POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

Laboratorium Elektroenergetyki

TEMAT: Badanie bezpieczników topikowych
niskiego napięcia.

Semestr III, grupa 1

Skład grupy:

1.Barczak Piotr.

2.Bilski Dariusz.

3.Bednarz Rafał.

1. Cel ćwiczenia

Sprawdzanie czasu zadziałania bezpieczników w zależności od płynącego przez nie prądu.

2. Wiadomości wstępne

Podczas zwarć i przeciążeń w instalacjach elektrycznych nadmierny prąd może uszkodzić zainstalowane urządzenia. Najprostszym sposobem zabezpieczenia przed skutkami zwarć
i przeciążeń jest stosowanie bezpieczników. Bezpiecznik zawiera dwie części:

• podstawę - służy do jego włączenia w obwód elektryczny, ma ona styki łączące ze stykami wkładki oraz zaciski umożliwiające przyłączenia przewodów,

• wymienialną wkładkę topikową - składa się z ceramicznej rury stanowiącej obudowę oraz umieszczonego wewnątrz topiku, wykonywanego najczęściej z posrebrzanej miedzi lub stopu srebra. Obudowa z obu stron jest zakończona stykami, a wewnątrz wypełniona gasiwem

W zależności od wykonania topiku rozróżnia się wkładki bezpiecznikowe o działaniu szybki lub zwłocznym.

Podstawową wielkością charakteryzującą wkładkę topikową jest jej prąd znamionowy I_bN - jest to taka wartość prądu płynącego długotrwale przez wkładkę topikową, która nie wywołuje przekroczenia dopuszczalnej temperatury poszczególnych części bezpiecznika lub innych niepożądanych następstw.

Działanie bezpieczników przy zwarciach jest charakteryzowane przez prąd wyłączalny oraz prąd ograniczony.

Znamionowy prąd wyłączalny bezpiecznika I_Nws - jest to największa wartość początkowa prądu zwarciowego, jaką może wyłączyć bezpiecznik bez uszkodzenia jego konstrukcji.

Bezpieczniki mają tę zaletę, że oprócz wyłączania prądów zwarciowych ograniczają również ich wartość. Dzieje się tak dzięki ich szybkiemu działaniu - zanim prąd zwarciowy osiągnie wartość maksymalną, nastąpi przepalenie topiku i wyłączenie prądu. Maksymalna chwilową wartość, jaką zdoła osiągnąć prąd zwarciowy, nazywa się prądem ograniczonym bezpiecznika I_bo.

W zależności od przeznaczenia bezpieczniki dzieli się na:

• instalacyjne,

• stacyjne,

• aparatowe,

• specjalne.

Bezpieczniki instalacyjne - są najczęściej stosowanymi bezpiecznikami zarówno
w budownictwie mieszkaniowym i komunalnym. Składają się one z podstawy, wstawki redukcyjnej, wkładki topikowej i główki. Całość jest wykonana z porcelany. Najistotniejsza część bezpiecznika - wkładka topikowa - wewnątrz korpusu porcelanowego jest wypełniona piaskiem kwarcowym, w którym znajdują się topiki i drut wskaźnika zadziałania. Po przerwaniu topiku, palący się łuk topi drut wskaźnika zadziałania
i umieszczone na końcu na sprężynie oczko odskakuje. W ten sposób mamy możliwość sprawdzenia stanu wkładki przez wziernik z szybką w główce bezpiecznika. Gniazda bezpiecznikowe są produkowane na następujące prądy znamionowe: 25, 63, 100, 200 A.

Bezpieczniki instalacyjne maja ogólny symbol Bi, po którym jest podawane dokładniejsze określenie jego elementu:

• gniazdo ścienne Gs,

• gniazdo ścienne otwarte Gso,

• gniazdo tablicowe Gt,

• gniazdo szynowe Gsz,

• wkładka topikowa szybka Wts,

• wkładka topikowa zwłoczna Wtz,

• wkładka topikowa zwłoczna małogabarytowa Wtzm,

• wstawka redukcyjna Wd

• główka G.

Po symbolu podaje się oznaczenie prądu i napięcia znamionowego.

