Badanie przewodów elektrycznych w stanach awaryjnych.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przewodami elektrycznymi oraz ze zjawiskami zachodzącymi w przepływie prądów przeciążeniowych i zwarciowych.
Podstawy teoretyczne.
W urządzeniach elektrycznych występują części metalowe przez które podczas ich pracy przepływa prąd elektryczny. Części te tworzą tzw. tor prądowy. Najprostszym torem prądowym będzie żyła w przewodzie lub kablu. Kable służące do budowy ziemnych linii energetycznych powleczone są sztywną otoczką mającą chronić przed wilgocią i wpływem chemicznymi. Bardzo istotnym zjawiskiem występującym w eksploatacji urządzeń elektrycznych ich elementów jest zjawisko cieplne występujące podczas przepływu prądu elektrycznego. Powoduje on zmianę temperatury izolacji, co prowadzi do niszczenia izolacji i występowania zjawisk pożarowo niebezpiecznych. Ciepło wydzielone w przewodzie powoduje wzrost energii wewnętrznej przewodnika, czyli wzrost temperatury. Związane jest to ze stratami energii na rezystancji. Żeby ograniczyć ryzyko powstania pożaru oraz inne niebezpieczeństwo, dla przewodów określono temperatury graniczne.
Na przykład dla przewodów o izolacji polwinitowej na napięcie znamionowe nie przekraczające 1kV ułożonego na stałe wynoszą one:
Temperatura dopuszczalna długotrwała 70oC
Temperatura dopuszczalna przy zwarciu 150oC
Przyczyn zapalenia się przewodów może być wiele. Najważniejsze czynniki wpływające na zapalenie przewodu przy przepływie awaryjnym prądów to:
Stan zabezpieczenia
Materiał izolacyjny
Budowa przewodu.
Tabela wyników w sprawozdaniu ćwiczenia.
Wykres wzrostu temperatury w zależności od czasu obciążenia i temperatury
Porównanie zniszczenia przewodów
Porównując przewody poddane badaniu podczas ćwiczenia, widać, że zdecydowaniu większemu zniszczeniu uległa izolacja przewodu podczas długotrwałego zwarcia. Izolacja zniszczona prądem przeciążeniowym uległa stopieniu na całej długości. Izolacja zaczęła się topić w 6 minucie próby przy temperaturze 100-170oC a po następnych 3 minutach trzymała się tylko przy końcach przewodów. Maksymalną temperaturę jaką osiągnęła izolacja, była temperatura 300oC.
Bardzo szybko natomiast, bo w ciągu kilku sekund uległa stopieniu i zniszczeniu izolacja przewodu badanego długotrwałym prądem zwarciowym. Izolacja uległa całkowitemu zwęgleniu a na żyłach powstał charakterystyczny nalot. Temperatura izolacji nie mierzono lecz z przebiegu ćwiczenia można było wywnioskować, że osiągnęła ona w ciągu kilkunastu sekund do wartości kilkuset oC
Wnioski
Bardziej niebezpieczne pożarowo jest wystąpienie w przewodach długotrwałego prądu zwarciowego, ze względu na osiągnięcie w bardzo krótkim czasie wysokiej temperatury. Niemniej wystąpienie w przewodach prądu przeciążeniowego spowoduje również powstanie pożaru lecz po czasie odpowiednio dłuższym. Bardzo ważnym czynnikiem ograniczającym niebezpieczeństwo pożarowe, jest więc prawidłowy dobór oraz nienaganny stan zabezpieczeń.