URZĄDZENIA PRZECIWWYBUCHOWE

Wprowadzenie teoretyczne

Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe są to urządzenia przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Musi być ono oznaczone symbolem „Ex”.

Konstrukcja tych urządzeń lub sposób działania musi wykluczyć lub znacznie ograniczyć możliwość zainicjowania wybuchu przez iskry czy nadmierną temperaturę powstające w czasie pracy lub awarii urządzenia. Zasady budowy i badań elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych produkowanych w Polsce określają normy. W zależności od przeznaczenia dzielą się na dwie grupy:

I - obejmuje urządzenia przeznaczone dla górnictwa

II - obejmuje urządzenia dla innych przemysłów.
Z uwagi, że grupa II obejmuje bardzo dużo urządzeń wybuchowych, wyodrębniono podgrupy, tzn. IIA,
IIB, IIC i sześć klas temperaturowych od T1 do T6. Podział na podgrupy przeprowadzono na
podstawie granicznych doświadczalnych prześwitów szczelin i wartości stosunku między minimalnym
prądem zapalenia badanej mieszaniny, a prądem zapalenia metanu. Klasa temperaturowa określa
maksymalną temperaturę urządzenia i określa się ją na podstawie temperatury samozapalenia danej
mieszaniny wybuchowej.

W zależności od zastosowanego sposobu ochrony przeciwwybuchowej rozróżnia się następujące rodzaje budowy:

- z osłoną ognioszczelną - Exd

- iskrobezpieczne (urządzenia i obwody) - Exi

- budowie wzmocnionej - Exe

- z osłoną cieczową (olejowe) - Exo

- z osłoną gazową z nadciśnieniem - Exp

- hermetyzowane masą izolacyjną - Exm

- z osłoną piaskową - Exq

- specjalna - Exs

Podział na podgrupy dotyczy tylko urządzeń z osłoną ognioszczelną i urządzeń iskrobezpiecznych.

Urządzenia z osłoną ognioszczelną - Exd

W urządzeniu tego rodzaju budowy wszystkie części elektryczne mogące spowodować wybuch są umieszczone w osłonie ognioszczelnej. Zadaniem osłony jest niedopuszczenie do przeniesienia się płomienia z jej wnętrza do atmosfery otoczenia. Do gaszenia płomienia służą szczeliny o określonym prześwicie „W” oraz długości „L” usytuowane na połączeniach poszczególnych części osłony ognioszczelnej. Tworzą one tzw. złącza, które mogą być stałe lub ruchome, np. pomiędzy wałem a tarczą łożyskową silnika. Wymiary szczelin zależą od parametrów wybuchowości mieszaniny, rodzaju złącza, oraz wolnej osłoniętej przestrzeni i są określone w normach.

Osłony ognioszczelne są wykonywane z materiałów ogniotrwałych odpornych na uderzenia, wilgoć i wpływy chemiczne. Osłona ognioszczelna może chronić całe urządzenie lub tylko jego część, które iskrzą podczas normalnej pracy, np. pierścienie ślizgowe, komutator. Poszczególne części osłony są ze sobą łączone śrubami o łbach trójkątnych lub sześciokątnych, wpuszczonymi w gniazda, dokręcone z odpowiednią siłą.

Kable i przewody wprowadzone bezpośrednio do komory ognioszczelnej wymagają głowicy kablowej, dławika ognioszczelnego lub wpustu uszczelnionego żywicą chemoutwardzalną.

Urządzenia z osłoną ognioszczelną są najtańsze, łatwe w obsłudze i są najchętniej stosowane spośród innych rodzajów urządzeń przeciwwybuchowych. Najczęściej stosowanymi urządzeniami elektrycznymi w osłonie ognioszczelnej są silniki pierścieniowe i komutatorowe, oprawki do żarówek, przyciski sterownicze, włączniki, łączniki, sterowniki itp. Z reguły są to urządzenia posiadające części iskrzące lub nagrzewające się do temperatur niekontrolowanych. Klasa temperaturowa odnosi się tylko do części zewnętrznych osłony.

Urządzenia iskrobezpieczne - Exi

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe tych urządzeń polega na odpowiednim doborze parametrów; napięcia, prądu, indukcyjności i pojemności w takim zakresie, aby nie mogły spowodować wybuchu w stanie normalnym jak i awaryjnym. Urządzenie uważa się za iskrobezpieczne, gdy wszystkie jego elementy zarówno wewnętrzne jak i zewnętrzne wraz ze źródłami zasilania są iskrobezpieczne. Ten wymóg wymaga stosowania elementów oddzielających między obwodami iskrobezpiecznymi i nieiskrobezpiecznymi oraz między różnymi obwodami iskrobezpiecznymi. Z reguły są to bariery ochronne. Zapewniają one ochronę przed nadmiernymi prądami (zwarcie) oraz przepięciami. Obwody iskrobezpieczne dzieli się na trzy kategorie, tj. i_a i_b oraz

ic.

W przypadku niemożliwości zapewnienia bezpiecznych wartości prądów i napięć w obwodzie stosuje się boczniki ochronne. Zadaniem ich jest zmniejszenie energii iskry w obwodzie zewnętrznym. Z uwagi na rodzaj elementów boczniki ochronne mogą być; rezystancyjne , diodowe, kondensatorowe, z diodami Zenera lub tranzystorowe.

Urządzeniem iskrobezpiecznym może być urządzenie o względnie małym poborze mocy i z reguły zasilane jest bardzo niskim napięciem. W wykonaniu iskrobezpiecznym są produkowane: przetworniki, mierniki, regulatory, sygnalizatory, itp.

Urządzenia budowy wzmocnionej - Exe

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe tych urządzeń polega na zwiększeniu pewności elektrycznej i mechanicznej poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych eliminujących lub znacznie ograniczających możliwość uszkodzeń mogących spowodować wybuch. Urządzenia tej budowy nie mogą posiadać części iskrzących. Urządzenia tej budowy cechuje:

odpowiedni rodzaj zastosowanych materiałów na poszczególne części oraz ich konstrukcja powiększona szczelina powietrzna np. pomiędzy stojanem a wirnikiem silnika większą cieplną stałą czasowa nagrzewania powiększone odstępy izolacyjne w powietrzu i po izolacji

odpowiednie zabezpieczenie przewodów zasilających przed wyrwaniem i poluzowaniem Jako urządzenia budowy wzmocnionej są produkowane: silniki indukcyjne klatkowe, transformatory, skrzynki zaciskowe i łączeniowe, oprawy oświetleniowe.

Urządzenia z osłoną cieczową (olejową) - Exo

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe tych urządzeń polega na zanurzeniu części iskrzących w cieczy ochronnej np. w oleju, na takiej głębokości, aby powstające iskry czy łuki nie spowodowały wybuchu mieszaniny wybuchowej. Osłony olejowej nie stosuje się w urządzeniach przenośnych oraz na prąd stały. Spotykane najczęściej urządzenia elektryczne z osłoną olejową to: transformatory, przekładniki, rozruszniki, łączniki.

