Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Лабораторна робота №1 дослідження захисних характеристик плавких запобіжників лабораторна робота №2

Лабораторна робота №1 дослідження захисних характеристик плавких запобіжників лабораторна робота №2




Сторінка1/6
Дата конвертації03.04.2017
Розмір0.68 Mb.
ТипЛабораторна робота
  1   2   3   4   5   6


ЗМІСТ


Лабораторна робота №1 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВКИХ ЗАПОБІЖНИКІВ
Лабораторна робота №2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОТЕПЛОВОГО РЕЛЕ АВТОМАТИЧНОГО ВИМИКАЧА
Лабораторна робота №3 ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНІТНОГО ПУСКАЧА ЗМІННОГО СТРУМУ
Лабораторна робота №4 ДОСЛІДЖЕННЯ режимів нейтралі електричних мереж
Лабораторна робота №5 ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ
Лабораторна робота №6 ПРОВОДИ ТА КАБЕЛІ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ
ЛІТЕРАТУРА






3


14


22

27

35

42
52


Лабораторна робота № 1 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВКИХ ЗАПОБІЖНИКІВ
Мета роботи - вивчити конструкції і головні параметри запобіжників та плавких вставок, дослідити захисні характеристики запобіжників.
Захисне́ зазе́млення (англ. protective earthing, нім. Schutzerdung, f) - заземлення точки або точок у системі чи в процесі монтажу системи або в обладнанні, з метою забезпечення електробезпеки.
Запобі́жник або пла́вкий (то́пкий) запобі́жник (рос. предохранитель, англ. fuse, нім. Schmelzsicherung f) - комутаційний апарат, призначений для вимикання кола, яке він захищає, шляхом руйнування спеціально передбачених для цього струмоведучих частин під дією струму, що перевищує певне значення протягом визначеного часу.

1.1. Прилади і устаткування

  1. Макети і натурні зразки деяких типів загальнопромислових запобіжників.

  2. Планшет лабораторного стенду.

  3. Моделі плавких вставок запобіжників.

  4. Устаткування для перевірки засобів захисту типу У5052.


1.2. Короткі теоретичні відомості

Запобіжник - це комутаційний апарат, що розмикає електричне коло внаслідок розплавлення плавкої вставки, яка нагрівається струмом навантаження.
Обла́днання (устаткування) (англ. equipment, нім. ausrüstung) f) - сукупність пристроїв, механізмів, приладів, інструментів або конструкцій, що використовуються в певній сфері діяльності, або з певною метою.
Тео́рія (від грец. θεωρία - розгляд, дослідження) - сукупність висновків, що відображає відносини і зв'язки між явищами реальності у вигляді інформаційноі моделі. Теорією стає гіпотеза, що має відтворюване підтвердження явищ та механізмів і дозволяє спостерігачу прогнозувати наслідки дій чи зміни стану об'єкта спостережень.
Комутаці́йний апара́т - електричний апарат, який призначено для комутації електричного кола та проведення струму шляхом подачі або зняття напруги з електроустановки або її частини.
Електри́чне ко́ло - сукупність сполучених між собою провідниками електронних компонентів, джерел струму й напруги, перемикачів тощо, через яку може проходити електричний струм.
Сила цього струму перевищує номінальний струм вставки. Принцип дії запобіжника базується на виділенні теплоти при проходженні струму через плавку вставку. В нормальному режимі теплота, що виділяється в ній, нагріває саму плавку вставку і корпус запобіжника та віддається у навколишній простір, при цьому температура плавкої вставки не перевищує температури її плавлення.

Внаслідок підвищення струму температура плавкої вставки зростає, вона розплавляється, а коло струму розривається. При плавленні з’являється електрична дута, через яку продовжує проходити струм. Загальний час розриву складає


(1.1)
де , - тривалість розігріву плавкої вставки до температури плавлення та горіння електричної дуги.
Підвищення (елевація) - кутова висота об'єкта спостереження (земного предмета, літального апарату, небесного світила тощо) над істинним горизонтом. Підвищення спільно з азимутом служить для визначення напрямку на об'єкт.
Температу́ра плáвлення і затверді́ння - температура, при якій тверде кристалічне тіло здійснює перехід у рідкий стан і навпаки. За іншим визначенням - температура, за якої тверда фаза речовини знаходиться в рівновазі з рідкою.

Значення залежить від струму і має бути мінімальним, що забезпечується спеціальними конструкціями корпусу запобіжника, зокрема, виготовленням його із газогенеруючого матеріалу, заповненням внутрішнього простору корпусу спеціальним наповнювачем - кварцовим піском.

