Сакулин В.П., Эмиров И.Х. Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

АЩИТНОЕ

ОТКЛЮЧЕНИЕ

ЭЛЕКТРУСТАНОВКАХ

НАПРЯЖЕНИЕМ

ДО

1000

Цель работы: 1. Изучить принцип работы устройства защитного

отключения (УЗО) по току утечки на землю.

2. Знать о преимуществах и недостатках УЗО по току утечки.

3. Ознакомиться с требованиями, предъявленными к УЗО.

4. На лабораторном стенде изучить эффективность работы УЗО по току

утечки на землю.

5. Оценить защитные функции УЗО от поражения электрическим током

человека.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Защитное отключение – быстродействующая защита,

обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при

возникновении в ней опасности поражения электрическим током.

Его рекомендуется применять в качестве основной или дополнительной

меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена защитным

заземлением или занулением. Защитное отключение следует применять

и в том случае, если устройство защитного заземления или зануления

трудно выполнимо или экономически нецелесообразно.

Защита от поражения током при касании токоведущих частей

электроустановок была решена в 50-х годах XX века. Было предложено

несколько схем защитных устройств.

В качестве преобразователя токов несимметричной утечки на

землю использовался трансформатор нулевой последовательности –

тороидальный пермаллоевый сердечник с намотанной на него обмоткой.

Первичной обмоткой датчика являются провода сети, проходящие внутри

сердечника. Применив такой датчик, удалось устранить влияние токов

нагрузки, поскольку в трехфазной сети геометрическая сумма токов в

фазных проводах в любой момент времени равна нулю. Для того, чтобы

не срабатывала защита от однофазной нагрузки (освещение,

нагревательные и бытовые приборы), рабочий нулевой провод

прокладывается совместно в фазными проводами внутри сердечника

датчика, а корпуса электроустановок зануляются через отдельный

нулевой провод, прокладываемый вне сердечника датчика, (Рис.1).

380/220 B ТА

ТV

КА

С1

VD4

VD1-VD3

24B

К н а гру з ке

I I

ИС

. 1. О

ДНА

ИЗ

ПЕРВЫХ

СХЕМ

УЗО.

Схема включает в себя следующие элементы: трансформатор тока

утечки ТА (преобразователь тока нулевой последовательности),

трехфазный трансформатор управления TV, логический элемент «или»

(состоящий из трех диодов VD1-VD3), транзистор VI, катушку КА,

автоматический выключатель OF, конденсаторы C1,C2, диод VD4,

резисторы R1-R4 (Рис. 1).

Схема работает следующим образом. В нормальном режиме, когда

сеть исправна и нет утечки тока на землю за местом установки ТА,

транзистор закрыт. Автоматический выключатель находится во

включенном положении. При касании токоведущих частей за местом

установки ТА, утечке тока через изоляцию на корпус электроустановки,

однофазном замыкании на землю или на зануленный корпус

электроустановки, возникает ток несимметричной утечки на землю,

выходящий из замкнутого контура трехфазной системы (на Рис. 1 путь

прохождения поражающего тока показан стрелками). Этот ток в

сердечнике ТА вызовет магнитодвижущую силу (МДС) небаланса, а во

вторичной обмотке преобразователя – электродвижущую силу (ЭДС)

небаланса. Проходящий на базу транзистора ток небаланса (если утечка

тока в сети 380/220 В составила 9 и более мА) откроет транзистор VT и

автоматический выключатель QF отключится электромагнитом КА.

В дальнейшем такая защита нашла применение во всех странах

мира как единственная защита от поражения током при касании

токоведущих неизолированных частей электроустановок, находящихся

под напряжением. АЗО по току несимметричной утечки на землю

выполняют следующие функции:

1.Защищают человека от поражения током в сети напряжением до 1000

В при однофазном прикосновении к неизолированным токоведущим

частям, находящимся под напряжением.

2.Отключают сеть при повреждении изоляции и утечке тока на землю.

