Диссертация (1172950), страница 6
Текст из файла (страница 6)
От автоматического выключателя запитан контактор серии КТ 6053-У3(номинальный ток 630 А). Контактор включается пусковой кнопкой на панелиуправления, при этом положение «включено» дублируется световой индикациейкнопки. С контактора питание подается на регулятор нагрузки (РН) и системурегуляции трансформатора (мощность трансформатора составляет 40 кВт, токнагрузки - менее 500 А).В зависимости от положения переключателя диапазонов (I диапазон – 0 ÷100А; II диапазон - 100 ÷ 1000 А) включается магнитный пускатель (ПМ), которыйподает напряжение на РН' трансформатора 2. Напряжение на трансформатор 1подается перемычкой с панели коммутации.
В зависимости от выбранных видов и35диапазонов тока, устанавливается нужная комбинация перемычек на панеликоммутации.Напряжение на выпрямитель подается и снимается с панели коммутации.Балластный резистор (БР) подключается к электродам электроустановки спомощью панели коммутации и перемычки на корпусе БР.Таким образом, электрическая часть ЭЭС позволяет задавать токи нагрузки вдиапазоне от 0 до 1000 А, грубо и плавно регулируя их.Рисунок 2.5 – Принципиальная схема регулятора мощности больших токов36Рисунок 2.6 – Принципиальная схема силовой части ЭЭС2.2 Выбор объектов исследованияЭкспериментыпроводилисмеднымимногопроволочнымииоднопроволочными проводниками типа ВВГ, ПВС, ШВВП, МГШВ, NYM в ПВХизоляции площадью сечения 0,5, 0,75, 1,5 и 2,5 мм2.
Данные типы проводовиспользуются при прокладке электросетей переменного тока.Вкачествелатунныхэлектротехническихобъектовисследованияиспользовались обжимные контакты из латуни марки Л63. При проведении37экспериментов по контакту с другими металлами использовались медныепроводники (медь марки М1), алюминиевые проводники (алюминий марки АД0),стальной уголок (сталь марки Ст3). Выбор латуни марки Л63 был обусловлен тем,что она наиболее часто используется для изготовления различных контактов,деталей электроустановочных и коммутационных изделий.2.3 Моделирование аварийных режимов2.3.1 Короткое замыкание на медных проводникахЧащевсегопожароопасныйаварийныйрежимначинаетсяс«неметаллического» КЗ, появлению токов утечки через поврежденную по той илииной причине изоляцию. Именно такой режим наиболее пожароопасен, т.к.
росттока при нем ограничен, и электрическая защита не срабатывает или срабатываетс опозданием.Моделирование «неметаллического» КЗ проводилось следующим образом.Провод сначала подвергали воздействию перегрузки ограниченной кратности (до1,5 – 2 крат). Это приводило к нагреву изоляции и ее искусственному старению иобразованию в ней дефектов.
И затем уже такой "состаренный" проводподвергали перегрузке большей кратности (4 - 20), что, как правило, приводило кпробою "состаренной" изоляции и возникновению КЗ. На рисунке 2.7 показанасхема проведения эксперимента.ПервичноеКЗмоделировалиуказаннымспособомприследующихпостоянных условиях: напряжение переменного тока – 220 В; температураокружающей среды – 20 °С; нормальная атмосфера.Моделирование т.н. вторичного КЗ, (в условиях «пожара») проводилось прилокальном нагреве провода радиационной панелью до температуры 300 - 400 °С ватмосфере газообразных продуктов неполного сгорания древесины, резины итканей.38Рисунок 2.7 – Схема моделирования аварийного режима КЗ2.3.2 Короткое замыкание на латунных контактахКЗ между латунными контактами осуществлялось путем их прямогозамыкания.
