componenten

"Commencer appartient à tous, persévérer à bien peu"

Proverbe Chinois

INHOUD :

Inleiding

1 - Zekeringscheider

2 - Magneetschakelaar

3 - Thermisch relais

INLEIDING :

Het gebruik van elektriciteit is van af de 19-de eeuw enorm toegenomen. Mede dankzij het relatief eenvoudige transport en het veelzijdige gebruik is deze energiebron van onschatbare waarde. Het is dus niet verwonderlijk dat de technieken met betrekking tot opwekking, transport en distributie nog steeds volop in ontwikkeling zijn. Verder hebben nieuwe technieken en verbeterde materialen er voor gezorgd dat de afmetingen en de prijs sterk teruggebracht zijn, zo zelfs dat bijvoorbeeld de elektrische machines van nu vijf keer minder wegen dan die van amper zestig jaar geleden. Ook bij de vermogenselektronica is er een enorme vooruigang geboekt. Het "sterkstroom gebied" binnen de elektrotechniek, ondergaat dus grote veranderingen maar blijft nog steeds gebaseerd op de grote basisprincipes zoals die de vorige eeuw ontdekt werden.

In de drie bekende sterkstroom werkgebieden (opwekking, transport, en distributie), wordt met specifieke apparatuur ( "componenten" ) gewerkt. We gaan dus proberen hun rol en onderlinge samenhang te begrijpen. Natuurlijk zijn er andere, ook belangrijke, apparaten zoals : (vermogens)schakelaars, beveiligingsrelais, elektronische relais, overspanningsafleiders enz. maar we beperken ons nu tot de meest voorkomende.

Elke keer dat we een elektrotechnisch probleem behandelen moeten we eerst bepalen tot welke groep het apparaat behoort :

schakelen,
beveiligen,
scheiden,
bedienen,
omvormen,
enz...

waardoor we een te behandelen apparaat kunnen indelen bij het werkgebied opwekking, transport of omvorming van energie. De te behandelen componenten komen voor bij :

elektriciteits netten in de industrie maar ook thuis,
voedingen van motoren,
transformatorstations
bij automatserings systemen
enz...

We moeten dus over een goed inzicht beschikken om een recht te hebben op de titel "elektrotechnicus " ;-)))

1 - De zekeringscheider :


Foto van het apparaat (télémécanique)	Symbool van het apparaat	Groep

		SCHEIDEN / BEVEILIGEN

Doel :

De scheider kan een circuit sluiten of volledig scheiden waardoor het geisoleerd wordt van het voedende circuit om zo doende onderhoud uit te voeren, storing te zoeken of wijzigingen aan te brengen aan het circuit wat zich na de scheider bevindt. Een scheider (dus geen zekeringscheider !)kan opgevat worden als apparaat om door te verbinden of om aan te sluiten maar nooit als een beveiliging. Dat lijkt een vreemde opmerking maar er wordt te vaak gedacht dat een "scheider" en een "zekeringscheider" het zelfde is. De laatste zorgt voor voldoende circuit isolatie met zijn scheider deel en beveiligt met de zekeringen. Let op : in het onderwijs komen veelal zekeringscheiders voor maar in de industrie zie je ook vaak de gewone scheiders (zonder zekeringen).

Het vermogen om te onderbreken en te sluiten, dwz. het vermogen om een stroom te onderbreken of in te schakelen, is nul ! Dat is van levensbelang : EEN SCHEIDER WORDT ALTIJD STROOMLOOS BEDIEND (er mag geen stroom lopen, de belastingen na de scheider moeten uitgeschakeld zijn). We komen scheiders tegen in laag- , midden- en hoogspannings installaties. De vorm en de afmetingen hangen erg af van het spanningsgebied (meer informatie kun je op de meeste technische scholen wel vinden).

Opbouw :

Een scheider heeft de volgende eigenschappen :

het aantal contacten (polen),
de toegekende spanning,
de toegekende stroom,
de hulpcontacten,
de bedienings vorm.

Het woord contact of pool wordt ook wel genoemd :

hoofdstroom contact of pool,
hoofdcontact,

Doel van de verschillende onderdelen

De hoofdcontacten zorgen voor de scheiding en isolatie van het circuit na de scheider. Ze worden aangesloten in het hoofdstroom deel van de installatie. We kunnen ze herkennen aan de cijfers 1 tot 8. De hulpcontacten kunnen in het besturingscircuit schakelen, zij hebben de cijfercodering 13 -14, 23 - 24. Enkele zekeringscheiders, waaronder de serie LS1 - D... van télémécanique, hebben een voorlopend uitschakelcontact :

