Perché i contattori si bruciano sempre? È necessario implementare contemporaneamente la protezione contro il sovraccarico e i cortocircuiti

I contattori vengono utilizzati per chiudere e aprire carichi che richiedono tali operazioni durante l'uso normale, in particolare per attività specifiche come l'illuminazione pubblica a media tensione e i motori elettrici industriali.

Il combinato contattore + fusibile a media tensione (F-C) può controllare motori fino a 12 kV. Tuttavia, i controllori a media tensione sono anche adatti come alimentatori per altri tipi di carichi, in particolare trasformatori. Per tali carichi, i contattori vengono solitamente modificati per includere un aggancio meccanico, in modo che il contattore non si apra automaticamente quando la tensione del sistema crolla.

I contattori con aggancio meccanico sono sostanzialmente simili nella struttura ai contattori mantenuti elettromagneticamente. Tuttavia, invece di fare affidamento su una bobina principale continuamente alimentata per mantenere il contattore chiuso, i contattori con aggancio meccanico utilizzano un aggancio meccanico per mantenere lo stato chiuso. In sostanza, i contattori con aggancio meccanico simulano gli interruttori a media tensione. Tuttavia, è necessario tenere presente che esistono differenze distinte tra i contattori e gli interruttori.

Considerazioni per i circuiti di controllo

Una volta chiuso un contattore tradizionale mantenuto elettromagneticamente, rimane chiuso fintanto che la bobina principale è alimentata. La fonte di alimentazione di controllo più comune per il circuito della bobina principale è un trasformatore di alimentazione di controllo, che fa parte integrante dell'intero controller. Pertanto, per i carichi dei motori, quando la tensione del sistema crolla, il motore si disconnette automaticamente, prevenendo così danni al motore.

In contrasto, i contattori con aggancio meccanico rimangono chiusi quando la tensione del sistema crolla. Questo è particolarmente necessario quando il carico è di un tipo che deve essere rialimentato automaticamente quando la tensione del sistema viene ripristinata, come nei trasformatori di illuminazione.

I contattori mantenuti elettromagneticamente si aprono quando i contatti nel circuito di controllo della bobina principale si aprono. D'altra parte, i contattori con aggancio meccanico vengono sbloccati dal chiuso dei contatti nel circuito di aggancio, permettendo al contattore di aprirsi. Pertanto, il controllo richiesto per i contattori con aggancio meccanico è in qualche modo simile a quello degli interruttori a media tensione.

I contattori con aggancio meccanico richiedono una fonte di alimentazione di controllo affidabile per il trip. Si preferisce una fonte di alimentazione a corrente continua (batteria), ma se l'unica fonte di alimentazione di controllo è un trasformatore di alimentazione di controllo collegato alla sorgente di tensione primaria, un dispositivo di trip a corrente alternata con condensatore è adatto all'uso.

Il circuito di chiusura dovrebbe utilizzare pulsanti a contatto momentaneo in modo che la bobina principale sia alimentata solo durante il periodo di chiusura. Analogamente, il circuito di trip (rilascio dell'aggancio) dovrebbe utilizzare pulsanti a contatto momentaneo. Per il trip automatico dei relè di protezione, un contatto normalmente aperto dovrebbe essere collegato nel circuito di trip (rilascio dell'aggancio), e un contatto normalmente chiuso dal relè di protezione dovrebbe essere collegato nel circuito di chiusura. Lo scopo del contatto del relè normalmente chiuso nel circuito di chiusura è garantire che il circuito della bobina principale sia de-energizzato durante il trip. È inoltre desiderabile includere una funzione di blocco (86) del relè, sia attraverso la funzione 86 in alcuni relè multifunzione a microprocessore o tramite un relè di blocco separato.

Importante, il circuito di controllo esterno dell'utente non dovrebbe includere contatti di mantenimento nel circuito di chiusura. I contattori con aggancio meccanico funzionano allo stesso modo dei contattori mantenuti elettromagneticamente, con l'aggiunta di un aggancio meccanico. Se il circuito della bobina principale è alimentato continuamente, il contattore rimarrà chiuso anche se viene operato l'aggancio di trip.

Le fonti variano nelle stime del tempo che deve essere concesso tra l'interruzione del guasto e la successiva rialimentazione. La maggior parte delle fonti indica che devono esserci almeno sei cicli tra l'interruzione dell'arco (quando si apre) e la chiusura dei contatti nell'operazione di chiusura successiva.

