ingeschakeld d.m.v. een contacter en beveiligd met een thermisch relais. De aanloopstroom bedraagt 6,8 ' In. De stroomketen wordt met gg patronen tegen kortsluitstroom beveiligd. Gevraagd: a. De instelling van het thermisch relais. b. De nominale stroom van de smeltpatronen. 22

21 \ 13. Gegeven: Een pomp wordt aangedreven door een driefasen kortsluitankermotor met een vermogen van 12 kw, cosgp=0 85 en een rendement?] =86 %. De voedingsspanning bedraagt 3 x 400 V, 50 Hz. De motor wordt direct ingeschakeld d.m.v. een contactor en beveiligd met een thermisch relais. De aanloopstroom bedraagt 6.2 -In. De stroomketen wordt tegen kortsluitstroom beveiligd doormiddel een automaat met C-karakteristiek. Gevraagd: a. De instelling van het thermisch relais. b. De nominale stroom van de automaat.