Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

Transkrypt

1 Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: BUDOWA ORAZ EKSPLOATACJA INSTALACJI I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH KOD: ES1C Ćwiczenie nr: 8 Temat ćwiczenia: BADANIE WYŁĄCZNIKÓW SILNIKOWYCH Opracował: dr inż. Marcin Sulkowski

2 Spis treści 1. Wymagania BHP Cel ćwiczenia Wiadomości podstawowe Wyłączniki silnikowe Rodzaje zakłóceń w pracy silników i urządzeń elektrycznych Dobór zabezpieczeń silników przed oddziaływaniem prądów zwarciowych Dobór zabezpieczeń silników przed skutkami prądów przeciążeniowych Zabezpieczenie zanikowe Opis stanowiska laboratoryjnego Zasada działania i opis stanowiska laboratoryjnego Schemat elektryczny Przebieg ćwiczenia Opracowanie wyników badań

3 1. Wymagania BHP. Ogólne zasady bezpieczeństwa 1) Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją dydaktyczną do stanowiska laboratoryjnego. 2) Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, a o zauważonych nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić prowadzącego. 3) Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody prowadzącego. 4) Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez zmiany połączeń przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego po uprzednim wyłączeniu zasilania stanowiska. 5) Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana przyrządu) w układzie znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone. 6) W stanowisku laboratoryjnym dostępne są części czynne obwodu elektrycznego o napięciu przekraczającym napięcie bezpieczne, dlatego przed uruchomieniem należy zachować odpowiednie oddalenie od tych części czynnych w celu uniknięcia porażenia prądem elektrycznym. 7) Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym stanowiskiem laboratoryjnym. 8) Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów może doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, pożaru lub porażenia prądem. 9) W przypadku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. swąd spalenizny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć przewód zasilający. 10) Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, oprócz opisanych w instrukcji, powinny być wykonywane przez wykwalifikowany personel po wyłączeniu stanowiska. 3

4 2. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i zasad doboru wyłączników silnikowych w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia oraz doświadczalne sprawdzenie ich podstawowych właściwości. 3. Wiadomości podstawowe Wyłączniki silnikowe. Wyłączniki silnikowe są elementami do łączenia, ochrony i rozdzielania obwodów prądowych przede wszystkim obciążeń z silnikami. Jednocześnie zabezpieczają te silniki przed zniszczeniem w następstwie zablokowanego rozruchu, przeciążenia, zwarcia i braku jednej fazy w sieciach trójfazowych. Posiadają one termiczny wyzwalacz do ochrony uzwojenia silnika (zabezpieczenie przeciążeniowe) i wyzwalacz elektromagnetyczny (zabezpieczenie zwarciowe). W wyłącznikach silnikowych wyzwalacze prądowe stosuje się konfiguracjach: wyzwalacz przeciążeniowy oraz zwarciowy; tylko wyzwalacz przeciążeniowy; tylko wyzwalacz zwarciowy. w następujących Zabezpieczenia, aby spełniać stawiane im zadania powinny odpowiadać wymaganiom, co do: szybkości działania, wybiórczości (selektywności), czułości, niezawodności, poboru mocy i ekonomiczności. Wyłączniki silnikowe są produkowane na napięcia znamionowe nieprzekraczające 690V oraz prądy znamionowe do 80A, przy czym większość producentów ogranicza asortyment do wyłączników o prądach nieprzekraczających 40 A. Prądy wyłączalne wyłączników silnikowych z reguły nie przekraczają 6 10 ka. Do podstawowych właściwości wyłączników silnikowych można zaliczyć: możliwość regulacji zakresu pracy wyzwalaczy przeciążeniowych (termicznych); krótki czas zadziałania przy pracy niepełnofazowej oraz niesymetrii obciążenia; dużą szybkość działania wyłączania prądów zwarciowych (możliwość 4