Запобіжники дешеві й прості у виготовленні. Вони мають у процесі експлуатації значну замикаючу здатність і тому широко використовуються як елементи струмового захисту ліній електропередач та електрообладнання у розподільчих мережах напругою 6 - 20 кВ та в електричних мережах до І кВ.

Кварц - мінерал класу простих оксидів і гідроксидів, головний мінерал групи кремнеземів, широко розповсюджений в літосфері. Складається з діоксиду кремнію каркасної будови.
Лінія електропередачі (лінія електропересилання, лінія електропередавання, ЛЕП) - один з компонентів електричної мережі призначена для передачі електричної енергії.
До головних недоліків запобіжників слід віднести розкид їх характеристик і одноразовість дії.

Запобіжники характеризуються такими параметрами: номінальним струмом плавкої вставки , номінальним струмом запобіжника , номінальною напругою , граничним струмом відмикання .

Номінал, номінальна вартість (англ. Par-Value) - номінальна або вільна вартість акції чи грошового знаку, яка встановлюється на момент первинного випуску (розміщення) акцій і обчислюється як результат ділення загальної грошової вартості частини статутного капіталу, що розміщується на кількість акцій при розміщенні.
Електри́чний струм (англ. electric current) - упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок у просторі.


Номінальний струм плавкої вставки - це струм на який розраховані струмонесучі та контактні частини патрона запобіжника, тобто струм, при якому температура частин запобіжника не перевищує припустимого значення.

Номінальний струм плавкої вставки визначається припустимою температурою у робочих режимах ,тобто це гранична сила струму, при тривалому проходженні якого вставка не розплавляється.

Си́ла електри́чного стру́му (сила струму або просто струм) - кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина I = Δ q Δ t }} , яка відповідає кількості заряду ( Δ q ), що проходить через перетин провідника за час Δ t , розділеному на цей проміжок часу.
Обчислюється за формулою



(1.2)

(1.3)

де - найбільший струм, при якому плавка вставка не згоряє протягом 1години;



- граничний струм, тобто найменший струм,при якому вставка плавиться протягом 1 години.
У математиці та інших науках, формула (лат. formula - форма, правило) - коротка форма символічного запису інформації (як у математиці чи хімії), або загальне відношення між величинами. Одна з найпопулярніших формул належить Альберту Ейнштейну E = mc².
Границя - одне з основних понять функціонального аналізу (а також математичного аналізу, який є скінченновимірним випадком функціонального), яке означає, що деякий об'єкт, змінюючись, нескінченно наближається до певного сталого значення.
Граничний струм (рос. предельный ток, англ. limiting current) - гранична величина фарадеївського струму, до якого вона наближається при зростанні швидкості переносу заряду зі зміною потенціалу. Вона не залежить від прикладеного потенціалу в обмеженій області.

Обидва ці параметри визначаються як середньостатистичні за серією дослідів для даного типу плавкої вставки.

Експериме́нт (англ. experiment) - сукупність дослідів, об’єднаних однією системою їх постановки, взаємозв’язком результатів і способом їх обробки. В результаті експерименту отримують сукупність результатів, які допускають їхню сумісну обробку і зіставлення.



Граничним струмом відмикання запобіжника називається найбільший струм короткого замикання, який запобіжник при згорянні плавкої вставки може розірвати без зруйнування, що дозволяє після заміни плавкої вставки ще раз використовувати запобіжник.

Номінальний струм запобіжника має бути не меншим за максимальний номінальний струм плавкої вставки, яка використовується в цьому запобіжнику.

Номінальна напруга запобіжника визначається електричною міцністю його корпусу.
Електри́чна мі́цність - характеристика діелектриків, мінімальна напруженість електричного поля, при якій настає електричний пробій. Всі гази, а також всі тверді і рідкі діелектрики мають скінченну електричну міцність.
Якщо в електричне коло встановлено запобіжник, у якого , то після згоряння вставки такий запобіжник не буде замкнений електричною дугою навіть у випадку максимально можливих комутаційних перенавантажень в електричній мережі.
Комутація в економіці - процес заміни натурального оброку та панщини феодальною грошовою рентою, обумовлений розвитком товарно-грошових відносин.

Залежність тривалості розриву запобіжником електричного кола від струму, який проходить через запобіжник, називається захисною характеристикою.

