Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i ...zskibko.bial.com.pl/instrukcje/eks/6...
Transcript of Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i ...zskibko.bial.com.pl/instrukcje/eks/6...
Wydział Elektryczny
Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:
BUDOWA ORAZ EKSPLOATACJA INSTALACJI I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH
KOD: ES1C710213
Ćwiczenie nr: 6
Temat ćwiczenia:
BADANIA SKUTECZNOŚCI OCHRONY
PRZECIWPORAŻENIOWEJ
Opracował:
dr inż. Zbigniew Skibko
2016
3
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wymaganiami stawianymi instalacjom
elektrycznym, z metodami kontroli stanu instalacji oraz z zasadą działania i zakresem
stosowania podstawowych mierników wykorzystywanych do badań.
2. Wiadomości ogólne
Praca przy urządzeniach elektroenergetycznych, może być przyczyną wystąpienia
nieszczęśliwego wypadku, spowodowanego bezpośrednim lub pośrednim działaniem prądu
elektrycznego na organizm ludzki. Do podstawowych przyczyn porażeń prądem
elektrycznym należą:
- wadliwa budowa urządzeń,
- uszkodzona izolacja urządzenia,
- nieprzestrzeganie przepisów bezpieczeństwa pracy.
Skutki porażenia prądem elektrycznym zależą głównie od:
- natężenia prądu przepływającego przez ciało człowieka;
- czasu, w którym przepływa przez organizm ludzki prąd rażeniowy;
- drogi przepływu prądu w organizmie.
Rozróżnia się dwa rodzaje środków ochrony przeciwporażeniowej: ochrona przed
dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa) i ochrona przed dotykiem pośrednim
(ochrona dodatkowa).
Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona przeciwporażeniowa podstawowa)
ma na celu wyeliminować lub ograniczyć prawdopodobieństwo bezpośredniego dotyku
przez człowieka i zwierzęta części czynnych (części znajdujących się pod napięciem w
czasie normalnej pracy urządzeń elektrycznych) instalacji elektrycznych lub odbiorników.
Ochrona ta realizowana jest poprzez:
4
– izolowanie części czynnych urządzeń,
– umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji poza zasięgiem ręki,
– użycie ogrodzenia lub obudowy,
– zastosowanie barier i przeszkód uniemożliwiających dotknięcie części czynnych.
Ochrona przy uszkodzeniu (przed dotykiem posrednim) ma ona na celu zapobieganie
niebezpiecznym skutkom dotknięcia części przewodzących dostępnych, w przypadku
pojawienia się (w warunkach zakłóceniowych) na nich napięcia.
Ochrona przed dotykiem pośrednim realizowana jest poprzez zastosowanie:
urządzeń o II klasie ochronności –zastosowanie izolacji urządzeń o takich parametrach
technicznych, aby ograniczała do minimum porażenie prądem elektrycznym.
izolacji stanowiska – izolowanie stanowiska od ziemi i wyrównanie potencjałów
części przewodzących obcych, dostępnych z tego stanowiska.
połączeń wyrównawczych – celowych połączeń elektrycznych, które zapobiegają
występowaniu niebezpiecznych napięć dotykowych pomiędzy jednocześnie
dostępnymi częściami przewodzącymi. Połączenia te łączą z głównym zaciskiem
uziemiającym główny przewód ochronny (lub ochronno-neutralny) oraz wszystkie
elementy przewodzące znajdujące się w danym budynku (np.: rury wodociągowe,
gazowe, centralnego ogrzewania, metalowe elementy konstrukcyjne, itp.).
separacji elektrycznej – rozdzielenie (np. przy użyciu transformatora separacyjnego)
obwodu zasilającego i odbiorczego tak, aby w razie uszkodzenia izolacji podstawowej,
w obwodzie separowanym nie wystąpiły warunki grożące porażeniem elektrycznym.