5 ograniczania prądów zwarciowych); duża trwałość mechaniczna i łączeniowa (rzędu 10 5 cykli łączeniowych); duża znamionowa dopuszczalna częstość łączeń (rzędu 10 2 cykli/ h); znaczna odporność na wstrząsy i drgania; niewielkie gabaryty; stopień ochrony do IP 65 (możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych). Wyłączniki silnikowe przystosowane są z reguły do współpracy z osprzętem pomocniczym, do którego można zliczyć: Wyzwalacze napięciowe: wzrostowe i zanikowe, Styki pomocnicze m.in.: sygnalizacja stanu ZAŁ/ WYŁ, sygnalizacja wyzwolenia wyzwalacza zwarciowego i wyzwalacza przeciążeniowego, sygnalizacja stanu ZAŁ/WYŁ dla układów rozrusznikowych, styki pomocnicze wyprzedające. Rękojeści drzwiowe umożliwiające m.in.: sygnalizację stanu łącznika ZAŁ/ WYŁ/ wyzwolenie, blokadę drzwiczek lub pokryw Rodzaje zakłóceń w pracy silników i urządzeń elektrycznych. W praktyce występują zakłócenia stanu pracy silników elektrycznych, podczas których płynący w nich prąd może osiągać wartość znacznie większą od znamionowej. Zakłócenia te można podzielić na dwie grupy: wynikające z uszkodzenia silnika oraz wynikające z warunków ich pracy. Do grupy pierwszej należą zwarcia, natomiast do grupy drugiej przeciążenia, obniżenie lub zanik napięcia oraz niekiedy wzrost napięcia. Zwarcia powstają w wyniku uszkodzenia izolacji spowodowanego przez nadmierny wzrost naprężeń elektrycznych, mechanicznych lub cieplnych, bądź przez zmniejszenie się wytrzymałości mechanicznej urządzeń. Wartość prądu zwarciowego zależy od rodzaju zwarcia (międzyfazowe lub doziemne), typu sieci zasilającej i od tego czy zwarcie występuje bezpośrednio czy za pośrednictwem rezystancji przejścia. Prąd zwarcia zazwyczaj przewyższa prąd znamionowy (często nawet 5

6 kilkaset razy) i wywołuje groźne skutki cieplne oraz dynamiczne. Towarzyszy temu powstawanie łuku elektrycznego. Niewyłączony w porę łuk może zniszczyć silnik i aparaturę, a ponadto stwarza niebezpieczeństwo powstania pożaru. W przypadku powstania zwarcia, urządzenia zabezpieczające powinny spowodować natychmiastowe odłączenie od zasilania tych wszystkich urządzeń, przez które przepływa prąd zwarcia. Przeciążenie występuje wtedy, gdy płynący prąd przekracza wartość znamionową o kilkadziesiąt procent. Przeciążenie może być spowodowane procesem technologicznym (np. obciążenie silnika zbyt dużym momentem hamującym), przerwą w jednej z faz sieci zasilającej lub nieprawidłowo przebiegającym rozruchem. W następstwie przeciążenia temperatura silnika może przekroczyć wartość dopuszczalną, co z kolei powoduje zmniejszenie trwałości izolacji i skrócenie czasu eksploatacji silnika. Temperatura silnika rośnie tym szybciej im większe jest przeciążenie oraz im wyższa jest temperatura otoczenia. Trwały wzrost temperatury uzwojenia o każde 8 o powoduje skrócenie czasu życia izolacji do połowy czasu określonego dla temperatury niższej. Od chwili włączenia silnika do chwili wyrównania temperatury izolacji uzwojenia z temperaturą otoczenia, temperatura izolacji rośnie wg funkcji wykładniczej: gdzie: 0 - ustalony przyrost temperatury, T - stała czasowa nagrzewania. Stała czasowa jest określona jako stosunek pojemności cieplnej silnika lub uzwojenia do jego zdolności oddawania ciepła. Stała ta zależy od gabarytów silnika (uzwojenia), budowy, sposobu wentylacji i warunków pracy. Przy przeciążeniach długotrwałych uzwojenie nie może być traktowane jako odosobnione. Należy wówczas przyjąć stałą czasową nagrzewania silnika, która leży w przedziale ( ) min. Natomiast przy przeciążeniach krótkotrwałych należy brać pod uwagę stałą czasową nagrzewania uzwojenia, która wynosi (4...8) min. Stopień przeciążenia decyduje o dopuszczalnym czasie jego trwania. Rozgraniczenie przeciążeń krótko i długotrwałych jest operacją czysto umowną i opiera się na klasyfikacji procesu nagrzewania. Przeciążenia, przy których prąd ma wartość ( )% Izn lub wyższą są traktowane jako krótkotrwałe. Ich czas trwania musi być znacznie mniejszy niż stała czasowa uzwojenia. W przypadku takich przeciążeń nie zachodzi jednak konieczność natychmiastowego odłączenia silnika od sieci zasilającej. 6

