Исследование работы аппаратов защиты и регулировка тока уставки тепловых реле магнитных пускателей.

Цель работы.

Экспериментальное определение защитных характеристик автоматических выключателей и предохранителей, получение практических навыков по регулировке тока уставки тепловых реле магнитных пускателей.

Программа работы.

1. Определение защитных характеристик плавких вставок предохранителей.

2. Определение защитной характеристики автоматического выключателя с комбинированным расцепителем.

3. Выполнение регулировки тока уставки теплового реле магнитного пускателя и определение его защитной характеристики.

Основные теоретические сведения по работе.

Аппараты защиты служат для защиты электроустановок от действия токов перегрузки и короткого замыкания путем ограничения времени их действия.

Наиболее распространенными из них являются плавкие предохранители, автоматические выключатели и тепловые реле.

Принцип действия плавких предохранителей основан на расплавлении плавкой вставки предохранителя при прохождении через нее тока, больше номинального тока плавкой вставки.

Основными параметрами предохранителей являются:

а) номинальное напряжение U_н.пр – наибольшее стандартное напряжение сети, при котором может применяться предохранитель;

б) номинальный ток плавкой вставки предохранителя I_н.вст – наибольший ток, который плавкая вставка выдерживает длительно, не плавясь;

в) номинальный ток предохранителя I_н..пр – наибольший ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части предохранителя, равный наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данного предохранителя.

В зависимости от вида расцепителя автоматические выключатели (автоматы) подразделяются на три группы: с электромагнитным, тепловым и комбинированным расцепителями. Первые служат для защиты электроустановок от токов короткого замыкания, вторые – для защиты от токов перегрузки, а третьи – выполняют обе указанные функции, так как комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного. При токах перегрузки действует тепловой расцепитель с обратнозависимой от тока выдержкой времени, а при токах короткого замыкания срабатывает электромагнитный расцепитель без выдержки времени (мгновенно). Отключение автомата происходит при срабатывания любого расцепителя.

Основными параметрами автоматов являются:

а) номинальное напряжение U_н – наибольшее стандартное напряжение сети, при котором может применяться автомат;

б) номинальный ток расцепителя I_{н. элм}, I_{н тепл}, I_{н. комб} – наибольший ток, на который рассчитан расцепитель автомата и который расцепитель выдерживает длительно, не срабатывая;

в) ток срабатывания (уставки) расцепителя I_{ср. элм}, I_{ср. тепл}, - наименьший ток, при котором срабатывает расцепитель. Для электромагнитных расцепителей

I_{ср. элм} = (7 – 15) I_{н. элм},

для тепловых нерегулируемых расцепителей

I_{ср. тепл} = (1,25 – 1,45) I_{н. тепл},

для тепловых регулируемых расцепителей

I_{ср. тепл} = (0,75 – 1,33) I_{н. тепл}.

Рис. 12. График защитной характеристики автомата А3120 с комбинированным расцепителем

Тепловые реле служат для защиты электродвигателей от опасного воздействия токов перегрузки. Принцип действия и основные параметры тепловых реле аналогичны принципу действия и параметрам тепловых расцеителей автоматов.

Защитной характеристикой аппарата защиты называется зависимость полного времени отключения цепи аппаратом защиты в функции величины тока, протекающего через него. При этом величина тока обычно выражается в относительных единицах, т.е. относится к номинальному току расцепителя или теплового реле, а для графического построения защитной характеристики используется логарифмический масштаб. Аналитически ее можно представить следующим образом:

, ,

где I – величина тока, протекающего через аппарат защиты;

t_откл – полное время отключения аппарата защиты;

I_{н. тепл} – номинальный ток теплового реле;

I_{н. элм} – номинальный ток электромагнитного расцепителя.

На рис. 12 представлен график защитной характеристики автомата А3120 с комбинированным расцепителем. На нем линия ²а² определяет зависимость времени отключения от кратности тока перегрузки, отключаемого тепловым расцепителем; линия ²б² - номинальную кратность тока, при которой уже начинает действовать электромагнитный расцепитель практически без выдержки времени. В действительности эта кратность может оказаться любой в пределах заштрихованной зоны по обе стороны линии ²б². Линия ²в² определяет время от начала короткого замыкания (КЗ) до момента удара якоря электромагнитного расцепителя по отключающей рейке, после чего автомат отключится независимо от того, продолжается КЗ или нет. Линия ²г² обозначает время полного отключения t_откл автоматом тока КЗ под действием электромагнитного расцепителя.