3.Предотвращают возникновение пожара от однофазных замыканий на

землю, поскольку отключение сети происходит при незначительных

токах утечки порядка 0,01-1 А.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АППАРАТАМ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

Исходя из назначения УЗО по защите от поражения электрическим

током, к ним предъявляются следующие требования:

1.Мгновенное действие. Время отключения t

и предельный

нефибрилляционный ток I

связаны зависимостью t

1/20 I

Для человека предельно допустимая величина произведения тока на

время отключения (в пределах 0,1-0,7 с) постоянна и не должна

превышать I

·t

 50 мА·с=0,05 Кл, при которой с вероятностью 99, 86%

не наступит фибрилляция сердца.

Время отключения современных АЗО не должно превышать 0,15 с.

При такой продолжительности воздействия поражающего тока

маловероятны остановка сердца или его фибрилляция при напряжении

до 1000 В.

2.Высокая точность. УЗО должны четко срабатывать при токе утечки в

пределах 0,9-1,2 от номинального значения тока уставки.

3.Помехоустойчивость и стабильность параметров. УЗО не должно

срабатывать при колебаниях напряжения в сети в пределах 0,8-1,15 от

номинального значения напряжения сети и колебаниях температуры

окружающей среды.

4.Надежность. УЗО должно быть рассчитано на число срабатываний не

менее 10

. Вероятность безотказной работы (при контактной

коммутации силовых цепей) при 2 тыс. ч непрерывной работы должна

составлять не менее 0,96.

В настоящее время самым надежным УЗО является

электромеханическое устройство защитного отключения «Астро УЗО»

совместного российско-германского производства, освоенное по

конверсии АО «Технопарк Астро-Гермес» в 1995 году. В этом устройстве

отсутствует электронный усилитель, поэтому оно при включении в

электросеть не потребляет электроэнергию.

УЗО по току утечки является в настоящее время самой

совершенной защитой, однако они обладают и рядом недостатков.

Основные из них следующие:

1.Несрабатывание. При одинаковом снижении изоляции фазных

проводов относительно друг друга и земли вплоть до трехфазного

замыкания. При этом может возникнуть ситуация, когда через тело

человека будет проходить опасный для жизни ток (его тело как бы

симметирует утечку на землю тока всех трех фаз), а результирующий

ток утечки на землю, определяемый путем геометрического

суммирования векторов, будет меньше тока уставки УЗО.

2.Значительная погрешность вследствие несимметрии расположения

фазных проводов в окне магнитопровода датчика тока. Погрешность

будет зависеть от значения тока нагрузки (с его ростом погрешность

возрастает), от геометрических размеров магнитопровода и степени

смещения фазных проводов относительно его геометрического центра.

Снижают погрешность, вставляя в окно магнитопровода датчика

симметричный отрезок кабеля, что не всегда удобно и достижимо,

кроме того, применяют свивание первичных обмоток (проводов сети) с

шагом, равным высоте магнитопровода, при этом уменьшается

погрешность по току срабатывания.

Защита не реагирует на междуфазные короткие замыкания и

перегрузку. Задачи эти не решаются УЗО, поскольку они не заложены в

принцип его работы. Поэтому если человек коснется одновременно двух

фаз и будет изолирован от земли, то УЗО не отключит сеть.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ И

ОБОРУДОВАНИЕ

Для изучения работы УЗО используется стенд (Рис. 2). Стенд

предназначен для моделирования утечек тока с фазных проводов на

землю, нулевой защитный провод, а также поражающего тока через

человека при касании фазных и нулевого проводов сети и определении

эффективности работы УЗО (Рис. 2). В стенде смонтированы

относительно земли: сосредоточенные сопротивления фазных проводов

, R

; сопротивления заземления на подстанции R

и повторного

заземления нулевого провода R

, аппарат защитного отключения (УЗО)

типа ЗОУП-25. Стенд работает на пониженном напряжении 36/24 В, что

обеспечивает безопасность при пользовании им. Для этой цели

используется трехфазный трансформатор.

На лицевой панели стенда установлены контактные гнезда XS1-

XS5, предназначенные для включения ампервольтомметра (тестера) и

измерения переменных сопротивлений нулевого и фазных проводов R

, R

и сопротивления человека R

; миллиамперметр РА,

предназначенный для измерения поражающего тока через человека;

вольтметр PV, предназначенный для измерения напряжения между

фазами, между каждой фазой, нулевым проводом и землей;

выключатели SB2, SB4, SB5, SB7, SB10, SB12, SB19; переключатели

SB1, SB3, SB6, SB8, SB9, SB11, SB13- SB18.