7 Obniżenie napięcia - może być spowodowane np. zwarciem zewnętrznym i występuje zarówno w uszkodzonych jak i nieuszkodzonych odcinkach sieci. Obniżenie napięcia powoduje zmniejszenie momentu napędowego i prędkości obrotowej silników oraz wzrost prądu pobieranego przez silnik z sieci. Zanik napięcia - najczęściej spowodowany wyłączeniem uszkodzonego odcinka sieci. W przypadku zaniku lub znacznego i długotrwałego obniżenia napięcia następuje spadek momentu napędowego silnika. Ponowny wzrost napięcia do wartości znamionowej - w przypadku braku odpowiedniego zabezpieczenia - powoduje samoczynny rozruch silnika. Silnik pobiera znaczny prąd (najczęściej Ir=(5...7) Izn), który wywołuje spadek napięcia w sieci utrudniając i przedłużając rozruch. Chcąc uniknąć szkodliwych następstw zwarć i przeciążeń oraz obniżenia lub zaniku napięcia stosuje się odpowiednie zabezpieczenia Dobór zabezpieczeń silników przed oddziaływaniem prądów zwarciowych. Przerwanie przepływu prądu zwarciowego w obwodzie powinno nastąpić zanim pojawi się niebezpieczeństwo uszkodzeń cieplnych oraz mechanicznych w przewodach, połączeniach i urządzeniach. Wymaga to poprawnego dobrania urządzenia zabezpieczającego przed skutkami przepływu prądu zwarciowego. Prąd, który może płynąć w zwartym obwodzie nazywamy spodziewanym prądem zwarciowym. Wartość tego prądu powinna być znana w momencie doboru zabezpieczenia zwarciowego. Przewidywane wartości prądów zwarciowych należy określić w miejscach, w których ich znajomość jest niezbędna, ze względu na bezpieczeństwo eksploatacji instalacji. Dla danego obwodu elektrycznego wartość prądu zwarciowego maleje wraz z oddalaniem się od źródła zasilania, ponieważ powiększa się impedancja obwodu, która zależy od przekroju poprzecznego i długości przewodów. Z reguły dla doboru zabezpieczeń zwarciowych charakterystycznym miejscem, dla którego oblicza się wartość spodziewanego prądu zwarciowego jest rozdzielnica, w której są zainstalowane zabezpieczenia zwarciowe. W takiej sytuacji, jeżeli zwarcie wystąpi w odbiorniku objętym tym zabezpieczeniem, zabezpieczenie to zostanie pobudzone. W przypadkach wątpliwych należy sprawdzić skuteczność działania 7

8 zabezpieczenia zwarciowego przy założeniu zwarcia w chronionym odbiorniku. Ma to szczególne znaczenie w przypadku znacznej długości przewodów pomiędzy zainstalowanym zabezpieczeniem zwarciowym, a odbiornikiem, a tym samym znacznych różnic wartości prądów zwarciowych w tych miejscach. Jako zabezpieczenia zwarciowe stosuje się wyzwalacze elektromagnetyczne lub bezpieczniki topikowe. Prąd znamionowy zabezpieczenia powinien być tak dobrany, żeby jego wartość była jak najbliższa wartości prądu znamionowemu zabezpieczanego silnika, ale jednocześnie tak duży, aby nie nastąpiło jego zadziałanie w czasie rozruchu. Przy doborze prądów znamionowych wkładek topikowych należy uwzględnić typ wkładek (am, gl, i in.) oraz czas trwania rozruchu, zależny od momentu hamującego podczas rozruchu. Jeżeli znane są charakterystyki czasowo-prądowe wkładek topikowych oraz przebieg prądu rozruchowego silnika to należy dobrać wkładkę o najmniejszej wartości prądu znamionowego, której charakterystyka nie przecina sie z charakterystyka czasowo-prądowa silnika podczas rozruchu (rys.3.1.). Rys.3.1. Zasada doboru prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej, stanowiącej zabezpieczenie zwarciowe silnika, przez porównanie przebiegu charakterystyk czasowo-prądowych bezpieczników (Inb) oraz prądów rozruchowych (Ir) przy różnych rodzajach rozruchu: InM prąd znamionowy silnika, Irm maksymalny prąd rozruchowy silnika [1] W praktyce zastępuje sie rzeczywisty przebieg prądu rozruchowego przebiegiem zastępczym (rys.3.2.), w którym zakłada sie, że silnik będzie pobierał w trakcie rozruchu prąd o niezmiennej wartości Ilr równej wartości skutecznej maksymalnego prądu rozruchowego przez zastępczy czas rozruchu tzr wyznaczony z zależności: 8

