Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii Instytut Inżynierii Mechanicznej Zakład Maszyn Rolniczych i Automatyzacji Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Przedmiot: Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Temat ćwiczenia: BADANIA UKŁADÓW ZABEZPIECZEŃ PRZED PRZECIĄŻENIEM I PORAŻENIEM PRĄDEM ELEKTRYCZNYM Płock, 2013

2 1. BADANIE WYŁĄCZNIKÓW RÓŻNICOWOPRĄDOWYCH 1.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, działania i właściwości wyłączników różnicowoprądowych Wprowadzenie Przed przystąpieniem do badania wyłączników różnicowoprądowych należy zapoznać się z podstawowymi informacjami dotyczącymi ich funkcjonowania oraz z zasadami BHP przy pracy z urządzeniami będącymi pod napięciem. Należy pamiętać, że przy badaniu wyłączników różnicowoprądowych posługujemy się miernikami przystosowanymi do pomiaru napięć i prądów przemiennych. Obwód prądu upływu posiada wewnętrzny rezystor (6610 Ω), zapewniający przy zwarciu zacisków rezystora dekadowego przepływ prądu upływu o wartości około 35 ma Przebieg ćwiczenia 1. Zmostkować wyprowadzenia zacisków na dekadę i miliamperomierz. Za pomocą impulsowego przycisku sprawdzić poprawność funkcjonowania wyłącznika różnicowoprądowego (1-fazowy i 3- fazowy). 2. Podłączyć wymagane przyrządy zewnętrzne (dekada i miliamperomierz). 3. Ustawić wstępnie wartość rezystora dekadowego na 6 kω i załączyć stanowisko. Impulsowy przycisk wyzwalający pozwala na odczyt wartości prądu upływu. Po wykonaniu powyższych czynności można załączyć wyłącznik różnicowoprądowy (1-fazowy lub 3- fazowy). Zmieniając wartość rezystora dekadowego, mierzymy wartość prądu upływu. Czynność powtarzamy aż do momentu zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego. Tabela 1. Badanie wyłącznika różnicowoprądowego Typ wyłącznika różnicowoprądowego: Rezystancja dekady [Ω] Prąd upływu [ma] 2. BADANIE CZUJNIKÓW TEMPERATURY 2.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości czujników temperatury typu PTC oraz wyznaczenie ich charakterystyki rezystancyjnej Wprowadzenie Czujniki PTC umieszczono na miedzianej obudowie grzałki elektrycznej, której temperaturę można regulować w zakresie do termistora PTC, służy zewnętrzny omomierz. C. Jako miernik wartości rezystancji 2

3 2.3. Przebieg ćwiczenia Czujniki PTC w układzie z przekaźnikiem MiCOM P211 a) załączyć stanowisko badawcze, b) wyłączyć blokadę MiCOM i skasować alarm, c) załączyć blokadę wyłącznika termicznego TOMIC (przy wyłączonej blokadzie można sprawdzić jego funkcjonowanie ), d) załączyć blokadę przekaźnika termicznego IR 4/1, e) wybrać rodzaj obciążenia na zewnętrzne, f) w przypadku zastosowania obciążenia zewnętrznego należy wcześniej podłączyć odpowiedni silnik, g) wyłączyć wentylatory grzałki, h) pozostawić samopodtrzymanie styków sygnalizowane żółtą diodą LED, i) ustawić regulator temperatury na wartości 50 0 C i załączyć grzałkę, j) pozostawić załączone czujniki PTC wewnętrzne (brak świecenia żółtej LED przy zaciskach czujniki PTC zewnętrzne), k) załączyć stycznik przyciskiem ZAŁĄCZ. Po wykonaniu powyższych czynności należy stopniowo podnosić temperaturę grzałki np. co 10 0 C. Wewnętrzny cyfrowy miernik służy do orientacyjnego wskazania temperatury. Aby pomiar był dokładny należy posłużyć się czujnikiem PT100. Do odpowiednich zacisków podłączamy omomierz. Wartości rezystancji odpowiada określona temperatura, co odczytujemy w odpowiedniej tabeli. Podnoszona stopniowo temperatura spowoduje zadziałanie przekaźnika MICOM P211. Ćwiczenie możemy wykonać bez korzystania z czujników PTC, wówczas do odpowiednich zacisków podłączamy rezystor dekadowy. Czynności odnoszące się do grzałki pomijamy. Po zmierzeniu rezystancji termistorów (w stanie zimnym), ustawiamy taką samą wartość na rezystorze dekadowym Wyznaczenie charakterystyk czujników PTC a) załączyć stanowisko badawcze, b) wyłączyć wentylatory grzałki, c) ustawić regulator temperatury na wartości 50 0 C i załączyć grzałkę, d) załączyć czujniki wewnętrzne PTC, e) podłączyć omomierz do zacisków PT 100, f) podłączyć omomierz do zacisków czujników PTC. 3