samoczynnego wyłączenia zasilania – połączenie części przewodzących dostępnych
(nie znajdujących się w warunkach normalnej pracy pod napięciem, lecz w wyniku
uszkodzenia mogących się znaleźć pod napięciem) z uziemionym przewodem
ochronnym PE (lub przewodem ochronno-neutralnym PEN) i spowodowanie (w
warunkach zakłóceniowych) samoczynnego wyłączenia zasilania. Urządzenie
zabezpieczające (wyłączające) powinno działać w taki sposób, aby w przypadku
zwarcia między częścią czynną a częścią przewodzącą dostępną, napięcie na części
przewodzącej dostępnej zostało wyłączone w czasie nie powodującym
5
niebezpiecznych skutków patofizjologicznych dla człowieka lub nie przekroczyło
wartości napięcia dopuszczalnego długotrwale UL.
W tabeli 1 podane zostały wartości najdłuższego dopuszczalnego czasu wyłączania w
sieciach typu TN. W pewnych okolicznościach dopuszcza się, aby czas wyłączenia był
dłuższy niż podany w tabeli, jednak nie dłuższy niż 5 s.
Tabela 1. Najdłuższe dopuszczalne czasy wyłączania zasilania w sieciach typu TN
Napięcie znamionowe
względem ziemi U0[V]
Czasy wyłączania [s] w warunkach, w których napięcie
dopuszczalne UL wynosi
50 V , 120 V – 25 V , 60 V –
1 2 3
120
230
400
580
0,8
0,4
0,4
0,2
0,35
0,20
0,20
0,05
W sieciach typu TN samoczynne wyłączenie zasilania może być realizowane przez
zastosowanie urządzeń ochronnych przetężeniowych (nadprądowych), takich jak:
– bezpieczniki,
– wyłączniki nadprądowe.
W ocenie skuteczności ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony dodatkowej)
bardzo istotne jest sprawdzenie warunku samoczynnego wyłączenia zasilania. Polega ono
na wyznaczeniu prądu zwarciowego przy zwarciu przewodu skrajnego z częścią
przewodzącą dostępną (np. metalowa obudowa silnika, bolec gniazdka instalacyjnego) i
sprawdzeniu warunku samoczynnego wyłączenia zasilania (zależność (1)). Do wyznaczenia
prądu zwarciowego konieczne jest wyznaczenie (przy pomocy pomiarów) rezystancji pętli
zwarciowej.
6
Skuteczność działania urządzeń ochronnych przetężeniowych określa warunek
samoczynnego wyłączenia zasilania:
Zs .Ia<Uo (1)
w którym: Zs - impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód
roboczy aż do punktu zwarcia i przewód ochronny między punktem zwarcia a źródłem; Ia -
prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego; U0 - napięcie
znamionowe względem ziemi.
Wartości prądu Ia można wyznaczyć z charakterystyk czasowo-prądowych podanych
dla poszczególnych typu urządzeń ochronnych przetężeniowych (nadprądowych). W
przypadku zainstalowania w instalacji elektrycznej wyłączników instalacyjnych
nadprądowych, wartość prądu Ia zależy od charakterystyki czasowo-prądowej wyzwalacza
elektromagnetycznego wyłącznika i wynosi odpowiednio:
dla wyłącznika z charakterystyką B: 5 . In,
dla wyłącznika z charakterystyką C: 10 . In,
dla wyłącznika z charakterystyką D: 20 . In,
przy czym: In – prąd znamionowy wyłącznika nadprądowego.
3. Pomiar impedancji pętli zwarcia przy pomocy wybranych urządzeń pomiarowych
3.1. Pomiar impedancji pętli zwarcia miernikiem MZW-5
Miernik MZW-5 (rys. 5.3) służy do badania skuteczności ochrony przeciwporażeniowej
w sieciach o napięciu 400/230 V, mających bezpośrednio uziemiony punkt neutralny.
