12-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН СРАБАТЫВАНИЯ АППАРАТОВ
При контрольных и типовых испытаниях обязательно надо удостовериться в том, что напряжения или токи втягивания и отпадания всех электромагнитов (в частности, уставки электромагнитных расцепителей) и пограничные токи всех аппаратов теплового действия находятся в требуемых пределах. При типовых испытаниях, кроме того, проверяется защитная характеристика.
а) Условия, соблюдаемые при тепловых испытаниях
При определении токов и времен срабатывания аппаратов теплового действия, а также при испытании всех аппаратов на нагревание под действием тока (§ 12-6) должны быть выполнены указанные ниже требования.
Контакты должны быть зачищены стеклянной бумагой (не наждачной!), личным напильником или ножом.
Аппарат должен быть смонтирован в нормальном положении. Положение аппарата может сильно влиять на пограничный ток при наличии нагревателя. Рядом с аппаратом не должно быть посторонних источников тепла. Внутри аппарата ток должен протекать по всем частям, которые при нормальной работе обтекаются током.
Сечение подводящих проводников, по меньшей мере на участке длиной 1,5 м от аппарата, должно быть таким, какое предусмотрено в эксплуатации (в соответствии с инструкцией завода). Если сечение не установлено, то его выбирают по длительно допустимому току. При этом надо помнить, что при данном длительно допустимом токе провода голые, с резиновой и хлопчатобумажной изоляцией имеют разные сечения И разный собственный нагрев и по-разному будут влиять на нагрев реагирующего органа. Поэтому в информации надо оговаривать, к каким подводящим проводникам, какого сечения относятся токи срабатывания аппарата. Влияние рода подводящих проводников на пограничные токи практически сказывается при номинальных токах более 50 а.
К примеру укажем, что один и тот же рубильник будет иметь предельно допустимый нагрев при 100 а в случае присоединения шин, имеющих собственное превышение температуры 55° С, и при 125 а в случае присоединения изолированных проводов с превышением температуры 20° С.
Во избежание ошибок температура окружающей среды при испытании должна быть по возможности неизменной. Она измеряется на середине высоты аппарата на расстоянии 1—2 м от него.
Если неизвестно влияние рода тока на нагрев аппарата, то вообще желательно тепловые испытания проводить при том роде тока в главной цепи аппарата, при котором он предназначен работать. Однако в случае переменного тока частотой 50 Гц до 200—500 а нагрев обычно бывает таким же, как при постоянном токе. (Поэтому после предварительной проверки, при заводском контроле и регулировке можно проводить испытания не при том роде тока, для которого предназначен аппарат.
Испытание при переменном токе проще, так как не требуется вращающихся машин. Обычно применяют трансформатор, ко вторичной обмотке которого, дающей максимальное напряжение до 10 в, приключают главную цепь испытываемого аппарата. Первичная обмотка трансформатора питается от сети через индукционный регулятор или лабораторный автотрансформатор с плавно регулируемым коэффициентом трансформации (от нуля до максимального).
Испытание при постоянном токе производится отвращающихся машин на напряжение 6 — 12 в. Оно имеет то преимущество, что можно в течение испытания, измеряя падения напряжения на отдельных участках цепи, определить, где сосредоточена выделяемая мощность, не образовался ли плохой контакт. При испытании на переменном токе это сделать не всегда удается. Поэтому
При типовых и специальных испытаниях (в особенности при испытаниях на нагрев) рекомендуется независимо от испытания на переменном токе проводить испытания на постоянном токе.
Трехфазные аппараты обычно испытываются однофазным током при последовательном соединении всех полюсов. При этом условия образования вихревых токов в замкнутых частично или полностью ферромагнитных контурах не должны существенно отличаться от нормальных. Обычно аппараты при номинальных переменных токах более 100 а рассчитывают так, чтобы сумма токов, проходящих через указанные выше контуры, равнялась нулю. При применении же однофазного тока возможно образование контуров, через которые сумма токов не равна нулю.
б) Определение пограничного тока тепловых аппаратов
При испытании схема должна быть такова, чтобы после срабатывания реагирующий орган перестал обтекаться током, иначе он может недопустимо перегреться.