4 Trzy czujniki PTC są połączone szeregowo, ich wyprowadzenia końcówek na płycie czołowej umożliwiają wyznaczenie charakterystyk: pojedynczego termistora PTC lub dwóch albo trzech połączonych szeregowo. Dokonujemy serii pomiarów rezystancji podczas podnoszenia temperatury grzałki np. co 10 0 C. Wyniki pomiarów zapisujemy w odpowiedniej tabeli. Po zakończeniu pomiarów uruchamiamy wentylatory w celu szybszego schłodzenia gorących elementów. Tabela 2. Badanie czujników temperatury Typ czujnika: Temperatura zadana [ 0 C] Odczyt miernika [ 0 C] Rezystancja PT 100 [Ω] Temp. odczytana (PT100) [ 0 C] Rezystancja czujnika [Ω] Rys. 1. Przykładowa charakterystyka czujnika PTC Wyłącznik termiczny W obwodzie sterowania styczników znajdują się styki rozwierne wyłącznika termicznego M03/1, którego temperatura zadziałania jest równa około C. Wyłączyć blokadę wyłącznika termicznego i zwiększać temperaturę grzałki co 10 0 C. Po przekroczeniu odpowiedniej temperatury wyłącznik termiczny wyłączy zabezpieczany obwód elektryczny. 4

5 Podczas stygnięcia grzałki ustalamy temperaturę powrotu wyłącznika M03/1 (możliwość ponownego załączenia stycznika). Tabela 3. Badanie wyłącznika termicznego M03/1 tomic Typ wyłącznika: Temperatura zadziałania [ 0 C] Temperatura powrotu [ 0 C] 3. BADANIE ZABEZPIECZEŃ PRZECIĄŻENIOWYCH 3.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest przedstawienie układu sterowania silnika elektrycznego zabezpieczonego przekaźnikiem mikroprocesorowym MICOM P211 oraz przekaźnikiem termicznym IR 4/ Badanie przekaźnika MiCOM P211 Niezbędnym warunkiem wykonania ćwiczenia jest wstępne zapoznanie się z oryginalną instrukcją obsługi przekaźnika MiCOM P Pomiar prądu rozruchowego silnika Podłączamy silnik elektryczny zewnętrzny. Wyłączamy blokadę przekaźnika MICOM P211. Wybieramy odpowiedni tryb pracy stanowiska. Przyciskiem ZAŁĄCZ uruchamiamy silnik. Odczytujemy wyświetlany przez przekaźnik maksymalny prąd rozruchu i czas trwania rozruchu. Tabela 4. Pomiar parametrów rozruchowych silnika Typ silnika: Czas załączenia Maksymalny prąd rozruchu Czas rozruchu Stan cieplny silnika [%] Badanie zabezpieczenia przed niedociążeniem silnika Nastawić zwłokę czasową oraz wartość procentową prądu bazowego, przy której ma nastąpić zadziałanie zabezpieczenia. Zmniejszać prąd przekaźnika poprzez zmniejszanie napięcia wyjściowego autotransformatora. Zaobserwować zadziałanie zabezpieczenia oraz zmierzyć zwłokę czasową posługując się stoperem. 5

6 Tabela 5. Badanie zabezpieczenia podprądowego Prąd bazowy I B Wartość prądu w % I B [%] Wartość czasu zadziałania Czas zadziałania Badanie zabezpieczenia przed skutkami asymetrii zasilania Uruchamiamy stanowisko w odpowiednim trybie (autotransformator). Podłączamy amperomierz i autotransformator. Ustawiamy na wyświetlaczu przekaźnika MiCOM P211 wartość prądu bazowego. Po załączeniu wyłącznika asymetria zasilania, odczytujemy wskazania prądu w poszczególnych fazach oraz mierzymy czas zadziałania zabezpieczenia. Tabela 6. Badanie zabezpieczenia przed asymetrią Wartość asymetrii [%] Wartość czasu zadziałania [s] Prąd fazy L1 przed asymetrią Prąd fazy L2 przed asymetrią Prąd fazy L3 przed asymetrią Prąd fazy L1 po asymetrii Prąd fazy L2 po asymetrii Prąd fazy L3 po asymetrii Czas zadziałania [s] Badanie zabezpieczenia przed skutkami nadmiernego wzrostu temperatury silnika Zabezpieczenie temperaturowe jest aktywne, jeżeli do zacisków T1-T2 zabezpieczenia MiCOM P211 jest dołączona pętla 1-6 czujników PTC. Wzrost sumarycznej rezystancji zainstalowanych w nim czujników PTC ponad wartość 3900 Ω powoduje zadziałanie przekaźnika. 6