Частіше захисна характеристика запобіжника будується в логарифмічному масштабі, при цьому на горизонтальній осі відкладається кратність струму перевантаження по відношенню до номінального струму плавкої вставки (рис. 1.1).

Неоднорідність металу, з якого виготовлена плавка вставка, технологічні припущення під час штампування вставок, різниця в умовах охолодження та інше призводять до того, що періоди часу згоряння плавких вставок мають значні розбіжності (до 50 % від середнього часу плавлення при даному струмі), які більші в зоні невеликих струмів перевантаження.

Технологічність (рос. технологичность, англ. adaptability to manufacture, нім. Fertigungsgerechtheit f) - відповідність продукції вимогам економічної технології її використання. Технологічність забезпечується при розробці конструкції виробу.
Логари́фм (від грец. λόγος - «слово», «відношення» і грец. ἀριθμός - «число») - математична операція, обернена піднесенню до степеня.
Штампування - процес обробки матеріалів тиском - пластичне деформування заготовки в штампах з витіканням металу, обмеженого розмірами штампувального простору. Під час штампування відбувається формоутворення без зняття стружки, забезпечується висока точність виробів при високій продуктивності праці.
Горизонталь, ізогіпса (англ. contour lines, horizontal, isohyps, нім. Höhenkurve f, Horizontale f; рос. горизонталь, изогипса; від дав.-гр. ισος - равний і дав.-гр. ὕψος - висота) - лінія на плані (карті), яка з'єднує точки земної поверхні з однаковою абсолютною висотою.
Металу́ргія (англ. Metallurgy) - наука, техніка і галузь промисловості, які пов'язані з одержанням металів з руд або металовмісних речовин з наданням їм необхідних властивостей. У прикладному плані - сукупність зв'язаних між собою галузей і стадій виробничого процесу від видобутку сировини до випуску готової продукції - чорних і кольорових металів та їх сплавів (стопів).
Тому захисна характеристика запобіжника зображується у вигляді деякої зони, обмеженої штриховими лініями на рис. 1.1.


Рис.1.1. Захисна характеристика запобіжника типу ПН-22


Внаслідок розкиду в часі спрацьовування запобіжники неодночасно згоряють у різних фазах трифазної мережі, що призводить до неповнофазних режимів роботи електрообладнання (відсутність напруги в одній чи в двох фазах трифазної мережі).

Є ще один недолік, викликаний розкидом часу спрацьовування запобіжників у зоні малих струмів перевантаження. Оскільки при малих струмах перевантаження в 2 - 3 рази більших за час згоряння запобіжника перебуває в діапазоні від 10...60 с до 2...20 хв, то можна стверджувати, що при розкиді характеристик не гарантується надійності захисту електрообладнання наприклад, електродвигунів, силових трансформаторів від перевантажень.

Наді́йність - властивість технічних об'єктів зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.
Діапазо́н (від грец. δϊα πασον (χορδων) - через усі (струни).
Силови́й трансформа́тор (англ. power transformer) - стаціонарний прилад, трансформатор з двома або більше обмотками, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює систему змінної напруги та струму в іншу систему змінної напруги та струму, як правило, різних значень за тієї-ж частоти задля передавання електроенергії та її використання.
Тому разом із запобіжниками для захисту від перевантажень повинні використовуватися додаткові апарати, наприклад теплові реле. Застосовуються також спеціальні конструктивні та схемні рішення для забезпечення одночасності згоряння запобіжників і зменшення розкиду тривалості їх згоряння.

Із захисної характеристики (рис. 1.1) видно, що при великих крайностями струмів короткого замикання, наприклад 100, вставка згоряє дуже швидко менш ніж за 0,01 с. На захисній характеристиці є зона в області великих струмів, коли при збільшенні струму час розриву мережі не зменшується. Це обумовлюється тим, що при великих струмах короткого замикання час розриву визначається вже не часом плавлення вставки, а часом гасіння електричної дуги після згоряння вставки.

Розглянемо процес згоряння вставки при великих струмах короткого замикання (рис. 1.2.) У момент часу виникає коротке замикання.

Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.
Якби в мережу не було встановлено запобіжник, то струм мав би амплітуду Однак через час плавка вставка плавиться і через час дуга гасне.
Ампліту́да (лат. amplitudo - широта) - найбільше значення величини, яка періодично змінюється. Наприклад, амплітудою називається найбільше зміщення маятника від положення рівноваги.
Видно, якщо час малий , менше від півперіоду струму промислової частоти, то фактичний амплітудний струм короткого замикання плавкої вставки буде меншим ніж . У цьому виявляється струмообмежуючий ефект запобіжника. Таким чином, струм короткого замикання може бути обмежений у 2-5 разів, що значно знижує електродинамічні навантаження на електроустаткування, які спричиняються струмами короткого замикання.



