PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu
Laboratorium Urządzeń Elektrycznych   Ćwiczenie nr 2 Temat: nagrzewanie przewodów prądem ciągłym
Rok akademicki:    2011/2012 Studia dzienne  Dzienne Nr grupy:  1/B
Uwagi:

Cel i zakres ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości obciążenia długotrwałego przy nagrzewaniu torów prądowych prądem ciągłym, dla różnych rodzajów torów prądowych. Na podstawie pomiarów wyznacza się krzywe nagrzewania i stygnięcia oraz stałe czasowe dla badanych torów prądowych.

Wykaz użytych przyrządów pomiarowych i zestawów ćwiczeniowych:

- dwa zasilacze prądu stałego 30V/20V

- rezystor suwakowy od 0 Ω do 4 Ω

- multimetr uniwersalny

- tory prądowe: szynowy, izolowany i goły

Wprowadzenie:

Podstawowym problemem urządzeń elektrycznych są straty ciepła. Podwyższona temperatura negatywnie wpływa na trwałość i poprawną pracę urządzeń oraz bezpieczeństwo ich użytkowania. Dlatego przyrost temperatury będący wynikiem przepływu prądu elektrycznego przez przewody, tory prądowe urządzeń, zestyki oraz elektromagnesy powinien być utrzymany w ściśle określonych granicach. Temperatury dopuszczalne długotrwale zawiera Tabela 1. Przekroczenie podanych wartości dla danego rodzaju izolacji może spowodować trwałe jej uszkodzenie. Obciążalność długotrwała jest to największa skuteczna wartość natężania prądu, który przypływając przez tor prądowy nieskończenie długo w niezmiennych warunkach otoczenia nie spowoduje przekroczenia temperatury dopuszczalnej długotrwale. Obciążalność długotrwałą określa się dla obliczeniowej temperatury otoczenia podanej w tabeli 2. Temperatura otoczenia nie ma wartości stałej i ulega zmianom zarówno w ciągu roku jak i doby. Każdorazowo ustalenie dopuszczalnego obciążenia od chwilowej temperatury otoczenia jest niecelowe i praktycznie niemożliwe. Z tego względu odpowiednie normy i przepisy określają obliczeniową temperaturę otoczenia ϑ₀ stałą dla danych warunków eksploatacji, równa najwyższej powtarzającej się okresowo temperaturze otoczenia. Temperaturę, szczególnie wysoką lecz zdarzającą się wyjątkowo nie bierze się pod uwagę. Jeśli temperatura otoczenia jest różna od podanej w Tablicy 2 to obciążalność toru prądowego można skorygować za pomocą wzoru:

$$I_{\text{dd}} = I_{p} \bullet \sqrt{\frac{\vartheta_{\text{dd}} - \vartheta_{o}}{\vartheta_{u} - \vartheta_{\text{or}}}}$$

gdzie:

I_dd – prąd toru prądowego dopuszczalny długotrwale [A]

I_p – wartość natężenia prądu podczas próby nagrzewania [A]

ϑ_dd – temperatura dopuszczalna długotrwale (z tablic) [°C]

ϑ_o – obliczeniowa temperatura otoczenia (z tablic) [°C]

ϑ_u – ustalona wartość temperatury przewodu obciążonego prądem I_p podczas próby [°C]

ϑ_or - temperatura otoczenia rzeczywista w czasie próby [°C]

Schemat układu pomiarowego:

Nagrzewanie torów:

przewód izolowany
czas
sek.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155

przewód szynowy
czas
sek
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95

przewód goły
czas
sek
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125

Stygniecie torów:

przewód izolowany
czas
sek.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300

przewód goły
czas
sek
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185

przewód szynowy
czas
sek
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110

Obliczenia:

Przewód izolowany:

24 A

I_dd=24*√70-30/41-20=33,12 A

30 A

I_dd=30*√70-30/48-20=35.86 A

Przewód goły

24 A

I_dd=24*√65-30/34-20=37.95 A

30 A

I_dd=30*√65-30/44-20=47.43 A

Przewód szynowy

24 A

I_dd=24*√65-30/24-20= 70.99 A

30 A

I_dd=30√65-30/27-20=67.08 A

Wnioski:

W przypadku nagrzewania przewodu izolowanego otrzymujemy najwyższą temperaturę ustaloną i najdłuższy czas stygnięcia i najniższa obciążalność długotrwałą spowodowane to może być izolacją która ogranicza wymianę ciepła z otoczeniem. Przewód goły ma niższa temperaturę ustaloną i krótszy czas stygnięcia w porównaniu z przewodem izolowanym tego samego przekroju spowodowane to może być lepsza wymiana ciepła z otoczeniem. W przypadku przewodu szynowego temperatura ustalona jest najniższa a czas stygnięcia najkrótszy, spowodowane to jest większą powierzchnią oddawania ciepła. Najwyższa obciążalność długotrwałą posiada przewód szynowy . Na wykresie charakterystycznymi punktami są punkty przejścia z nagrzewania przewodu do stygnięcia skok temperatury mógł być spowodowany wyłączaniem zasilaczy prądowych.