9 w której: Irm - największa wartość prądu rozruchowego, Irt - skuteczna wartość (zmienna w czasie) prądu rozruchowego, tr - rzeczywisty czas trwania rozruchu. Zastępcze czasy trwania rozruchu zawierają sie zwykle w przedziale 0,6 0,7 rzeczywistego czasu rozruchu. Rys.3.2. Zasada doboru wkładki bezpiecznikowej z wykorzystaniem zastępczej charakterystyki rozruchu silnika: 1 charakterystyka prądu rozruchowego silnika, 2 zastępcza charakterystyka rozruchu, t zr zastępczy czas trwania rozruchu [1] Zwykle jednak nie dysponuje sie charakterystykami rozruchowymi silnika i w takim wypadku wartości prądów znamionowych wkładek bezpiecznikowych można dobrać w sposób uproszczony korzystając z następujących zależności: w których: I nm prąd znamionowy silnika, I rm największa wartość prądu rozruchowego silnika, k r = I rm/i nm współczynnik rozruchu silnika, α współczynnik zależny od typu wkładki, rodzaju i częstości rozruchów (tab.3.1). 9

10 Zabezpieczenie zwarciowe w wyłącznikach silnikowych jest realizowane za pomocą wyzwalacza elektromagnetycznego. Możliwe są różne rozwiązania konstrukcyjne wyzwalaczy elektromagnetycznych, lecz zasada działania jest jednakowa. Cewka elektromagnesu połączona jest szeregowo ze stykami głównymi wyłącznika (rys. 3.3) i w przypadku gdy popłynie prąd przekraczający wartość prądu nastawienia, siła elektromagnesu powoduje zadziałanie wyzwalacza. Wyzwalacz oddziaływuje bezpośrednio na zwolnienie napędu wyłącznika i powoduje rozdzielenie styków głównych. Przekaźnik elektromagnetyczny powoduje natomiast przerwę w obwodzie sterującym przyczyniając się w sposób pośredni do rozdzielenia styków głównych. Rys.3.3. Układ elementów wyzwalacza elektromagnetycznego: 1 - rdzeń elektromagnesu; 2 - cewka elektromagnesu; 3- sprężyna; 4 - zamek wyłącznika; 5 - styki główne [2] Przykładem wyłącznika wyposażonego tylko w wyzwalacz zwarciowy jest wyłącznik typu M250-MS. Poniżej (rys.3.4.) przedstawiono styk roboczy z wyzwalaczem elektromagnetycznym. Rys.3.4. Styk roboczy wyłącznika silnikowego z wyzwalaczem elektromagnetycznym. 10

11 W przypadku zastosowania wyłącznika jako zabezpieczenia zwarciowego silnika, prąd działania wyzwalaczy elektromagnetycznych Iwm powinien być większy od największych chwilowych wartości prądów rozruchowych silnika. W praktyce przyjmuje sie zasadę, że powinien być spełniony warunek: W przypadku kiedy wyłącznik nie posiada możliwości nastawiania prądu działania wyzwalaczy elektromagnetycznych, to w celu spełnienia powyższego warunku należy generalnie zastosować wyłącznik o charakterystyce czasowo-prądowej wyzwalaczy przetężeniowych typu D. Prąd działania wyzwalaczy bezzwłocznych tego typu wyłącznika wynosi co najmniej 10-krotna wartość prądu wyzwalaczy przeciążeniowych. Uwzględniając fakt, że współczynniki rozruchu silników przy rozruchu bezpośrednim zawierają sie w przedziale 4 8, nie ma możliwości przypadkowego działania wyłącznika w trakcie normalnej eksploatacji silnika. W pewnych sytuacjach (np. rozruch lekki, rozruch przez przełącznik gwiazda-trójkąt) możliwe jest zastosowanie wyłącznika o charakterystyce typu C, o prądach działania wyzwalaczy bezzwłocznych równych 5 10 krotnej wartości prądów znamionowych wyzwalaczy przeciążeniowych. Tab.3.1. Wartości współczynnika α przy różnych warunkach rozruchowych [1]. Rodzaj Moment hamujący M h Wkładka o działaniu rozruchu silnika w czasie rozruchu Szybkim (gi) np. gl Zwłocznym (gii) np. am Częstość rozruchu Częstość rozruchu Kilka na dobę częsty Kilka na dobę Częsty Lekki 2,5 2,0 3,0 2,5 Średni 2,0 1,8 2,5 2,0 Ciężki 1,6 1,5 1,6 1,5 M n moment znamionowy silnika Rozruch kilka razy na dobę odpowiada 3 5 rozruchom, rozruch częsty powyżej tej wartości. 11

