SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ Laboratorium Elektroenergetyki
ZSZ PF - 30 Pluton I	Badanie przewodów elektrycznych w stanach awaryjnych.
asp. Maciej Kwapisz
mł.asp. Tomasz Maruszyj
mł.asp. Łukasz Rzepecki
mł.asp. Tomasz Glonek			Ocena i podpis prowadzącego ……………………………………………………
Data wykonania 01.03.2004

1. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z przewodami elektrycznymi oraz ze zjawiskami zachodzącymi w nich przy przepływie prądów przeciążeniowych i zwarciowych .

2. Analiza teoretyczna :

W urządzeniach elektrycznych występują części wykonane z metali , przez które w czasie pracy urządzenia przepływa prąd elektryczny . Części te tworzą tor prądowy . Najprostszy tor prądowy stanowi żyła w przewodzie lub kablu. Do budowy ziemnych linii elektroenergetycznych używane są kable. Powleczone są one szczelnie otoczką mającą ochronić przed wilgocią i wpływami chemicznymi .

W eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych i ich elementów zasadniczą rolę

odgrywają zjawiska cieplne . Powodują one zmianę temperatury izolacji , co prowadzi do niszczenia izolacji i występowania zjawisk pożarowo niebezpiecznych w urządzeniach elektrycznych . Prąd płynący przez przewodnik powoduje jego nagrzewanie się wywołane stratami energii na rezystancji . Przy prądzie przemiennym występują jeszcze straty wywołane wpływem zmiennych pól magnetycznych . Wydzielone ciepło powoduje wzrost

energii wewnętrznej przewodnika , czyli wzrost temperatury .

Bilans energii :

Qp = Qc + Qk ,

gdzie

Qp - ciepło powstające w przewodniku

Qc - ciepło powodujące wzrost energii wew. przewodnika Qk - ciepło oddane do przewodnika

Prądy przeciążeniowe.

Prądy przeciążeniowe są to takie prądy płynące przez urządzenia elektryczne, których wartość przekracza od kilku do kilkuset razy prąd znamionowy tego urządzenia. W związku z takim stanem temperatura urządzenia np. kabla przekracza dopuszczalną granicę. Przekroczenie temperatur granicznych wiąże się ze zmianą właściwości materiałów izolacyjnych. Szczególnie podatne na te zmiany są materiały pochodzenia organicznego takie jak PCV, polietylen, guma. Wysoka temperatura powoduje powstawanie zmian chemicznych (utlenianie się, zwęglanie się) i zmian w wytrzymałości mechanicznej. W sytuacjach ekstremalnych stany takie mogą doprowadzić do zapalenia się izolacji lub materiałów palnych znajdujących się bardzo blisko tej izolacji.

Prądy zwarcia.

Prądy zwarcia występują wtedy, gdy nastąpi zwarcie. Ze zwarciem mamy do czynienia w następujących przypadkach: przy połączeniu bezpośrednim nazywane zwarciem metalicznym, przy połączeniu przez łuk elektryczny nazywane zwarciem łukowym lub przy połączeniu przez przedmiot o bardzo małej rezystancji punktów obwodu elektrycznego należących do różnych faz albo przez połączenie jednego czy większej liczby takich punktów z ziemią nazywane zwarciem doziemnym. Prąd zwarcia jest to prąd o przebiegu krótkotrwałym i o wartości przekraczającej zwykle wielokrotność wartość prądu znamionowego. Prądy te mogą wywołać w urządzeniach szkodliwe działanie cieplne lub dynamiczne. Wartość tego ciepła zależy od kwadratu prądu i czasu jego przepływu. Zapobieganie przed działaniem prądów zwarcia polega na eliminowaniu przyczyn powodujących zwarcia i ograniczaniu skutków zwarć już powstałych. Aby eliminować przyczyny należy dobierać właściwe izolacje i odstępy między częściami urządzeń przewodzących prąd, a także należy właściwie dbać o dobry stan izolacji i stosować szybko działające zabezpieczenia, które szybko wyłączyłby zagrożone obwody.

3. Pomiary laboratoryjne

W czasie ćwiczenia badaliśmy przewody elektryczne typu YDY 2x1 mm² poddane działaniu prądu elektrycznego w dwojaki sposób :

- prądem przeciążeniowym -

- prądem zwarciowym

4. Wnioski i spostrzeżenia

Pierwsze ćwiczenie polegało na badaniu przewodu poddanego działaniu prądu przeciążeniowego 70 A w czasie 1200 sekund. Pomiar temperatury dokonywano co 60 sekund.

W czasie badania zaszło wiele zmian w wyglądzie i stanie przewodu - uległ on bardzo dużym zniszczeniom. Spowodowane to jest nagrzaniem się przewodu do dosyć wysokiej temperatury (max. 213 ⁰C). Stopieniu uległa zarówno otulina (izolacja) wewnętrzna żył przewodu jak i izolacja zewnętrzna. Na żyłach przewodu widać zwęglenia pozostałości izolacji. Po obu końcach przewodu na długości ok.15 cm struktura i wygląd przewodu nie uległy zniszczeniu. Spowodowane jest to zapewne tym, że mocowanie przewodu na obu końcach spełniło rolę radiatora, odbierając częściowo temperaturę. Dlatego przewód w tych miejscach nie uległ zniszczeniu.

Rys. Wygląd przewodu po badaniu

W czasie drugiego ćwiczenia badaliśmy przewód poddany działaniu prądu zwarciowego 300 A w czasie 62 sekund.

W trakcie badania nastąpiło gwałtowne zwiększenie temperatury na badanym odcinku przewodu. Żyły przewodu rozgrzały się do bardzo wysokiej temperatury (przewód rozgrzał się „do czerwoności”) w trakcie krótkiego czasu. Pojawił się intensywny biały dym oraz nastąpiło zwęglenie izolacji przewodu. W czasie oględzin po badaniu, stwierdziliśmy że żyły przewodu oklejone były zwęgloną izolacją, w niektórych miejscach pozostały resztki stopionej izolacji.

Reasumując wnioski po przeprowadzeniu obu ćwiczeń możemy stwierdzić że prąd zwarciowy przepływając przez przewód powoduje powstawanie dużo wyższych temperatur niż prąd przeciążeniowy. W praktyce stosowanie prądów zwarciowych i przeciążeniowych nie powinno występować w normalnej pracy instalacji , ponieważ powodowałyby one powstawanie wielu pożarów i awarii.

Rys. Wygląd przewodu po badaniu

Rys. Schemat połączeń układu do badania przewodów elektrycznych

w stanach awaryjnych.

Dławik

TRANSFORMATOR

V

A

Badany przewód

220V AC

Rys. Rozmieszczenie termopar na badanym przewodzie typu YDY 2x1 mm² poddanym działaniu prądu przeciążeniowego.

TERMOPARA 4

TERMOPARA 3

TERMOPARA 2

TERMOPARA 1

---