Рис. 1.2 Осцилограма вимикання струму короткого замикання плавкою вставкою


Якщо струм, який проходить через запобіжник, у 3 й більше разів перевищує номінальний струм плавкої вставки, то її нагрів можна вважати адіабатичним, тобто таким, що проходить практично без розсіювання теплоти, яка виділяється. При цьому кількість теплоти, необхідної для плавлення вставки,
(1.
Електроустаткува́ння (електрообладнання), (рос.электрооборудование, англ. elecrtrical equipment, нім. elektrische Einrichtung f (Ausstattung f)) - сукупність електричних машин, апаратів, пристроїв, допоміжного обладнання (разом зі спорудами та приміщеннями, в яких вони встановлені).
Класи́чна електродина́міка (рос. электродинамика, англ. electrodynamics) - розділ фізики, який займається вивченням взаємодії наелектризованих, намагнічених тіл та провідників зі струмами.
Кі́лькість теплоти́ (кі́лькість тепла́) або просто теплота́ - це фізична величина, що відповідає енергії, перенесення якої між двома тілами (різними ділянками тіла) здійснюється за рахунок різниці температур без виконання механічної роботи і не зв'язана з перенесенням речовини від одного тіла до іншого.
4)

Де - сталий коефіцієнт;



- відповідно струм та опір плавкої вставки.
Таким чином, при струмах, які перевищують , можна вважати що захисна характеристика запобіжника описується обернено квадратичною залежністю (час горіння дуги )
(1.
Зале́жність - набута гостра потреба здійснювати якісь дії або вживати якісь речовини. У практиці, цей термін має кілька значень.
5)

де А - коефіцієнт, що залежить від матеріалу вставки, її форми, конструкції запобіжника та його наповнювача. У табл. 1.1 наведені параметри плавких вставок із різних матеріалів.

Таблиця 1.1


Матеріал

Температура

Питомий опір,

Мк*Ом*м


плавлення

припустима

Мідь

1083

250

0,0153

Свинець

327

150

0,21

Цинк

419

200

0,06

Найменшу температуру плавлення має свинець, однак його питомий опір у 12 разів більший, ніж у міді, тому переріз свинцевої плавкої вставки треба робити значно більшим.

Матеріа́л - речовина, або суміш речовин, первинний предмет праці, який використовують для виготовлення виробу (основний матеріал), або які сприяють якимось діям. У останньому випадку уточнюють, що це допоміжний, чи витратний матеріал.
Пито́мий о́пір - питома фізична величина, яка кількісно характеризує здатність речовини створювати опір проходженню електричного струму.

При згорянні масивної вставки випаровується велика кількість металу, тому умови горіння дуги у парах металу кращі, а дугогасіння утруднюється, що погіршує комутаційну здатність запобіжника, тобто зменшує граничний струм, що вимикається запобіжником.

Характеристики плавких вставок з міді можна покращити, використовуючи металургійний ефект. На тонку мідну проволоку наплавляють олов’яну кульку. При струмі перевантаження мідь нагрівається, олов’яна кулька плавиться, олово, в свою чергу, розплавляє мідь. Розчин, що з’явився, має великий електричний опір, тому вставка в цьому місці перегоряє.

Електри́чний о́пір - властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.
Виконана таким чином плавка вставка має вищу чутливість у зоні малих струмів перевантаження. Недолік такого запобіжника значний розкид характеристик спрацьовування.

Стабільність захисної характеристики залежить від окислення плавкої вставки.

Оки́снення (також оксигенація, заст. оки́слення) (рос. окисление (оксигенирование), англ. oxygenation; нім. Oxidation (Oxydation) f) - хімічний процес, під час якого елемент (або сполука) набуває електрони, при цьому ступінь окиснення її елементів понижується.
Свинець та цинк утворюють на поверхні оксидну плівку, яка перешкоджає окисленню; мідь такої плівки не утворює. Тому вставки із свинцю й цинку довговічніші.