12 3.4. Dobór zabezpieczeń silników przed skutkami prądów przeciążeniowych Przy niewłaściwym doborze zabezpieczeń prądy przetężeniowe mogą powodować przekroczenie dopuszczalnej temperatury przewodu lub chronionego urządzenia, co może prowadzić do wielu niepożądanych zjawisk takich, jak pożar, wybuch, zniszczenie izolacji, przewodów oraz zniszczenie połączeń zestykowych. Zabezpieczenia przeciążeniowe można umieszczać w dowolnym miejscu między silnikiem, a źródłem zasilania. Jako zabezpieczenia przeciążeniowe silników najczęściej stosuje się: wyłączniki z wyzwalaczami termobimetalowymi styczniki z wyzwalaczami termobimetalowymi Silnik będzie prawidłowo zabezpieczony przed przeciążeniem jeżeli charakterystyka czasowo-prądowa zabezpieczenia przeciążeniowego będzie leżała poniżej charakterystyki cieplnej uzwojeń silnika (rys.3.5.). Bezpośredni dobór zabezpieczenia przez porównanie charakterystyk jest praktycznie niemożliwy, ponieważ najczęściej przebiegi cieplnych charakterystyk czasowo-prądowych silników nie są znane. Warunek ten jest jednak uważamy za spełniony, gdy prąd nastawienia zabezpieczeń przeciążeniowych Int jest określony zależnością: gdzie: InM prąd znamionowy silnika. Zadziałanie zabezpieczenia przy takim nastawieniu nastąpi w praktyce przy trwałym obciążeniu prądem (1,1 1,15)InM. Pozwala to na uzyskanie pełnej mocy silnika przy małym prawdopodobieństwie jego uszkodzenia. 12

13 Rys.3.5. Różne sposoby zabezpieczenia przeciążeniowego silników: a) układy połączeń; b) przebiegi charakterystyk czasowo-prądowych prawidłowo dobranych zabezpieczeń (w układzie 1, 2, 3) i silnika (krzywa Tc) oraz przebieg prądu rozruchowego Ir; WT, PT wyzwalacz, przekaźnik przeciążeniowy, F bezpiecznik, Int prąd nastawienia wyzwalaczy, przekaźników przeciążeniowych, Iwm prąd działania wyzwalaczy zwarciowych, Inw prąd wyłączalny wyłącznika, Inm prąd znamionowy silnika, Ik prąd zwarciowy [3] W przypadku silników, które są podłączone do sieci za pośrednictwem przełącznika gwiazda-trójkąt zabezpieczenia przeciążeniowe powinny być zainstalowane w przewodach fazowych będących przedłużeniem uzwojeń i nastawione na prąd wyznaczony z zależności: Jeżeli zabezpieczenia przeciążeniowe zostaną umieszczone w przewodach zasilających i nastawione na prąd znamionowy silnika, to zabezpiecza one silnik tylko przy uzwojeniach połączonych w trójkąt. Po przełączeniu uzwojeń w gwiazdę, silnik nie będzie chroniony przed przeciążeniem, ponieważ zabezpieczenia przeciążeniowe będą działały dopiero przy prądach 3 razy większych od prądu znamionowego silnika. 13