7 Badanie zabezpieczenia temperaturowego można wykonać dwoma metodami: korzystając z czujników wewnętrznych stanowiska, podłączając dekadę zewnętrzną. Metoda pierwsza wymaga podgrzania czujników do około C. Metoda druga symuluje obecność w obwodzie czujników PTC. Aby wykonać ćwiczenie tą metodą należy przełączyć rodzaj czujników na zewnętrzne i regulować wartość rezystora dekadowego aż do zadziałania zabezpieczenia. Przy ustalaniu wartości dekady należy posłużyć się danymi podczas wyznaczania charakterystyki czujników PTC. Tabela 7. Badanie zabezpieczenia temperaturowego Stan cieplny [%] Temperatura czujnika [ 0 C] Rezystancja dekady [Ω] Stan zabezpieczenia Czas zadziałania Rodzaj metody: Badanie zabezpieczenia przeciążeniowego Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy zapoznać się z modelem cieplnym przekaźnika MiCOM P211 zawartym w oryginalnej instrukcji obsługi. Po ustawieniu odpowiednich parametrów zabezpieczenia przeciążeniowego w przekaźniku MiCOM P211 można uruchomić blok przeciążeniowy. Ćwiczenie wykonujemy przy różnych krotnościach prądu bazowego przekaźnika kasując uprzednio stan cieplny zabezpieczenia. Tabela 8. Badanie zabezpieczenia przeciążeniowego Wartość prądu I B Wartość współ. odpadu [%] Wartość czasu dla I=6x I B Prąd przeciążenia Krotność prądu przeciążenia Stan cieplny [%] Stan zabezpieczenia Czas zadziałania Czas pomiaru 7

8 Badanie zabezpieczenia przed skutkami zablokowania wirnika Programujemy w przekaźniku MiCOM P211 zwarciową krotność prądu bazowego (zalecana minimalna). Po załączeniu stanowiska, wymuszamy przy pomocy autotransformatora przepływ prądu powyżej wartości nastawionej. Mierzymy wartość prądu płynącego w obwodzie układu przeciążeniowego. Obserwujemy działanie zabezpieczenia. Sprawdzić stan cieplny wskazywany przez przekaźnik przed zakłóceniem i po jego usunięciu. Tabela 9. Badanie zabezpieczenia zwarciowego Nastawa krotności prądu I B Nastawa czasu Stan cieplny przed zadziałaniem [%] Wartość prądu zwarciowego Czas zadziałania Stan cieplny po zadziałaniu [%] 3.3. Badanie przekaźnika termicznego IR 4/1 a) podłączyć autotransformator, b) podłączyć amperomierz o zakresie nie mniejszym niż 15 A, c) przełącznik obciążenia ustawić na autotransformator, d) załączyć przekaźnik czasowy. Nastawa przekaźnika IR 4/1 mieści się w zakresie od 6,4 A do 10A. Wybieramy wartość 6,4A. Przy długotrwałym przepływie prądu o tej wielkości nie powinno nastąpić zadziałanie przekaźnika. Czas wstępnego grzania prądem bazowym odlicza przekaźnik czasowy. Opóźnienie załączenia (funkcja 02) odlicza stała czasowa T 1 o zakresie s. Mnożnik N sprawia, że łączny czas odliczania może wynieść 9801 sekund czyli 2 godz. i 40 min. Wszelkich ustawień przekaźnika czasowego dokonuje się za pomocą czterech przycisków a wyniki zmian pokazuje wyświetlacz LED. Przyciski mają następujące funkcje: stop/menu zatrzymuje działanie przekaźnika, uruchamia menu główne i umożliwia programowanie przekaźnika. Pierwsza zmienna jest oznaczona jako T 1, kolejne naciskanie tego przycisku powoduje przejście do następnych zmiennych, 8

9 oraz służą do zmiany wartości poszczególnych zmiennych, start - uruchamia prace przekaźnika i zapisuje ustawione wcześniej wartości do nieulotnej pamięci EEPROM. Ustawiamy czas wstępnego grzania na 30 min. Załączamy sterowanie przekaźnika czasowego. Kontrolujemy wartość prądu grzania aby nie przekroczył ustalonej nastawy. Po wstępnym nagrzaniu ustawiamy prąd przekaźnika większy o 10 %. Załączamy przycisk ZAŁĄCZ oraz przycisk start stopera cyfrowego. Podczas pomiaru czasu blokada przekaźnika termicznego powinna być załączona. Kolejnego ustawienia krotności prądu bazowego dokonujemy po automatycznym zresetowaniu się przekaźnika termicznego. Wyniki pomiarów zapisujemy w odpowiedniej tabeli, dane te posłużą do wykreślenia charakterystyki ze stanu nagrzanego, obrazującego zależność czasu zadziałania przekaźnika od wartości prądu. Tabela 10. Wyniki badania przekaźnika IR 4/1 6,4...10A przekaźnik zimny wartość prądu czas do zadziałania przekaźnik nagrzany prąd nagrzewania czas nagrzewania prąd przeciążenia czas do zadziałania 9