Badanie energii łuku prądu stałego w zależności od biegunowości
advertisement
prof. dr hab. inż. PAWEŁ ŻUKOWSKI dr inż. CZESŁAW KOZAK Politechnika Lubelska Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN Badanie energii łuku prądu stałego w zależności od biegunowości podłączenia styków łącznika W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu biegunowości napięcia stałego na wartość energii łuku palącego się w przerwie międzystykowej łącznika W10.Badania zostały przeprowadzone w zależności od rozwiązań konstrukcyjnych i rodzaju materiału styków łącznika. 1. WSTĘP W praktycznych urządzeniach różnego rodzaju aparatury łączeniowej dąży się do minimalizacji kosztów jej produkcji przy utrzymaniu lub nawet zwiększeniu niezawodności pracy. W tym celu oprócz zmiany konstrukcji wprowadza się różne modyfikacje dotyczące tak rodzaju jak i grubości materiału stykowego. Może to wpływać w istotny sposób na czas trwania wyładowania łukowego w szczelinie międzystykowej jak i wartość energii łukowej. Pociągać to może za sobą w efekcie istotne zmniejszenie się tak zdolności jak i trwałości łączeniowej, zwłaszcza łączników prądu stałego. W artykule przedstawiono i omówiono wyniki pomiarów wartości energii łuku elektrycznego prądu stałego palącego się w szczelinie międzystykowej łączników W 10 w zależności od biegunowości napięcia. Sformułowano odpowiednie wnioski praktyczne. 2. SPOSÓB PRZEPROWADZENIA BADAŃ Pomiary przeprowadzono na stanowisku badawczym [1] składającym się z następujących elementów: układu mechanicznego pozwalającego na sterowanie cyklicznym załączaniem i wyłączaniem łącznika, układu sterowania składającego się z mikroprocesorowych sterowników czasowych, multimetru Metrahit 29S połączonego z komputerem i rejestrującego temperaturę styku nieruchomego rozłącznego badanego łącznika, układu pomiaru spadku napięcia na zestykach łącznika przy pomocy multimetru Keithley 2000 połączonego z komputerem, cyfrowego oscyloskopu Tektronix TDS 3034B współpracującego z sondami: napięciową Tektronix P6139A, prądową Hameg HZ 56 wykorzystującą szerokopasmowy czujnik hallotronowy, układ obciążenia pozwalał na regulację wartości prądu w zakresie 2 – 15 A, obwód badawczy stanowiska był zasilany z regulowanego zasilacza napięcia stałego. Komputerowe stanowisko badawcze umożliwiało równoczesną rejestrację wartości temperatury łącznika, spadku napięcia na zestykach oraz pomiar energii łuku w każdym cyklu łączeniowym. Pomiar energii łuku polegał na rejestracji oscylogramów prądu i napięcia podczas palenia się łuku, a następnie po ich wymnożeniu następowało odpowiednie całkowanie w czasie. Rejestracja przebiegów i ich obróbka matematyczna odbywała się w czasie rzeczywistym, wyniki zaś, po wykonaniu działań matematycznych, były zapisywane w pamięci komputera. Obiektem badań były łączniki W10 produkcji polskiej ze stykami wykonanymi z miedzi, sre- 138 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA brzonymi galwanicznie oraz dla porównania łączniki tego samego typu, produkcji angielskiej, ze srebrnymi nakładkami stykowymi (rys. 1). W każdym kolejnym badaniu używany był fabrycznie nowy łącznik. Parametry znamionowe badanych łączników były następujące: napięcie znamionowe Un = 230 V, prąd znamionowy In = 10 A, obciążenie rezystancyjne. 3. WYNIKI POMIARÓW Rys.1. Budowa łącznika W 10 1 – przycisk, 2 – sprężyna, 3 – kulka, 4 – styk nieruchomy nierozłączny, 5 – styk ruchomy rozłączny, 6 – obudowa łącznika, 7 – styk nieruchomy rozłączny Przeprowadzone badania wykazały, że dla wartości napięcia łączeniowego powyżej 140 V (dla łącznika produkcji angielskiej) i 135 V (dla łącznika produkcji polskiej) występowało zjawisko ciągłego palenia się łuku elektrycznego, co prowadziło do trwałego uszkodzenia badanego łącznika. W celu więc zapewnienia możliwości pracy cyklicznej łącznika napięcie obniżono do wartości 120 V, przy zapewnieniu natężenia prądu łączeniowego o wartości 3,7 A. Proces pomiarowy polegał na zarejestrowaniu wartości energii łuku w każdym cyklu łączeniowym dla łącznika fabrycznie nowego, następnie po wymianie łącznika pomiary powtarzano dla innej biegunowości napięcia zasilającego. Wartość energii łuku odczytaną z oscyloskopu mnożono 10 ze względu na stałą sondy prądowej wynoszącą 100 mV/A. Przykładowy przebieg napięcia, prądu i mocy łuku przedstawiono na rys. 2. Na podstawie zmierzonych wartości zostały sporządzone wykresy zmiany wartości energii łuku elektrycznego w szczelinie międzystykowej w zależności od liczby cykli łączeniowych dla badanych rodzajów materiałów styków łącznika oraz biegunowości napięcia zasilającego. Rys. 2. Przykładowe przebiegi napięcia, prądu i wartość energii łuku dla łącznika produkcji angielskiej (kolor czerwony – przebieg mocy łuku, kolor niebieski – przebieg zmian wartości prądu łuku, kolor żółty – przebieg zmian spadku napięcia na łuku) Nr 7(473) LIPIEC 2010 139 