Considerazioni sul cortocircuito e sovraccarico

I contattori utilizzati per alimentare i trasformatori differiscono da quelli utilizzati per alimentare i motori solo nelle caratteristiche dei fusibili limitatori di corrente. I fusibili utilizzati per proteggere i circuiti dei motori sono fusibili di Classe M, le cui caratteristiche protettive sono adatte ai requisiti di applicazione dei motori. Per i linee di alimentazione dei trasformatori, i fusibili dovrebbero essere di Classe T, progettati per fornire una protezione appropriata per i trasformatori.

I contattori senza fusibili hanno solo una capacità limitata di interruzione. Pertanto, i contattori devono sempre essere utilizzati in combinazione con fusibili limitatori di corrente. La combinazione di un contattore (che interrompe la corrente di carico normale e la corrente di sovraccarico moderata) e un fusibile limitatore di corrente (che interrompe le correnti superiori alla capacità del contattore da solo) fornisce una completa capacità di interruzione di corrente e cortocircuito.

Dovrebbero essere utilizzati relè di sovracorrente per fornire protezione contro correnti di sovraccarico moderate, al fine di evitare l'operazione inutile dei fusibili. Questa protezione deve essere coordinata con la capacità portante continua della combinazione fusibile-contattore. Poiché i fusibili generano una quantità significativa di calore, non è insolito che i fusibili siano dimensionati leggermente più grandi del raccomandato per la corrente continua. Pertanto, i relè di sovracorrente forniscono protezione contro il sovraccarico non solo per il trasformatore, ma anche per la combinazione fusibile-contattore. Questo è appropriato poiché la funzione del fusibile è fornire protezione contro il cortocircuito, non contro il sovraccarico.

Protezione monofase

I dispositivi moderni di protezione contro il sovraccarico dei motori solitamente includono una funzione di protezione per disconnettere automaticamente il motore quando una fase dell'alimentazione di ingresso viene persa. Tuttavia, per i linee di alimentazione non motori, questa "protezione monofase" potrebbe non essere necessaria o desiderabile. Ad esempio, i carichi di condensatori o di illuminazione di solito non sono danneggiati dalle condizioni monofase. Tuttavia, gli utenti dovrebbero considerare se la protezione monofase è appropriata. Il metodo più comune per implementare questa funzione è fornire un accessorio di trip del fusibile, attuato meccanicamente da un pistone sul fusibile limitatore di corrente. Con questa opzione, quando qualsiasi singolo fusibile limitatore di corrente primario opera, il pistone indicatore sul fusibile attiva una leva di trip, causando l'apertura del contattore.

Altre considerazioni di applicazione

I contattori con aggancio meccanico condividono molte caratteristiche di applicazione con i contattori mantenuti elettromagneticamente. A differenza degli interruttori, i contattori sono progettati per operazioni frequenti, con 200.000 operazioni elettriche. La dimensione del trasformatore che può essere alimentato da un contattore è, ovviamente, limitata dai fusibili disponibili (soprattutto a 7,2 kV) e dalla capacità di corrente continua del contattore.

I contattori sono progettati per avere requisiti di potenza di controllo a bassa energia. Pertanto, le loro velocità di chiusura e apertura possono essere relativamente lente. Un tempo di chiusura tipico è di 40 ms per 400 A e 70 ms per 720 A, mentre il tempo di apertura è di 90 ms per 400 A e 35 ms per 720 A. Anche se questi tempi sono molto più lunghi rispetto ai tempi di operazione degli interruttori, solitamente non richiedono alcuna considerazione speciale per i circuiti di controllo o le procedure operative del sistema. I contattori con aggancio sono integrati nel design dei controller a media tensione, eliminando le sezioni di transizione e le grandi casse di commutazione richieste per gli interruttori. Poiché i contattori con aggancio utilizzano fusibili per la protezione contro il cortocircuito, i fusibili possono operare in caso di guasto grave. Se ciò accade, il tempo di inattività associato alla sostituzione dei fusibili è maggiore di quello richiesto con l'uso degli interruttori. Tuttavia, l'esperienza ha dimostrato che i guasti gravi sono relativamente rari, quindi questo non dovrebbe essere un problema importante.

Riepilogo

I contattori sono stati utilizzati per alimentare trasformatori e altri carichi non motori per decenni, e il loro utilizzo è aumentato significativamente negli ultimi anni. L'uso di contattori con aggancio meccanico è particolarmente appropriato quando i trasformatori sono alimentati da contattori a media tensione.