Urządzenia z osłoną gazową z nadciśnieniem - Exp

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe polega na umieszczeniu urządzeń lub ich części w osłonie z gazem ochronnym o odpowiednim nadciśnieniu. Gaz ochronny nie powinien zawierać składników palnych, nadmiernej wilgoci, oraz innych zanieczyszczeń. Urządzenia elektryczne tej budowy powinny mieć blokadę uniemożliwiającą włączenie ich pod napięcie, o ile osłona w której są zainstalowane nie zostanie wstępnie przedmuchana gazem ochronnym. Spadek nadciśnienia czy brak przepływu powinien być sygnalizowany sygnałem świetlnym lub akustycznym, a w granicznym przypadku urządzenie powinno być wyłączone spod napięcia. Sposób rozwiązania przedmuchu zależy od rodzaju zagrożenia oraz funkcji wykonywanej przez dane urządzenie. Urządzenia z nadciśnieniem są produkowane przeważnie jako stacjonarne np. silniki elektryczne dużej mocy, szafy sterownicze czy pomiarowe.

2.6. Urządzenia hermetyzowane masą izolacyjną - Exm

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe polega na zalaniu urządzenia lub jego części (nieiskrzących) masą izolacyjną. Masa ta musi spełniać szereg warunków np. musi być odporna na: erozję powierzchniową, pękanie, kurczenie, zmiany temperatury itp. Produkowane są urządzenia o dwóch stopniach ochrony. Stopień 1 zapewnia bezpieczne użytkowanie urządzenia w normalnym stanie pracy oraz przy uszkodzeniach. Stopień 2 zapewnia bezpieczne użytkowanie tylko w normalnym stanie pracy. Najczęściej spotykanymi urządzeniami z tego typu zabezpieczeniem są: przekaźniki, wyświetlacze, czujniki.

Urządzenia z osłoną piaskową - Exq

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe tych urządzeń polega na umieszczeniu części elektrycznych nieiskrzących w piasku. W praktyce urządzenie posiada dodatkową obudowę, w której umieszcza się urządzenie w wykonaniu normalnym. Pomiędzy dwoma obudowami umieszcza się piasek o odpowiednich parametrach. Spotykane urządzenia z osłoną piaskową to przeważnie transformatory małej mocy, przekładniki i skrzynie do łączenia szyn.

Urządzenia budowy specjalnej - Exs

Zabezpieczenie przeciwwybuchowe tych urządzeń polega na zastosowaniu innych niż w/w sposobów, tak aby zainicjowanie zapłonu mieszaniny wybuchowej zostało ograniczony do minimum. Są to przeważnie indywidualne rozwiązania wynikające z funkcji lub zakresu pracy np. suszarnie, silniki elektryczne o małej mocy itp.

Każde urządzenie elektryczne „Ex” powinno być oznakowane czytelnie i trwale. Oznakowanie to powinno zawierać:

- nazwę producenta lub jego zarejestrowany znak handlowy

- określenie typu (modelu) nadane przez producenta

- symbol Ex lub Eex (pierwsza litera E oznacza, że urządzenie spełnia normy Unii Europejskiej - „EN”)

- symbol rodzaju budowy

- symbol grupy lub podgrupy

- nazwę lub znak stacji badawczej

- oznaczenie certyfikatu

- oznaczenie stosowanej normy dla danego rodzaju budowy przeciwwybuchowej

- oznaczenie wynikające z normy wyrobu

Odpowiednia budowa elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych nie zapewnia bezpieczeństwa. Bezpieczna praca tych urządzeń zależy głównie od:

- właściwego ich doboru do warunków zagrożenia wybuchowego

- prawidłowego montażu i zasilania

- odpowiedniego zabezpieczenia przed zwarciami i przeciążeniami

- prawidłowej eksploatacji

Wpływ na bezpieczną pracę urządzenia przeciwwybuchowego ma również producent. On w większości przypadków określa zasilanie, montaż i zabezpieczenia przed przeciążeniami i zwarciami. Eksploatacja powinna być prowadzona w oparciu o instrukcje opracowane dla zakładu, instalacji, układów czy obwodów, ewentualnie nawet dla poszczególnych urządzeń, w oparciu o przepisy i normy oraz zalecenia stacji badawczych i producentów. Instrukcja powinna być zatwierdzona przez kierownictwo zakładu na wniosek służb nadzoru nad eksploatacją.

Typowym przedstawicielem elektrycznego urządzenia przeciwwybuchowego jest transformator. Bardzo często występuje on w instalacjach elektrycznych oraz w urządzeniach elektronicznych zainstalowanych w strefach zagrożonych wybuchem. Należy nadmienić, że bezpieczeństwo pracy transformatora może być osiągnięte w różny sposób.

Zadaniem transformatora jest przetwarzanie energii elektrycznej prądu przemiennego o określonym napięciu na prąd przemienny o innym napięciu, ale o tej samej częstotliwości. Transformator jednofazowy składa się z rdzenia wykonanego z blach transformatorowych oraz przynajmniej z dwóch uzwojeń - pierwotnego i wtórnego nawiniętych na rdzeniu, co pokazuje rys.1.

Rys. 1 Transformator jednofazowy obciążony:

a. schemat transformatora,

b. schemat zastępczy transformatora

c. wykres wektorowy

Do uzwojenia pierwotnego jest doprowadzana energia, a z uzwojenia wtórnego odbierana.

Uzwojenie o wyższym napięciu zwane jest uzwojeniem górnego napięcia, natomiast uzwojenie o

niższym napięciu - dolnego napięcia.

Transformator działa na zasadzie indukcji wzajemnej dwóch uzwojeń. Prąd I₁ płynący w uzwojeniu pierwotnym wytwarza w rdzeniu strumień magnetyczny Φ₀ oraz strumień rozproszenia Φ_r1. Zmienny strumień Φ₀ indukuje w uzwojeniu wtórnym siłę elektromotoryczną E_z. Po włączeniu obciążenia do uzwojenia wtórnego popłynie prąd I₂.

Każdy transformator charakteryzuje się odpowiednimi wielkościami U₁, I₁, U₂, I₂ i parametrami elektrycznymi wynikającymi ze zjawisk fizycznych jakie w nim występują. Mają one swoje odzwierciedlenie w parametrach transformatora, które można przedstawić przy pomocy schematu zastępczego, uwzględniającego następujące parametry:

- rezystancje uzwojeń

- reaktancje rozproszeniowe uzwojeń, wynikające z faktu istnienia strumieni rozproszeniowych

- rezystancję reprezentującą straty w rdzeniu

- reaktancję główną, przedstawiająca cewkę, w której indukuje się SEM

Znajomość poszczególnych parametrów transformatora umożliwia wykonanie schematu zastępczego transformatora. Przez schemat zastępczy rozumie się taki model sieci złożony z rezystancji i reaktancji, który ma te same równanie ruchu oraz taki sam wykres wektorowy jak transformator rzeczywisty. Dla uzyskania ciągłości obwodu elektrycznego w schemacie zastępczym transformatora należy przeliczyć parametry uzwojenia wtórnego na stronę pierwotną transformatora. Sprowadzone parametry obwodu wtórnego oznaczone wskaźnikami „prim” mają postać:

gdzie: ν - przekładnia transformatora ( stosunek liczby zwojów uzwojenia górnego do liczby zwojów uzwojenia dolnego napięcia)

W rozpatrywanym schemacie zastępczym transformatora (rys.1) parametry uzwojenia wtórnego zostały sprowadzone na stronę pierwotną. Można również zbudować schemat zastępczy transformatora, w którym parametry uzwojenia pierwotnego będą sprowadzone na stronę wtórną.