Als er per vergissing door een onbevoegd persoon of door een leerling die zijn les niet heeft geleerd ;-))) een scheider bediend wordt waar stroom door loopt, schakelt het voorlopende hulpcontact het stuurstroomcircuit uit waardoor de stroom stopt. De hoofdstroomcontacten schakelen daardoor toch uit zonder stroom ! Dit gebeurt allemaal in de tijd dat je de hendel bedient en schakelt. De bediening wordt dus met de hand, via de hendel, gedaan. In beide posities, ingeschakeld en gescheiden, kun je de hendel met een hangslot vergrendelen. Voorbeeld : ik moet een storing gaan oplossen in een installatie, ik scheid de installatie en begin te zoeken. Mijn collega ziet dat de installatie het niet doet, weet niet dat ik aan het werk ben en schakelt de spanning weer in ........ LEVENSGEVAAR..... Je moet dus altijd EEN HANGSLOT PLAATSEN op de scheider.

2 - De magneetschakelaar (tegenwoordig ook vaak "contactor" genoemd) :


Foto van het apparaat (télémécanique)	Symbool van het apparaat	Groep

		BEDIENEN / SCHAKELEN

Doel :

Een magneetschakelaar is in staat om de elektrische stroom in- en uit te schakelen (dat is zijn hoofddoel). Hij kan dus een stroom onderbreken ook als die niet gelijk is aan nul ampere. De bediening kan van op afstand gebeuren dmv. een drukknop of door een stuurstroomcontact bediend door een proceswaarde zoals : druk, temperatuur, snelheid enz. We hebben hierboven vermeld dat een magneetschakelaar een stroom kan onderbreken..... WAAROM MOET DAT ?

Eerst is het belangrijk om te weten dat wanneer twee contacten onder spanning (stroom) openen (en dat gebeurt bij de hoofdcontacten van een magneetschakelaar) er in het algemeen een vlamboog ontstaat die zo snel mogelijk geblust dient te worden omdat :

de stroom blijft lopen zolang de vlamboog er is. Er wordt dus zolang nog niet uitgeschakeld ! ,

Bovendien gaat de vlamboog gepaard met een enorme hitte wat sterke veroudering van de magneetschakelaar veroorzaakt (minder bestand tegen de spanning, vastlassen van de contacten,

De vlamboog is ook gevaarlijk door zijn beweeglijkheid. Er kan makkelijk een fase - aarde of een fase - fase sluiting ontstaan met kans op electrocutie van het personeel,

De capaciteit om "de vlamboog te blussen" (te vernietigen) wordt gegeven door het uitschakelvermogen. Een uitschakelvermogen van 10 kA ( 10.000 A) betekent dat een stroom van maximaal 10.000 A kan worden onderbroken en de bijbehorende vlamboog kan worden geblust, dus geslaagde uitschakeling. DE BEDIENINGSFUNCTIE IS VERZEKERD. Is het uitschakelvermogen niet toerijkend dan wordt de boog niet geblust en de stroom blijft lopen : de bedieningsfunctie wordt dan niet uitgevoerd. Er worden meerdere methodes gebruikt om vlambogen te blussen. Enkele daarvan zijn :

verlenging van de vlamboog,

gebruik van anti-boog materialen (koper, brons, zink),

gebruik van speciale afbrandcontacten wat de hoofdstroomcontacten spaart,

gebruik van (magnetische) blaasspoelen,

Opbouw :

De magneetschakelaar bestaat uit :

hoofdstroomcontacten,
hulpcontacten (er kan ook vaak een hulpblok met tijdcontacten gemonteerd worden, zie ook verder in deze les)
een vast en een beweegbaar deel van het anker,
een veer voor de tegendruk,
een gelamelleerde kern om de wervelstroomverliezen tegen te gaan (veroorzaakt door het wisselende magneetveld van de wisselstroom bekrachtiging)
een spoel (opgenomen in het stuurstroomcircuit). Wanneer de spoel op wisselstroom werkt is de inschakelstroom 6 tot 10 keer de werkstroom (van belang voor de bepaling van de benodige stuurstroomtransformator). Je kan ook kiezen voor een spoel die op gelijkstroom werkt (let daar op als je een bestelling maakt) wat de aantrekkracht van de kern ten goede komt.

een " kortsluitring" of "kortsluit wikkeling" die, net als bij de polen van een spleetpool motor, zorgt voor een aanvullend magneetveld. Het hoofdveld induceert een spanning in die ring waardoor er een stroom gaat lopen. Die stroom maakt ook een magneetveld maar dat ijlt 90 graden na op het hoofdveld : dit geeft als resultaat een soort "afgevlakt " magneetveld. Het anker zal nu nauwelijks meer trillen ! (wat met een "niet afgevlakt" veld wel het geval is).

hulpcontacten, direkt schakelend of tijdvertraagd :

De hulpcontacten worden doorgaans gebruikt als :

overneemcontact (om de spoel "in" te houden),
elektrische vergrendeling,
signalering,
stuurstroomcontact ......