На рис. 13 представлена защитная характеристика плавкой вставки предохранителя и тепловая характеристика элемента электроустановки (провода, кабеля, электродвигателя и т.п.).

Тепловой характеристикой элемента электроустановки называется зависимость промежутка времени, в течение которого температура этого элемента изменяется в функции тока перегрузки от температуры окружающей среды до предельно допустимой для него. При этом величина тока выражается в относительных единицах (относится к номинальному току I_н элемента электроустановки).

Аналитически тепловую характеристику можно представить в таком виде:

.

Графическое построение защитной и тепловой характеристик в одной системе координат позволяет определить, может ли аппарат защиты обеспечить защиту данного элемента электроустановки.

Рис. 13. Защитная характеристика плавкой вставки предохранителя –1, тепловая характеристика элемента электроустановки –2.

Для этого следует обе характеристики построить в одних относительных единицах тока. Практически целесообразно одну характеристику, например, защитную построить в принятых для нее относительных единицах тока, а тепловую характеристику элемента электроустановки перестроить, для чего ее относительные значения тока надо умножить на отношение или в зависимости от того, какой расцепитель у аппарата защиты обеспечивает защиту данного элемента электроустановки.

Можно оставить тепловую характеристику в принятых для нее относительных единицах тока, а перестроить защитную характеристику. В этом случае относительные токи защитной характеристики надо умножить на отношение или в зависимости от установленного в аппарате защиты расцепителя, обеспечивающего защиту данного элемента электроустановки.

На рис. 13 представлены защитная характеристика аппарата защиты (кривая 1) и тепловая характеристика элемента электроустановки (кривая 2). Так как кривая 2 расположилась выше кривой 1, то аппарат обеспечивает защиту элемента электроустановки, поскольку условие безопасности t_откл< t_нагр выполнено. Такой вывод правомочен, ибо характеристики 1 и 2 построены в одних и тех же относительных единицах тока.

Исследование работы аппаратов защиты и регулировка тока уставки тепловых реле магнитных пускателей осуществляется на лабораторном стенде, принципиальная электрическая и блок-схема которого представлена на рис. 14.

Схема стенда позволяет выполнять следующее :

1. Проводить испытание теплового реле магнитного пускателя, предназначенного для защиты электродвигателя от токов перегрузки.

2. Осуществлять регулировку уставки на ток срабатывания теплового реле магнитного пускателя.

3. Проводить определение защитных характеристик плавких вставок предохранителей.

Схема стенда включает:

1 ). Блок трехфазного электродвигателя с магнитным пускателем типа ПМЛ 1100, имеющим тепловое реле КА типа РТЛ 1006 с током уставки 0,95 - 1,6 А; в этот блок входит также автомат SA типа ВА-101-3/10 (трех полюсный, I_н=10 А, U_н=400 В, f=50 Гц, с электромагнитным и тепловым расцепителями) для включения и отключения питания двигателя, кнопка “ПУСК - СТОП” SB1 - SB2 для пуска и остановки двигателя, индикаторы напряжения U_AB, U_BC, U_CA (светодиоды), зажим заземления.

Рис. 14. Схема стенда “Исследование аппаратов защиты”

Электрическая схема блока трехфазного двигателя представлена на рис. 15

2). Блок определения защитных характеристик плавких вставок и автоматов (правая часть панели), в который входит автомат питания блока SA1 типа ВА-101-3/10 (данные см. выше), индикатор сетевого напряжения светодиод U_АВ, автотрансформатор VT1, понижающий трансформатор VT2, трансформатор тока VT3, амперметр РА с пределом измерения 20 А, ограничивающий резистор R, шунт Ш, предназначенный для установки рабочего тока, автоматические выключатели FA1(типа ПАР-10, I_н=10 А, U_н=250 В, с электромагнитным и тепловым расцепителями) и FA2 (типа ВА47-29, I_н=6 А, U_н=400 В, f=50 Гц, с электромагнитным и тепловым расцепителями), плавкие предохранители FU1(типа ПН-250-УВ, I_{н. пр.}=250 А, U_н= 500 В) и FU2 (типа ДП-33, I_н.пр.=100 А, U_н=500 В); левее располагается сборка схемы этого блока: индикаторы включения цепи (светодиоды) FU1, FU2, FA1, FA2, (шунт) Ш, кнопки выбора цепи SA2, SA3, SA4, SA5, SA6, кнопка “CБРОС” SA7, отключающая ток шунта, амперметр РА, показывающий ток выбранной цепи, регулятор тока “ТОК”, индикатор сетевого напряжения (светодиод) U_AB и автомат включения сети SA1 типа ВА-101-3/10 (данные см. выше).

