BADANIE CHARAKTERYSTYK CZASOWO-PRĄDOWYCH WYŁĄCZNIKÓW SILNIKOWYCH

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY Instytut Elektroenergetyki Zakład Urządzeń Rozdzielczych i Instalacji Elektrycznych BADANIE CHARAKTERYSTYK CZASOWO-PRĄDOWYCH WYŁĄCZNIKÓW SILNIKOWYCH Poznań, 2019

2 1. PODSTAWY TEORETYCZNE 1.1. Wstęp Wyłączniki silnikowe to urządzenia elektryczne, których zadaniem jest sterowanie, rozdzielanie i zabezpieczanie obwodów z silnikami elektrycznymi. Zabezpieczają one silniki przed skutkami przetężeń zwarć i przeciążeń. Ponadto, po zainstalowaniu dodatkowego wyposażenia, chronią silniki przed skutkami związanymi z obniżeniem się napięcia zasilającego lub zanikiem fazy zasilającej oraz niesymetrią obciążenia i zablokowanym rozruchem Wyłączniki silnikowe to najbardziej rozpowszechnione urządzenia wykorzystywane do zabezpieczania niskonapięciowych silników indukcyjnych pracujących w zakładach przemysłowych [1] Budowa Wyłączniki silnikowe wyposaża się w podzespoły, które pozwalają na realizację podstawowych funkcji wyłączania obwodu w warunkach zakłóceniowych oraz przewodzenia prądu w warunkach normalnych. Na rysunku 1.1 przedstawiono elementy składowe wyłącznika silnikowego. Z kolei rysunek 1.2 przedstawia wyłącznik silnikowy firmy Schneider Electric o zakresie regulacji prądu zadziałania wyzwalacza termicznego (1,4-2,5) A. Rys Rysunek przedstawiający elementy składowe wyłącznika silnikowego; 1 zaciski przyłączeniowe, 2 styk ruchomy, 3 styk nieruchomy, 4 wyzwalacz przeciążeniowy, 5 wyzwalacz zwarciowy, 6 wyzwalacz nadnapięciowy, 7 wyzwalacz podnapięciowy, 8 zamek, 9 przycisk, 10 główny tor prądowy [1] Tor prądowy wyłącznika silnikowego składa się z zacisków przyłączeniowych (1), styków głównych (ruchomego (2) i nieruchomego (3)), styków opalnych oraz z wyzwalaczy (4)-(7). Zadaniem toru prądowego jest przewodzenie prądu elektrycznego w warunkach normalnych i zakłóceniowych. Komora gaszeniowa zbudowana jest z płytek 76

3 dejonizacyjnych wykonanych z miedzi, mosiądzu lub stali. Jej zadaniem jest zgaszenie łuku powstałego na skutek ruchu styku ruchomego. Łuk elektryczny kierowany do komory gaszeniowej zostaje podzielony na kilka łuków krótkich palących się między płytkami. Wyłącznik silnikowy posiada napęd zamkowy. Oznacza to, że do zmiany położenia styków wystarczy chwilowe działanie siły. Natomiast w chwili załączenia, wyłącznik pozostaje bez udziału sił zewnętrznych. Wyłącznik silnikowy może być wyposażony w następujące wyzwalacze [1]: przetężeniowy (termobimetalowy) realizujący ochronę przed przeciążeniem oraz zablokowanym rozruchem, zwarciowy (elektromagnetyczny) zapewniający ochronę przed skutkami zwarć, podnapięciowy chroniący przed skutkami obniżenia się napięcia zasilającego oraz zaniku fazy, nadnapięciowy zabezpieczający przed wzrostem napięcia zasilającego. a) b) c) Rys Budowa wyłącznika silnikowego firmy Schneider Electric; a) widok z góry, b) komora gaszeniowa, c) wyzwalacze 77

4 1.3. Charakterystyka czasowo-prądowa Charakterystyka czasowo-prądowa wyłącznika silnikowego zależy od konstrukcji i parametrów wyzwalacza zwarciowego oraz przeciążeniowego. Na rysunku 1.3 przedstawiono charakterystykę czasowo-prądową wyłącznika silnikowego. Charakterystyka ta w zakresie działania wyzwalacza termicznego jest zależna od wartości prądu płynącego w obwodzie, a w zakresie działania wyzwalacza zwarciowego jest niezależna. W powszechnie stosowanych wyłącznikach silnikowych, podobnie jak w innych wyłącznikach modułowych niskiego napięcia, nie ma możliwości kształtowania charakterystyki członu zwarciowego. Natomiast charakterystyka członu przeciążeniowego może być ustawiana [1]. Rys Charakterystyka czasowo-prądowa wyłącznika silnikowego [2] 78

