POLITECHNIKA LUBELSKA

Wydział Inżynierii Środowiska

LABORATORIUM Z INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ

Ćwiczenie laboratoryjne nr 7

Temat ćwiczenia: „Ochrona przeciwporażeniowa”

Ćwiczenie wykonali:

Marta Toporowska

Małgorzata Rymarz

Klaudyna Błaszczuk

Agnieszka Dalmata

Karol Hołownicki

Prowadzący:

Mgr S. Styło

Lublin 2011

Wykonanie ćwiczenia

Część praktyczna ćwiczenia obejmuje:

- badanie izolacji w urządzeniach elektrycznych,

- badanie zerowania ochronnego,

- badanie uziemienia ochronnego,

- badanie wyłącznika ochronnego różnicowo-prądowego.

1. Badanie izolacji

Tabela pomiarów:

Badane urządzenie	Znamionowe napięcie pracy	Wyniki pomiaru rezystancji izolacji			Wymagana rezystancja izolacji
	Un	Punkty pomiarowe		Ri	Ri
	V			MΩ	MΩ
Trójfazowy silnik asynchroniczny	400	zacisk fazowy – zacisk fazowy	RU-V	80	0,40
			RU-W	90	0,40
			RV-W	0,35	0,40
	230	zacisk fazowy – obudowa	RU-obud	0,25	0,23
			RV-obud	>100	0,23
			RW-obud	>100	0,23
Transformator jednofazowy	230	zacisk DN – GN	RDN-GN	95	0,23*
	24	zacisk DN- obudowa	RDN-obud	>100	0,024
	230	zacisk GN - obudowa	RGN-obud	>100	0,23
Instalacja elektryczna	230	zacisk fazowy – zacisk neutralny	RL1-N	1,40	0,23
			RL2-N	0,60	0,23
			RL3-N	0,20	0,23
	400	zacisk fazowy – zacisk fazowy	RL1-L2	0,75	0,40
			RL1-L3	1,10	0,40
			RL2-L3	0,40	0,40

Izolacja urządzeń elektrycznych będzie dobra jeżeli wszystkie rezystancje R_i nie będą mniejsze niż 1000 Ω na 1 V znamionowego napięcia zasilającego U_n.

Wymaganą wartość rezystancji izolacji dla tych urządzeń ustala się na podstawie wzoru:

R_i ≥ 1000Ω/V • U_n [Ω]

Jeśli którakolwiek z tych rezystancji równa jest zero oznacza to, że jest zwarcie metaliczne w układzie izolacyjnym. Rezystancje R_i musza być większe od zera oraz większe od R_i wymaganej.

*Przykład obliczeniowy:

-transformator jednofazowy(400V)

Wymagana R_i - 1000Ω na 1V czyli dla tego urządzenia R_i =1000*400=400000 [Ω]=0,4 [MΩ]

Wynik pomiaru to 95MΩ – oznacza to, że warunek R_i ≥ 1000Ω/V • U_n jest spełniony.

2. Badanie zerowania ochronnego

Schemat układu pomiarowego:

Tabela pomiarów:

Tablica zasilająca	Pomiary i dane				Obliczenia
	Uf	ZP	Ibn	k	IZ	IW
	V	Ω	A	-	A	A
Typ miernika: MOZ
stanowisko	230	0,3	20	20	766,7	400*
laboratorium	230	0,15	63	20	1533,3	1260

Zerowanie ochronne polega na połączeniu metalowych części urządzeń, które w warunkach normalnej pracy nie znajdują się pod napięciem, z przewodem zerowym.

W przypadku tego pomiaru zastosowano następujący rodzaj zabezpieczenia - wyłącznik elektromagnetyczny typu D(k = 20,0).

Warunkiem skuteczności zerowania ochronnego jest:

I_Z ≥ I_W = k • I_bn [A]

I_Z = U_f / Z_P [A]

I_W = k • I_bn [A]

Gdzie:

I_w- prąd wyłączający zabezpieczenia,

I_bn- prąd znamionowy bezpiecznika,

k- współczynnik zależny od rodzaju stosowanego zabezpieczenia

*Przykład obliczeniowy:

k=20

I_bn=20 [A]

Z_P=0,3 [Ω]

U_f=230 [V]

Korzystamy ze wzorów: I_Z = U_f / Z_P [A] I_Z =230/0,3=766,7 [A]

I_W = k • I_bn [A] I_W =20*20=400 [A]

Określamy warunek: I_Z ≥ I_W = k • I_bn [A]

766,7 [A]>400 [A] - Warunek spełniony

3. Pomiar rezystancji uziemienia ochronnego

S
chemat układu pomiarowego:

Tabela pomiarów:

Pomiary i dane				Obliczenia			RZ wymagane
RZ	Ibn	k	UL		IW	RZ•IW
Ω	A	-	V		A	Ω		Ω
1,85	20	20	25		400	740		0,0625*

Uziemienie ochronne polega na połączeniu z uziomem metalowych części urządzeń elektrycznych, które w warunkach normalnej pracy nie znajdują się pod napięciem.