Среднюю часть панели занимает секундомер с тумблером изменения его пределов измерения “99,9 c - 9,99 c”, кнопкой “СБРОС” для сброса случайного (ненужного) числа с индикатора секундомера, тумблером Л.р. 6.1 - Л.р. 6.2 для подключения секундомера к блоку 1 или блоку 2 и общим автоматом питания всей панели SA0 типа ВА-101-3/10 (данные см. выше).

Электрическая схема блока определения защитных характеристик плавких вставок и автоматов представлена на рис. 16.

Порядок выполнения лабораторной работы.

А. Для определения защитных характеристик плавких вставок:

1. Подготовить 5 – 6 плавких вставок одинакового диаметра и одинаковой длины.

Значение пограничного тока плавкой вставки круглого сечения в амперах по заданному в ^оС перепаду температуры равному температуре плавления материала проводника можно найти по:

,

где  – удельное сопротивление (Оммм); d – диаметр проводника (мм); k_T – коэффициент теплоотдачи (Вт/мм²^оС).

Так для медных проводников с  = 0,000017 Оммм, температура плавления которых составляет 1083,2 ^оС, при k_T = 0,000014 Вт/мм²^оС

,

а для свинцовых проводников с  = 0,00021 (Оммм), температура плавления которых составляет 327,4 ^оС, при k_T = 0,000014 Вт/мм²^оС

.

2. Подготовленную плавкую вставку закрепить в соответствующей паре клемм предохранителя.

3. Включить автоматы SA0, SA1.

4. Сбросить случайное число на индикаторе секундомера кнопкой “СБРОС”. Выбирать нужный предел измерения секундомера тумблером “99,9 c - 9,99 c” и подключить секундомер тумблером “Л.р.6.1-Л.р.6.2” к блоку 2).

5. Нажать кнопку SA6 и регулятором “ТОК” установить нужный ток, проходящий через шунт (Рекомендуется начинать с максимально возможного значения тока обеспечиваемого оборудованием стенда в 20 А. Далее, при каждом последующем измерении уменьшать значение тока на величину некоторого шага. Величину шага следует выбрать так, чтобы между максимально возможным током, обеспечиваемым оборудованием стенда, и значением минимального плавящего тока, которое рекомендуется принимать равным 2I_, можно было измерить не менее 5 показаний).

6. Кнопкой “СБРОС” SA7 отключить цепь шунта.

7. Нажать кнопку подключения испытываемой плавкой вставки предохранителя при этом через нее пойдет ток, проходивший ранее по цепи шунта, и начнется отсчет времени прохождения этого тока.

8. При перегорании плавкой вставки ток в ее цепи станет равным нулю, и секундомер зафиксирует время окончания прохождения тока.

9. Значение тока и времени его прохождения через плавкую вставку до ее перегорания записать в таблицу 5.

10. Выключают автоматы SA0, SA1, затем пп. 2- 10 повторяют для нового значения тока (для построения зависимости следует испытать 5 – 6 плавких вставок). При оформлении отчета по лабораторной работе по полученным данным таблицы 5 построить защитную характеристику плавкой вставки предохранителя.

Б. Для снятия тепловой защитной характеристики автомата ВА47-29, имеющего комбинированный расцепитель.

1. Включить автоматы SA0, SA1.

2. Сбросить случайное число на индикаторе секундомера кнопкой “СБРОС”. Выбирать нужный предел измерения секундомера тумблером “99,9 c - 9,99 c” и подключить секундомер тумблером “Л.р.6.1-Л.р.6.2” к блоку 2).

3. Нажать кнопку SA6 и регулятором “ТОК” установить ток, проходящий через шунт, равным 10 А.

4. Кнопкой “СБРОС” SA7 отключить цепь шунта.