5 2. PRZEDMIOT BADAŃ Przedmiotem badań jest wyłącznik silnikowy trójbiegunowy Lovato SM1P Najważniejsze, wybrane parametry zastosowanego wyłącznika silnikowego to [2]: zakres regulacji prądu zadziałania wyzwalacza termicznego: (0,63-1) A, ilość zakresów regulacji: 16, znamionowy prąd maksymalny: 40 A, krotność działania wyzwalacza zwarciowego: 13In, zdolność wyłączania zwarciowego: 100 ka, znamionowe napięcie izolacji: 600 V, znamionowe napięcie udarowe: 6 kv, klasa wyzwalacza przeciążeniowego: 10A, trwałość mechaniczna: cykli, trwałość elektryczna: cykli, stopień ochrony: IP SPOSÓB WYKONYWANIA BADAŃ Wyznaczenie charakterystyk czasowo-prądowych wyłącznika silnikowego polega na pomiarze czasu zadziałania urządzenia przy przepływie określonego prądu probierczego. Wartość prądu pomiarowego z zakresu charakterystyki członu przeciążeniowego dobrać zgodnie z tablicą 3.1. Ze względu na zbyt długi czas trwania próby należy pominąć krotności prądu 1,05 oraz 1,2. Punkty pomiarowe należy rozszerzyć o wybrane krotności prądu z przedziału 2-5. Pomiary przeprowadzić dla dwóch skrajnych nastaw prądu zadziałania członu przeciążeniowego wyłącznika. Ze względu na możliwości układu probierczego, pomiary z zakresu działania członu zwarciowego należy pomiąć. Tab. 3.1 Wymagania dla charakterystyki czasowo-prądowej wyzwalacza przeciążeniowego [3] Klasa wyzwalacza 5 Czas wyzwalania T p przy krotności prądu nastawczego 1,05 1,2 1,5 7,2 T p 2 min * 1 < T p 5 s * 10A T p 2 min 2 < T p 10 s 10 T p 4 min 4 < T p 10 s 15 T p 6 min * 5 < T p 15 s * 20 T p 2 h T p < 2 h T p 8 min 6 < T p 20 s 25 T p 10 min * 7,5 < T p 25 s * 30 T p 12 min 9 < T p 30 s 35 T p 14 min * 11 < T p 35 s * 40 T p 16 min * 13 < T p 40 s * * wartość nieznormalizowana, stosowana przez producentów 79

6 Podczas pomiarów wszystkie bieguny wyłącznika należy połączyć szeregowo. Działanie takie pozwala na badanie trójbiegunowego urządzenia, za pomocą jednofazowego układu pomiarowego. Czas zadziałania wyłącznika zliczany jest za pomocą sekundomierza. Należy mierzyć czas od chwili wymuszenia przepływu prądu probierczego, do momentu otwarcia styków wyłącznika. Dla każdego punktu pomiarowego należy wykonać pięć prób, z których wyznacza się wartość średnią. Po każdej serii pięciu pomiarów, należy odczekać czas potrzebny na osiągnięcie przez wyłącznik temperatury otoczenia. Rysunek 3.1 przedstawia schemat układu probierczego, do badania charakterystyk czasowo-prądowych wyłącznika silnikowego. Rys Schemat układu probierczego do badania charakterystyk czasowo-prądowych; Dł. Reg dławik regulacyjny, Twp transformator wielkoprądowy, PP1, PP2 przekładniki prądowe, k1 stycznik sterujący obwodem probierczym, k2 stycznik sterujący obwodem nastawczym, S. el. sekundomierz elektroniczny, R rezystor nastawczy, RJ przekaźnik prądowy [4] Przepływ prądu wymuszany jest za pomocą układu wielkoprądowego, składającego się z transformatora wielkoprądowego i dławika regulacyjnego. Układ zbudowany jest z dwóch równoległych obwodów probierczego oraz nastawczego. Szeregowo w obwód probierczy należy podłączyć badany wyłącznik silnikowy. Natomiast szeregowo w obwód nastawczy należy podłączyć rezystor nastawny. Obwód nastawczy służy do nastawy zadanej wartości prądu. Wartość prądu płynącego w obwodzie nastawczym i probierczym powinna być jednakowa. W związku z tym na rezystorze nastawczym, należy ustawić wartość odpowiadającą rezystancji szeregowo połączonych biegunów wyłącznika silnikowego. Dodatkowo, należy uwzględnić rezystancje przewodów połączeniowych. 80

