ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
КАЛИБРОВКА ПЛАВКИХ ВСТАВОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Цель работы: приобрести навыки калибровки плавких вставок предохранителей.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Предохранитель предназначен для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при коротком замыкании или недопустимо длительной перегрузке.
Рисунок 1 – Схема предохранителя с наполнителем
Основными элементами предохранителя являются: корпус - 1, с двух сторон к корпусу крепятся ножи - 2, к ножам присоединена плавкая вставка - 3, внутри корпуса может быть наполнитель - 4 (рисунок 1).
Корпус (патрон) предохранителя выполняется из изоляционного материала. Ножи соединяются с проводами защищаемой электрической цепи. Металлическая плавкая вставка - основной элемент предохранителя - сгорает при повышенном токе, тем самым разрывая цепь. Вставка изготовляется из легкоплавких металлов: свинца, цинка, серебра, меди, алюминия, некоторых сплавов.
Наибольшее распространение получили вставки из меди. Форма их может быть различной: ленточка, диск, несколько полосок фольги и др. Температура плавления вставок понижается при использовании так называемого "металлургического эффекта". Этот эффект состоит в том, что на середину вставки напаивается оловянный шарик. Олово плавится при температуре 2320С и, частично растворяясь в меди, снижает температуру ее плавления с 10800С до 475 0С. При этом ускоряется процесс перегорания вставки.
При сгорании плавкой вставки образуется дуга, которая интенсивно охлаждается от соприкосновения с зернами наполнителя (кварцевого песка) и гаснет за тысячные доли секунды, разрывая цепь. Разделение дуги на мелкие дуги в соответствии с числом параллельно соединенных ленточек вставки облегчает ее гашение.
Характеристиками предохранителя являются:
Номинальный ток (Iном) плавкой вставки - ток, который может протекать по плавкой вставке неограниченно длительное время. При этом вставка сохраняет свои электрические и тепловые характеристики в пределах допустимых норм. Такой режим работы предохранителя характеризуется как установившийся.
Пограничный ток (Iпог) - минимальный ток срабатывания - ток, при котором плавкая вставка в патроне плавится через промежуток времени, достаточный для достижения ею установившейся температуры.
Пограничный ток представляет собой среднее значение между минимальным током, при протекании которого плавкий элемент расплавляется, и максимальным током, при протекании которого плавкий элемент не расплавляется.
Очевидно, что номинальный ток вставки Iном должен быть меньше Iпог во избежание ложно-аварийных и к тому же частых отключений. С другой стороны, для получения хорошей защиты при малых перегрузках необходимо стремиться к тому, чтобы Iном мало отличался от Iпог.
Защитная характеристика предохранителя - зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки плюс продолжительность горения дуги) от величины отключаемого тока.
Кроме установившегося режима, предохранитель может оказаться в режимах короткого замыкания или токовых перегрузок.
Режим короткого замыкания
При возникновении короткого замыкания плавкий предохранитель должен отключить аварийный ток прежде, чем возникнут какие-либо нарушения в цепи. При этом плавкий элемент предохранителя расплавляется, нарушается его целостность и на образовавшемся промежутке происходит инициирование электрической дуги. Электрическая дуга развивается, на ней происходит постепенное увеличение падения напряжения, которое и приводит к уменьшению тока в цепи до нуля. При этом за короткое время в корпусе выделяется большое количество энергии.
Режим токовой перегрузки
В общем случае предохранитель может работать при двух типах перегрузки: 1 - когда ток перегрузки ниже пограничного тока; 2 - когда ток перегрузки выше пограничного тока.
При перегрузках первого типа, независимо от длительности перегрузки, узкий перешеек плавкого элемента не расплавляется, а после снятия перегрузки предохранитель возвращается в исходное состояние. (При старении происходит уменьшение пограничного и номинального токов).
При токовых перегрузках второго типа через предохранитель течет длительный ток, а затем плавкий элемент расплавляется, в результате чего происходит инициирование электрической дуги, ее горение и гашение. Предохранитель отключает цепь. Отличие от работы в режиме к.з. в том, что за время, необходимое для расплавления плавкого элемента, имеет место значительный отвод тепла от его поверхности, в то время как в режиме к.з. процесс нагрева плавкого элемента до температуры плавления непродолжителен и отдачей тепла в окружающую среду можно пренебречь.
При этом по абсолютному значению длительность горения дуги значительно больше, чем при коротком замыкании.
Выбор плавких предохранителей
Наименьшая плавкая вставка, способная при данном режиме длительно обеспечить бесперебойную эксплуатацию, должна удовлетворять трем ниже указанным условиям. Если одному из этих условий отвечает вставка одной величины, а другому условию - вставка большая, надо выбрать большую.
1.Предохранитель в условиях нормальной эксплуатации не должен перегреваться сверх допустимых для него температур.
2.Предохранитель не должен отключать линию при перегрузках, свойственных нормальной эксплуатации, например при пусковых токах (Iпуск).
На практике принято руководствоваться следующим:
для защиты ответвлений к одиночным двигателям при небольшой частоте и длительности пусков, например, у металлообрабатывающих станков и подобных механизмов:
Iном  Iпуск/2,5,
а при большей частоте пусков или при большой их длительности, например, у двигателей кранов и др. механизмов повторно-кратковременного режима работы, или у таких механизмов, как центрифуги, которые очень медленно набирают скорость:
Iном Iпуск/(1,6...2,0);
для защиты линий, питающих более одного двигателя, если известен расчетный ток линии Iр и пусковой ток Iпуск того двигателя, у которого он больше других:
Iном (Iр + Iпуск)/2,5.