14 Przy doborze zabezpieczenia przeciążeniowego należy zwrócić uwagę na to, aby wytrzymałość zwarciowa zabezpieczenia była dostateczna. Wytrzymałość zwarciowa zabezpieczenia przeciążeniowego, jest określona w katalogach wytwórcy lub na tabliczce znamionowej przekaźnika, największa wartością prądu zwarciowego jaki może przepłynąć przez zabezpieczenie przeciążeniowe nie powodując jego uszkodzenia lub jako maksymalna wartość prądu znamionowego wkładki topikowej, pełniącej role zabezpieczenia zwarciowego. Jeżeli prąd znamionowy wybranej wkładki topikowej jest większy niż odpowiadający danemu zabezpieczeniu przeciążeniowemu, to należy dobrać zabezpieczenie przeciążeniowe o większej wytrzymałości zwarciowej i o zakresie nastawienia obejmującym prąd znamionowy silnika. Zabezpieczenie przeciążeniowe w wyłącznikach silnikowych jest realizowane za pomocą przekaźników lub wyzwalaczy cieplnych bimetalowych. Przekaźniki cieplne należą do grupy przekaźników prądowych. Stosuje się je do zabezpieczeń od przeciążenia urządzeń posiadających uzwojenia prądowe. Większość przekaźników cieplnych działa na zasadzie zmian kształtu, wymiarów geometrycznych lub własności fizycznych elementu pomiarowego pod wpływem zmian jego temperatury. Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem są wyzwalacze i przekaźniki bimetalowe (2 paski metali różniące się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej liniowej, zgrzane ze sobą). W celu uzyskania odpowiednio dużego ugięcia stosuje się różne kształty pasków. Zasadę działania wyzwalacza bimetalowego pokazuje rysunek poniżej (Rys.3.6.) Rys.3.6. Wyzwalacz bimetalowy 1 bimetal roboczy, 2 bimetal kompensujący, 3 przycisk kasujący, 4 regulacja prądu działania [2] 14

15 Rys.3.7. Potencjometr umożliwiający kształtowanie charakterystyki czasowo-prądowej wyzwalacza przeciążeniowego. W przypadku wystąpienia prądu przeciążeniowego w obwodzie, bimetal roboczy odkształca się, powodując przesunięcie dźwigni i zadziałanie wyłącznika. Wyzwalacze bimetalowe często posiadają pokrętła (rys.3.7.), którymi można zmieniać długość drogi, jaką musi pokonać odkształcający się bimetal. Uzyskuje się przez to możliwość regulacji prądu rozruchowego. Bezwzględne wygięcie bimetalu zależy od wartości temperatury a nie od jej przyrostu; powoduje to szybsze działanie przekaźnika w przypadku, gdy pracuje on w wyższej temperaturze otoczenia. Jest to zjawisko niekorzystne, ponieważ charakterystyka włącznika powinna być niezależna od temperatury otoczenia. Aby spełnić to wymaganie stosuje się kompensację eliminującą wpływ zmian temperatury otoczenia. Przykładowe rozwiązanie przedstawione jest na poniższym rysunku: Rys bimetal właściwy, 2 grzejnik, 3 bimetal kompensacyjny, 4 zestyk, 5 izolacja termiczna Obydwa styki przekaźnika umieszczone są na paskach bimetalowych (takich samych). W przypadku zmiany temperatury otoczenia następuje odkształcenie obydwu bimetali, dzięki czemu nie zmienia się droga, jaką musi pokonać bimetal właściwy, aby spowodować 15

16 zadziałanie przekaźnika. Konieczne jest odizolowanie termiczne bimetalu kompensacyjnego od właściwego. Przykładem wyłącznika wyposażonego tylko w wyzwalacz przeciążeniowy jest wyłącznik typu M250 T. Poniżej przedstawiono styk roboczy z wyzwalaczem przeciążeniowym tego właśnie wyłącznika. Rys.3.9. Styk roboczy wyłącznika silnikowego z wyzwalaczem bimetalowym Zabezpieczenie zanikowe. Zabezpieczenia te stosuje się w celu uniemożliwienia samorozruchu silników w chwili powrotu napięcia, po jego zaniku, lub wówczas, gdy obniżenie napięcia zasilania uniemożliwia prawidłową pracę silnika, a zabezpieczenie przeciążeniowe nie jest stosowane lub nie jest w stanie wykryć zagrożenia. Samorozruch może być przyczyną szkodliwych następstw dla instalacji i urządzeń oraz w wielu przypadkach stanowi zagrożenie dla zdrowia i życia obsługi. Jako zabezpieczenie zanikowe stosuje się czujniki zaniku fazy, wyłączniki zapadkowe z cewką zanikową lub styczniki. Rolę zabezpieczenia spełnia w tym przypadku elektromagnes stycznika, który powoduje bezzwłoczne odpadanie zwory przy obniżeniu się napięcia do wartości poniżej 50%Uzn. Niekiedy stosowane są układy kondensatorowe, powodujące opóźnienie w odpadaniu zwór, włączone równolegle do cewki stycznika i przycisku wyłączającego. 16