25 Energia łuku w zależności od biegunowości napięcia dla łącznika produkcji angielskiej Styk ruchomy rozłaczny +, nieruchomy rozłaczny Styk ruchomy rozłaczny -, nieruchomy rozłaczny + Energia łuku, J 20 15 10 5 0 0 20 40 60 Liczba cykli łączeniowych 80 100 Rys. 3. Zależność energii łuku od ilości cykli łączeniowych dla łącznika produkcji angielskiej dla dwóch rodzajów biegunowości napięcia zasilającego Zmiany wartości energii łuku dla łącznika produkcji angielskiej, w zależności od liczby cykli łączeniowych, pokazano na rys. 3. Jak widać z rys. 3 wartości energii łuku różnią się dość znacznie w zależności od biegunowości napięcia zasilającego. Dla biegunowości dodatniej napięcia (+) podłączonego do styku ruchomego rozłącznego, średnia i maksymalna energia łuku osiąga wyższe wartości niż przy biegunowości przeciwnej. W obydwu jednak przypadkach, wraz ze wzrostem liczby cykli łączeniowych, wartość energii wyłado- wania łukowego wykazuje tendencję rosnącą. Dla biegunowości ujemnej, styku ruchomego rozłącznego, po wykonaniu 24 cykli łączeniowych energia łuku elektrycznego zaczęła minimalnie wzrastać, natomiast po zmianie biegunowości na przeciwną (dodatnia) efekt ten występował tylko w 2 cyklach w początkowej fazie pomiarów. Kolejnym badanym łącznikiem był łącznik produkcji polskiej ze stykami srebrzonymi galwanicznie, którego wykres energii łuku w zależności od liczby cykli łączeniowych przedstawia rys. 4. Energia łuku łącznika produkcji polskiej ze stykami srebrzonymi galwanicznie w zależności od biegunowości napięcia 25 Styk ruchomy rozłaczny +, nieruchomy rozłaczny Styk ruchomy rozłaczny -, nieruchomy rozłaczny + Energia łuku, J 20 15 10 5 0 0 20 40 60 Liczba cykli łączeniowych 80 100 Rys. 4. Zależność energii łuku od ilości cykli łączeniowych dla łącznika produkcji polskiej ze stykami srebrzonymi galwanicznie z zaznaczonymi linią ciągłą wartościami średnimi 140 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Jak wynika z przebiegów pokazanych na rys. 4, dla około pierwszych 20 cykli łączeniowych, niższa wartość energii występuje dla biegunowości dodatniej styku ruchomego rozłącznego. Wraz jednak ze wzrostem ilości liczby cykli łączeniowych (powyżej 20) obserwuje się wyższą wartość energii łuku. Maksymalna jednak zarejestrowana wartość energii stałoprądowego łuku łączeniowego była wyższa niż w przypadku łącznika produkcji angielskiej. Ponieważ na wartość energii wyładowania łukowego w szczelinie stykowej łącznika istotny wpływ mają takie czynniki jak: rozwiązanie konstrukcyjne układu zestyków, rodzaj i czystość technologiczna materiału użytego do pokrycia powierzchni stykowych, szybkość rozchodzenia się styków, biegunowość napięcia w obwodzie łącznika, obecność warstw nalotowych. stąd uzyskane różnice w przebiegach zmian energii łuku w funkcji liczby łączeń mogą wynikać z różnic konstrukcyjnych obu badanych typów łączników. Należy zaznaczyć, że zestyk łącznika krajowego typu W10 składa się ze styków o następującej konfiguracji: nieruchomego rozłącznego o płaskiej powierzchni stykowej, ruchomego rozłącznego o kulistej powierzchni stykowej. 4. WNIOSKI Dla łączników produkcji polskiej ze stykami srebrzonymi i angielskiej ze srebrnymi nakładkami stykowymi wyższe wartości energii łuku zaobserwowano dla dodatniej biegunowości styku ruchomego rozłącznego. Łącznik produkcji polskiej w początkowej fazie badań, dla pierwszych 20 cykli łączeniowych, wykazywał mniejszą wartość energii dla biegunowości dodatniej styku ruchomego rozłącznego, następnie wraz ze wzrostem liczby cykli łączeniowych niższa wartość energii łuku została zaobserwowana dla biegunowości ujemnej styku ruchomego rozłącznego. Literatura 1. Żukowski P., Kozak C.: Symulacja komputerowa zjawisk cieplnych w szczelinie międzystykowej łącznika spowodowanych łukiem elektrycznym Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa 2008, nr 7 – 8, s. 96 – 100, ISSN 0208 – 7448. Recenzent: prof. dr hab. inż. Bodgan Miedziński TESTING DC ARC ENERGY DEPENDING ON THE POLARITY OF CONTACTS CONNECTION Testing DC arc energy depending on the polarity of contacts connection. The article features the results of tests concerning the influence of dc voltage on the energy value of an arc burning in the gap between the contacts of a W10 connector. The tests were carried out with respect to different structure solutions and different kinds of contact materials. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛЯРНОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СТЫКОВ РАЗЪЕМА Исследование энергии дуги постоянного тока в зависимости от полярности подключения стыков разъема. В статье представлены результаты исследований, касающихся влияния полярности постоянного напряжения на энергию дуги, топящейся в перерыве между стыками разъема W10. Исследования были проведены в зависимости от конструктивных решений и вида материала стыков разъема.
