INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD SIECI I AUTOMATYKI ELEKTROENERGETYCZNEJ Podstawy Elektroenergetyki - LABORATORIUM
temat	Badanie złączek
prowadzący	data wykonania ćwicz.
dr inż. Krzysztof Szubert	31.03.2014r.
Studia (stacjonarne/niestacjonarne, I st. / II st.)	stacjonarne, I st.
semestr	czwarty
grupa	EN - 2
rok akademicki	2013/2014
Sprawozdanie wykonał	Paweł Wojtalewicz

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było sprawdzenie poprawności wykonania złączek, wyznaczenie strat magnetycznych oraz charakterystyk temperaturowych linii posiadających elementy złączne.

1. Pomiary:

   1. Złączka nr 1, S = 25 mm²

Tabela 2.1.1. Pomiary temperatury

Punkt pomiarowy	Temperatura [^oC]
1	68,8
2	58,2
3	50,5
4	50
5	50
6	51
7	78
8	92,2
9	87,5

2.1.2. Pomiary napięcia

L1 =	L2 =	L3 =
Napięcie przed złączką [mV]	Napięcie na złączce [mV]	Napięcie za złączką [mV]
42,7	45	42

2. Złączka nr 2, S = 35 mm²

Tabela 2.2.1. Pomiary temperatury

Punkt pomiarowy	Temperatura [^oC]
0	57,4
1	32,5
2	30,0
3	29,8
4	28,4
5	29,3
6	33,3
7	31,2
8	30,5
9	32,4
10	53,4

Tabela 2.2.2 Pomiary napięcia

L1 = 37 cm	L2 = 26 cm	L3 = 44 cm
Napięcie przed złączką [mV]	Napięcie na złączce [mV]	Napięcie za złączką [mV]
49,1	46,2	59,5

3. Złączka nr 3, S = 50 mm²

Tabela 2.3.1. Pomiary temperatury

Punkt pomiarowy	Temperatura [^oC]
1	62
2	49,5
3	34,1
4	30,3
5	29
6	28,5
7	37,9
8	43,8
9	41,4

Tabela 2.3.2. Pomiary napięcia

L1 =	L2 =	L3 =
Napięcie przed złączką [mV]	Napięcie na złączce [mV]	Napięcie za złączką [mV]
35,8	8,5	35,7

2. Obliczenia:

   3. Sprawdzenie kryterium strat magnetycznych:

Wg EN 61284:1997 (stronica 25 punkt 12.2.) wynik pomiary strat magnetycznych jest pozytywny, jeśli spełniona jest następująca nierówność:

$$\left( 1 \right)\ \frac{P_{D} - P_{C}}{N} \leq \alpha\frac{P_{C}}{L}\ ,$$

gdzie:

P_C [W] – straty mocy na odcinku przewodu odniesienia bez osprzętu,

P_D [W] – straty mocy na odcinku przewodu odniesienia z osprzętem (złączką),

L [m] – długość odcinka przewodu odniesienia,

N [-] – ilość sztuk zamontowanego osprzętu,

α [-] – współczynnik oceny, przyjęto α = 1.

Wzór przekształcono do postaci wykorzystującej napięcie:

$$\frac{U_{D}I - U_{C}I}{N} \leq \alpha\frac{U_{C}I}{L}\ | \div I\ ,$$

$$\frac{U_{D} - U_{C}}{N} \leq \alpha\frac{U_{C}}{L}\text{\ .}$$

Uwzględniając że α = 1 oraz N = 1:

$${\left( 1^{'} \right)\ U}_{D} - U_{C} \leq \frac{U_{C}}{L}\text{\ .}$$

Złączka nr 1:

Przed złączką:
UD = 42,7 mV (0,2 m) UC = 42 mV L = 0,2 m
Warunek spełniony.
Za złączką:
UD = 42,7 mV (0,2 m) UC = 45 mV L = 0,2 m
Warunek spełniony.

Złączka nr 2:

Przed złączką:
UD = 46,2 mV (0,26m) UC = 49,1 mV L = 0,37m
Warunek spełniony.
Za złączką:
UD = 46,2 mV (0,26m) UC = 59,5 mV L = 0,44m
Warunek spełniony.

Złączka nr 3:

Przed złączką:
UD = 8,5 mV (0,2m) UC = 35,8 mV L = 0,2 m
Warunek spełniony.
Za złączką:
UD = 8,5 mV UC = 35,7 mV L = 0,2 m
Warunek spełniony.

3. Sprawdzenie kryterium rezystancyjnego:

Wg EN 61284:1997 (stronica 38 punkt 13.5.2.2.) każde połączenie klasy A powinno spełniać następujące kryterium:

„3) Rezystancja elektryczna połączenia, mierzona na końcu każdego z 0,1N cykli w temperaturze otoczenia, nie może przekraczać 75% zmierzonej rezystancji równoważnego odcinka przewodu odniesienia.”

(2) R_z ≤ 0, 75R_o ,

gdzie:

R_z – rezystancja elektryczna połączenia (złączki),

R_o – rezystancja równoważnego odcinka przewodu odniesienia.

Wzór przeliczeniowy na rezystancję w temperaturze pokojowej – R₂₀, mając zmierzoną rezystancję w temp. θ - R_θ:

$${\left( 3 \right)\ R}_{20} = \frac{R_{\theta}}{1 + \alpha_{20}(\theta - 20)}\ ,$$

gdzie:

α₂₀ – temperaturowy współczynnik rezystancji.

Przyjęto $\alpha_{20} = 4 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{1}{} \right\rbrack$.

Przy sprawdzeniu kryterium rezystancyjnego opory R_z oraz R­_o zostaną przeliczone na temperaturę otoczenia (20°C), ponadto rezystancja R_o zostanie odniesiona do odległości, na której zmierzono R_z.

Złączka nr 1:

I = 115 A Uz = 42,7 mV lz = 0,2 m tz,sr = 50,33°C Uo = 45 + 42 = 87 [mV] lo = 0,2 + 0,2 = 0,4 [m] to,sr = 72,53°C	$$R_{z} = \frac{42,7}{115} = 0,371\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $$R_{z,20} = \frac{0,371}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(50,33 - 20)} = 0,331\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o} = 0,75 \bullet \frac{87}{115} \bullet \frac{0,2}{0,4} = 0,284\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o,20} = \frac{0,284}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(72,53 - 20)} = 0,235\ \lbrack m\Omega\rbrack$$
Rz = 0, 331 ≥ 0, 235 = 0, 75Ro
Warunek nie spełniony.

Złączka nr 2:

I = 180 A Uz = 46,2 mV lz = 0,26 m tz,sr = 30,33 °C Uo = 49,1 + 59,5 = 108,6 [mV] lo = 0,37 + 0,44 = 0,81 [m] to,sr = 31,08 °C	$$R_{z} = \frac{46,2}{180} = 0,257\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $$R_{z,20} = \frac{0,257}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(30,33 - 20)} = 0,247\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o} = 0,75 \bullet \frac{108,6}{180} \bullet \frac{0,26}{0,81} = 0,145\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o,20} = \frac{0,145}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(31,08 - 20)} = 0,139\ \lbrack m\Omega\rbrack$$
Rz = 0, 247 ≥ 0, 139 = 0, 75Ro
Warunek nie spełniony.

Złączka nr 3:

I = 180 A Uz = 8,5 mV lz = 0,2 m tz,sr = 29,27 °C Uo = 35,8 + 35,7 = 71,5 [mV] lo = 0,2 + 0,2 = 0,4 [m] to,sr = 44,72 °C	$$R_{z} = \frac{8,5}{180} = 0,047\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $$R_{z,20} = \frac{0,047}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(29,27 - 20)} = 0,045\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o} = 0,75 \bullet \frac{71,5}{180} \bullet \frac{0,2}{0,4} = 0,149\ \lbrack m\Omega\rbrack$$ $${0,75R}_{o,20} = \frac{0,149}{1 + 4 \bullet 10^{- 3}(44,72 - 20)} = 0,136\ \lbrack m\Omega\rbrack$$
Rz = 0, 045 ≤ 0, 136 = 0, 75Ro
Warunek spełniony.

