Экспериментальный стенд

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для экспериментального исследования влияния величины тока короткого замыкания при схлестывании проводов воздушной линии электропередачи, длительности существования этого замыкания, сечения проводов на количество и размер капель расплавленного металла, образующихся в результате этого замыкания.
Существующая защита от токов короткого замыкания не в полном объеме решает проблему предупреждения пожаров. Короткое замыкание с образованием искр и разбрызгиванием расплавленных частиц металла может привести к пожару. При выборе защиты не учитывается нагрев металлических проводников до высоких температур, который может привести к возгоранию пожароопасных веществ и материалов, расположенных вблизи проводов воздушной линии.
В настоящее время установок для исследования пожарной опасности короткого замыкания, возникающего при схлестывании проводов воздушных линий электропередачи, не существует.
Из уровня техники известна экспериментальная установка (Смелков Г.И., Чешко И.Д», с.121-128, статья в научно-аналитическом журнале «Вестник Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России», Издательство: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям, ликвидации последствий стихийных бедствий (Санкт-Петербург)), позволяющая моделировать, В.Г. Плотников, «Экспериментальное моделирование пожароопасных аварийных режимов в электрических проводах КЗ с целью установления природы оплавлений электрических проводников тока. Она содержит трансформатор, к которому через кабели подключены электроды, подсоединенные к испытательным образцам, размещенным внутри камеры, устройство контроля температуры, панель управления, устройство контроля значения тока в испытательной цепи, источник внешнего тепла.
Недостатком указанной установки является то, что она позволяет лишь установить природу оплавлений по изменению микроструктуры проводников, но не предназначена для исследования процесса образования капель расплава и их пожарной опасности при коротком замыкании.
Также известна экспериментальная установка (патент на полезную модель РФ №181195, «Экспериментальный стенд», МПК G01R 31/02, опубл. 05.07.2018), позволяющая исследовать влияние времени отключения короткого замыкания в электрических проводниках на изменение их микроструктуры. Она содержит силовой трансформатор, блок регулирования напряжения, амперметр, два ключа, проводники, размещенные в испытательном коробе, источник открытого пламени, контактный термометр, электрический секундомер, блок защиты от короткого замыкания с набором плавких вставок и автоматических выключателей.
Недостаток этой установки заключается в том, что она также служит для исследований, связанных с микроструктурой проводников.
Известен стенд (патент на изобретение РФ №2249826, «Устройство для исследования пережигающего действия электрической дуги при коротком замыкании», МПК G01R 31/02, опубл. 10.04.2005), содержащий трансформатор, проводник, зону образования искусственного короткого замыкания.
Недостатком стенда является то, что он направлен на исследование пережигающего действия электрической дуги, а исследование влияния времени существования короткого замыкания и других параметров на количество капель расплава в нем не предусмотрено.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в создании признаков короткого замыкания, возникающего при схлестывании проводов, и, как следствие, определении пожароопасности такого замыкания.
Пожароопасность короткого замыкания может зависеть от различных величин: величины тока короткого замыкания, длительности такого замыкания, сечения проводов, площади их контакта.
Указанный технический результат достигается за счет того, что экспериментальный стенд содержит блок управления источником тока с реле времени для задания длительности существования замыкания, промежуточным реле и магнитным пускателем для включения и отключения питания стенда, последовательно подключенный к блоку управления регулируемый источник тока, к первому выходу которого подключен трансформатор тока, вторичная обмотка которого соединена с амперметром, расположенную за трансформатором тока медную шину с ключом, первую изолирующую рукоять с проводником, подключенную со стороны первого выхода регулируемого источника тока за медной шиной с ключом, и вторую изолирующую рукоять с проводником, подключенную крегулируемому источнику тока со стороны его второго выхода, при этом первая изолирующая рукоять закреплена на вращающейся в горизонтальной плоскости стойке, а вторая изолирующая рукоять - на неподвижной стойке.