Якщо на двох сусідніх ділянках електричної мережі встановлені два запобіжники, то за умовами селективності вимикання один з них має згоріти швидше:


(1.
Цинк - хімічний елемент з атомним номером 30, проста речовина якого - крихкий блакитно-сірий метал. Цинк разом з кадмієм та ртуттю, за сучасною номенклатурою IUPAC утворюють 12 групу періодичної таблиці і за своїми хімічними властивостями близький до магнію в тому сенсі, що має ступінь окиснення +2.
Електропостача́ння (постачання електричної енергії, енергопостачання) - це комплекс технічних засобів і організаційних заходів для забезпечення споживача електроенергією; надання електричної енергії споживачу за допомогою технічних засобів передачі та розподілу електричної енергії на підставі договору.
6)
З урахуванням розкиду захисних характеристик, наприклад, при ±50%-му розкиді,
(1.7)

тобто (1.8)


Час плавлення залежить від площі перерізу плавких вставок, тому можна записати

(1.8)

де α - усталений коефіцієнт, який залежить від матеріалу плавкої вставки та конструкції запобіжника.


Значення коефіцієнтів α для різних матеріалів плавких вставок і різних конструкцій запобіжників зводяться в табл. 1.2

Таблиця 1.2



Матеріал плавкої вставки,запобіжника, встановленого ближче до джерела живлення

Матеріал плавкої вставки попереднього запобіжника

Закритого типу з наповнювачем

Відкритого типу без наповнювача

мідь

цинк

свинець

мідь

цинк

свинець

Мідь

1,55

0,2

0,55

1,15

0,15

0,4

Свинець

12,4

1,65

4,5

9,4

1,2

3,8

Цинк

4,5

0,6

1,65

3,5

0,44

1,2

Наприклад, попередній запобіжник мав свинцеву плавку вставку, площа перерізу якої 10 мм2. Тоді для вибору наступного запобіжника відкритого типу потрібно взяти плавку вставку, наприклад, з міді площею перерізу

Sміді ≥0,15 Sсвинцю =0,15*10 = 1,5 мм2,

але в цьому разі свинцева вставка згорить раніше при будь-якому струмі, що протікав через обидва запобіжники.

Для зменшення об’єму металу який розплавляються, плавкі вставки виконують з кількома паралельними ланцюгами, що поліпшує умови охолодження металу, в також дає можливість краще використовувати весь об’єм запобіжника для гасіння дуги.

Географічна паралель або рівнобі́жник (грец. παράλληλος - уздовж одне одного) - лінія перетину поверхні земної кулі площиною, паралельною (рівнобіжною) до площини екватора.
Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.

У плавких вставках роблять два чи більше вузьких коротких перешийки. При короткому замиканні плавляться ці звужені ділянки, а при нормальних струмах уся вставка внаслідок теплообміну має приблизно .

Теплообмін (теплопередача) - фізичний процес передавання енергії у вигляді певної кількості теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою до настання термодинамічної рівноваги. Не можливо зупинити передачу тепла між сусідніми об'єктами з різними температурами - її можна лише сповільнити.
однакову температуру.

Плавкі елементи для швидкодіючих запобіжників виготовляються з листових матеріалів завтовшки 0,05. - 0,2 мм (рис. 1.3 а, б, в). При роботі в режимі розширення-звуження плавкий запобіжник підпадає під великі знакозмінні механічні навантаження. Щоб збільшити час дії запобіжників, їх плавкі елементи виконують із вигином, який бере на себе температурні деформації.

Пра́ця - цілеспрямована діяльність людей зі створення матеріальних і духовних благ, необхідних для задоволення потреб кожного індивіда і суспільства в цілому.
Деформа́ція (від лат. deformatio - «спотворення») - зміна розмірів і форми твердого тіла під дією зовнішніх сил (навантажень) або якихось інших впливів (наприклад, температури, електричних чи магнітних полів).

За конструкцією запобіжники, що використовуються в мережах з напругою до І...20 кВ, можуть бути розділені на такі групи: відкриті трубчасті, замкнені без наповнювача, замкнені з наповнювачем.


  1   2   3   4   5   6



  • Лабораторна робота № 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОТЕПЛОВОГО РЕЛЕ АВТОМАТИЧНОГО
  • Лабораторна робота №5 ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ Лабораторна робота №6 ПРОВОДИ ТА КАБЕЛІ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ ЛІТЕРАТУРА
  • 1.1. Прилади і устаткування
  • 1.2. Короткі теоретичні
  • Номінальний струм плавкої вставки
  • Граничним струмом відмикання запобіжника
  • Номінальний струм запобіжника
  • Номінальн а напруга запобіжника