Wszystkie parametry schematu zastępczego (rys. 1) z wyjątkiem Z₂ są wielkościami stałymi, mogą być one wyznaczone z próby stanu jałowego i z próby zwarcia. Stanem jałowym transformatora nazywa się taki stan pracy, w którym uzwojenie pierwotne zasilane jest napięciem U₁ natomiast uzwojenie wtórne nie jest obciążone (wyłączona impedancja Z^'₂ na rys.1). Poprzez zmianę napięcia U₁ możemy wyznaczyć zależność I₀ , P₀ , cosΦ₀ = f( U₁) , które są nazwane charakterystykami biegu jałowego. Znajomość charakterystyk stanu jałowego pozwala na ocenę właściwości obwodu magnetycznego transformatora.

Na podstawie tych charakterystyk można również określić w przybliżeniu wartość wtórnego napięcia znamionowego w przypadku, gdy jest ono nieznane. Przeprowadzając pomiar przy napięciu znamionowym, możemy określić znamionowy prąd jałowy oraz znamionowe straty w stanie jałowym. Pomiar mocy czynnej, pobieranej przez transformator w stanie jałowym, pozwala na ocenę wykonania rdzenia ( można pominąć straty mocy w uzwojeniu pierwotnym ∆ P_cu1 • = I₀² • R₁ z uwagi na mały prąd). Można bowiem kierując się wynikami tego pomiaru, wykryć w pakietach blach zwarcia, które są przyczyną lokalnego wzrostu temperatury i mogą prowadzić do uszkodzenia transformatora.

Stanem zwarcia transformatora nazywa się taki rodzaj pracy, w którym jedno z uzwojeń zasilane jest ze źródła energii elektrycznej, a zaciski drugiego są zwarte, czyli U^'₂ = 0. Stan ten przy znamionowym napięciu zasilającym U₁ spowodowałby, że w uzwojeniach z₁ i z₂ popłynąłby prąd od około 10 do 30 razy większy od prądów znamionowych i transformator w bardzo krótkim czasie uległby zniszczeniu. Z powyższego wynika, że próby przy stanie zwarcia transformatora mogą być przeprowadzone przy obniżonym napięciu zasilania, to znaczy takim napięciu, aby w uzwojeniach z₁ i z₂ płynęły prądy znamionowe. Taki stan pracy transformatora nazywa się normalnym zwarciem transformatora albo inaczej - pomiarowym zwarciem lub zwarciem znamionowym transformatora. Schemat zastępczy transformatora w stanie zwarcia przedstawiono na rysunku 2.

W tym schemacie pominięto gałąź poprzeczną X_µ , R_Fe . Założenie takie jest uzasadnione, ponieważ prąd jałowy ( płynący przez elementy X_µ ,R_Fe ) w stanie zwarcia jest rzędu kilku ⁰/₀₀ prądu znamionowego I_n.

Napięciem zwarcia transformatora U_Z nazywa się takie napięcie, które należy doprowadzić do jednego z uzwojeń, przy zwarciu drugiego, aby w uzwojeniu zasilanym uzyskać prąd znamionowy I_n.

Stan obciążenia transformatora występuje wówczas, gdy uzwojenie pierwotne podłączone jest do napięcia sieci zasilającej, a do uzwojenia wtórnego podłączono odbiornik (rys. 1). Moc pobierana z sieci przez transformator zużywana jest na pokrycie strat wewnętrznych transformatora oraz na pokrycie obciążenia. Sprawnością transformatora nazywamy stosunek mocy czynnej pobieranej przez obciążenie do mocy czynnej pobieranej z sieci.

BEZPIECZNIKI TOPIKOWE / WYŁACZNIKI AUTOMATYCZNE

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z budową i zasadą działania bezpieczników topikowych i automatycznych, stosowanych w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia oraz określenie ich charakterystyk czasowo-prądowych.

BEZPIECZNIKI

Bezpieczniki topikowe są to łączniki bezzestykowe jednorazowego działania, w których po przekroczeniu określonej wartości prądu następuje samoczynne przerwanie obwodu po czasie zależnym od prądu i właściwości (typu) bezpiecznika.

W energetyce są stosowane dwa rodzaje bezpieczników niskiego napięcia: instalacyjne (rys.1) oraz stacyjne wielkiej mocy (rys.2).

Klasyfikacja bezpieczników oraz niektóre podstawowe definicje i dane znamionowe

Klasyfikacja bezpieczników

Klasyfikacja bezpieczników może być dokonana na podstawie bardzo różnych kryteriów podziału, takich jak rodzaj prądu, wartości prądów i napięć znamionowych, rodzaj konstrukcji, przeznaczenie, zdolność wyłączania prądów przeciążeniowych, wartość prądu wyłączalnego, charakterystyki czasowo-prądowe i in.

Bezpieczniki niskiego napięcia są budowane na prąd stały i przemienny, na różne znormalizowane napięcie znamionowe, przy czym jest preferowane napięcie 220, 440, 600, 700 i 1500 V prądu stałego oraz 220, 380, 400, 500 i 660 V prądu przemiennego.

Prąd znamionowy wkładek bezpieczników wynosi od 2 do 1250 A, przy czym zdecydowanie większe rozpowszechnienie znajdują bezpieczniki o mniejszych.

Wielkości charakterystyczne bezpieczników

Normy dotyczące bezpieczników zawierają dziesiątki definicji różnych wielkości, charakterystycznych parametrów oraz szczegółowych wymagań w zakresie konstrukcji i właściwości bezpieczników. Poniżej podano niektóre z nich.

Zdolność wyłączania wkładki bezpiecznikowej - największa wartość skuteczna prądu spodziewanego, którą wkładka topikowa jest w stanie przerwać przy określonym napięciu w danych warunkach użytkowania i działania; po zadziałaniu wkładki nie powinny być uszkodzone w stopniu utrudniającym ich wymianę lub stwarzającym zagrożenie dla obsługi.

Prąd spodziewany - wartość skuteczna prądu, jaki popłynie w obwodzie, gdy bezpiecznik zostanie zastąpiony połączeniem o pomijalnej impedancji; w przypadku zwarć w obwodach prądu przemiennego jest to prąd początkowy.

Prąd ograniczony - największa chwilowa wartość, jaką osiąga prąd wyłączeniowy wkładki topikowej.

