ЛР2

РАБОТА № 2

Исследование нагрева и износа изоляции проводников при защите предохранителями, автоматическими выключателями

1. Цель работы.

Построить защитные характеристики проводников и определить износ изоляции проводников при защите предохранителями и автоматическими выключателями.

2. Основные положения.

2.1. Исследование нагрева проводников.

Правильный выбор сечений проводников и уставок защиты возможен только при знании законов нагревания проводников электрическим током, старения (износа) изоляции и защитных характеристик защиты.

При нагреве проводников различают:

θ_жн - длительно допустимый нагрев жил по нормам, ⁰С (50…80⁰ в зависимости от изоляции и напряжения);

θ _дп - кратковременно допустимый нагрев при перегрузках (90…125⁰);

θ_жм - максимально допустимое превышение температуры жилы над температурой среды по нормам при токе к.з (125…350⁰)

θ _ср.н - температура среды , определяемая нормами ( 25⁰ при прокладке внутри помещений и 15⁰ при прокладке в земле)

Превышение температуры жил по нормам:

θ _н= θ _жн - θ _ср.н . (1)

Установившееся превышение температуры проводника:

θ _уст= θ _н ∙ (I/I_дд)² , (2)

где I – ток нагрузки, I_дд –длительно допустимый ток проводника -справочная величина.

Температура проводника длительно не нагружавшегося током, равна температуре среды. Установившееся превышение температуры проводника в этом случае θ 0 =0. Если такой проводник нагрузить током I , то превышение температуры жилы начнёт увеличиваться по экспоненциальному закону до некоторой установившейся величины θ _уст . Уравнение кривой нагрева (рис.1) имеет вид:

θ _t = θ _уст∙ [1-е ^{-( t / Т0)} ] (3)

где θ _t - превышение температуры жилы в момент времени t;

θ _уст - установившееся превышение температуры проводника;

е - основание натуральных логарифмов;

Т0- постоянная времени нагрева проводника.

Установившееся превышение температуры проводника наступает через время t = 3…4 Т0 .

Постоянная времени нагрева Т0 исследуемого проводника определяется графическим методом по построенной экспериментальной кривой θ_t = f(t) при значении θ_t = 0,632∙θ _уст.

Рис.1.

Если при первоначальной нагрузке I0 включена нагрузка I , то превышение температуры проводника определяется по формуле:

θ_t = θ_уст∙[1-е ^{-(t / Т0)} ] + θ₀∙[1-е ^{-(t / Т0)} ] , (4)

где θ₀ – установившееся превышение температуры жилы проводника при токе I0.

Расчётная защитная характеристика проводника показывает допустимое время t протекания токов перегрузки и токов к.з. по проводнику при условии обеспечения нормального срока службы изоляции проводника. При этом температура нагрева проводника не превышает допустимого значения.

Преобразовав уравнение (4) получим выражение для построения расчётной защитной характеристики исследуемого проводника:

t = 2,3∙T0 ∙ln (θ_уст - θ₀) / ( θ_уст - θ_t). (5)

2.2. Износ изоляции проводников измеряют в относительных единицах , принимая за единицу износ при нормированной температуре жилы Т_дп. Согласно восмиградусного правила повышение Т_ж на каждые 8 градусов приводит к ускорению износа (старения ) изоляции вдвое и относительный износ изоляции за время «t» определяется из выражения:

И=2^{[(Тж.-Тж.н.) / 8]}=2^{[(Тt-Тж.н.) / 8]} (6)

3. Порядок выполнения работы.

С помощью автоматического выключателя подать напряжение на стенд.

Включить выключатель SA1, измерять температуру проводника в течение до достижения 10 одинаковых записей в таблице По показаниям амперметра А1 определить силу тока в данном опыте. Отключить выключатель SA1.

Через 3…4 минуты (температура проводника должна понизиться до температуры окружающей среды) включить выключатели SA1 и SA2 и повторить измерения. Аналогичные измерения провести для выключателей SA1, SA2, SA3, и SA1, SA2, SA3, SA4 Отключить автоматический выключатель стенда.

Показания амперметра А1 следует умножать на 10.

Полученные данные занести в таблицу.

Тср.н =		I = А		I = А		I = А		I = А
t , сек		Тж,град		Тж,град		Тж,град		Тж,град
0	20
1	30
2	40
3	50
4	60
5	70
6	80
7	90
8	100
9	110
10	120
11	130
12	140
13	150
14	160
15	170
16	180
18	190
18	200
19	210

В данной лабораторной работе, для проводника принимаем следующие значения: Т_жн = 55 ⁰ С, I_дд = 60 А.

4. Содержание отчёта.

4.1. Построить график зависимости температуры нагрева от времени, при разных нагрузках θ_t =f( t).

4.2. Определить экспериментальным путём постоянную времени нагрева Т0 исследуемого проводника.

5. Контрольные вопросы

5.1. Что называется превышением температуры нагрева проводника?

5.2 Что называется постоянной времени нагрева проводника?

5.3. Как опытным путём определяется постоянная времени нагрева проводника?

5.4. Укажите допустимую температуру проводников при длительном нагреве, кратковременных перегрузках и коротких замыканиях.

5.5. Что называется расчётной защитной характеристикой проводника?

5.6. Как строится расчётная защитная характеристика проводника?

5.7. Что показывает «восьмиградусное правило»?

5.8. Как определяется полное время нагрева проводника?

5.9. Укажите формулу, определяющую нагрев проводника.

5.10. Укажите формулу, определяющую охлаждение проводника.