Мета роботи : визначення діаметру провідників для запобіжників електричних апаратів з перевіркою на спеціальному устаткуванні. Теоретичні відомості. При значних перегрузках електричних приладів струмами та при короткому замиканні відбувається виділення такої кількості теплової енергії, що виникає загроза збереження працездатності приладу і навіть небезпека пожарів. Для того, щоб струм в проводі чи в обмотці машини не зміг перевищити граничне значення , використовуються різноманітні пристрої, що автоматично вимикають дане коло від джерела енергії, коли струм досягає визначеного , заздалегідь встановленого значення. Найпростішим з таких пристроїв є плавкий запобіжник. Такий запобіжник являє собою коротку ділянку захищеного від перевантаження електричного кола з штучно зменшеною термічною стійкістю. Це досягається виготовленням запобіжника з матеріалу з порівняно високим питомим опором (наприклад, сплаву олова та свинцю) чи з добре провідного металу (наприклад , срібла чи міді), але з відносно малим січенням. В конструктивному відношенні плавкі запобіжники поділяють на пробочні, пластинчасті , що використовуються в пристроях з напругою до 500 3, та трубчасті, які використовуються з пристроях з напругою до 500 В та вищою. Характерною величиною для плавкого запобіжника є його номінальний струм, який запобіжник повинен витримати протягом необмеженої тривалості експлуатації, не зіпсувшись при цьому. Це значення струму вказується на пробці запобіжника. Щодо струму плавлення запобіжника, то його значення залежить від ряда факторів, та, в першу чергу віл тривалості навантаження струмом та умов охолодження запобіжника. Такий запобіжник повинен надійно захищати провідники приладу від небезпечного перевантаження, однак, він повинен витримувати короткочасні стрибки струму при вмиканні двигунів та ін. Тому при виборі запобіжника необхідно знати не тільки номінальний струм навантаження лінії, але й її характер. Якщо лінія є джерелом живлення двигуна , то за основу для вибору запобіжника необхідно брати середнє значення струму запускання In, що орієнтовно в 5 - 7 разів перевищує номінальне значення струму двигуна. Тривалість процесу запуску, як правило, складає 5-10 сек.; протягом цього часу запобіжник повинен витримати струм, що перевищує його номінальне значення приблизно в 2,5 раза. У випадку лінії, що несе спокійну нагрузку, номінальний струм плавкої вставки запобіжника повинен дорівнювати струму в лінії. Хоча плавкий запобіжник і витримує велику перегрузку, але запобіжник, що протягом тривалого часу перевантажений струмом, вищим номінального значення. сильно перегрівається, тому є ненадійним в експлуатації. Плавка вставка запобіжника підбирається таким чином, щоб вона пропускала робочий струм, що відповідає нормальним умовам роботи, та плавилась, вимикаючи необхідну ділянку, при збільшенні струму до небезпечних значень. Струм, позначений на вставці називається номінальним струмом, Інв плавки вставки. Він повинен бути рівним чи більшим розрахункового струму Ір окремої ділянки електричного кола, Тобто Інв>Ір. Запобіжник захищає не окрему ділянку, а магістраль, отже сумарний струм Ip= kcnIн (1) де Ін - номінальний струм окремого споживача, А ; n - кількість споживачів; kc - коефіцієнт, попиту , рівний відношенню одночасно використовуємої потужності Рн до встановленої потужності - Р, тобто kc = Рн/Р. ( 2 ) Коефіцієнт попиту знаходиться по таблицях окремих видів споживачів. Наприклад, про освітлювальному навантаженні : kc =1 - для жилої площі до 100 м2; kc = 0,8 - 0,9 - для жилої площі більше 100 м2; kc = 0,7 - 0,75 - для 10-15 квартир площею до 100 м2; т При силовому навантаженні для цехів в залежності від кількості встановлених kc має наступні значення : Кількість встановлених двигунів 2 3 4 5 6 8 10 20 30
kc 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,25
Плавка вставка окремого двигуна повинна витримати гне перегорівши , струм двигуна під час пуску (5-10 сек.). В цьому випадку ІР = Іn/2,5, де In - пусковий струм двигуна , А . Якщо до магістралі під’єднано декілька двигунів, то розрахунковий струм Ip = kc (n-1) Iн + In| / 2,5 де Ін - номінальний струм споживача , А; In| - пусковий струм двигуна, в якого різниця між пусковим та номінальним струмами найбільша, А. По отриманому значенню --- знаходять в таблицях плавку вставку на рівний або найближчий великий струм. Приклад розрахунку. Задача. Трьохфазна мережа напругою Uф =220В живить 16 житлових квартир, в кожній з яких потужність ламп та побутових приладів становить 1200 Вт. Визначити розрахунковий струм. Розв’язок. Номінальна встановлена потужність P1n = 1200-16 = 19200Вт. Номінальний струм Ін = P/3 Uл =19200 /3 220 = 30А, підставивши коефіцієнт kс= 0,7 , отримаємо Ip = kc Ін = 0,7 30 = 21A, номінальний струм плавкої вставки Інв > Ір, Інв > 21А. При проходженні струму через провідник буде виділятися тепло та збільшиться температура самого провідника і середовища навколо нього: Q = I2Rпpt, де Q - кількість тепла , що виділяється в провіднику, Дж ; І - діюче значення струму , який проходить через провідник , А ; Rпp – активний опір провідника змінному струму, Ом; Частина цього тепла іде на нагрівання провідника та підвищення температури, інша частина тепла відводиться з поверхні провідника в зовнішнє середовище. Енергія , яка йде на нагрівання провідника, рівна Q1 = M с ?t, де Q1 - енергія , що йде на нагрівання провідника, Дж; M - маса провідника, кг; C – питома теплоємність провідника, Дж ( кг/град); ?t - різниця температур між провідником та навколишнім середовищем, Со. Енергія, яка виділяється з поверхні провідника в зовнішнє середовище, рівна Q2 = k s ?t де Q2 - енергія , що виділяється в навколишнє середовище, Дж; k - загальний коефіцієнт тепловіддачі, Дж ( м град ); S - поверхня охолодження провідника, м; Тоді рівняння теплового балансу записується у наступному вигляді: Q = Q1 + Q2 = Mc ?t +k s ?t, Для створення умов нормального режиму, роботи , коли температура поверхні провідника змінюється в невеликих межах, можна прийняти , що Rпp, с, k є сталими величинами. Для умов роботи при короткому замиканні, коли йде виділення великої кількості тепла та швидко підвищується температура провідника, ці величини не будуть сталими. Тому необхідно експериментальне перевірити, за який час виник на провіднику температура плавлення металу та при яких струму може виникнути . Температура плавлення металів Назва металу Температура плавлення
Мідь 1083,0
Апюміній 659,8
Залізо 1539,0
Опис приладів, що використовуються На рис.1 показана схема установки для дослідження плавких вставок запобіжників. АТР - автотрансформатор регулюючий; НТ - навантажувальний трансформатор; ТС - трансформатор струму; К1, К2 – клеми для підключення провідника; А - амперметр ; ВК- вимикач для закорочення клеми К1, К2 при встановленні необхідної величини струму; РС- реле струму; ХL –індуктивний опір; С - секундомір електричний; Порядок проведення роботи 1. Підібрати декілька провідників з різними поперечним січенням . 2. Зачистити кінці провідника , що поєднується до клем К1, К2. 3. Під’єднати підготований провідник до клем К1, К2. 4. Встановити перемикач ВК в положення " Вкл ". 5. Штекер трансформатора струму ТТ встановити в гніздо ”50”, що відповідає коефіцієнту трансформації струму Кт = 50 / 5 = 10 А/под. 6. Показати підготовану схему роботи викладачу та з його дозволу ввімкнути схему до мережі. 7. Ввімкнути автоматичний перемикач " А ". Повертаючи ручку АТР, встановити, силу струму, при якій спрацює реле РТ та почне обертатися стрілка секундоміра " С ", ця величина струму, чи трохи більша буде початковою по струму. 8: Відключити автоматичний перемикач ”A”. Встановити стрілку секундоміра ”С” в положення ”О” . 9. Вимикач ” ВК ” встановити в положення ” Викл ”. Ввімкнути автоматичний перемикач ”А”. Після перегорання провідника занести до протоколу необхідні дані . Дослід повторити три рази , повторюючи вимоги п.п. 3, 4, 7, 8, 9. Після цього те саме повторити для провідників інших діаметрів . 10. Вимикач ” ВК ” встановити в положення ” Вкл ” та встановити велику силу струму. Повторити вимоги п.п. 8, 9. Максимальна сила струму, яку можна отримати на установці, - 50А. 11.Після завершення досліджень відключити автоматичний перемикач ” А ” та ручку автотрансформатора " АТР " встановити в положення ” 0 ”. Протокол Діаметр Провідни-ка, мм Покази Ампер-метра Кт Величина струму, А Час перегорання провідника, сек.
Т1 Т2 Т3 Тсер
12.Визначити величину струму та внести до протоколу І = N Кт де - І величина вимірюємого струму, А; N - покази амперметра, под ; . Кт - коефіцієнт трансформації, А/под . 13. Визначити середнє значення часу перегорання провідника та занести до протоколу Тсер = (Т1+Т2+ТЗ)/3. 14. Побудувати графіки залежностей для всіх діаметрів провідників. 15. Використовуючи графіки І=f(t), побудувати залежності І=І(d). Час перегорання t = 0,2 сек. 16. Провести розрахунок номінального струму плавкого запобіжника. По кривих І=f(t) підібрати приблизно необхідний діаметр провідника плавкої вставки, розрахувати кратність струму К=Ік / Ін, при якому плавка вставка розплавилась би на протязі 0,2 сек. Вимоги безпеки при виконанні лабораторної роботи 1. Ввімкнення досліджуваного провідника необхідно проводити при виключеному автоматичному перемикачі "А". 2. Забороняється підчас проведення експерименту торкатися руками до оголеного провідника. 3. Забороняється під час проведення експерименту змінювати коефіцієнт трансформатора струму ТТ, шляхом перестановки штекера. 4. Забороняється проникати всередину корпусів приладів та установок, а також доторкатись можливих доступу струмоведучих частин приладів (механічних частин затискачів для їх підключення до мережі та ін.).