SB2

SB4

SB1

SB3

HL1-H

ТТНП

п1

АЗО

пуск

стоп

контроль

с АЗО

SB19

Без АЗО

XS1

SB5

SB6

SB7

SB8

SB10

SB11

SB12

XS2

SB9

XS4

SB15

SB14

XS5

SB16

SB18

SB13

SB17

XS2

XS3

Рис. 2

Аппарат защитного отключения (УЗО) имеет на лицевой панели три

кнопки: «ПУСК», «СТОП», «КОНТРОЛЬ» и на схеме имеют обозначение

QF.

Трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) – датчик

тока утечки на землю обозначен на схеме стенда тороидом, во вторичную

обмотку которого включено отключающее реле «Р».

Стенд позволяет измерять ток утечки через тело человека и

наблюдать эффективность работы УЗО (при изменении проводимости

фаз по отношению к земле и нулевому проводу). Чтобы не отключился

стенд, при установке токов утечки каждой из фаз на нулевой провод,

превышающих 10 мА, в цепи блока питания усилителя УЗО предусмотрен

тумблер SB19. Тумблер ставится в отключенное положение «без УЗО» на

период установки токов утечки по фазам.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Человек коснулся фазного провода, находящегося под напряжением.

Измерение поражающего тока через человека выполняется в

следующем порядке.

Переключатель SB17 включить на нулевой провод NP!

Включить УЗО нажатием кнопки «ПУСК». О наличии напряжения на

всех трех фазах стенда укажут три светящиеся сигнальные лампы HL1-

HL3. Проверить работоспособность УЗО путем нажатия на кнопку

«КОНТРОЛЬ». При нажатии на кнопку «КОНТРОЛЬ» стенд должен

отключиться от сети, а электролампочки HL1-HL3 – погаснуть.

Установить регулируемым резистором SB15 величину

электрического сопротивления человека и измерить ее переносным

ампервольтомметром (тестером), подключив его зажимы «R

» к

контактным гнездам XS5.

Включить переключатель SB14 на любую фазу, например, на фазу

«А». Включить выключатели SB2, SB4. Включить переключатели SB1,

SB3 на одно из трех положений, например, на положение 2 (10 Ом).

Включить переключатель SB16 в положение «ЗЕМЛЯ»,

обозначенное на схеме стенда знаком .

Выключатель SB19 включить в положение «без УЗО». Включить

стенд в электросеть, нажав кнопку «ПУСК» УЗО. Записать показания

миллиамперметра в таблицу.

Установить регулируемым резистором SB15 сопротивление, при

котором ток через человека составит 10 мА (по показанию

миллиамперметра РА).

Включить выключатель SB19 в положение «с УЗО» и результат

работы УЗО записать в таблицу («УЗО сработало» или УЗО не отключило

сеть»).

На стенде установлено УЗО типа ЗОУП-25, отключающее

электросеть при токах утечки на землю или нулевой провод 10 мА и

более.

Измерение поражающего тока произвести при 4-5 величинах

сопротивлений тела человека. Построить график зависимости

поражающего тока I

от сопротивления тела человека.

При каждом измерении поражающего тока измерять фазное

напряжение стенда. Для этого переключатель SB17 включить на фазу,

которой коснулся человек, а переключатель SB18 – в положение

«ЗЕМЛЯ», обозначенное знаком .

Показание вольтметра записать в таблицу.

Отключить стенд от электросети, нажав кнопку «СТОП» УЗО.

2.Человек одновременно коснулся двух фазных проводов, находящихся

под напряжением.

Поражающий ток пошел по пути «рука-рука». Ноги человека

изолированы от земли и нулевого провода.

Измерение поражающего тока через человека выполняется в

следующем порядке.

Переключатель SB17 включить на нулевой провод NP!

Проверить работоспособность УЗО в соответствии с п. 1.

Установить регулируемым резистором SB15 величину электрического

сопротивления человека 680 Ом. Включить переключатель SB14 на фазу

«А». Включить переключатель SB16 на фазу «В». Включить тумблеры

SB2, SB4, а переключатели SB1, SB3 – в одно из трех положений.