При испытании пограничного тока расцепителей для экономии времени начинают с достаточно большого тока, при котором происходит его срабатывание. Затем уменьшают ток ступенями по 5 — 10% i(b зависимости от требуемой точности) до тех пор, пока, несмотря на достижение установившейся температуры, аппарат не будет срабатывать. Среднее геометрическое между ближайшими токами срабатывания и несрабатывания в течение времени, достаточного для достижения установившегося теплового состояния, принимается за пограничный ток. При определении пограничного тока плавких вставок для уменьшения потребного числа их можно начинать с тока, меньшего, чем плавящий, и ступенями увеличивать его. Указанное выше испытание требуется для точного определения пограничного тока при подборе размеров реагирующего органа, когда стремятся, чтобы пограничный ток был возможно ближе к требуемому.
При контрольных испытаниях (в соответствии с обычными требованиями) ограничиваются более грубой проверкой: определяют срабатывание при верхнем испытательном токе и несрабатывание при нижнем испытательном токе. Эти токи обычно отличаются друг от друга на 20—25%.
Ввиду длительности испытаний расцепителей при токах, близких к пограничным, при заводской регулировке и контроле их иногда испытывают при 2 — 2,5-кратном токе. При этом токе определяют время срабатывания с холодного состояния. Оно должно находиться в определенных пределах, которые предварительно так определяются в результате испытаний, чтобы выдерживался требуемый пограничный ток. Регулировка и контроль при повышенных токах хотя и проще, но значительно менее точны, чем при малых токах, так как при этом недостаточно учитывается влияние нагрева токоведущих частей, удаленных от реагирующего органа.
На пограничный ток сильно влияет температура среды. (Поэтому если испытание происходит при температуре, отличной от нормированной, то надо давать поправку на ток. Расчетная величина поправки, указанная в § 10-2, может дать только приблизительные результаты, так как трудно найти достаточно точно определяющую температуру реагирующего органа. Обычно ориентируются на опытные коэффициенты изменения пограничного тока, полученные при испытании в камере тепла и холода. При испытании внутри помещения при температуре 10 — 30°С обычно не делают поправок, если температура реагирующего органа больше, чем 300° С (плавкие неинерционные предохранители).
в) Условия, соблюдаемые при испытании электромагнитных механизмов, и определение величин срабатывания
Очень важно, чтобы источник энергии и схема питания давали возможность получить стабильные регулируемые величины напряжения (на зажимах шунтовых катушек) или тока (протекающего через сериесные катушки), которые по возможности не зависели бы от положения якоря электромагнита. В противном случае возможны значительные ошибки. При переменном токе зависимость напряжения и тока от положения якоря может получиться из-за изменения индуктивного сопротивления испытываемого органа, при постоянном токе — из-за введения или выведения экономического сопротивления в цепи форсированных катушек. Если, например, форсированную шунтовую катушку для регулировки напряжения включить последовательно с реостатом или даже на зажимы реостата, включенного по схеме потенциометра, то напряжение на кадушке при втягивании и отпадании якоря будет сильно изменяться из-за изменения тока и нельзя будет установить действительные напряжения втягивания и отпадания. Ошибки при нестабильных источниках питания возможны также, если напряжение измеряется до или после включения катушки. В период включения из-за большого тока оно может сильно уменьшаться. Это уменьшение не фиксируется измерительными приборами. Но даже если бы оно и фиксировалось, то не всегда возможно было бы судить о действительном напряжении срабатывания.
Рекомендуется форсированные катушки постоянного тока питать от отдельного генератора достаточной мощности с независимым регулируемым возбуждением, а катушки переменного тока — от автотрансформаторов или индукционных регуляторов.
При испытании электромагнитных реагирующих органов с нефорсированными катушками постоянного тока можно применять маломощные источники или осуществлять регулирование тока с помощью реостатов в главной цепи. Для этого на катушку подают напряжение или ток, при котором не происходит втягивания (отпадания) якоря, и, производя плавные изменения, следят за показанием прибора, пока не произойдет втягивание (отпадание). Если катушка рассчитана на кратковременный режим, то медленный подъем напряжения, достаточный, чтобы успеть снять показания, может быть недопустимым из-за того, что катушка слишком сильно нагреется. Тогда надо иметь стабильный источник и включать катушку в цепь с заранее установленной величиной напряжения. При контрольных испытаниях напряжение срабатывания всех катушек для быстроты определяют в холодном состоянии. При шунтовых катушках переменного тока влиянием температуры можно в большинстве случаев пренебречь. Температура шунтовой катушки постоянного тока сильно влияет на напряжение срабатывания из-за изменения ее активного сопротивления и, следовательно, числа ампер-витков (при данном напряжении). Поэтому если при испытании шунтовая катушка постоянного тока успевает существенно нагреться (что может произойти, если она кратковременного действия), то для предотвращения ошибки рекомендуется определять ток срабатывания, так как он не зависит от температуры. Умножая этот ток на активное сопротивление катушки при данной температуре ее, можно найти напряжение срабатывания при этой температуре. Однако при массовых испытаниях это неудобно и обычно непосредственно определяют требуемый предел напряжения срабатывания путем включения катушки на достаточно стабильный источник энергии.
