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.]