Применение вертикальных стоек обеспечит возможность исследования влияния площади контакта проводов при замыкании на процесс образования капель расплавленного металла.
Использование двух проводников позволит смоделировать однофазное короткое замыкание при их схлестывании.
Использование реле времени позволит задавать время короткого замыкания.
Применение трансформатора тока совместно с амперметром обеспечит регулирование и контроль величины тока короткого замыкания.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид установки для исследования влияния различных величин, характеризующих короткое замыкание проводов на количество и размер образующихся капель расплавленного металла, на фиг.2 представлена электрическая схема блока управления источником тока.
Экспериментальный стенд (на фиг. 1) содержит блок управления 1, содержащий магнитный пускатель КМ1.1, имеющий нормально разомкнутый контакт, замыкаемый при нажатии кнопки «пуск», и нормально замкнутый контакт, размыкаемый при замыкании контакта KL промежуточного реле KL, срабатывающего при замыкании контакта КТ реле времени КТ по истечении заданного времени, последовательно подключенный к блоку управления регулируемый источник тока 2, к первому выходу которого подключен трансформатор тока 3, амперметр 4, вертикальные стойки 10 и 11, одна из которых неподвижная (11), а вторая (10) вращается в горизонтальной плоскости, изолирующие рукояти 6 и 7, размещенные на стойках и на которых закреплены проводники 8 и 9, медную шину с ключом 5 для настройки стенда на определенную величину тока замыкания.
Экспериментальный стенд работает следующим образом.
До проведения исследований осуществляется установка экспериментального тока короткого замыкания: при замкнутом ключе 5 медной шины и с установленной выдержкой времени на реле времени, равной 10 с, нажатием кнопки «пуск» магнитного пускателя блока управления 1 подается переменное напряжение. Постепенно увеличивая напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора 3, устанавливаем требуемую величину тока короткого замыкания, (контролируем по амперметру 4). По истечении заданного времени контакт реле времени КТ замыкается, подавая сигнал на размыкание нормально замкнутого контакта «стоп» магнитного пускателя КМ1.1 через промежуточное реле KL, отключая установку. Ключ 5 на медной шине размыкается.
Для проведения исследований проводники 8 и 9 выбранного сечения закрепляют на изолирующих рукоятях 6 и 7, отрегулировав площадь контакта.
Сечение проводников выбирается исходя из того, провода какого сечения эксплуатируются в линиях того или иного класса напряжений.
Задав выдержку по времени для реле времени КТ, кнопкой «пуск» замыкается нормально разомкнутый контакт магнитного пускателя КМ1.1. Проводники 8 и 9, размещенные на стойках 10 и 11, обеспечивают короткое замыкание. По истечении заданного времени контакт реле времени КТ замыкается, подавая сигнал на размыкание нормально замкнутого контакта «стоп» магнитного пускателя КМ1.1 через промежуточное реле KL, отключая установку. Цепь разрывается. Осуществляется подсчет образовавшихся капель расплавленного металла.
После проведения каждого эксперимента проводится его повторение с размещенной под проводниками горючей нагрузкой, и определяется возможность ее возгорания от полученных расплавленных капель. В случае если горючая нагрузка воспламеняется, то смоделированное замыкание проводов (при заданных величинах, тока короткого замыкания, длительности этого замыкания, сечения проводов и площади их контакта), считается пожароопасным.
Изменяя величину того или иного параметра (тока замыкания, длительности замыкания, сечения провода, площади контакта проводников) проводим необходимое число испытаний.
Использование указанного экспериментального стенда обеспечит возможность исследования влияния различных параметров короткого замыкания проводников на количество и размер капель расплавленного металла, образующихся в результате этого замыкания. По полученным результатам (подсчету количества и определению размера капель) определяется вероятность возникновения пожара при заданных условиях короткого замыкания при схлестывании проводов воздушной линии электропередачи, а по значению вероятности определяется пожароопасность этих условий.