При испытании надо убедиться, что при двух крайних значениях температуры шунтовой катушки, из которых одно будет при холодном состоянии и наименьшей возможной температуре среды, а другое — в горячем состоянии и при наибольшей возможной температуре среды, катушка работает удовлетворительно. В первом случае опасность заключается в чрезмерном усилии, развиваемом катушкой (например, соленоидного привода), вследствие чего может сломаться аппарат. Во втором случае опасность заключается в недостаточном усилии, вследствие чего электромагнит не втянется при нижнем значении рабочего напряжения. Проверка пределов напряжения втягивания и отпускания якоря, производимая согласно техническим условиям при нормальной температуре и холодной катушке, должна обеспечить работу в требуемых пределах напряжения при крайних возможных температурах катушки.
Полученные при испытании опытных образцов величины напряжения втягивания и отпуска электромагнитов из-за возможных отклонений в массовом производстве и из-за износа в процессе работы могут измениться. Поэтому надо иметь запас порядка 10% на напряжение втягивания. Напряжение отпуска может измениться значительно больше, чем напряжение втягивания, так как на него сильно влияют небольшие зазоры в замкнутой магнитной системе, которые в производстве и при эксплуатации могут сильно изменяться. При постоянном токе на напряжение отпуска сильное влияние оказывают остаточный магнетизм и коэрцитивная сила материала магнитной системы, которая может сильно изменяться от партии к партии. Если должно быть обеспечено отпадение якоря электромагнита при отключении катушки, то при испытании якорь должен отпадать по крайней мере при наличии 10 — 15% напряжения, длительно допустимого для катушки.
г) Определение защитных характеристик
Защитные характеристики определяют обычно при нагреве током постоянной величины с холодного состояния (если температура аппарата влияет на выдержку времени). Аппарат должен быть включен так, чтобы после его срабатывания отключался ток, идущий по реагирующему органу. Для ускорения охлаждения аппарата теплового действия после срабатывания применяют вентилятор.
Выдержки времени большие 5 — 10 сек измеряются обычным секундомером, выдержки времени, большие 0,5 — 1 сек, — электросекундомером. При меньших временах надо применять осциллограф.
Для измерения тока при временах менее 3 сек (до 0,5 сек), когда стрелка обычного амперметра не успевает успокоиться, применяют амперметр с подвижным односторонним упором, с помощью которого можно поставить стрелку в любое положение. При кратковременных толчках тока, меньших установленного тока, стрелка останется стоять неподвижно на упоре. Если ток больше, стрелка хоть немного качнется. При определении тока передвигают ступенями стрелку до тех пор, пока не будут найдены два таких положения, из которых при одном стрелка при подаче тока не двигается, а при другом лишь слегка качается. Среднее положение между этими двумя указывает величину измеряемого тока.
При временах срабатывания менее 0,5 сек испытание надо вести при нормальном напряжении в главной цепи, так как надо учитывать время горения дуги. Испытания при малых временах обычно проводятся одновременно с испытаниями на разрывную способность. При этом по осциллограммам определяют время до момента появления дуги и время горения дуги.
Обработку результатов испытания для аппаратов теплового действия рекомендуется производить с учетом данных § 7-3. По осциллограммам обычно можно определить только зависимости между током и временем до появления дуги и между током и полным временем коммутации. Кроме того, надо знать максимальные времена несрабатывания h (§ 11-1). Это время только иногда можно определить по осциллограмме. Например, при отключении тока предохранителем его возможно определить по моменту первого небольшого скачка напряжения на зажимах плавкой вставки. В общем случае для его определения надо включать последовательно с испытываемым аппаратом другой аппарат с регулируемым временем срабатывания. Обычно для этой цели применяют предохранитель с плавкими вставками разного сечения и производят ряд опытов с возрастающим временем действия вспомогательного аппарата, пока не произойдет отключение испытываемого. В зависимости от принципа действия испытываемого аппарата определяют максимальное время его несрабатывания или соответствующую величину интеграла
В последнем случае результаты испытания удобно представлять в виде зависимости действующего значения времени ta\ от действующего значения периодической составляющей тока /п аналогично указанному в § 7-3, а именно:
