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.
1.2.
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.
1.3.
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.
2.2.
Wprowadzenie
Czujniki PTC umieszczono na miedzianej obudowie grzałki elektrycznej, której
temperaturę można regulować w zakresie do 150
0
C. Jako miernik wartości rezystancji
termistora PTC, służy zewnętrzny omomierz.
3
2.3.
Przebieg ćwiczenia
2.3.1. 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.
2.3.2. 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.
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] 50
60
70
80
90
100
110
120
130
Odczyt miernika [
0
C]
Rezystancja PT 100 [Ω]
Temp. odczytana (PT100)
[
0
C]
Rezystancja czujnika [Ω]
Rys. 1. Przykładowa charakterystyka czujnika PTC
2.3.3. Wyłącznik termiczny
W obwodzie sterowania styczników znajdują się styki rozwierne wyłącznika
termicznego M03/1, którego temperatura zadziałania jest równa około 105
0
C. Wyłączyć
blokadę wyłącznika termicznego i zwiększać temperaturę grzałki co 10
0
C. Po przekroczeniu
odpowiedniej temperatury wyłącznik termiczny wyłączy zabezpieczany obwód elektryczny.
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 4/1.
3.2
Badanie przekaźnika MiCOM P211
Niezbędnym warunkiem wykonania ćwiczenia jest wstępne zapoznanie się z
oryginalną instrukcją obsługi przekaźnika MiCOM P211.
3.2.1. 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 [A]
Czas rozruchu [s.]
Stan cieplny silnika [%]
3.2.2. 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.
6
Tabela 5. Badanie zabezpieczenia podprądowego
Rodzaj badania:
Prąd bazowy I
B
[A]
Wartość prądu w % I
B
[%]
Wartość czasu zadziałania [s.]
Czas zadziałania [s.]
3.2.3.
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
Rodzaj badania:
Wartość asymetrii [%]
Wartość czasu zadziałania [s]
Prąd fazy L1 przed asymetrią [A]
Prąd fazy L2 przed asymetrią [A]
Prąd fazy L3 przed asymetrią [A]
Prąd fazy L1 po asymetrii [A]
Prąd fazy L2 po asymetrii [A]
Prąd fazy L3 po asymetrii [A]
Czas zadziałania [s]
3.2.4.
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.
7
Badanie zabezpieczenia temperaturowego można wykonać dwoma metodami:
korzystając z czujników wewnętrznych stanowiska, podłączając dekadę zewnętrzną. Metoda
pierwsza wymaga podgrzania czujników do około 125
0
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
Rodzaj badania:
Stan cieplny [%]
Temperatura czujnika [
0
C]
Rezystancja dekady [Ω]
Stan zabezpieczenia
Czas zadziałania [s.]
Rodzaj metody:
3.2.5.
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
Rodzaj badania:
Wartość prądu I
B
[A]
Wartość współ. odpadu [%]
Wartość czasu dla I=6x I
B
[s.]
Prąd przeciążenia [A]
Krotność prądu przeciążenia
Stan cieplny [%]
Stan zabezpieczenia
Czas zadziałania [s.]
Czas pomiaru
8
3.2.6.
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
Rodzaj badania:
Nastawa krotności prądu I
B
Nastawa czasu [s.]
Stan cieplny przed zadziałaniem [%]
Wartość prądu zwarciowego [A]
Czas zadziałania [s.]
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 1...99 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,
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 [A]
8
9
10
czas do zadziałania [s.]
przekaźnik nagrzany
prąd nagrzewania [A]
9
8
7
czas nagrzewania [s.]
prąd przeciążenia [A]
czas do zadziałania [s.]