17 Wyzwalacze napięciowe zanikowe są budowane jako szybkie oraz zwłoczne. Wyzwalacze szybkie powodują bezzwłoczne otwarcie wyłączników przy zmniejszeniu napięcia do (0,7...0,35) wartości znamionowej i umożliwiają załączenie wyłączników, gdy napięcie jest wyższe niż 0,85 napięcia znamionowego. Wyzwalacze zwłoczne powodują otwarcie wyłączników przy zmniejszeniu napięcia poniżej 0,35Uzn po zwłoce czasowej (0,2...0,6)s nastawionej na mechanizmie zegarowym i umożliwiają zamknięcie wyłącznika przy napięciu mniejszym niż 0,85Uzn. Cewkę sterującą w styczniku można również traktować jako wyzwalacz podnapięciowy, który powoduje rozdzielenie styków roboczych przy obniżeniu lub zaniku napięcia. Charakterystykę sterowania stycznika przedstawia rys Przeciętne czasy załączania lub wyłączania zależnie od konstrukcji stycznika wynoszą ( )ms. Rys Charakterystyka sterowania stycznika. 4. Opis stanowiska laboratoryjnego 4.1. Zasada działania i opis stanowiska laboratoryjnego Stanowisko składa się z dwóch paneli. Na panelu pionowym zostały zamontowane: badane wyłączniki silnikowe, diody sygnalizujące załączenie danego elementu, przełącznik do sterowania stycznikowym układem przełączeniowym gwiazda-trójkąt, schemat elektryczny; zaś na panelu poziomym: przyciski sterujące stycznikami, zaciski umożliwiające podłączenie silnika oraz wyłącznik bezpieczeństwa. 17

18 Za pomocą panelu sterowniczego możemy w prosty sposób wybierać, które wyłącznik badamy. Do dyspozycji mamy dwa sposoby rozruchu silnika: uzwojenia silnika połączone w trójkąt lub za pomocą przełącznika do sterowania stycznikowym układem przełączeniowym gwiazda-trójkąt. Wszystkie czynności łączeniowe wykonywane są za pomocą styczników sterowanych przyciskami znajdującymi się na panelu sterowniczym. Wszystkie styczniki zostały zamontowane w kaskadzie i czynności łączeniowe możemy wykonywać tylko w określonej kolejności, najpierw stycznik główny, później stycznik odpowiadający za załączenie danego wyłącznika, a na końcu sposób rozruchu silnika. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie możemy załączyć danego wyłącznika do badania jeżeli nie załączymy stycznika głównego, nie możemy załączyć do badania drugiego wyłącznika jeśli nie wyłączymy poprzedniego, jeśli wybierzemy jeden sposób rozruchu nie damy rady wybrać drugiego. Pozwala to zabezpieczyć zarówno silnik jak i elementy badane przed omyłkowym lub celowym uszkodzeniem. Na płycie pionowej w lewym górnym rogu (rys.4.1.) znajduje się sześć zacisków, po połączeniu ich ze sobą możemy mierzyć na przewodach łączących miernikiem cęgowym wartość prądu pobieranego przez silnik. Rys.4.1. Widok panelu pionowego z połączonymi zaciskami pomiarowymi. Obok zacisków do pomiaru prądu znajdują się dwa zaciski połączone zworą. Po wyjęciu zwory mamy możliwość sprawdzania wyłączników silnikowych pod kątem ochrony przed pracą niepełnofazową silników lub po podłączeniu w miejsce zwory autotransformatora przy obniżonym napięciu w jednej z faz. 18