7 Następnie, należy dokonać pomiaru rezystancji szeregowo połączonych biegunów wyłącznika silnikowego. Na rysunku 3.2 przedstawiono schemat sterowania układem do badania charakterystyk czasowo-prądowych. Rys Schemat sterowania układu do badania charakterystyk czasowo-prądowych; P1 wyłączanie obwodu probierczego, P2 załączanie obwodu probierczego, P3 wyłączanie obwodu nastawczego, P4 załączanie obwodu nastawczego [4] Po naciśnięciu przycisku P4 zamykają się styki główne stycznika k2, załączając obwód nastawczy. Jednocześnie zostaje otwarty styk normalnie zamknięty NC stycznika k2. Jest to blokada mechaniczna, która uniemożliwia załączenie obwodu pomiarowego, kiedy załączony jest obwód nastawczy. Po ustawieniu zadanej wartości prądu, przyciskiem P3 wyłączamy układ. Właściwa próba rozpoczyna się po naciśnięciu przycisku P2, który załącza obwód pomiarowy. Zamykają się wówczas styki główne stycznika k1, a przez wyłącznik silnikowy zaczyna płynąć prąd. Jednocześnie zostaje otwarty styk normalnie zamknięty NC stycznika k1, który uniemożliwia załączenie obwodu nastawczego, podczas załączonego obwodu pomiarowego. Zamknięty zostaje również styk normalnie otwarty NO stycznika k1, który inicjuje rozpoczęcie pomiaru czasu. Uwaga: Oznaczenia przycisków P1, P2, P3, P4 nie odpowiadają rzeczywistym oznaczeniom na panelu sterowania. Podczas realizacji badań należy odpowiednio dobrać przekładnie przekładnika prądowego oraz zakres pomiarowy amperomierza wykorzystywanego do pomiarów. 81

8 4. OPRACOWANIE WYNIKÓW Podczas analizy otrzymanych wyników pomiarów należy uwzględnić, że dopuszczalny czas zadziałania wyłącznika silnikowego, podczas próby prądem o określonej wartości, zależy od klasy wyzwalacza termicznego. W sprawozdaniu z wykonanego badania należy zamieścić: schemat układu pomiarowego, wymagania normatywne odnośnie charakterystyki czasowo-prądowej badanego wyłącznika silnikowego, tabelę z wynikami pomiarów według zamieszczonego wzoru (tablica 4.1), charakterystyki czasowo-prądowe (rysunek 1.3) z naniesionymi punktami pomiarowymi. Dodatkowo należy: porównać otrzymane charakterystyki, dla różnych nastaw zadziałania wyzwalacza przeciążeniowego. Podać przyczyny ewentualnych rozbieżności, określić poprawność działania badanego urządzenia w zakresie przeprowadzonych badań, podać istotne różnice w budowie i zasadzie działania wyłącznika silnikowego oraz wyłącznika instalacyjnego, określić wpływ temperatury początkowej termobimetalu na działania wyłącznika silnikowego Tab.4.1 Wyniki pomiarów charakterystyki t-i wyłącznika silnikowego Prąd zadziałania ustawiony na wyłączniku... A Prąd probierczy Zmierzona Czas [s] wartość prądu Krotność prądu Wartość [A] probierczego [A] Wymagany Zmierzony 82

9 LITERATURA [1] Markiewicz H., Instalacje elektryczne, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Wyd. VIII zmienione, Warszawa [2] Katalog Lovato Electric, Wyłączniki silnikowe, styczeń [3] PN-EN 60947, Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa, Norma wieloarkuszowa. [4] Instrukcja do ćwiczenia badanie charakterystyk t-i instalacyjnych wyłączników nadprądowych, dostępna w laboratorium Urządzeń Elektrycznych Politechniki Poznańskiej. 83