Miernik ten pozwala wykonywać następujące pomiary:
– zmierzyć napięcie robocze sieci względem ziemi,
– sprawdzić ciągłość obwodu pętli zwarcia,
– zmierzyć impedancję pętli zwarcia,
– zmierzyć rezystancję uziemienia (pomiary o charakterze orientacyjnym).
7
Impedancję pętli zwarcia wyznacza się na podstawie pomiaru napięcia U1 pomiędzy
przewodem skrajnym a dostępną częścią przewodzącą (bez sztucznego zwarcia) oraz
napięcia U2 pomiędzy tymi punktami w czasie sztucznego zwarcia.
Rys. 1. Sposób połączenia miernika MZW-5 z badanym urządzeniem oraz widok powierzchni
czołowej miernika (opis symboli podano w tekście)
Pomiar impedancji pętli zwarcia wykonuje się w następujący sposób:
1) Połączyć układ pomiarowy wg rys. 1, przy czym zacisk „50 A” wykorzystuje się, gdy
prąd znamionowy zabezpieczenia (wyłącznika nadprądowego, bezpiecznika) jest nie
większy niż 10 A. W pozostałych przypadkach należy wykorzystać zacisk „100 A”
2) Dokonać pomiaru napięcia fazowego U1 ustawiając łącznik „POMIAR" (P) w pozycji U1.
3) Dokonać kontroli ciągłości badanego obwodu przez ustawienie przełącznika „POMIAR"
w pozycji K. Woltomierz powinien wskazywać napięcie równe napięciu fazowemu sieci
U1. Gdy wskazanie woltomierza jest mniejsze o nie mniej niż 5% od wartości napięcia
U1, dalszych pomiarów nie wolno wykonywać,
4) Ustawić przełącznik „POMIAR" w pozycji U2 - wówczas wskazówka woltomierza
powinna być w położeniu zero. Gdy wskazówka woltomierza nie znajduje się w tej
pozycji, należy wówczas wyzerować miernik poprzez naciśnięcie przycisku
„KASOWANIE".
5) Po wyzerowaniu woltomierza nacisnąć przycisk „ZWARCIE" i odczytać napięcie U2
przy maksymalnym wychyleniu wskazówki woltomierza.
6) Pomiary powtórzyć trzykrotnie.
7) Na podstawie pomiarów U1 i U2 należy obliczyć wartość impedancji pętli zwarcia,
8
odpowiednio do wartości prądu zwarciowego (100 A lub 50 A):
Zp(50A) = K1( U1/U2 –1) (2)
Zp(100A) = K2( U1/U2 –1) (3)
Wartości K1 i K2 podane są na tylnej płycie miernika.
3.2. Pomiary impedancji pętli zwarcia miernikiem MZC-1
Przyrząd MZC-1 jest przeznaczony do badania kontrolnego ochrony przeciw-
porażeniowej w sieciach typu TN i TT. Przyrząd umożliwia wykonanie pomiarów:
– napięć fazowych i międzyprzewodowych sieci,
– rezystancji pętli zwarcia,
– rezystancji uziemienia.
Rys. 2. Przyrząd MZC-1; (a) widok powierzchni czołowej, (b) sposób połączenia
przyrządu z badanym urządzeniem. 1-neonówka, 2-wyświetlacz ciekłokrystaliczny, 3-
przycisk zwarciowy „Z", 4—wyłącznik zasilania, 5-rękojeść
Widok powierzchni czołowej przyrządu MZC-1 oraz sposób jego połączenia z
urządzeniem przedstawia rysunek 2. W środkowej części powierzchni znajduje się
wyświetlacz ciekłokrystaliczny (2), umożliwiający cyfrowy odczyt mierzonego napięcia
badanego obwodu oraz oporu pętli zwarciowej sieci lub uziemienia. Obok wyświetlacza
umieszczona jest neonowa lampka tląca (l), sygnalizująca obecność napięcia na wejściu
9
przyrządu (ciągłość obwodu). W dolnej części powierzchni czołowej znajduje się łącznik
(4), służący do włączenia bateryjnego zasilania przyrządu (bateria znajduje się w rękojeści
(5) przyrządu) oraz przycisk (3), służący do inicjowania pomiaru rezystancji pętli zwar-
ciowej.
