Экспериментальный стенд для создания первичных и вторичных признаков короткого замыкания

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано для экспериментального исследования влияния времени отключения короткого замыкания в электрических проводниках на изменение их микроструктуры.
Существующая защита от токов короткого замыкания не в полном объеме решает проблему предупреждения пожаров. При выборе защиты не учитывается нагрев металлических проводников до высокой температуры, который может стать источником зажигания как самой изоляции проводников, так и расположенных рядом пожароопасных веществ и материалов.
С одной стороны, короткое замыкание с образованием искр и разбрызгиванием расплавленных частиц металла может возникнуть, например, в случае нарушения целостности изоляции, и, как следствие, привести к пожару.
С другой - уже возникший на месте пожар может привести к оплавлению изоляции и короткому замыканию проводников.
В результате очень сложно определить истинную причину пожара, если из материалов расследования вещественных доказательств не хватает.
Из уровня техники 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 указанного устройства является то, что оно направлено на исследование пережигающего действия электрической дуги, а исследование влияния времени отключения короткого замыкания на изменение микроструктуры оплавлений в нем не предусмотрено.
Также из уровня техники известна экспериментальная установка (Смелков Г.И., Чешко И.Д., В.Г. Плотников, «Экспериментальное моделирование пожароопасных аварийных режимов в электрических проводах», 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 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. Данная установка выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является отсутствие блока защиты от короткого замыкания с набором предохранителей и автоматических выключателей, что не позволяет исследовать влияние времени отключения короткого замыкания на изменение микроструктуры участков проводов в месте короткого замыкания.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении создания признаков первичного и вторичного короткого замыкания в электрических проводниках.
Указанный технический результат достигается за счет того, что экспериментальный стенд, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к автоматическому выключателю стенда, а вторичная обмотка - к блоку регулирования напряжения, первый выход которого через трансформатор тока, вторичная обмотка которого соединена с амперметром, подключен к губкам первого и второго ключей, при этом подвижный контакт первого ключа подключен ко второму выходу блока регулирования напряжения, а подвижный контакт второго ключа подключен к первому проводнику, размещенному в испытательном коробе, при этом под нижней частью испытательного короба расположен источник открытого пламени, а к его верхней части подсоединен контактный термометр, согласно полезной модели дополнительно содержит второй проводник, размещенный в испытательном коробе и соединенный с первым проводником, электрический секундомер, подключенный одним входом к подвижному контакту первого ключа, а вторым - к подвижному контакту второго ключа, блок защиты от короткого замыкания с набором плавких вставок и автоматических выключателей, вход которого подключен ко второму проводнику, а выход - ко второму выходу блока регулирования напряжения.
Применение блока защиты от короткого замыкания с набором предохранителей с плавкими вставками и автоматических выключателей позволит не только отключить короткое замыкания, но и обеспечит возможность исследования влияния токовых характеристик предохранителей с плавкими вставками и автоматических выключателей на первичные и вторичные признаки короткого замыкания, сформированные в электрических проводниках.
Использование второго проводника, соединенного с первым проводником в испытательном коробе (например, внахлест и т.п.) позволит смоделировать однофазное короткое замыкание, возникающее во внутренней электропроводке электрической сети 0,4 кВ.
Использование электрического секундомера позволит зафиксировать время отключения короткого замыкания (время срабатывания предохранителя с плавкой вставкой или автоматического выключателя в блоке защиты).
Применение источника открытого пламени позволит смоделировать короткое замыкание, возникающее в результате теплового воздействия пожара на электрические проводники, и сформировать в электрических проводниках признаки вторичного короткого замыкания.
Использование контактного термометра позволить фиксировать температуру проводников до, во время и после короткого замыкания, а также в дальнейшем оценить влияние температуры на формирование признаков первичного и вторичного короткого замыкания в электрических проводниках.
Экспериментальный стенд (на фигуре) содержит автоматический выключатель 1, который служит для защиты экспериментального стенда, силовой трансформатор 2, блок регулирования напряжения 3 на вторичной обмотке силового трансформатора 2, трансформатор тока 4, амперметр 5, первый и второй ключи 6 и 7 соответственно, при этом первый ключ 6 служит для настройки стенда на определенную величину тока замыкания, а второй ключ 7 - для отключения остальной части стенда на время настройки, испытательный короб 8, в котором размещаются проводники различного сечения (на фигуре не обозначены) и из различного материала (медь, алюминий), контактный термометр 9, источник открытого пламени 10, блок защиты от короткого замыкания 11 с набором предохранители с набором плавких вставок и автоматических выключателей, электрический секундомер 12 для фиксации времени срабатывания либо соответствующего предохранителя, либо автоматического выключателя.
Экспериментальный стенд работает следующим образом.
Для проведения исследований проводники размещают в испытательном коробе 8 (например, в коробе могут быть уложены проводники, соединенные скруткой и зачищенные от изоляции в месте соединения; проводники, уложенные друг на друга внахлест и также зачищенные от изоляции в месте соединения); и т.п.).
До включения автоматического выключателя 1 с помощью ключа 7 отключается часть экспериментального стенда.
При включении автоматического выключателя 1 на первичную обмотку силового трансформатора 2 подается переменное напряжение. Предварительно с помощью блока регулирования напряжения 3 на вторичной обмотке трансформатора 2 устанавливается минимальное напряжение. Замыкается ключ 6. Постепенно увеличивая напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора 2, устанавливаем ток короткого замыкания (контролируем по амперметру 5), превышающий в 3 раза ток плавкой вставки предохранителя, установленного в блоке защиты 11 от короткого замыкания (или в 1,4 раза, если в блоке защиты 11 от короткого замыкания установлен автоматический выключатель). Затем размыкается ключ 6 и замыкается ключ 7, включается электрический секундомер 12. Проводники, размещенные в коробе 8, обеспечивают короткое замыкание. Ток короткого замыкания, протекая через предохранитель (или автоматический выключатель) в блоке защиты 11, вызывает его срабатывание. После разрыва цепи замыкания останавливается электрический секундомер 12, фиксируя время срабатывания предохранителя (автоматического выключателя). Далее с помощью автоматического выключателя 1 отключают стенд.
Использование указанного экспериментального стенда обеспечит получение образцов с признаками первичного и вторичного короткого замыкания.