Charakterystyka prądu ograniczonego - krzywa przedstawiająca zależność prądu ograniczonego od prądu spodziewanego w określonych warunkach działania bezpiecznika.

Znamionowy prąd wyłączalny bezpieczników instalacyjnych wynosi przeważnie 50kA oraz 25kA, odpowiednio dla prądu przemiennego i stalego. Wytwarzane są również bezpieczniki o prądzie wyłączalnym 100 kA i większym. Jedynie wkładki bezpiecznikowe o zmniejszonych wymiarach, z gwintem podstaw i główek mocujących E16 i E18 mogą mieć mniejsze wartości prądu wyłączalnego, równe 25kA i 8kA, odpowiednio dla prądu przemiennego i stałego. Znamionowy prąd wyłączalny bezpieczników przemysłowych przekracza zazwyczaj 100 kA.

Budowa bezpieczników

Bezpiecznik jako kompletny łącznik jest utworzony z:

• podstawy bezpiecznika (gniazda bezpiecznikowego),

• wkładki topikowej.

W bezpiecznikach określanych dotychczas jako instalacyjne, mocowanie wkładki w gnieździe bezpiecznika (podstawie) dokonuje się za pomocą gwintowanej główki bezpiecznika (rys.1).

W podstawie jest miejsce na wkręcenie wymiennej wkładki kalibrowanej ograniczającej możliwość zamiany wkładki właściwej na wkładkę o większej wartości prądu znamionowego.

W zależności od wartości napięć i prądów znamionowych bezpieczników różne są wymiary ich gniazd i wkładek, przy czym podstawowe wymiary wkładek (wysokość, średnica) przeznaczonych do tego samego gniazda są jednakowe. Różne są natomiast średnice styków dolnych wkładek (większe dla większych wartości prądu znamionowego), dostosowane do wymiarów właściwych wstawek kali­browanych.

Inną rozpowszechnioną konstrukcją bezpieczników topikowych są bezpieczniki przemysłowe (stacyjne, wielkiej mocy), przeznaczone do obsługi przez osoby upoważnione, o stykach nożowych srebrzonych, rzadziej w wykonaniu ze stykami przeznaczonymi do połączeń śrubowych lub o stykach cylindrycznych (rys. 2 a i b). W zależności od wartości prądu znamionowego bezpieczników różne są wielkości podstaw i wkładek bezpiecznikowych.

Rys. 1. Wkładka topikowa bezpiecznika instalacyjnego: a) szkic; b) sposób jej mocowania w gnieździe bezpiecznikowym 1 , 2 - styki; 3 - element topikowy; 4 - korpus porcelanowy; 5 - piasek kwarcowy; l, d - wysokość i średnica wkładki (tabl. 3.9); 6 - podstawa gniazda bezpiecznikowego; 7 - główka mocująca; 8 wstawka kalibrowana; 9 - osłona izolacyjna

Najbardziej istotną częścią bezpiecznika jest metalowy element topikowy wykonany z miedzi w postaci drutu lub kilku równoległych drutów, a w bezpiecznikach na większe wartości prądów - w postaci paska lub kilku pasków posrebrzonych. Elementy topikowe są umieszczone wewnątrz porcelanowych korpusów, wypełnionych piaskiem kwarcowym w celu:

• ułatwienia gaszenia luku po stopieniu się elementu topikowego;

• zmniejszenia, dzięki dobrej przewodności cieplnej, przekroju topików, przez co zwiększa się skuteczność przerywania prądów;

• ograniczenia ciśnienia przenoszonego na ścianki wkładki podczas palenia się łuku.

Elementy topikowe mają tzw. miejsca przeciążeniowe i zwarciowe. Miejsca przeciążeniowe wykonuje się przez naniesienie na element topikowy lutowia cynowo-ołowiowego, o niższej temperaturze topnienia niż miedź, co powoduje, że tam rozpoczyna się proces topienia podczas przeciążeń. W ten sposób możliwe jest kształtowanie charakterystyk czasowo-prądowych bezpieczników podczas przeciążeń. Miejsca zwarciowe tworzy się przez wykonanie przewężeń lub otworów w paskach topikowych.

W czasie przepływu prądu przeciążeniowego nagrzewanie się elementu topikowego trwa stosunkowo długo. Stopienie się elementu topikowego i zapłonu łuku następuje w miejscu przeciążeniowym w pobliżu środka długości elementu topikowego. Łuk przy przeciążeniach pali się stosunkowo długo, bowiem w miarę topienia się elementu topikowego i wydłużania łuku zwiększają się czasy przerw bezprądowych przy przejściu prądu przez zero i maleje wartość skuteczna prądu łuku. Powoduje to z kolei zmniejszenie się szybkości wydłużania się łuku, przez co utrudnione jest ostateczne zgaszenie łuku. W rezultacie nie wszystkie bezpieczniki mają zdolność przerywania prądów przeciążeniowych.

W przypadku przepływu przez bezpieczniki prądu o bardzo dużej wartości (prądu zwarciowego), gęstość prądu w elementach topikowych jest bardzo duża (wiele kA/mm²). Topik w czasie ok. 1ms osiąga prawie na całej długości wysoką temperaturę. Pod wpływem temperatury oraz różnorodnych sił mechanicznych i elektrodynamicznych następuje rozpad topika i równoczesny zapłon wielu łuków. Znaczna wypadkowa wartość napięcia łuku w bezpieczniku jest źródłem prądu wstecznego o dużej stromości narastania, przez co prąd wypadkowy zostaje bardzo szybko sprowadzony do zera, a łuk zgaszony w czasie krótszym niż prąd zwarciowy osiągnie wartość prądu udarowego. Największa chwilowa wartość prądu w obwodzie I_ogr (prąd ograniczony) jest na ogół znacznie mniejsza niż wartość prądu udarowego I_p.

Właściwości bezpieczników określające zdolność do ochrony przewodów przed skutkami przetężeń są oznaczone dwiema literami, małą (g lub a) oraz wielką, przy czym znaczenie poszczególnych małych liter jest następujące:

g - wkładka topikowa o pełnozakresowej zdolności wyłączania, zdolna do wyłączenia w określonych warunkach wszystkich prądów od minimalnych, powodujących przetopienie topika, do prądów równych znamionowej zdolności wyłączania; a - wkładka topikowa o niepełnozakresowej zdolności wyłączania, zdolna do wyłączania w określonych warunkach prądów o wartościach większych od najmniejszej wartości prądu wyłączeniowego, będącej pewną krotnością prądu znamionowego wkładki (k₂l_nb) aż do znamionowej zdolności wyłączenia. Wkładki topikowe "a" są stosowane głównie jako zabezpieczenie zwarciowe. W obwodach, w których jest wymagane zabezpieczenie przed skutkami przeciążeń są one stosowane wraz z innymi łącznikami wyposażonymi w wyzwalacze (przekaźniki) przeciążeniowe.