19 Do podłączenia autotransformatora na bocznej ścianie zostało specjalnie zamontowane gniazdo wtykowe. Gniazdo zostało zamontowane ponieważ podłączenie autotransformatora do przypadkowego gniazda mogłoby spowodować zwarcie, a gniazdo zamontowane w stanowisku jest zasilane z tej samej fazy, w której została zamontowana zwora. Rys Gniazdo wtykowe na bocznej ścianie stanowiska. Na rys.4.3. został zamieszczony schemat wraz z oznaczeniami panelu sterowniczego. Przyciski zielone służą do załączania, natomiast czerwone do wyłączania danych obwodów. Poniżej omówię znaczenie skrótów użytych do oznaczenia przycisków i zacisków: STG- przyciski służące do zał/wył stanowiska ST1, ST2, ST3, ST4 przyciski służące do zał/wył poszczególnych wyłączników silnikowych STY/ - przyciski służące do zał/wył rozruchu silnika za pomocą przełącznika do sterowania stycznikowym układem przełączeniowym gwiazda-trójkąt ST - przyciski służące do zał/wył silnika przy uzwojeniach połączonych w trójkąt U1, V1, W1, U2, V2, W2, N, PE zaciski służące do podłączenia silnika W lewym rogu panelu sterowniczego znajduje się wyłącznik bezpieczeństwa. 19

20 Rys.4.3. Schemat wraz z oznaczeniami panelu sterowniczego. 20

21 4.2. Schemat elektryczny Na rys.4.4. został zamieszczony schemat elektryczny stanowiska wraz z oznaczeniami. Poniżej omówię znaczenie skrótów użytych w schemacie: STG stycznik główny służący do załączania i wyłączania całego stanowiska, Z1 zwora umożliwiająca badanie wyłączników silnikowych pod kątem zaniku fazy lub obniżenia napięcia ST1 stycznik służący do załączania i wyłączania wyłącznika silnikowego pierwszego ST2 stycznik służący do załączania i wyłączania wyłącznika silnikowego drugiego ST3 stycznik służący do załączania i wyłączania wyłącznika silnikowego trzeciego ST4 stycznik służący do załączania i wyłączania wyłącznika silnikowego czwartego W1 wyłącznik silnikowy pierwszy W2 wyłącznik silnikowy drugi W3 wyłącznik silnikowy trzeci W4 wyłącznik silnikowy czwarty ST - stycznik służący do załączania i wyłączania silnika przy uzwojeniach połączonych w trójkąt STY/ - stycznik służący do załączania i wyłączania rozruchu silnika za pomocą przełącznika do sterowania stycznikowym układem przełączeniowym gwiazda-trójkąt M3AC silnik asynchroniczny trójfazowy. 21

22 Rys.4.4. Schemat elekryczny wraz z oznaczeniamstanowiska laboratoryjnego do badania oraz doboru wyłączników silnikowych. 22

23 5. Przebieg ćwiczenia. a) Na podstawie parametrów znamionowych silnika dobrać wstępnie parametry zabezpieczeń zwarciowe i przeciążeniowe silnika, pokaz pracy silnika przy symetrycznym zasilaniu b) Wyznaczyć charakterystykę czasowo prądową wyłącznika silnikowego wskazanego przez prowadzącego. Charakterystyka zostanie sporządzona dla stanu nienagrzanego. Należy zmierzyć czas zadziałania wyłącznika dla prądów równych: 1.10, 1.20, 1.50, 2.00, 2.50, 3.50, 5.00 x In. Po każdym zadziałaniu przekaźnika należy odczekać, aż bimetal ostygnie. Na podstawie wykonanych pomiarów należy wykreślić charakterystykę t = f(i / In). Wyniki zestawić w tabeli. c) Dla zadanych przez prowadzącego warunków obciążenia silnika wykonać pomiary największego prądu rozruchowego, prądu obciążenia silnika oraz czasów trwania rozruchu. Wyznaczyć wartości zastępczych czasów rozruchu i dobrać wkładki bezpiecznikowe z wykorzystaniem charakterystyk czasowo-prądowych. d) Wyznaczenie charakterystyki czasowo-prądowej wyzwalacza przeciążeniowego wskazanych przez prowadzącego wyłączników silnikowych. e) Sprawdzenie wskazanych przez prowadzącego wyłączników silnikowych pod kątem pracy niepełno fazowej i przy obniżonym napięciu. 6. Opracowanie wyników badań. Sprawozdanie studenckie powinno zawierać: Cel ćwiczenia Schematy badanych układów Analizę zasady działania poszczególnych układów Pomiary z wykonywanych badań Spostrzeżenia i wnioski. 23

24 7. Literatura [1] Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa 2015 [2] Markiewicz H.: Instalacje elektryczne. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2012 [3] PN-EN Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa norma wieloarkuszowa [4] Katalog Wyłączniki silnikowe firmy Moeller [5] Katalog produktów firmy Fael i Legrand 24