ZE "ZITTEN" DUS ALTIJD IN STUURSTROOMCIRCUITS...

Er bestaan twee soorten hulpcontacten. Het maakcontact (NO voor "normaly open") en het verbreekcontact (NC voor "normaly closed"). Deze contacten werken dus tegengesteld...Hieronder staat een foto van een hulpcontactblok met een uitleg over de zelfreinigende contacten. Het zelfreinigen gebeurt door een mechanisch foefje : Bij het sluiten schuiven de contacten horizontaal iets over elkaar heen. Door deze wrijving schuren ze zich schoon.

Hulpcontactblok met direkt werkende contacten

Er zijn ook hulpcontacten die tijdvertraagd werken. Soms is het namelijk nodig om een commando te vertragen, opkomend of afvallend, om een goede werking van een schakeling te krijgen. Bijvoorbeeld, "Een volgende actie mag pas ondernomen worden als de vorige al 5 seconden klaar is...." . Hieronder staat een foto van een hulpcontactblok met vertraagd werkende contacten. De werking berust op een balgje dat via een instelbare smoring vol moet lopen met lucht voordat de contacten schakelen. Het symbool voor een tijdvertaagdcontact is een contact met een "parachute".... Dit is in vrijwel ieder elektrotechnisch boek te vinden...

Tijdvertraagde hulpcontacten

Eigenschappen en keuze :

Een magneetschakelar heeft de volgende eigenschappen :

toegekende spanning,
toegekende stroom,
toegekende frequentie,
gebruiks categorie (AC1 tot AC4) ,
inschakelduur,
schakelfrequentie,
verwachtte maximum aantal schakelingen.

De keuze van een magneetschakelaar hangt af van " waar komt hij terecht " : welke netspanning, welke stroom, welke netfrequentie, en van " wat ga ik er mee doen " : wat moet hij schakelen, welk vermogen, hoe lang, .... De constructeurs zijn er in geslaagd een overzicht te maken waarmee je direkt de gewenstre keuze bereikt. Even het vermogen opzoeken, de gebruiks categorie en de voedingsspanning, en we kunnen direkt het benodigde apparaat aflezen . Let op : bij dat apparaat staat ook altijd de spanning van de spoel van de magneetschakelaar, en daarin is veel keuze (dat wordt vaak door leerlingen vergeten).

3 - Thermisch relais :


Foto van het apparaat (télémécanique)	Symbool van het apparaat	Groep

		BEVEILIGEN

Een thermisch relais is in staat te beveiligen tegen overbelasting (dat is zijn doel). Een overbelasting is een abnormale verhoging van de stroom, door een of meerdere verbruikers, in de orde van grootte van 1 tot 3 Inom. Deze bescheiden stroomverhoging kan, als hij lang blijft aanhouden, ontoelaatbare verwarming of zelfs vernietiging van bepaalde onderdelen in de installatie tot gevolg hebben (de invloed van de " t " in de formule voor de warmte ontwikkeling : W = I².R.t (Joule)) We kunnen ons hier tegen beschermen met zekeringen type G1, stroom-tijdrelais of thermische relais. Als de stroomverhoging niet te groot is, is het niet nodig al te direkt uit te schakelen. De uitschakeltijd moet omgekeerd evenredig met de stroomoverschrijding zijn : hoe groter de stroom des te sneller vindt uitschakeling plaats. Zie ook de grafiek hieronder :

Uit deze grafiek valt het volgende af te lezen :

de grafiek geeft de tijd weer als functie van de veelvouden van de ingestelde, of nominaalstroom,
het thermisch relais moet worden ingesteld op de nominale stroom van de te beveiligen gebruiker (In),
er vindt uitschakeling plaats vanaf 1,15 In.

Werkingsprincipe :

De werking van het thermisch relais is gebaseerd op het kromtrekken van een bimetaal staafje. Dat zijn twee dunne reepjes metaal die op elkaar vast zitten. De ene zet nauwelijks uit bij verwarming, de andere echter veel. Bij verwarming trekt dit staafje dus krom en deze beweging wordt gebruikt om het uitschakel mechanisme te triggeren. De verwarming wordt veroorzaakt door de stroom en kan worden berekend met de bekende formule W = I².R.t (Joule).

OPMERKING : Het thermisch relais zorgt voor uitschakeling van de stroom doordat zijn hulpcontact de stuurstroom van een magneetschakelaar onderbreekt. Het eigenlijke uitschakelen gebeurt dus door de magneetschakelaar, waarvoor dat geen probleem is. Samenvattend : het thermisch relais schakelt de hoofdstroom dus niet zelf uit maar geeft wel het commando om dit uit te voeren....

Copyright Walter DI PILLA V1.00

Nederlandse vertaling Willem Dekker