Включить выключатель SB19 в положение с «УЗО».

Включить переключатель SB9 в положение .

Включить стенд в электросеть, нажав кнопку «ПУСК».

Установить регулируемым резистором SB15 сопротивление, при

котором ток через человека составит более 10 мА. (по показанию

миллиамперметра РА).

Величины поражающего тока, сопротивления человека (измерить

после отключения стенда от сети), сопротивлений R

, R

, напряжения

между фазами А и В стенда, результат работы УЗО записать в таблицу.

Отключить стенд от электросети, нажав кнопку «СТОП».

3.Симметричная утечка тока по всем трем фазам электросети.

Измерения проводятся в следующем порядке.

Переключатель SB17 включить на нулевой провод NP!

Проверить работоспособность УЗО в соответствии с п. 1.

Установить одинаковую проводимость всех трех фаз по отношению

к земле. Для этого регулируемыми резисторами SB6, SB8, SB11, SB13

установить сопротивления фаз R

, R

, одинаковыми величинами.

Величины их измерить тестером, включив его поочередно в контактные

разъемы XS2,XS3, XS4 и записать в таблицу. Включить выключатели

SB2, SB4, SB5, SB7, SB10, SB12. Переключатель SB9 включить на

нулевой провод R

Включить выключатель SB19 в положение «без УЗО».

Включить стенд в электросеть, нажав кнопку «ПУСК».

Включить переключатель SB9 на землю, обозначенную знаком .

Включить выключатель SB19 в положение «с УЗО».

Результат работы УЗО записать в таблицу.

Отключить стенд от электросети, нажав кнопку «СТОП».

4.Человек коснулся фазы «А».

Величины сопротивлений R

, R

оставить такими же, как в

п.3. Сопротивление человека R

установить равным 680 Ом.

Подключить человека к фазе «А». Для этого включить

переключатель SB14 на фазу «А», а переключатели SB9 и SB16 – на

нулевой провод.

Включить переключатель SB17 на нулевой провод NP!

Включить выключатель SB19 в положение «без УЗО».

Включить выключатели SB2 и SB4. Включить стенд в электросеть,

нажав кнопку «ПУСК».

Величины сопротивлений, тока через человека I

записать в

таблицу. Включить выключатель SB19 в положение «с УЗО».

Записать величину тока через человека (по показанию

миллиамперметра РА). Затем регулируемым резистором SB15

установить сопротивление человека, при котором ток через человека

составит около 10 мА (до срабатывания УЗО). Величину тока через

человека записать в таблицу.

Результат работы УЗО записать в таблицу.

Отключить стенд, нажав кнопку «СТОП».

По лабораторной работе составляют отчет.

Выводы и рекомендации по применению УЗО для защиты человека

от поражения электрическим током.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИН ПОРАЖАЮЩИХ ТОКОВ

И СОПРОТИВЛЕний

Номер

режима

работы

стенда

Показания

миллиамперм

етра,

мА (Iч)

Показания

вольтметра,

Сопротивления, Ом Результат

работы

УЗО

ч,

, R

С,

, R

Лабораторная работа заканчивается составлением отчета по

прилагаемой ниже форме:

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СЕРВИСА И ЭКОНОМИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

АЩИТНОЕ

ОТКЛЮЧЕНИЕ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

НАПРЯЖЕНИЕМ

ДО

1000

1. Фамилия и инициалы звена студентов, выполнивших работу, дата ее

выполнения.

2. Институт, специальность (специализация), курс.

3. Характеристика объекта изучения (по указанию преподавателя).

4. Применяемые приборы и оборудование.

Название

Тип

прибора

Номер

прибора

Завод-

изготовител

Дата

выпуска

Оборудование

1 2 3 4 5 6

5. Результаты измерений величин поражающих токов и сопротивлений.

Таблица

Номер

режима

работы

стенда

Показания

миллиамп

ерметра,

мА (Iч)

Показания

вольтметра,

Сопротивления, Ом Результат

работы

УЗО

6. Составить схемы (Рис. 1).

7. Выводы и рекомендации по обеспечению электробезопасности (по

каждому режиму работы).

8. Подпись преподавателя.

9. Решить ситуационные задачи.