Bezpieczniki stacyjne - są stosowane najczęściej w rozdzielniach i stacjach, gdzie są wymagane zarówno większe wartości prądów znamionowych, jak i prądów wyłączalnych. Bezpiecznik składa się z podstawy o dwóch stykach szczękowych i wciśniętej w nią wkładki topikowej. Nowy typ wkładek ma obudowę ceramiczną o przekroju kwadratowym, zakończoną z obu stron stykami nożowymi. Wewnątrz obudowy znajduje się topik wykonany z jednego lub kilku srebrnych lub miedzianych pasków. Wnętrze wkładki topikowej jest wypełnione piaskiem kwarcowym. Wkładki bezpieczników stacyjnych są produkowane na następujące prądy znamionowe: 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 A (o działaniu szybkim) oraz
6, 10, 16, 20, 25, 35, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 A (o działaniu zwłocznym).

Bezpieczniki aparatowe - są stosowane do zabezpieczania poszczególnych aparatów
o niewielkim poborze prądu (radia, telewizory). Bezpieczniki takie są budowane na prądy znamionowe 6,3 A i mają niewielką zdolność wyłączania

Bezpieczniki specjalne - są stosowane w różnego typu mechanizmach i aparatach, a ich budowa zależy od konkretnych potrzeb. Są to min. bezpieczniki samochodowe, trakcyjne itp.

Dobór bezpieczników polega na ustaleniu następujących danych:

• typu bezpiecznika,

• napięcia znamionowego,

• prądu znamionowego,

• rodzaju wkładki topikowej,

• prądu wyłączalnego.

Dobór prądu znamionowego wkładki topikowej zależy w dużej mierze od rodzaju zabezpieczanych urządzeń. Prąd długotrwałego obciążenia obwodu nie powinien nigdy przekraczać prądu znamionowego wkładki topikowej. Powinno się ponadto uwzględnić selektywność działania bezpieczników, czyli konieczność zadziałania znajdującego się najbliżej urządzenia zabezpieczanego w kierunku zasilania. Aby bezpiecznik był prawidłowo dobrany do warunków zwarciowych, powinna być spełniona zależność:

I_p- początkowy prąd zwarciowy w tym punkcie sieci, gdzie ma być zainstalowany bezpiecznik

I_Nws- znamionowy prąd wyłączalny bezpiecznika.

3. Spis przyrządów.

• amperomierz elektromagnetyczny,

• sekundomierz,

• wyłącznik nożowy,

• przekładnik prądowy,

• przekładnik RJ4 nadmiarowy,

• transformator wysokoprądowy,

• dławik o prądzie 10 A i napięciu probierczym 2 kV.

4. Tabele wyników i wykresy.

I	t 1	t 2	t 3	t 4	t 5	t średnie
[A]	[s]	[s]	[s]	[s]	[s]	[s]
100	0,15	0,22	0,19	0,18	0,2	0,188
90	0,24	0,25	0,25	0,24	0,24	0,244
80	0,31	0,31	0,32	0,32	0,31	0,314
70	0,35	0,34	0,37	0,35	0,34	0,35
60	0,48	0,44	0,49	0,51	0,48	0,48
50	0,69	0,7	0,72	0,69	0,69	0,698
40	1,12	1,15	1,16	1,16	1,23	1,164
35	1,34	1,44	1,51	1,42	1,58	1,458
30	2,06	2,35	2,35	2,08	1,96	2,16
25	3,46	3,32	3,56	3,9	3,64	3,576
22,5	5,21	4,84	5,24	6,04	5,12	5,29
21,5	5,62	6	5,43	5,94	5,43	5,684
20,5	8,64	38,92	43,66	32,62	20,39	28,846

5. Wnioski

Przyczyny utraty selektywności działania bezpieczników

A

B

Dla rozważań teoretycznych wprowadziliśmy następujące oznaczenia:

A - przyjmujemy, że jest to zabezpieczenie główne zabezpieczające np. instalację odbiorczą
w postaci budynku mieszkaniowego.

B - przyjmujemy, że jest to bezpiecznik zabezpieczający pole odpływowe np. instalację mieszkaniową.

PRZYCZYNY UTRATY SELEKTYWNOŚCI ZADZIAŁANIA
ZABEZPIECZEŃ GŁÓWNYCH

1. Świadome lub nieświadome działanie ludzi:

a) świadome lub nieświadome zabezpieczenie obwodu głównego (w tym wypadku instalacja zasilająca budynek) bezpiecznikiem o prądzie znamionowym mniejszym od przewidzianego prądu znamionowego na którą instalacja została zbudowana.

b) świadome lub nieświadome zabezpieczenie pola odpływowego (w tym wypadku instalacja mieszkaniowa) bezpiecznikiem o prądzie znamionowym większym od przewidzianego prądu na którą instalacja została zbudowana.

c) odnośnie powyższych punktów instalowanie bezpieczników o niewłaściwych prądach znamionowych może być spowodowane:

W przypadku świadomego działania poprzez:

• wymienienie wkładki kalibrowanej uniemożliwiającej wkręcenie bezpiecznika innego niż powinien być zainstalowany w polu odpływowym [w szczególności chodzi tu o to aby ograniczyć możliwość zainstalowania bezpiecznika na większy prąd znamionowy; spowodowane jest to tym, że każdy bezpiecznik ma inny wymiar styku. Jest to więc ograniczenie mechaniczne. Przeciwny przypadek jest możliwy co oczywiście nie spowoduje zakłócenia selektywnego działania zabezpieczeń głównych. Może natomiast spowodować przedwczesne zadziałanie zabezpieczenia pola odpływowego. (bezpiecznik o prądzie znamionowym mniejszym od przewidzianego)].

• tzw. watowanie bezpiecznika (wymienienie topika; zmiana jego przekroju; zmiana materiału itp.)

• w skrajnych przypadkach zmostkowanie bezpiecznika.

W przypadku nieświadomego działania poprzez:

• zabezpieczenie bezpiecznikami zbudowanymi na prąd znamionowy wyższy niż przewidziany prąd znamionowy (działanie to jest tylko możliwe po uprzedniej świadomej wymianie wkładki kalibrowanej).

• nie dokręcenie główki mocującej (niedostateczny docisk mechaniczny może spowodować zwiększenie rezystancji zestyków a tym samym zwiększenie wydzielania ciepła i niewłaściwe zadziałanie bezpiecznika).

d) świadome lub nieświadome zabezpieczenie obwodu głównego (w tym wypadku instalacja zasilająca budynek) bezpiecznikiem o odpowiednim prądzie znamionowym lecz o innej charakterystyce czasowo-prądowej,

e) świadome lub nieświadome zabezpieczenie pola odpływowego (w tym wypadku instalacja mieszkaniowa) bezpiecznikiem o odpowiednim prądzie znamionowym lecz

o innej charakterystyce czasowo-prądowej,

UWAGA !!!

Działanie te mogą być powodowane głównie poprzez użytkowników (nie elektryków) nie zdających sobie sprawy jakie skutki pociąga to za sobą. Również często zdarza się, że sami elektrycy pośrednio przyczyniają się do takiego stanu rzeczy poprzez różnego rodzaju zaniedbania (np. poprzez umożliwienie dostępu osobą niepowołanym do urządzeń i aparatów elektrycznych). Skutkiem takich działań może być uszkodzenie lub całkowite zniszczenie instalacji, śmiertelne porażenie (może okazać się że prąd potrzebny do przepalenia bezpiecznika jest zbyt mały).

2. Wady materiałowo - wykonawcze bezpiecznika.

Jak wiadomo bezpiecznik zbudowany jest z dwóch podstawowych członów:

• podstawy bezpiecznikowej,

• wkładki topikowej;

W szczególności zła jakość tego drugiego członu ma wpływ na parametry znamionowe. Jest to spowodowane tym, że wkładka zawiera element przewodzący ulegający zniszczeniu (przepaleniu), a więc od jakości materiału z którego został wykonany topik zależy charakterystyka czasowo-prądowa bezpiecznika.

W praktyce może zdarzyć się, że topik posiada różne wady materiałowe. Nieodpowiednia jakość materiału użytego do budowy topika oraz tzw. miejsca przeciążeniowego może spowodować zbyt wczesne lub zbyt późne przepalanie bezpiecznika.