Условия моделирования следующие: напряжение переменного тока –220 В; температура окружающей среды – 20 °С; нормальная атмосфера.Такое же полное «металлическое» КЗ осуществлялось между латуннымиметаллоизделиями и проводниками тока из других металлов.Моделирование вторичного короткого замыкания (ВКЗ) проводили при техжеэлектрическихпараметрахвприсутствиигазообразныхпродуктовтермической деструкции древесных полимерных материалов. Газовый составатмосферы (O2 и CO) контролировался газоанализатором «Оптогаз-500».Одновременно с этим контактные пары образцов нагревали радиационнойпанелью до температур 250 – 350 °С.2.3.3 Токовая перегрузка на медных проводникахЭкспериментыпомоделированиютоковойперегрузкинамедныхпроводниках проводили на электротехническом стенде при следующих условиях:39напряжение переменного тока – 220 В; температура окружающей среды – 20 °С; –нормальная атмосфера. Закрепленный к электрическим контактам образецпроводника длиной 40 – 100 см в изоляции поддерживался снизу подложкой изасбеста.
При этих условиях через проводник пропускали токи перегрузкиразличной кратности – от 2 до 20 крат с шагом в 1 крат. Так, например, длямедногопроводникаплощадьюсечения2,5 мм2предельнодопустимымзначением тока является тока порядка 30 А [53, 58]. Соответственно, в ходеэксперимента проводник данного сечения подвергали токам перегрузки от 60 до600 А. При каждом значении кратности перегрузки эксперимент повторялитрижды. В ходе эксперимента секундомером фиксировалось время от моментаподачи тока на образец до разрушения (разрыва) проводника. Данныеэксперименты проводились с проводниками в изоляции и без изоляции.
Нарисунке 2.8 показана схема проведения эксперимента.Рисунок 2.8 – Схема моделирования аварийного режима токовой перегрузки2.3.4 Внешнее тепловое воздействиеВоздействие внешнего тепла пожара - само по себе и как фактордополнительного воздействия на сформировавшиеся оплавления (отжиг проводови оплавлений) моделировали следующим образом: образцы медных проводниковпомещали в муфельную печь, в которой происходило расплавление меди притемпературе 1200 °С. Атмосфера продуктов сгорания в печи создаваласьсжиганиемполимерныхматериалов.Медныйпроводниквыдерживался40расплавленном состоянии в течение 5 минут. Охлаждение полученногооплавления осуществлялось медленно в печи.Отжигоплавлениймедныхпроводников,полученныхврезультатемоделирования аварийных процессов, проводился в муфельной печи приследующих условиях:- температура нагрева: 500 – 900 °С (с шагом 100 °С);- скорость нагрева: 10° град/мин;- время выдержки образцов: 20 мин;-охлаждение до комнатной температуры проводилось в муфельной печи приоткрытой дверце.Моделирование внешнего теплового воздействия на электротехническиеизделия из латуни осуществлялось их нагревом в муфельной печи притемпературах 300, 400, …, 1100 °С и временах выдержки - 20, 40, 60 мин,скорость охлаждения – медленная (в печи), средняя (на воздухе), быстрая (в воде).2.4 Методы исследования оплавлений2.4.1 Морфологическое исследование визуальным методомОсмотр и визуальное исследование полученных образцов оплавленийпроводились невооруженным глазом, а также с применением увеличивающейлупы или оптического микроскопа при увеличениях до 40 – 50х.
На этой стадиитакже осуществлялась фотосъемка оплавлений проводников тока.Количественную оценку следов, образовавшихся в результате протекания помедным проводникам сверхтока, проводили с использованием оптическогомикроскопа «МЕТАМ ЛВ-31» при увеличениях от 5 до 15 крат и компьютернойпрограммы для анализа изображения «Image Expert Pro Nexsys» [49, 50].412.4.2 Морфологическое исследование методом сканирующей электронноймикроскопииМорфологическому анализу подвергали оплавления медных проводников и латунныхметаллоизделий.Исследование структуры поверхности, а также измерение толщины имеющейся на нейоксидной пленки проводилось на сканирующем электронном микроскопе TescanVEGA\\XMU с вольфрамовым катодом и высоким вакуумом в камере. Для изучениятопографии поверхности использовался SE - детектор вторичных электронов 55.Исследование проводилось при следующих условиях:- режим высокого вакуума: ≥ 1 ∙ 10-2 Па;- ускоряющее напряжение: 20 кВ – 30 кВ;- ток зонда: 2 пА – 40 нА;- рабочее расстояние: 10 – 30 мм;- увеличение: 600 ÷ 2000 х.Измерение толщины оксидной пленки проводилось на её сколе при увеличениях от900х.
