Исследование нагрева проводников и износа их изоляции при защите плавкими предохранителями

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Задачи работы

1. Исследование нагрева проводников различных сечений с различными длительно допустимыми токами; определение установившегося превышениятемпературы и постоянной времени нагрева проводника.

2. Ознакомление с методикой построения расчетной защитной характеристики проводников и определение износа изоляции проводников при защите предохранителями.

3. Выбор плавких предохранителей для защиты проводников.

План работы

1. Подготовительная часть.

1.1. Ознакомиться с процессами нагрева проводников электрическим током и

их охлаждения методом измерения температуры.

1.2.Выявить зависимость старения изоляции проводников от их нагрева.

2. Экспериментальная часть и обработка результатов
2.1.Ознакомиться с лабораторным стендом.

2.2.Собрать схему (рис. 16.1) для исследования нагрева проводников.

2.3.Определить опытным путем установившееся превышение температуры нагрева и постоянную времени нагрева проводников, указанных в табл. 1.1.

2.4.Определить характер охлаждения одного из проводников (по указанию руководителя). Сравнить постоянную времени по результатам опытов нагрева и охлаждения.

2.5.Построить расчетную защитную характеристику одного из исследуемых проводников (по указанию руководителя).

2.6.Выбрать номинальный ток плавкой вставки предохранителя для защиты исследуемого проводника и построить ее защитную характеристику в одних.координатных осях с расчетной характеристикой исследуемого проводника.

2.7.Определить относительный износ изоляции исследуемого проводника в зоне токов перегрузки и короткого замыкания при защите выбранным предохранителем.

Рис. 16.1. Схема лабораторного стенда для исследования нагрева проводников.

Таблица 1.1

№ проводника	Сечение и материал	Вид изоляции	Характер Прокладки	Допустимый ток, А
	S=2,5 мм^², Медный	полихлорви-нил	Открыто, на Воздухе
	S=6 мм^², Медный	пропитанная бумага	Открыто, на Воздухе
	S=6 мм^², Медный	резина	в трубе

Основные теоретические положения.

1. Для выполнения работы изучить материал по [2, §5.1,7.3; 3 §2.2; 8 §3.3,10.2].

2. Необходимая величина тока в исследуемых проводниках устанавливается посредством лабораторного автотрансформатора. Температура жил проводников измеряется c помощью термопар через каждые 0,5-1 мин. до установившегося значения.

Рис. 162. Процесс нагрева проводника электрическим током.

3. Постоянная времени нагрева (охлаждения) Т исследуемого проводника определяется графическим методом по построенной экспериментальной характеристике нагрева (охлаждения) τ_k = f (t) при значении τ_t = 0.632 τ_у, при нагреве и τ_t = 0.368 τ_у при охлаждении (рис. 16.2).

Постоянную времени нагрева можно определить, зная мощность потерь Р₀ при температуре окружающей среды Θ₀, температурный коэффициент сопро­тивления α коэффициент теплоотдачи K_T, поверхность охлаждения F0 и теп­лоемкость С.

(1.1)

Наименьшую постоянную времени имеет процесс остывания при полном снятии нагрузки (Р=0).

(1.2)

4. При нагреве проводников определяется превышение температуры нагрева

проводника над температурой окружающей среды.

5.

τ=Θ_П – Θ_С (1.3)

где τ - превышение температура; Θ_П - температура нагретого проводника; Θ_С -температура окружающей среды.

Допустимая температура нагретого проводника в длительном режиме и температура окружающей среды нормируются. Превышение температуры про­водника по нормам τН определяется:

Т_н = Θ_пн – Θ_сн (1.4)

где Θ_ПН - допустимая нормами температура нагретого проводника; Θ_СН - нор­мируемая температура окружающей среды.

Допустимые температуры проводников в длительном рабочем режиме, при перегрузках и токах короткого замыкания приведены в Приложении 2. Температура окружающей среды нормируется в зависимости от способа про­кладки проводников следующим образом:

• прокладка проводов, кабелей и шин в воздухе Θ_СН ⁼ 25 °С,

• прокладка кабелей в земле Θ_СН⁼ 15 °С.

Превышение установившейся температуры при токах, отличающихся от номинального (длительно допустимого).

(1.5)

Температура проводника, не нагружавшегося током, равна температуре окружающей среды. Нагрев проводника до установившейся температуры подчиняется экспоненциальному закону.

где τ_t - превышение температуры провод ника в момент времени t, °С; τ_у - установившееся превышение температуры проводника, °С; Т - постоянная времени нагрева проводника, °С; е - основание натуральных логарифмов.

Если проводник до нагрева током I был нагрет до установившегося превышения температуры τ₀, то его дальнейший нагрев происходит по уравнению:

5. Расчетная защитная характеристика проводника показывающая допустимое

время "t" протекания токов перегрузки и короткого замыкания по проводнику при условии обеспечения нормального срока службы изоляции проводника, т.е., чтобы температура нагрева проводника в этих режимах не превышала допустимого значения, строится при токах (2, 3, 5, 7, 10, 20) I_HOM.

Для построения расчетной защитной характеристики проводника послед­нее уравнение решается относительно «t».

При этом принимается, что τ₀ = τ_H - превышение температуры нагрева

проводника по нормам при протекании длительно допустимого тока, ˚С, τ_y = τ_Н (I / I_Н)² - установившееся превышение температуры при выбранных значениях тока; τ_t = τ_ДП - допустимое превышение температуры проводника при протекании тока перегрузки, ˚С; τ_t = τ_m - максимальное допустимое превышение температуры проводника при протекании тока КЗ, ˚С; Θ_СН⁼ 25 ˚С. Результаты расчета заносятся в табл. 1.2.

Примечание. При расчете защитной характеристики проводника вместо τ_t подставляется τ_ДП или τ_m (см. пояснения в п.5). При расчете износа изоляции

за время t₀ берется время срабатывания предохранителя по защитной характе­ристике.

6. Выбор номинального тока плавкой вставки предохранителя проводится по длительно допустимому току I_ДОП (I_Н) и пиковому току I_ПИК (принять I_ПИК =5I_ДОП). Защитную характеристику предохранителя и защищаемого проводни­ка построить в одних координатах. Защитные характеристики предохранителей ПН-2 приведены в Приложении 3.

7. Относительный износ изоляции исследуемого проводника определяется в зо­
не токов перегрузки и короткого замыкания по формуле:

Контрольные вопросы.

1. Как влияет величина тока на нагрев проводника?

2. Что называется превышением температуры проводника?

3. Как определяется установившееся превышение температуры проводника?

4. Какие методы измерения температуры нагретого тела вам известны? В каких случаях применяются те или иные методы измерения температуры?

5. Что называется постоянной времени нагрева проводника? От каких параметров проводника она зависит?

6. Как определяется постоянная времени нагрева проводника?

7. Назовите допустимые температуры нагрева проводников при длительно допустимом токе, при кратковременных перегрузках и при токах короткого замыкания?

8. Что значит термин «адиабатический нагрев»? Как определяется температура проводника при адиабатическом нагреве?

9. Что представляет собой расчетная защитная характеристика проводника?

10. Как рассчитывается и строится защитная характеристика проводника?

11. Как выбирается плавкий предохранитель для защиты проводников?

12. Как оценивается и определяется износ изоляции проводника?

13. Определите температуру проводника и величину относительного износа изоляции проводника при двукратном токе перегрузки при защите выбранным предохранителем?

14. Как проходит охлаждение проводника?

15. Как определить мощность потерь в проводнике?

Дата добавления: 2014-12-10