3.Предохранитель должен отключать линию при появлении опасных для нее токов короткого замыкания в минимальное время, но, по возможности, селективно. Для безусловного получения селективности необходимо, чтобы время отключения, определенное по защитной характеристике большего предохранителя, превышало более чем в 3 раза время отключения по характеристике меньшего предохранителя.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1.Изучить назначение, конструкцию, принцип действия и характеристики предохранителей с плавкими вставками.
2.Изучить методику калибровки плавких вставок предохранителей.
З. Произвести калибровку плавкой вставки предохранителя.
4.Снять времятоковою характеристику плавкой вставки.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Номинальным током плавкой вставки является ток в 2,5 раза меньше тока, приводящего к перегоранию вставки за 10с.
2. Нарезать 8...10 заготовок из медной проволоки и зачистить края на 10...l2мм.
3. По таблице 1 приложения, зная диаметр проволоки, определить приближенное значение номинального тока вставки.
4. Подключить калибруемую плавкою вставку в предохранителе к клемме "~ общ." и к клемме, на ближайшее превышающее в 2,5 раза номинальный ток плавкой вставки значение, 15A; 50А; 150A; 600A на стенде МИИСП.
Для других стендов - через внешний трансформатор тока с амперметром к клеммам '~ «0» и " ~300A" или непосредственно к клеммам, в зависимости от Iном калибруемой плавкой вставки.
5. Установить переключатель питания в положение "тр-р плавно" (стенда МИИСП).
6. Вывести ручку "регулятор напряжения" в положение “О”.
7. Включить стенд МИИСП выключателем "сеть". Другие стенды, кроме того, тумблером "5А" или автоматом “~ 380...= 5В”.
8. Поворачивая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке, обжечь поочередно эмалевое покрытие вставок.
9. Плавно поворачивая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке так, чтобы ожидаемую величину тока плавления вставки достигнуть за 30...40 секунд, измерить по амперметру величину тока плавления. Номинальный ток вставки приблизительно в 2,5 раза меньше измерительного тока плавления.
10. Выключить стенд выключателем "сеть".
11. Отсоединить проверенную плавкую вставку.
12. Для более точной калибровки плавкой вставки с одновременной фиксацией времени перегорания следует, выполнив операции 4...6, закоротить клеммы "БК" или "секундомер".
13. Вывести стрелку секундомера в 0, повернув рычаг на секундомере против стрелки до упора.
14. Включить стенд выключателем "сеть".
15. Быстро установить по амперметру "ток нагрузки", поворачивая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке, ожидаемый ток плавления вставки и сразу выключить стенд.
16. Включить тумблер "секундомер". Дать вставке возможность остыть в течение 1...2мин.
17. Включить стенд выключателем "сеть". Ток поддерживать постоянным регулятором напряжения.
18. Выключить стенд выключателем "сеть" сразу же после прекращения тока в цепи калибруемого предохранителя и по секундомеру отсчитать время перегорания вставки.
19. Подключая новые вставки, выполнять операции 13...18, корректируя при этом ток так, чтобы время перегорания вставки было близко к 10 секундам.
20. Рассчитать номинальный ток вставки: Iном = Iпл/2,5.
Рекомендации по технике проведения измерений
Измерения проводятся с помощью испытательного стенда по схеме рисунок 2.
Рисунок 2 – Схема калибровки плавких вставок
T1 - автотрансформатор; Т2 - понижающий трансформатор; ТА - трансформатор тока; РА - амперметр; Q - выключатель; FU - предохранитель сети; FU′ - испытуемая вставка предохранителя.
1. Произвести калибровку плавких вставок в соответствии с методикой калибровки.
2. Снять защитную характеристику плавкой вставки. Результаты измерений занести в таблицу 1.
3. По результатам измерений построить защитную характеристику.
Таблица 1 - Результаты измерений калибровки плавких вставок
Материал,
диаметр провода, мм
|
Время перегорания плавкой вставки при
к = I/Iном (Iном = …....А)
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
4,0
|
|
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель работы.
2. Назначение, конструкция (основные узлы), принцип действия и характеристики предохранителей.
3. Результаты измерений.
4. Защитная характеристика плавкой вставки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назвать основные характеристики предохранителя.
2.Режимы работы предохранителя.
3.Основные критерии выбора предохранителя.
4.Что такое “металлургический эффект”.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1 - Рекомендуемый диаметр медных проводов для плавких вставок открытых предохранителей
Ток вставки, А
|
6
|
10
|
15
|
20
|
25
|
35
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
100
|
Диаметр
проволоки,
мм
|
0,25
|
0,35
|
0,45
|
0,55
|
0,60
|
0,75
|
0,80
|
0,90
|
1,05
|
1,10
|
1,20
|
1,35
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Намитков К.К. и др. Плавкие предохранители. - М.: Энергия, 1979.
2. Кокорев А.С. Контроль и испытание электрических машин, аппаратов и приборов. М.: Высш. шк., 1990.
Нормативные основы устройства и эксплуатации электроустановок. Нормативно-технический сборник. - Барнаул, 2002.- 976с.
|