Wielkie litery oznaczają natomiast kategorię użytkowania bezpieczników i określają wymagania dotyczące charakterystyk czasowo-prądowych, prądów probierczych, czasów działania i in. Podają one przeznaczenie różnych bezpieczników do zabezpieczenia następujących obwodów i urządzeń elektroenergetycznych: L - przewodów i kabli, M - silników,

R - elementów energoelektronicznych (diod, tyrystorów, prostowników), B - urządzeń elektroenergetycznych górniczych, Tr - transformatorów, G - ogólne przeznaczenie.

Zgodnie z normami są wytwarzane bezpieczniki o różnorodnych właściwościach i przeznaczeniu, określone symbolami gL, aM, aR, gR, gB, gTr, gG, przy czym w Polsce dotychczas nie wszystkie wymienione konstrukcje są już produkowane i w ten sposób oznaczane. W dalszym ciągu są wytwarzane wkładki bezpieczników wg wymagań norm ustanowionych do 1987 r. i również są zachowane dawne oznaczenia:

Bi-Wts: wkładka bezpieczników o działaniu szybkim, Bi-Wtz: wkładka bezpieczników o działaniu zwłocznym,

Btp: wkładka bezpieczników o działaniu bardzo szybkim, przeznaczona do zabezpieczeń diod i tyrystorów. Niektóre wyroby są już jednak wytwarzane i oznaczane zgodnie z ustaleniami norm międzynarodowych i pełna zgodność w tym zakresie wydaje się być jedynie kwestią czasu.

W instalacjach elektrycznych w budynkach mieszkalnych powinny być stosowane bezpieczniki typu gL. Bezpieczniki klasy gTr są przeznaczone do zabezpieczeń transformatorów o wtórnym napięciu niskim 400 V. Na bezpiecznikach nie podaje się wartości prądów znamionowych, lecz moce znamionowe transformatorów. Wytwarzane są bezpieczniki do zabezpieczeń transformatorów o mocach znamionowych od 50 do 1000 kVA.

WYŁĄCZNIKI INSTALACYJNE

Wyłączniki instalacyjne nadprądowe, są to popularne bezpieczniki automatyczne na prąd znamionowy od 0,5 do 63 A, służące do ochrony kabli i przewodów przed przeciążeniami i zwarciami w instalacjach elektrycznych. Ich kształt i wymiary są dopasowane do innych urządzeń zabudowy szeregowej na szynie montażowej TH 35 i w rozdzielnicach o głębokości 55 mm. Położenie zacisków wyjściowych umożliwia połączenie tych wyłączników z aparatami modułowymi innych producentów za pomocą izolacyjnej szyny mostkującej.

Budowa wyłączników

Wyłączniki są wyposażone w zwłoczny wyzwalacz termiczny (bimetalowy) do wyłączania prądów przeciążeniowych oraz elektromagnetyczny wyzwalacz bezzwłoczny do ograniczania prądów zwarciowych i udarowych. Prądy te (a raczej energia cieplna wydzielona w czasie zwarcia) są silnie ograniczane dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu styków oraz komory gaszącej łuk elektryczny. Znak na obudowie:

oznacza, że wyłączniki te mają zwarciową zdolność wyłączania 10 kA i 3 klasę (najwyższą) ograniczenia energii cieplnej. Styki główne wyłączników, wykonane z odpowiedniego materiału zawierającego srebro, gwarantują dużą 'trwałość - ok. 10 tys. przełączeń. Istnieje również możliwość dołączenia zestyków pomocniczych - katalogowo oznaczonych PS, służących do sygnalizacji zadziałania wyłącznika. W przypadku wyłączników wielobiegunowych, poszczególne moduły są ze sobą sprzęgnięte mechanicznie zarówno przez wewnętrzny mechanizm wyzwalacza, jak i zewnętrzną dźwignię przełączającą. Ponadto konstrukcja wyłączników wielobiegunowych z członem neutralnym (1p + N, 3p + N) umożliwia przy załączaniu wyłącznika wcześniejsze załączenie członu neutralnego (N) niż modułów fazowych (p), natomiast przy wyłączaniu późniejsze wyłączenie modułów fazowych. Oddzielną rodzinę wyłączników stanowią wyłączniki o symbolu DC przeznaczone do stosowania w obwodach prądu stałego.

Charakterystyki wyłączników

Charakterystyki wyzwalania B, C, D wyłączników są zgodne z wymaganiami norm PN-90/E-93002 i IEC 898 oraz są dopasowane do charakterystyk nagrzewania przewodów.

Wyłączniki instalacyjne o charakterystyce B służą głównie do ochrony odbiorników niewrażliwych na skutki przeciążeń termicznych i o małych prądach rozruchowych. Przeznaczone są do stosowania w elektrycznych instalacjach domowych i przemysłowych, np. w obwodach z niewielką liczba źródeł światła lub z odbiornikami o charakterze rezystancyjnym. Zakres zadziałania bezzwłocznego wyzwalacza elektromagnetycznego wynosi od 3I_n do 5I_n, przy czym I_n jest prądem znamionowym wyłącznika. Przy wartościach prądu płynącego przez wyłącznik mniejszych od 3I_n nie nastąpi zadziałanie wyzwalacza elektromagnetycznego, ale przy dłuższym czasie przepływu prądu zbliżonego do tej wartości zadziała wyzwalacz termiczny. Dla charakterystyki B umowny prąd niezadziałania wyzwalacza termicznego w czasie krótszym niż 1 h wynosi 1,13 I_n. Natomiast umowny prąd zadziałania w czasie krótszym niż 1 h wynosi 1,45 h.

Wyłączniki instalacyjne o charakterystyce C są przeznaczone do ochrony obwodów elektrycznych i odbiorników niewrażliwych na skutki przeciążeń termicznych, lecz o znacznych wartościach prądu rozruchowego. Przeznaczone są do stosowania w elektrycznych instalacjach domowych w obwodach z silnikami elektrycznymi o małej mocy, zespołami oświetleniowymi, transformatorami. Zakres zadziałania bezzwłocznego wyzwalacza elektromagnetycznego wynosi od 5I_n do 10I_n. Przy wartościach prądu mniejszych od 5I_n nie wystąpi bezzwłoczne zadziałanie wyzwalacza elektromagnetycznego (wyłącznik nie wyłączy obwodu przy krótkotrwałym przepływie takich prądów). Dla charakterystyki C umowne wartości prądów zadziałania i niezadziałania wyłączników są takie same jak charakterystyki dla B, gdyż parametry wyzwalacza termicznego w wyłącznikach nadprądowych o charakterystyce zarówno C, jak i B są jednakowe.

Wyłączniki instalacyjne o charakterystyce D są przeznaczone do ochrony obwodów elektrycznych i odbiorników o dużych prądach rozruchowych. Powinny być stosowane w obwodach i instalacjach zasilających zarówno odbiorniki o ciężkim rozruchu, np. silniki o dużych mocach, jak i rozbudowane zespoły oświetleniowe oraz transformatory. Zakres zadziałania bezzwłocznego wyzwalacza elektromagnetycznego wynosi od 10I_n do 20I_n. Umowne czasy zadziałania i niezadziałania oraz parametry wyzwalacza termicznego w wyłącznikach o charakterystyce D są identyczne jak o charakterystykach B i C.