Do wad wykonawczych można zaliczyć nieodpowiednie wykonanie topiku poprzez zwiększenie lub zmniejszenie przekroju miejsca zwarciowego, niedoskonałości połączeń topika z zestykami.

3. Przyczyny eksploatacyjno-wykonawcze instalacji.

Często zdarza się, że zmieniające się obciążenie powoduje nadmierne nagrzewanie zestyku (występuje możliwość różnego typu odkształceń). Równie często zdarza się, że wkładka topikowa została źle zainstalowana (niedostateczny docisk powoduje możliwość nadpalenia zestyku). W praktyce eksploatacyjnej opisane powyżej przyczyny uszkodzeń układu bezpiecznikowego występują często. Jest to spowodowane przyłączaniem do sieci coraz większej liczby odbiorników o różnych prądach znamionowych zaniedbaniami ludzi.

Opisane powyżej skutki niepoprawnej eksploatacji powiększają rezystancję układu bezpiecznikowego, co powoduje również wzrost wydzielanego ciepła. Może to oczywiście spowodować nieprawidłowe przedwczesne zadziałanie bezpiecznika.

Podczas wykonywania instalacji możliwe jest złe zainstalowanie układu bezpiecznikowego
(nieodpowiednia siłą docisku przewodów przyłączeniowych) powodując tym samym opisane powyżej skutki.

4. Nieprawidłowe dobranie bezpiecznika.

Warunkiem prawidłowego doboru aparatów łączeniowych, zapewniający ich selektywne działanie oraz skuteczną ochronę przewodów i urządzeń jest znajomość prądów, jakie mogą przepływać przez te urządzenia w warunkach pracy normalnej oraz w przypadku różnorodnych zakłóceń, szczególnie zwarć. Prądy te są zazwyczaj łatwe do wyznaczenia w sieciach promieniowych zasilanych z jednego źródła. Mogą być natomiast trudne do dokładnego ustalenia w bardziej złożonych układach zasilania. Dodatkowym utrudnieniem mogą być przypadki zasilania sieci (instalacji) np. przemiennie z jednego lub dwóch transformatorów połączonych równoległe. W sieciach i instalacjach pracujących w układach promieniowych kilkustopniowych stosuje się zazwyczaj co najmniej kilka zabezpieczeń przetężeniowych połączonych szeregowo, zainstalowanych na początku każdej z linii lub obwodu i w miejscach w których zmniejsza się przekrój przewodów.

Zabezpieczenia przetężeniowe działają selektywnie, jeżeli ich charakterystyki prądowo-czasowe nie przecinają się ani nie mają wspólnych obszarów działania.

Selektywność działania zabezpieczeń przetężeniowych wykonanych za pomocą bezpieczników przy przeciążeniach nie sprawia dużych trudności mimo tego, że charakterystyki czasowo-prądowe są szerokie. Wystarczającym warunkiem jest, aby prądy znamionowe wkładek były dostatecznie różne. Mogą natomiast pojawić się ich nieprawidłowe działania, przy znacznych przeciążeniach, gdy zabezpieczenie o większym prądzie znamionowym jest nagrzane prądem roboczym przed przeciążeniem, a zabezpieczenie
o mniejszym prądzie znamionowym jest w stanie zimnym.

Znacznie większe trudności w doborze działających selektywnie zabezpieczeń przetężeniowych mogą wystąpić w odniesieniu do zabezpieczeń zwarciowych, szczególnie
w przypadku prądów zwarciowych o bardzo dużych wartościach. W układzie bezpiecznik-bezpiecznik stosowanie bezpieczników o prądach znamionowych większych tylko o jeden stopień nie zapewnia często selektywności działania. Z tego też powodu iloraz prądów znamionowych kolejnych bezpieczników tego samego typu połączonych szeregowo powinien być równy co najmniej 1,6.

Podsumowując należy zauważyć, że odpowiedni dobór parametrów bezpiecznika jest trudny i ma ogromny wpływ na prawidłową pracę bezpiecznika w obwodzie.

---