Участок скола ориентировали перпендикулярно пучку электронов. Для определениясреднего значения толщины проводилось не менее 10 измерений на каждом из оплавлений.2.4.3 Рентгенофазовый анализ медных проводниковПрипроведениирентгеноструктурногоанализаприменялсянастольныйминидифрактометр ДР-01 «Радиан». Материал анода – медный. Пределы допускаемойабсолютной погрешности определения положения дифракционного пика ± 0,08 град.Для проведения исследования образец медного проводника длиной около 50 ммотделялся вместе с оплавлением.
Образец протирался ватным тампоном, смоченным вэтиловом спирте, для удаления оксида меди (II) СuO с поверхности провода. Объектисследования закреплялся в держателе рентгеновского дифрактометра таким образом, чтобырентгеновский пучок попадал на участок съемки. Размер рентгеновского пучка вдоль осипроводника не превышал 2 – 3 мм, а поперек оси незначительно выступать за краяпроводника.42Анализу подвергали два участка проводника (рисунок 2.9):- участок, расположенный рядом с оплавлением (участок А);- участок, отстоящий от места оплавления на расстоянии не менее 35 мм (участок В).Рисунок 2.9 – Участки медного проводника, на которыхпроизводится съемка дифрактограммСъемка на обоих участках осуществлялась при одинаковых условиях, приведенныхниже:- интервал углов: 34 ÷ 46;- напряжение на трубке: 30 кВ;- ток на трубке: 4,8 мА;- шаг детектора: 0,05 °;- время экспозиция: 3 сек;- режим съемки - непрерывный, с вращением.2.4.4 Металлографический анализ медных и латунных проводников токаДля проведения исследования специальным образом подготавливали микрошлифыоплавлений медных жил и латунных контактов.
От жил и контактов отрезали участок, длиной5 - 10 мм вместе с оплавлением и запрессовывали в форму. Запрессовку образцов вфенольную смолу «Phenocure (Bakelit)» осуществляли с помощью пресса Simplimet 1000(фирма «Buehler»). Режимы работы пресса: давление 270 bar, температура 150 0С, время43нагрева 1 мин 50 сек. Полученные образцы шлифовали и полировали на металлографическомстанке «Phoenix Beta» (фирма «Buehler).Для выявления границ зёрен меди и латуни применяли химическое травление в 40 %солянокислом растворе хлорного железа.Изучение микрошлифов проводили на металлографическом микроскопе МЕТАМ ЛВ 31 с использованием компьютерной программы для анализа изображения «Thixomet Pro»при увеличениях 50, 100, 200, 500, 1000х.
Определение количества кислорода в медипроводили с использованием эталонов микроструктур [11, 38].2.4.5 Рентгенофлюоресцентный анализ латунных проводников токаОпределение элементного состава оплавлений латунных контактов осуществлялосьметодом рентгенофлюоресцентного анализа. Для этих целей использовалось следующееоборудование:- сканирующий электронный микроскоп MIRA\XMU Tescan с полевой эмиссией,снабженный системой микроанализа INCA Energy 450 с безазотным энергодисперсионнымспектрометром X–MAX 80 Oxford Instruments с площадью кристалла детектора 80 мм2;- спектрометр универсальный СУР-02 «РЕНОМ-ФВ», снабженный SDD-детектором сохлаждением Пельтье площадью 10 мм2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