SELEKTYWNOŚĆ DZIAŁANIA ZABEZPIECZEŃ

Przy szeregowym połączeniu wyłącznika instalacyjnego z bezpiecznikiem topikowym ochrona obwodu przed prądem przeciążeniowym i zwarciowym jest selektywna wówczas, gdy jako pierwszy wyłącza wyłącznik instalacyjny (znajdujący się najbliżej zabezpieczonego urządzenia), zanim zacznie wyłączać poprzedzający go bezpiecznik topikowy. Właściwą koordynację współpracy wyłącznika i bezpiecznika topikowego przy przeciążeniach można uzyskać na podstawie analizy ich charakterystyk czasowo-prądowych. W przypadku zwarć analizę selektywności należy wykonać nakładając na siebie charakterystyki współpracujących zabezpieczeń. Należy pamiętać, że selektywność zwarciowa jest pełna, jeżeli dla wszystkich wartości spodziewanego prądu zwarciowego energia I²t_wył (całka Joule'a), której przepływ pozwala wyłączyć wyłącznik, jest mniejsza od energii I²t_bez niezbędnej do przepalenia bezpiecznika topikowego. Musi być zatem spełniony warunek:

Analiza tych charakterystyk jest bardzo pracochłonna. Aby ułatwić projektantom i użytkownikom prawidłowy dobór zabezpieczeń ze względu na selektywną współpracę, firmy produkujące wyłączniki instalacyjne opracowują tablice dotyczące selektywnej współpracy produkowany przez siebie wyrobów: wyłączników instalacyjnych jednobiegunowych z bezpiecznikami topikowymi wszystkich wielkości (DO; BiWt; WT) o charakterystyce szybkiej i zwłocznej. W tablicach producenci podają graniczne prądy zwarciowe (wyrażone w kiloamperach do których wartości jest możliwa selektywna współpraca wyłącznika z bezpiecznikiem (spełniony jest warunek 1), oraz symbolem* oznaczają brak selektywnej współpracy.

Rys.6. Budowa wyłącznika instalacyjnego

a) układ połączeń przedstawiający podstawowe elementy składowe; b) szkic budowy;

1 - zacisk przyłączeniowy; 2,3 - styki: stały i ruchomy; 4 - komora gaszeniowa; 5 - wyzwalacz nadprądowy

elektromagnetyczny; 6 - wyzwalacz cieplny; 7 - cewka podnapięciowa; 8 - zamek;

9 - dźwignia napędu; 10 - obudowa.

MASZYNY PRĄDU PRZEMIENNEGO

Maszyny prądu przemiennego znajdują bardzo szerokie zastosowanie. O powszechnym zastosowaniu decydują następujące podstawowe zalety:

- Duża sprawność

- Niezawodność działania

- Możliwość regulacji prędkości obrotowej

- Możliwość zdalnego sterowania

Wśród maszyn prądu przemiennego największe zastosowanie ma silnik asynchroniczny. Trójfazowy silnik asynchroniczny składa się z nieruchomej części zwanej stojanem oraz z części ruchomej noszącej nazwę wirnika. Obie te części łącznie ze szczeliną powietrzną pomiędzy wirnikiem a stojanem tworzą obwód magnetyczny silnika. W celu zmniejszenia strat w żelazie obwód magnetyczny wirnika i stojana wykonane są z odizolowanych od siebie nakrzemionych blach. Na obwodzie rdzeni stojana i wirnika znajdują się żłobki, wewnątrz których umieszczone są uzwojenia. W żłobkach stojana umieszczone są cewki uzwojenia trójfazowego. Cewki te mogą być połączone w gwiazdę lub w trójkąt. Uzwojenie stojana zasilane jest z sieci trójfazowego prądu przemiennego. Wewnątrz żłobków na obwodzie wirnika umieszczone jest uzwojenie, które może być wykonane i połączone w różny sposób. W zależności od budowy uzwojenia wirnika rozróżniamy dwa typy silników asynchronicznych: klatkowy i pierścieniowy.

Silnik asynchroniczny klatkowy ma uzwojenie wirnika w postaci klatki, wykonanej z nieizolowanych prętów, połączonych na swoich końcach pierścieniami zwierającymi. Wewnątrz żłobków na obwodzie wirnika silnika synchronicznego pierścieniowego umieszczone jest uzwojenie trójfazowe, połączone w gwiazdę. Początki tego uzwojenia dołączone są do trzech pierścieni ślizgowych, osadzonych na wale silnika. Do pierścieni ślizgowych za pośrednictwem szczotek przyłącza się rezystor służący do rozruchu zwany rozrusznikiem.

Prąd trójfazowy przemienny przepływający przez uzwojenie stojana wytwarza pole magnetyczne wirujące z prędkością określoną wzorem:

gdzie: f₁ - częstotliwość sieci zasilającej silnik P - liczba par biegunów stojana Prędkość ta zwana jest prędkością synchroniczną.

Uzwojenia wirnika przecinane będą przez strumień wirującego pola magnetycznego i w przewodach tych zostanie zaindukowana siła elektromotoryczna (SEM). Wartość indukowanej SEM będzie tym większa, im większa będzie względna prędkość pola wirującego względem przewodów wirnika. Jeżeli obwód elektryczny wirnika będzie zamknięty, to na skutek indukowanej SEM w uzwojeniu wirnika popłynie prąd.

W silnikach asynchronicznych klatkowych obwód wirnika zamknięty jest przez pierścienie zwierające pręty klatki, natomiast w silnikach pierścieniowych obwód wirnika musi być zamknięty przez dołączony do pierścieni ślizgowych rezystor. Prąd płynący w uzwojeniu wirnika oddziaływuje z polem magnetycznym wirującym, powstaje więc moment obrotowy powodujący obrót wirnika. Jeżeli moment ten jest większy niż moment hamujący, pochodzący od maszyny napędzanej, wówczas wirnik zaczyna się obracać i zwiększa swoją prędkość obrotową, aż do wartości ustalonej. Moment obrotowy jest zależny od prędkości obrotowej wirnika.

Przy obciążeniu momentem znamionowym prędkość obrotowa wirnika jest mniejsza od prędkości synchronicznej tylko o kilka procent. Stosunek różnicy prędkości synchronicznej i prędkości obrotowej wirnika do prędkości synchronicznej pola wirującego nazywamy poślizgiem:

Uwzględniając powyższe wzory prędkość obrotową silnika asynchronicznego można wyrazić:

Zmianę prędkości obrotowej można zatem osiągnąć przez zmianę częstotliwości f₁, przez zmianę liczby par biegunów silnika p oraz zmianę poślizgu s. Zmiana poślizgu wymaga wprowadzenia do obwodu wirnika dodatkowej rezystancji, czyli może być zrealizowana tylko dla silników pierścieniowych. Taka regulacja jest niewygodna i nieekonomiczna i w chwili obecnej rzadko stosowana. Regulacja prędkości poprzez zmianę liczby par biegunów (regulacja skokowa) może być zrealizowana przy odpowiedniej konstrukcji silnika, tzn. z dużą ilością par biegunów stojana. Zmiana prędkości przez zmianę częstotliwości jest korzystna energetycznie i napędowo sprawia jednak pewną trudność dostarczenie źródła prądu o żądanej częstotliwości. Przy stosowaniu regulacji prędkości obrotowej przez zmianę częstotliwości należy mieć na względzie inne parametry silnika np. moment. Dla zachowania odpowiednich parametrów silnika przy zmianie częstotliwości należy teoretycznie zachować stałość wartości stosunku napięcia do częstotliwości, czyli:

Jako źródła prądu o zmiennej częstotliwości stosowano przetwornice częstotliwości synchroniczne lub asynchroniczne, częściej asynchroniczne jako bardziej ekonomiczne. W chwili obecnej stosuje się przetwornice częstotliwości oparte na elementach półprzewodnikowych (falowniki - układy tyrystorowe). Przykładowy schemat ideowy przetwornicy częstotliwości pokazano na rys. 1

Rys. 1 Schemat ideowy przetwornicy częstotliwości

• - przetwornik

• - regulator

• - sterownik

• - prostownik

• - regulator prądu

• - filtr

• - przetwornik

• - sterownik falowania

• - falownik

• - przelicznik

Sygnał napięciowy k_fsz proporcjonalny do zadanej częstotliwości jest w przetworniku 1 przemieniony na sygnał proporcjonalny do napięcia U_sz , jakie przy danej częstotliwości powinno być na zaciskach silnika. Po porównaniu napięcia U_sz z rzeczywistą wartością U_s jaka jest na silniku sygnał ε jest podawany na regulator 2 i sterownik 3. Sterownik tak wysterowuje prostownik 4 aby na zaciskach

silnika było napięcie U_sz. Regulator prądu 5 zabezpiecza układ przed przekroczeniem maksymalnej wartości prądu w stanach dynamicznych. Równocześnie sygnał k_fsz jest podawany na przetwornik 7, który na wyjściu daje impulsy o sześciokrotnej częstotliwości 6f_sz , rozdzielone w sterowniku falownika 8 na poszczególne tyrystory falownika 9. Sterowany w ten sposób silnik zachowuje się jak przy zasilaniu ze sztywnej sieci o częstotliwości f_sz.

Najnowsza generacja przemienników częstotliwości posiada bardzo rozbudowane układy sterowania i komunikacji. Przykładowy schemat blokowy takiego przemiennika podano na rys. 2. Dzięki mikroprocesorom możliwa jest realizacja szeregu dodatkowych funkcji jak: automatyczne oszczędzanie energii, możliwość przejęcia sterowania obracającego się silnika (lotny start), szybkie zatrzymanie napędu. Panel operatorski umożliwia monitorowanie kilkunastu wielkości np. pobranej mocy przez napęd, czasu załączania i pracy przetwornicy, stan wejść i wyjść sterujących.

Rys. 2 Schemat blokowy przemiennika częstotliwości firmy Hitachi

Maszyny prądu przemiennego mogą być również konstruowane do wytwarzania energii elektrycznej. W prądnicach prądu stałego występuje komutator, który nastręcza trudności zarówno w konstrukcji jak i eksploatacji. W chwili obecnej coraz większe rozpowszechnienie maja prądnice prądu przemiennego samowzbudne, które nie posiadają komutatora ani pierścieni ślizgowych. Maszyny te mają zastosowanie w agregatach prądotwórczych, w prądnicach samochodowych - zwłaszcza w autobusach, wozach ciężarowych w tym i w samochodach pożarniczych. Budowę takiej prądnicy, którą często nazywamy alternatorem, pokazano na rys. 3.

Rys. 3 Budowa samowzbudnej prądnicy indukcyjnej firmy Leroy - Somer

• - obudowa stojana5 - dioda

• - łożyska 6 - kondensator

• - wentylator 7 - zaciski łączeniowe

• - wirnik 8 - uzwojenia stojana

Wirnik ma za zadanie wytworzyć odpowiedni strumień magnetyczny i w tym celu ma uzwojenie zwarte diodą. W uzwojeniu wirnika indukuje się napięcie zmienne, dioda powoduje, że w uzwojeniu płynie prąd jednokierunkowy i tym samym strumień magnetyczny ma zawsze odpowiednio ukierunkowany biegun. Obracający się wirnik wytwarza napięcie na uzwojeniach stojana. Jedno z uzwojeń stojana jest zwarte kondensatorem i jest to uzwojenie pomocnicze. Pomaga ono w samowzbudzeniu się prądnicy. Samowzbudzenie się jest możliwe dzięki magnetyzmowi szczątkowemu obwodu magnetycznego wirnika.

BADANIE ZAGROŻENIA POŻAROWEGO OD ELEKTRYCZNYCH URZĄOZEŃ OŚWIETLENIOWYCH

1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia Jest zapoznanie z zakresem temperatur występujących w elektrycznych urządzeniach oświetleniowych oraz wokół nich w warunkach normalnej pracy i awaryjnej.

Jako źródła światłe najczęściej wykorzystuje się lampy żarowe, świetlówki i rtęciówki. W lampach żarowych energia elektryczna zamieniana Jest w cieplna. Nagrzewana elektrycz­nym prądem spirala wolframowa wysyła promieniowanie widzial­no. Współczynnik sprawności żarówki jest mały i duże część dostarczonej energii elektrycznej jest rozpraszana do otaczającego środowiska,

Towarowe niebezpieczeństwo lamp żarowych polega na:

• możliwości zapalenia palnych materiałów przy nieprzestrze­ganiu odpowiednich odległości od ich baniek;

• możliwości pojawienia się źródeł zapalenia przy awaryjnych stanach pracy (roztopione krople metalu).

W przypadku pierwszym niebezpieczeństwo pożarowe wynika z nagrzania baniek żarówek do wysokiej temperatury. Tempera­tura ta zależy od mocy żarówki, od położenia żarówki w przestrzeni oraz czystości powierzchni bańki. Temperatura bańki żarówki w różnych jej punktach nie jest jednakowa.

Przedstawiono w tabeli 6,1 wyniki dotyczą żarówek osłonię tych i nie osłoniętych. Przy badaniu pod przykryciem bańki żarówek były szczelnie osłonięte kocem z włókna szklonego.

W praktyce bardzo często zachodzi konieczność znajomości temperatury ciała w pewnej odległości od bańki żarówki. Temperatura ta wynika głównie z zamiany energii promieniowa­nia no energię cieplne, i zależy przede wszystkim od mocy ża­rówki,

Wyniki badań temperatur mierzonych w różnych odległościach od bańki żarówki są przedstawione w pracy (2), a przykładowy wynik - na rys. 6.2.

Temperatury niebezpieczne z pun­ktu widzenia zagrożenia pożarowego powstaje w odległości kil­ku centymetrów od bańki żarówki.

W określonych warunkach w żarówkach może zapalić się łuk elektryczny między Jedną elektrodą a drugą. Palący się łuk może spowodować rozerwanie się bańki żarówki lub przetopienie

jej rozżarzonymi cząsteczkami metalu. W obu tych przypadkach następuje wyrzucanie z bańki żarówki rozgrzanych jej elemen­tów konstrukcyjnych. Maksymalna średnica roztopionych cząstek metalu może osiągać 5-6 mm, a ich temperatura w- momencie oder­wania wynosi okolo 1S00°C.

Ilość ciepła jaką ma taka cząstka jest wystarczająca do prze­topienia bańki lub jej rozerwania) i zapalenia wielu porowa­tych i włóknistych palnych materiałów. Konstrukcja współcześ­nie produkowanych żarówek w znacznym stopniu eliminuje możliwość powstania łuku elektrycznego w Ich bańkach. Uzyskano to poprzez zastosowanie bezpiecznika topikowego (cienki drucik _; w doprowadniku prądu wewnątrz bańki).który przepala się przy przepływie prądu o nadmiernym natężeniu.

Świetlówki są znacznie bezpieczniejsze pod wzglądem po­żarowym od lamp zerowych. Temperatura zewnętrzna rury w eta­nie normalnej pracy nie przekracza 70°C i w razie stłuczenia jej nie powstają rozżarzone cząstki metalu. Na rys* 6,3 po­kazano najbardziej niebezpieczne pod względem pożarowym usz­kodzenia, jakie mogą powstać w czasie pracy świetlówki,

Zwarcie w zapłonniku (I) może być spowodowane zwarciem w kondensatorze, który ma elementy palne lub uszkodzeniem elementów bimetalowych. W praktyce zdarzają się przypadki, że przez otwory zapłonnika wydostają się na zewnątrz płomienie, które zapalają inne materiały palne.

Zwarcia II i III sa niebezpieczne z uwagi na podgrzewa­nie dławika, do którego w tym przypadku przykładane jest pra­wie pełne napięcie zasilania. W niektórych konstrukcjach świe­tlówek dławik nie jest zaprojektowany na to napięcie i tym samym może nagrzewać się do temperatur wyższych od dla niego dopuszczalnych. Może to spowodować wyciekanie palnej izolacji i uszkodzenie dławika lub zwarcie w dławiku. Zwarcia I, II i III nie powodują natychmiastowego zadziałania zabezpieczenia 9ieci z uwagi na mała wartość prądu. Tym samym czas pracy świetlówki w tym stanie może być bardzo długi, co może prowadzić do uszkodzenia dławika. Zwarcie w dławiku (IV) z re­guły uszkadza inne elementy świetlówki i powoduje zadziałanie' zabezpieczenia. Tym samym zmniejsza się prawdopodobieństwo zainicjowania pożaru przy zwarciu w dławiku.

Lampy rtęciowe są niebezpieczne pożarowo ze względu na wysoka, około 1000 C, temperaturę rury wyładowczej. W przy­padaj zbicia bańki ochronnej rura wyładowcza może eksplodować i zapalić materiały palna, na które upadnie. Ponieważ lampy rtęciowe sa stosowane z reguły do oświetlenia pomieszczeń lub placów z dużych wysokości, niebezpieczeństwo styku z materia­łem palnym praktycznie nie istnieją.

Profilaktyka pożarowa w urządzeniach oświetleniowych po­lega głównie na zapewnieniu odpowiedniej odległości materiału palnego od tych uprzędzeń,, w pomieszczeniach zakwalifikowanych do odpowiednich kategorii zagrożenia wybuchem należy stosować oprawy przeciwwybuchowe.

PRĄDY WIROWE

Prawo indukcji elektromagnetycznej podaje zależność między wartością napięcia indukującego się w przewodniku a prędkością zmian strumienia magnetycznego. Współcześnie konstruowane maszyny elektryczne mają obwody magnetyczne wykonane z materiałów ferromagnetycznych, które sa przewodnikami. W obwodach tych jest przeważnie wykorzystywany zmienny strumień magnetyczny, co zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej powoduje powstanie w nich siły elektromotorycznej.

Wynika z tego, że SEM powstaje nie tylko w przewodach używanych na uzwojenia, ale i masywnych ciałach stosowanych na obwód magnetyczny i elementy konstrukcyjne urządzenia. W masywnym przewodniku elektrycznym pod wpływem zaindukowanego napięcia powstają prądy, zamykające się w objętości przewodnika, a więc mogące przybierać stosunkowo duże wartości. Ze względu na kołowy kształt drogi ich przepływu, prądy te zostały nazwane prądami wirowymi, Prądy te wywołuję straty mocy, a więc obniżają sprawność urządzenia i w niektórych wypadkach mogę spowodować pożar.

Szkodliwe działanie prądów wirowych można ograniczyć wykonując obwód magnetyczny z cienkich blach magnetycznych odizolowanych od siebie i ułożonych swe płaszczyznę prostopadle do drogi zamykania się tych prądów (rys. 12.1).

W obwodach magnetycznych maszyn elektrycznych i metalowych elementach konstrukcyjnych tych urządzeń oprócz strat na prądy wirowe występują jeszcze straty na histerezę. Łączne straty w żelazie można zapisać:

ponieważ:

gdzie: k'_h i k'_w - jednostkowe straty na prądy wirowe i histerezę w czasie jednego okresu,

B- maksymalna wartość indukcji magnetycznej w rdzeniu, f - częstotliwość Wzór na straty w żelazie przyjmie postać:

Przy stałej indukcji w obwodzie
magnetycznym
B_m⁼ const wzór można przedstawić:

Wykonując pomiary strat w obwodzie magnetycznym przy zmiennej częstotliwości można wykonać wykres:

i rozdzielić straty na histerezę oraz prądy wirowe

Straty w obwodach magnetycznych urządzeń elektrycznych mogą być wykorzystane w procesach elektrotermicznych. Nagrzewanie wsadu pod wpływom indukowanych w nim prądów wi­rowych nazywa się nagrzewaniem indukcyjnym.

W indukcyjnych urządzeniach grzejnych, podobnie Jak w transformatorach, występują dwa obwody prądowe. Obwód pierwotny na uzwojenie (zwane wzbudnikiem), wytwarzające zmienne pole magnetyczne. W obwodzie wtórny zamiast uzwojenia występuje nagrzewany przedmiot. Jedno konstrukcyjnych możliwych rozwiązań konstrukcyjnych nagrzewnicy indukcyjnej; pokazuje rysunek 12.2,

W nagrzewaniu indukcyjnym duże znaczenie ma zjawisko naskórkowości, polegające na tym, że prąd przemienny, w odróżnieniu od prądu stałego, nie rozkłada się równomiernie w całym przewodniku. W warstwach przypowierzchniowych gęstość prądu jest większa niż w jego środku. Efekt naskórkowości wzrasta ze wzrostem częstotliwości„ Tę właściwość wykorzystano w celu nagrzewania przypowierzchniowych warstw metalu.

---