С4 С5 С6

М

КА1.1

а

С1 С2 С3

КА2

КА1

КА3

4

КМ

Измеритель тока и входные цепи секундомера

SB1

б

5

SB2

Для обеспечения срабатывания теплового реле и измерения времени срабатывания, одна из цепей реле питается током источника питания лабораторной работы № 6.2 (к точкам а и б источник подключается через один из контактов магнитного пускателя КМ. При этом фаза В поступает на электродвигатель напрямую от сети, минуя магнитный пускатель!).

Рис. 15. Электрическая схема блока 1

SA

127/220 В

С

В

А

R1

R2

R3

VD8

VD2

VD5

VD1 VD4 VD7

VD3 VD6 VD9

0

Рис. 16 Электрическая схема блока 2

5. Нажать кнопку подключения испытываемого автомата при этом через него пойдет ток, проходивший ранее по цепи шунта, и начнется отсчет времени прохождения этого тока.

6. При срабатывании автомата ток в его цепи станет равным нулю, и секундомер зафиксирует время окончания прохождения тока.

7. Значение тока и времени его прохождения через автомат до его отключения записать в таблицу 5.

8. Выключают автоматы SA0, SA1 и дают тепловому расцепителю автомата остывать 5 минут. Затем пп.1-8 последовательно повторяют для токов: 12,5 А; 15,0 А; 17,5 А и 20,0 А. При оформлении отчета по лабораторной работе по полученным данным таблицы 5 построить защитную характеристику теплового расцепителя автомата.

В. Для регулировки тока уставки теплового реле магнитного пускателя и построения его защитной характеристики.

1. Включить автоматы SA0, SA, SA1.

2. Подключить секундомер тумблером “Л.р.6.1-Л.р.6.2” к блоку 1 и выбрать нужный предел измерения секундомера тумблером “99,9 c - 9,99 c”.Сбросить случайное число на индикаторе секундомера кнопкой “СБРОС”.

3. Нажать кнопку SA6 и регулятором “ТОК” установить ток проходящий через шунт равным 10,0 А,.

4. Кнопкой “СБРОС” SA7 отключить цепь шунта.

5. Выставить ток уставки теплового реле на 1,6 А.

6. Включить кнопку SB1 “ПУСК”. При этом запустится электродвигатель М и секундомер начнет отсчет времени работы электродвигателя. Тепловой элемент реле начнет нагреваться установленным током.

7. При срабатывании теплового реле разрывается цепь блокировки питания катушки КМ магнитного пускателя, магнитный пускатель отключается и отключает электродвигатель, секундомер прекращает отсчет времени и индицирует время срабатывания теплового реле. Значение установленного тока, тока уставки теплового реле и времени срабатывания теплового реле записать в таблицу 5.

8. Всякий раз давая остыть тепловому реле в течение 5-10 мин., повторить опыт для токов 12,5 А; 15,0 А; 17,5 А.

9. Выставить ток уставки теплового реле 0,95 А и после остывания теплового элемента реле в течение 5-10 мин. при установленном токе через шунт 10,0 А повторить эксперимент. Значения установленного тока, тока уставки теплового реле и времени срабатывания теплового реле записать в таблицу 5.

Убедиться, что в этом случае тепловое реле сработает быстрее, чем при первом испытании.

При оформлении отчета по лабораторной работе по полученным данным таблицы 5 построить защитную характеристику теплового реле магнитного пускателя.

Таблица 5

№ п/п	Тип аппарата защиты	Ток уставки, А	Ток срабатыв.	Время срабатыв.

Содержание отчета.

1. Наименование и основные данные использованных в лабораторной работе аппаратов защиты.

2. Таблица 5 с результатами измерений.

3. Защитные характеристики плавких вставок, автомата и теплового реле.

4. Ответы на следующие вопросы:

- какие требования предъявляют ²Правила устройства электроустановок² к аппаратам защиты электрических сетей?

- в чем состоит опасность применения в плавких предохранителях некалиброванных плавких вставок (²жучков²)?

- какова роль аппаратов защиты в обеспечении пожаро- и взрывобезопасности в электроустановках?

- что следует понимать под выражениями ²номинальный ток предохранителя² и ²номинальный ток плавкой вставки²?

- что следует понимать под выражениями ²номинальный ток автомата² и ²номинальный ток расцепителя²?

- как изменяется время срабатывания теплового реле при одном и том же токе, но при уменьшении тока уставки реле?

- как влияет на защитную характеристику плавкой вставки увеличение ее длины?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4