3. Sprawdzenie kryterium temperaturowego:

Wg EN 61284:1997 (stronica 38 punkt 13.5.2.2.) każde połączenie klasy A powinno spełniać następujące kryterium:

„2) Temperatura powierzchni połączenia, mierzona co 0,1N cykli podczas przepływu prądu probierczego, nie może przekraczać temperatury przewodu odniesienia.”

Ponadto (stronica 33):

„13.2.2. Temperatura pracy

Badania cyklicznym nagrzewaniem określone w niniejszym rozdziale mają zastosowanie do połączeń na przewodach o następujących wartościach maksymalnych dopuszczalnej temperatury pracy:

- przy stałym obciążeniu ≤ 80°C”

Wykres rozkładu temperatur na poszczególnych przewodach ze złączkami:

2. Wnioski:

Podczas ćwiczenia laboratoryjnego na trzech różnych przewodach z osprzętem pod postacią złączek wykonano badania typu, w skład których weszły: pomiary strat magnetycznych oraz próby cyklicznym nagrzewaniem. Badanie odbyło się na podstawie normy EN 61284:1997.

Wszystkie badane złączki spełniły kryterium pomiaru strat magnetycznych, spełniając nierówność (1).

Wskazana na wstępie norma zakłada pomiary rezystancji i temperatury w warunkach cyklicznego nagrzewania. Przedstawia ona 5 warunków, które musi spełnić element osprzętu, aby wynik badania był pozytywny. Na zajęciach nie przeprowadzono tak naprawdę próby nagrzewania cyklicznego, wykonując je jedynie jednorazowo dla każdego przewodu ze złączką. Tym samym ograniczono się do zweryfikowania zgodności z kryteriami: 2. i 3., ich sprawdzenia dokonano w punktach 3.4. i 3.5. niniejszego sprawozdania.

Do próby cyklicznego nagrzewania powinno się użyć czterech takich samych połączeń oraz przewodu odniesienia. Podczas ćwiczenia laboratoryjnego użyto jednego połączenia, natomiast odniesienie stanowiły odcinki przewodu przed i za złączką (przewód odniesienia był również nagrzewany). Z tego też względu należało przeliczyć otrzymane rezystancje (odniesienie, złączka) na temperaturę pokojową i jednakową odległość między spoinami pomiarowymi. Złączki: 1. i 2. nie spełniły kryterium rezystancyjnego, danego nierównością (2). Złączka nr 3 uzyskała wynik pozytywny.

Zgodnie ze wskazaną normą temperatura powierzchni połączenia podczas przepływu prądu probierczego nie może przekraczać temperatury przewodu odniesienia. Złączki: 1. i 3. okazały się być zgodne z tym kryterium, połączenie 2. uzyskało negatywny wynik badania. Należy jednak dodać, iż jeden z końców przewodu nr 1 nagrzał się nadmiernie - do temperatury wykraczającej poza zakres zastosowania normy. Przyczyną zdaje się być wielokrotne badanie go na ćwiczeniach laboratoryjnych, podczas których mógł on zostać uszkodzony mechanicznie.

Ostatecznie, pozytywny wynik badania w świetle wszystkich przytoczonych kryteriów osiągnęła jedynie złączka 3. Przeprowadzone badania za bardzo jednak odbiegają od wymagań normatywnych, aby móc stwierdzić jej poprawność.

Warto zauważyć, iż przewód 2. nagrzewał się w mniejszym stopniu niż 3. - o większym przekroju poprzecznym. Przyczyną tego faktu jest izolacja PVC na przewodzie 2., odbierająca ciepło skuteczniej niż powietrze dla gołego przewodu 3.