Исследование защитных характеристик плавких предохранителей
Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ
И СВЯЗИ»
Кафедра Электроснабжение
промышленных предприятий
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
на тему: Исследование защитных
характеристик плавких предохранителей
Специальность:
Электроэнергетика (050718)
По дисциплине:
«Электрические аппараты»
Выполнил: Черепаха
А.А. Группа ЭССу-09-1
Руководитель:
Ефимова О.Н.
Алматы 2011
Цель работы: Изучение конструкций
низковольтных плавких предохранителей и снятие защитных характеристик предохранителя
ПН-2.
Программа работы:
1. Ознакомиться с
конструкциями и техническими данными низковольтных предохранителей ПР-2 и ПН-2.
2. Используя компьютерную
программу провести исследование защитных характеристик предохранителя ПН-2 в
соответствии с вариантом задания.
. На основе пакета анализа Excel, выполнить
статистическую обработку полученных экспериментальных данных.
. По результатам исследования
построить в Excel защитные (времятоковые) характеристики предохранителя с
нанесением на них найденного диапазона разброса временных значений при уровне
надежности 95%.
. Провести исследования
зависимости температуры предохранителя от тока нагрузки и номинального тока
плавкой вставки.
Общие
сведения
Плавкий
предохранитель - аппарат, автоматически отключающий электрическую цепь при
коротком замыкании или перегрузке в ней. Отключение цепи осуществляется путем
расплавления плавкой вставки, которая нагревается током защищаемой цепи. Отсюда
возникло и название плавкий предохранитель.
Плавкие
предохранители появились одновременно с появлением электрических сетей.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая
способность и небольшая стоимость обеспечили им очень широкое применение.
Предохранители до 1
кВ изготовляются на номинальные токи до 1000А. Плавкие предохранители имеют
следующие основные элементы:
корпус, или несущую
деталь;
плавкую вставку;
контактное
присоединительное устройство;
дугогасительное
устройство, или дугогасительную среду.
В первом случае
нагрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором все
выделяемое в ней тепло отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки,
нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя.
Установившаяся
температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана
плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой
вставки Iн. Он может быть отличным от номинального тока самого предохранителя.
Обычно в один и тот
же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные
токи.
Номинальный ток
предохранителя, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов
плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.
При увеличении тока
нагрузки увеличивается температура вставки и других деталей предохранителя.
Наибольший ток, при
котором вставка не перегорает в течение длительного времени, называется
плавящим током.
Рисунок 1 - Защитная характеристика
предохранителя ПН-2
Важнейшей характеристикой
предохранителя является защитная характеристика, представляющая собою
зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока (рисунок 1).
Задание 1
. Построить защитные характеристики
предохранителя;
При выполнении
этого задания менять ток цепи таким образом, чтобы отношение его к току плавкой
вставки, т.е. кратность тока цепи, принимала ориентировочно следующие значения:
1,3; 1,4;1,5;1,6; 2;3;5;10.
предохранитель
защитный плавкий ток
Таблица 1 - характеристика
предохранителя на 63А
|
I нагр.
|
81,9
|
88,2
|
94,5
|
100,8
|
126
|
189
|
315
|
6300
|
|
tmin=
|
964,34
|
607,47
|
385,96
|
278,79
|
63,81
|
4,80
|
0,18
|
0,06
|
|
tmax=
|
1320,96
|
772,09
|
531,11
|
330,01
|
82,68
|
6,14
|
0,23
|
0,10
|
Рисунок - 2 времятоковая
характеристика предохранителя ПН-2-20А
Таблица 2 - характеристика
предохранителя на 100А
|
I нагр.
|
140
|
150
|
160
|
200
|
300
|
500
|
1000
|
|
tmin=
|
974,51
|
637,30
|
415,08
|
253,36
|
60,41
|
4,89
|
0,17
|
0,002
|
|
tmax=
|
1282,87
|
804,06
|
511,04
|
329,28
|
81,74
|
6,14
|
0,21
|
0,13
|
Рисунок - 3 времятоковая
характеристика предохранителя ПН-2-32А
Таблица 3 - характеристика
предохранителя на 160А
|
I нагр.
|
208
|
224
|
240
|
256
|
320
|
480
|
800
|
1600
|
|
tmin=
|
1006,44
|
640,05
|
397,12
|
272,01
|
65,88
|
4,62
|
0,17
|
0,04
|
|
tmax=
|
1281,74
|
829,10
|
540,81
|
338,39
|
85,30
|
6,41
|
0,23
|
0,11
|
Рисунок - 4 времятоковая
характеристика предохранителя ПН-2-40А
Задание 2
Исследование зависимости температуры
защищаемого кабеля от тока нагрузки при использовании плавких вставок с
различными номинальными токами.