Pomiary rezystancji pętli zwarcia jednofazowego w sieciach elektroenergetycznych z
bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym, w którym ochrona przeciwporażeniowa
jest realizowana przez samoczynne wyłączenie zasilania, należy wykonać zgodnie z niżej
podanymi dyspozycjami:
1) Jeden przewód przyłączeniowy przyrządu należy połączyć z częścią przewodzącą
dostępną badanego urządzenia, a drugi przewód połączyć z przewodem fazowym
obwodu zasilającego badane urządzenie, w sposób przedstawiony na rysunku 2.
Świecenie neonówki świadczy o ciągłości pętli zwarciowej i upoważnia do wykonania
dalszych czynności pomiarowych.
2) Należy włączyć zasilanie bateryjne przyrządu. Przyrząd powinien wskazać napięcie
robocze sieci U1.
3) Wykonać sztuczne zwarcie poprzez naciśnięcie przycisku zwarciowego i odczytać
zmierzoną wartość rezystancji Rp pętli zwarciowej. Wartość rezystancji Rp jest
zapamiętana przez układ pomiarowy i wyświetlana przez przyrząd przez około 4 s.
4) Wykonanie powtórnego pomiaru rezystancji pętli zwarcia jest możliwe, gdy przyrząd
powróci do wskazania wartość napięcia U1 sieci. W tym stanie naciśnięcie i zwolnienie
przycisku zwarciowego powoduje uruchomienie układu sterowania i wykonanie
ponownego sztucznego zwarcia.
5) Pomiary należy powtórzyć trzykrotnie.
3.3. Pomiar rezystancji pętli zwarcia miernikiem MZC-2
Miernik MZC-2 służy do kontrolnych badań samoczynnego wyłączenia zasilania w
sieciach elektroenergetycznych typu TN i TT. Umożliwia on dokonanie pomiarów:
napięć fazowych i międzyprzewodowych sieci,
10
rezystancji pętli zwarcia,
rezystancji uziemienia.
Rys 3. Sposób połączenia z odbiornikiem oraz budowa miernika MZC-2, 1,2 - gniazda
przewodów pomiarowych, 3 - przycisk włączający, 4 –przycisk umożliwiający wybór
zakresu oraz start pomiaru, 5- wyświetlacz ciekłokrystaliczny
Pomiary miernikiem MZC-2 należy wykonać następująco:
1) Odpowiednie przewody miernika połączyć z chronioną obudową badanego urządzenia
oraz z przewodem fazowym tegoż urządzenia.
2) Włączyć zasilanie bateryjne przyrządu (ON). Powinien on wskazywać napięcie fazowe
sieci U1.
3) Wykonać sztuczne zwarcie naciskając klawisz pomiarowy wybranego zakresu i odczytać
zmierzoną wartość RZ pętli zwarcia. Wykonanie powtórnego pomiaru jest możliwe, gdy
przyrząd zacznie wskazywać ponownie napięcie U1 sieci.
4) Pomiar należy powtórzyć trzykrotnie.
4. Program ćwiczenia
W czasie ćwiczenia należy:
zapoznać się z budową i instrukcją obsługi wskazanych przez prowadzącego
mierników;
11
wykonać pomiary impedancji pętli zwarcia przy wykorzystaniu wskazanych przez
prowadzącego mierników. Pomiarów dokonać dla wskazanych gniazdek
jednofazowych oraz dla silnika trójfazowego (miedzy wybranymi elementami silnika
a poszczególnymi zaciskami zasilającymi);
ocenić skuteczność ochrony przeciwporażeniowej w badanych urządzeniach;
sporządzić protokoły z przeprowadzonych badań.