U_z =I_z · R_z

Warunek skuteczności uziemienia ochronnego:

Uziemienie ochronne jest skuteczne, gdy największą wartość napięcia dotykowego, która może pojawić się na metalowej obudowie urządzenia spełnia warunek:

U_{z max} = I_W • R_Z ≤ U_L

U_{z max} - największa wartość napięcia dotykowego

I_w – prąd wyłączający zabezpieczenia,

R_z – rezystancja uziemienia ochronnego

U_L – napięcie bezpieczne

Napięcie bezpieczne U_L zależy od rodzaju prądu oraz od warunków środowiskowych.

W ćwiczeniu U_L =25 [V] – gdy rezystancja ciała ludzkiego w warunkach otoczenia może być mniejsza niż 1000 [Ω].

*Przykład obliczeniowy:

U_{z max} = I_W • R_Z ≤ U_L

U_{z max} = 1,85*400=740 [Ω] < =25 [V] - Warunek niespełniony

4. Badanie przeciwporażeniowego różnicowego wyłącznika jednofazowego

Tabela pomiarów:

Dane wyłącznika				Un = 230V		In = 10A		Iwn = 30mA
Lp.	Warunki zasilania
	U	I	U		I		Ia
			V		A		mA
1.	U = UN	I = 0A	230		0		24
2.		I ≠ 0A	230		0,36		22
3.	U < UN	I = 0A	210		0		24
4.		I ≠ 0A	210		0,35		24

W wyłączniku różnicowo-prądowym w przypadku kiedy suma geometryczna prądów płynących przez przekładnik nie jest równa zeru odpowiada to stanowi przebicia izolacji i przepływowi prądu przez ciało człowieka, występuje zaindukowanie napięcia w uzwojeniu przekładnika i przepływ prądu przez cewkę urządzenia wyłączającego zasilanie odbiornika.

Wnioski

1. Badanie izolacji:

transformator jednofazowy – po wykonaniu pomiarów i obliczeń urządzenie to posiada całkowicie sprawną izolację. Dzięki temu nadaje się do użytkowania.

silnik trójfazowy asynchroniczny – w przypadku tego urządzenia nie mamy sprawnej izolacji gdyż nieliczne obwody maja niższą R_i niż wymagana. Może to być spowodowane zawilgoceniem izolacji. W takim przypadku poprawę stanu izolacji można uzyskać przez osuszenie uzwojeń i wnętrza silnika.

instalacja elektryczna – urządzenie to tak jak i powyższe nie spełnia wymagań rezystancji izolacji, dlatego też nie może być użytkowane. Poprawę stanu izolacji można uzyskać tak jak i w powyższym przypadku.

2. Badanie zerowania ochronnego:

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów prąd zwarcia jest większy od prądu wyłączającego zabezpieczenia dla obu przypadków. I_Z ≥ I_W jest to warunek skuteczności zerowania ochronnego i jest on w tym ćwiczeniu spełniony.

Gdyby warunek ten nie został spełniony (prąd wyłączający był większy od prądu zwarcia) nie nastąpiło by odłączenie uszkodzonej fazy od sieci zasilającej i mogłoby dojść do porażenia.

3. Pomiar rezystancji uziemienia ochronnego:

Niespełniony jest warunek skuteczności uziemienia ochronnego, stwierdzamy to na podstawie pomiarów o obliczeń.

Warunek skuteczności uziemienia ochronnego U_{z max} = I_W • R_Z ≤ U_L nie jest spełniony i dlatego też uziemienie ochronne nie jest skuteczne.

4. Badanie przeciwporażeniowego różnicowego wyłącznika jednofazowego:

Urządzenia elektryczne nieosłonięte są potencjalnym zagrożeniem dla ludzi. Aby zmniejszyć ryzyko ich stosowania można stosować ochronę przeciwporażeniową. Jednym z elementów takiej ochrony jest wyłącznik różnicowy.

W ćwiczeniu zaobserwowano, że niezależnie od nastawionego prądu I oraz napięcia U wyłącznik zaczyna działać (zadziałał w każdym przypadku) przy stałym prądzie, który wynosi ok. 24 [mA]. I jest to wartość niższa niż wartość napięcia bezpiecznego i chroni użytkownika urządzenia przed nagłym porażeniem.