Таблица 4 - характеристика кабеля
при разных токах нагрузки, плавких вставок, температуры окружающей среды
|
Ток нагрузки А.
|
30
|
45
|
60
|
120
|
180
|
|
время сгор вст. плвк. и темп.
кабеля отн. окр.срд.
|
время t
|
темп. с°
|
время t
|
время t
|
темп. с°
|
время t
|
темп. с°
|
время t
|
темп. с°
|
|
Лето 40с° пл.вст. 20А
|
419,77
|
51,18
|
31,39
|
41,22
|
4,98
|
40,26
|
0,4
|
40
|
0,09
|
40
|
|
Лето 40с° пл.вст. 32А
|
целая
|
53,75
|
634,2
|
61,06
|
100,7
|
45,17
|
1,1
|
40,1
|
0,5
|
40
|
|
Лето 40с° пл.вст. 40А
|
целая
|
53,75
|
целая
|
70,93
|
419,77
|
59,76
|
4,98
|
40,7
|
0,37
|
40,1
|
|
Зима - 15с° пл.вст.20А
|
419,77
|
-15,26
|
31,39
|
-14,72
|
4,98
|
-14,9
|
0,4
|
-14,9
|
0,09
|
-14,9
|
|
Зима - 15с° пл.вст.32А
|
целая
|
-1,25
|
634,27
|
-10,26
|
100,74
|
-12,82
|
1,19
|
-14,8
|
0,56
|
-14,8
|
|
Зима - 15с° пл.вст.40А
|
целая
|
-1,25
|
целая
|
15,93
|
419,77
|
-6,67
|
4,98
|
-14,43
|
-14,9
|
Рисунок - 5 Зависимость температуры
защищаемого кабеля сечением 16кв.мм от тока нагрузки при использовании плавких
вставок ПН-2
Вывод:
При протекании тока нагрузки через
плавкую вставку предохранителя ниже номинального тока плавкой вставки,
перегорание вставки маловероятно, а когда ток нагрузки превышает номинальный
ток плавкой вставки то вставка начинает перегреваться и в зависимости от тока
нагрузки варьирует температура плавкой вставки, способствуя к быстрому или менее
медленному перегоранию плавкой вставки. На рисунке 2 ток нагрузки 26 Ампер
превысил ток номинальной вставки которая затем перегорела за 964 секунды, а при
увеличении тока нагрузки до 200 А вставка перегорела за 0,06 секунд.
В задании 2 проводя опыт для
характеристики кабеля малого напряжения в зависимости от разных условий
окружающей среды, а именно перепады температур от 40° до -15° градуса Цельсия
было проанализировано, что при токе нагрузки 30А плавкая вставка предохранителя
перегорела за 419 секунд, а температура кабеля была 51,18° градусов Цельсия, и
при токе нагрузки 180А плавкая вставка предохранителя перегорела за 0,09 а
температура кабеля 40° Цельсия. Отсюда следует что при превышении тока нагрузки
тока номинальной плавкой вставки плавкая вставка предохранителя выдерживает ток
нагрузки до определенного времени при этом способствует перегреванию кабеля,
после того как плавкая вставка перегорает кабель начинает остывать до
температуры окружающей среды. А также если при токе нагрузки 180А и плавкой вставки
20А кабель не успевает нагреваться и остается поддерживать окружающую
температуру. Зимой кабель менее подвержен перегреванию, если при температуре
окружающей среды минус -15°градусов Цельсия ток нагрузки будет 45А, а ток
плавкой вставки 40А, то плавкая вставка может не перегореть в связи с низкой
температурой окружающей среды. Она способствует охлаждению как кабеля так и
вставки. С физической точки зрения при температуре ниже нуля, рассматривая
строение кабеля и плавкую вставку на атомарном уровне то атомы начинают
сжиматься друг относительно друга, а кристаллическая решетка деформируясь лучше
пропускает электроны, не создавая большого сопротивления что способствует
уменьшению температуры.
Список литературы
1 А. Чунихин
Электрические аппараты.- М.: Энергия, 1988.
2 Л.А Родштейн
Электрические аппараты низкого напряжения.- М.: Энергия, 1964.
«Электрооборудование
распределительных устройств до и выше 1000 вольт». М.У.К.Л.Р. - Алматы.
АИЭС,2008.16с