5. Opracowanie wyników badań
Sprawozdanie powinno zawierać:
- Cel ćwiczenia
- Schematy układów badawczych
- Tabele wyników
- Uwagi i wnioski końcowe, a w szczególności:
ocena skuteczności ochrony przeciwporażeniowej badanych urządzeń
elektrycznych. Jeżeli jakieś urządzenie nie spełnia warunku samoczynnego
wyłączenia zasilania należy podać, co zmienić w układzie połączeń, aby warunek
został spełniony,
subiektywna ocena stosowanych do pomiarów impedancji pętli zwarcia
mierników (wybór najlepszego, zdaniem wykonującego sprawozdanie, miernika).
6. Przykładowy protokół z badań
PROTOKÓŁ nr ...
BADANIA SKUTECZNOŚCI DODATKOWEJ OCHRONY PRZECIWPORAŻENIOWEJ
URZĄDZEŃ ORAZ INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ
1. Zleceniodawca:
2. Obiekt badań:
3. Data badania:
12
4. Rodzaj zasilania:
5. Przyrządy pomiarowe:
6. Wyniki badań
L.p.
Osprzęt elektroinstalacyjny
(nr, typ gniazda, oprawy,
urządzenia)
Typ zabez
pie czenia
In
zabezp. la Uo Zs Zs∙la
Ochrona skuteczna
[A] [A] [V] [] [V] TAK - NIE
1
2
3
4
7. Ocena wyników badań
Badana instalacja posiada zapewnioną/niezapewnioną dodatkową ochronę przeciwporażeniową.
Wynik oględzin – pozytywny/negatywny.
Uwagi:
8. Termin następnych badań:
Badania wykonali: Protokół sprawdził:
7. Literatura
1. Lejdy B., Sajczyk A.: Laboratorium urządzeń elektroenergetycznych. Wyd. PB, 1999
2. Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, WNT, Wyd. 2, Warszawa 2015
3. Markiewicz H.: Instalacje elektryczne, WNT, Warszawa 2012
4. Markiewicz H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce,, WNT, Warszawa 2009
5. Markiewicz H..: Urządzenia elektroenergetyczne. WNT, Warszawa 2008
13
8. Wymagania BHP
Podczas wykonywania ćwiczeń w laboratorium należy przestrzegać następujących zasad:
1. Przed przystąpieniem do montowania układu pomiarowego należy dokonać oględzin
przydzielonej aparatury i urządzeń. Stwierdzone uszkodzenia powinny być zgłaszane
prowadzącemu ćwiczenia.
2. Ze stanowiska pomiarowego należy usunąć wszelkie zbędne przedmioty a zwłaszcza
niepotrzebne przewody montażowe.
3. Włączenie badanego układu do napięcia może odbywać się jedynie w obecności i za zgodą
prowadzącego ćwiczenia, po sprawdzeniu przez niego układu. Przed załączeniem układu trzeba
upewnić się, czy nikt nie manipuluje przy układzie pomiarowym. Za uszkodzenie przyrządów i
inne straty wynikłe z winy ćwiczących odpowiadają oni materialnie.
4. Po załączeniu napięcia nie wolno wykonywać żadnych przełączeń w układzie. Rozmontowanie
i ewentualne przełączenia mogą być robione po wyłączeniu napięcia i za zgodą prowadzącego
ćwiczenia.
5. Podczas wykonywania ćwiczenia należy unikać stykania się z wszelkiego rodzaju dobrze
uziemionymi przewodzącymi przedmiotami, takimi jak i kaloryfery, instalacje wodociągowe
itp.
6. Wykonywanie ćwiczeń może odbywać się tylko na stanowisku wskazanym przez
prowadzącego. Nie wolno używać innego sprzętu i aparatów niż te, które przydzielił
prowadzący ćwiczenia.
7. Niedozwolona jest samowolna obsługa rozdzielnic głównych w laboratorium, a zwłaszcza
załączanie napięcia na stanowiska pomiarowe.