Politechnika Częstochowska

Wydział Elektryczny

LABORATORIUM ZAKŁÓCEŃ W UKŁADACH ELEKTROMAGNETYCZNYCH

Badanie podstawowych systemów ochrony przeciw porażeniowej

Studia zaoczne magisterskie

Semestr I, Grupa I

Skład grupy:

Szczepan Kud

Michał Grząś

Michał Kopczyński

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych układów ochrony przeciwporażeniowej przed dotykiem pośrednim (ochrony dodatkowej) opartych na samoczynnym wyłączaniu zasilania oraz z metodami badania sprawności tych układów w trakcie ich eksploatacji.

1. Stanowisko laboratoryjne

Układ badawczy składa się z dwóch podstawowych podzespołów:

1. Trójfazowy układ zasilający stanowisko pomiarowe obniżonym napięciem z 400V do 38V.

2. Układ pomiarowy zawierający symulacje poszczególnych systemów ochrony przeciwporażeniowej.

Rys. 1. Schemat układu zasilającego stanowisko pomiarowe obniżonym napięciem z 400V/38V gdzie F1‑ wyłącznik nadprądowy (C10), T1‑ transformator trójfazowy zmniejszający napięcie z 400V na 38V

1. Schemat y pomiarowe

Rys.4. Układ do badania skuteczności działania wyłącznika różnicowoprądowego

Rys.5. Układ do badania skuteczności działania wyłączników nadprądowych

Rys.6. Układ do wyznaczania impedancji pętli zwarcia w linii czteroprzewodowej TT

Rys.7. Układ do wyznaczania impedancji pętli zwarcia w linii czteroprzewodowej TN-S

1. Tabele pomiarowe oraz obliczenia

Badanie wyłącznika różnicowoprądowego

Napięcie znamionowe U_n=38V,

Prąd znamionowy ciągły I_n=25A,

Prąd różnicowy I_∆=30 mA.

Lp.	R [Ω]	I [mA]	Wył. zadziałał	Wył. nie zadziałał
1	10000	2,2		X
2	2000	10,5		X
3	1120	18,5		X
4	740	21,75	X
5	180	-	X

Przykładowe obliczenia:

Badanie skuteczności zadziałania wyłączników nadprądowych

F3 C 0,3A LEGRAND

Napięcie znamionowe U_n=22V,

Prąd znamionowy ciągły I_n=0,3 A

Lp.	R [Ω]	I [A]	t [s]	Wył. zadziałał	Wył. nie zadziałał
1	20	0,6	36	X
2	10	0,85	7,8	X
3	7	1,1	3,9	X
4	Zwarcie	X

Pomiar impedancji pętli zwarcia

Sieć czteroprzewodowa TT

Napięcie znamionowe U_n=22V,

Prąd znamionowy ciągły I_n=1 A

Lp.	Zabezpieczenie	In [A]	Ip [A]	Zs [Ω]	Up [V]
1	F3	0,3	0,6	14,64	10,24
2	F4	1	1,75	9,75	17,07
3	F5	1	2	9,26	18,52

Obliczenie impedancji pętli zwarcia Z_S [Ω] łącznie z uziemieniem ochronnym

Przykładowe obliczenia:

Sprawdzenie warunku skutecznego zadziałania wyłącznika nadprądowego (bezpiecznika topikowego) poprzez określenie wymaganej wartości impedancji pętli zwarciowej:

Z_s[Ω]-impedancja pętli zwarcia z uziemieniem ochronnym,

U_p[V]- napięcie zmierzone na pętli zwarciowej,

I_p[A]- prąd płynący przez pętlę zwarcia i uziemienie ochronne do transformatora zasilającego,

I_a[A]- prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego, U₀[V]- napięcie fazowe w sieci,

I_n[A]- prąd znamionowy zabezpieczenia.

1. Wnioski

Gdy badaliśmy skuteczność działania wyłącznika różnicowo-prądowego notowano wartości prądu w tabeli, sprawdzając równocześnie czy przy zastosowaniu wybranej rezystancji wyłącznik różnicowoprądowy zadziała. Wymuszano przepływ prądu różnicowego, który zależał od wartości rezystora znajdującego się aktualnie w obwodzie prądu różnicowego. W przedostatnim przypadku (R2=740 Ω) wartość prądu różnicowego można było zmieniać w sposób płynny, a tym samym zmierzyć rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania badanego wyłącznika różnicowoprądowego I_∆n. W układzie pomiarowym z rezystorem R1, wyłącznik przerywał obwód natychmiastowo, ponieważ zgodnie z obliczeniami wymuszony prąd różnicowy (22V:180Ω=122mA) wielokrotnie przekraczał znamionowy prąd różnicowy wyłącznika.

Analizując otrzymane wyniki stwierdziliśmy, że badany wyłącznik różnicowoprądowy jest sprawny gdyż zgodnie z wymaganiami dla tego typu wyłączników prąd zadziałania nie jest mniejszy niż 0,5 I_∆n i jednocześnie mieści się w wymaganym przedziale od 0,5 do 1,0 I_∆n. tzn. w tym przypadku od 15 do 30 mA.

Przy badaniu zadziałania wyłączników nadprądowych mierzono prąd oraz czas po jakim zadziałał wyłącznik. Pomiar czasu został wykorzystany do wyznaczenia charakterystyki czasowo-prądowej wyłącznika nadprądowego F3 C 0,3A. Otrzymane wyniki zostały zamieszczone w tabelach .

Granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych typu B zawiera się
od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłączników. Obszar zadziałania wyzwalaczy elektromagnetycznych wynosi od 3
do 5-ciu krotności prądu znamionowego.

Granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych typu C zawiera się
od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłączników. Obszar zadziałania wyzwalaczy elektromagnetycznych wynosi od 5 do 10-ciu krotności prądu znamionowego.

Po analizie otrzymanych wyników stwierdzono, że badane wyłączniki są sprawne a ich zachowanie, czyli czas zadziałania w funkcji prądu, odpowiada charakterystykom czasowo prądowym podawanym przez producentów. Pomiar czasu zadziałania wyłączników F4 i F5 o prądzie znamionowym 1A, przy prądzie wymuszonym 1A zakończyła się niepowodzeniem, ponieważ granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych typu C i B zawiera się od 1,13 do 1,45-krotności prądu znamionowego wyłączników. Próba wyzwolenia prądem 0,6A wyłącznika F3 o prądzie znamionowym 0,3A zakończyła się sukcesem po upływie zwłoki czasowej (36sek.), gdyż prąd wymuszony przekraczał 2 krotnie wartość prądu znamionowego wyłącznika.

Wykonując ćwiczenie można zauważyć zależność czasu wyzwolenia wyłączników od prądu płynącego przez mechanizm wyzwalający. Czas ten radykalnie skraca się wraz ze wzrostem prądu wyzwalającego. Przy zwarciu obwodu wyłącznik działa praktycznie natychmiastowo, a czas jego zadziałania zgodnie z charakterystyką czasowo prądową nie jest dłuższy niż 0,1 sekundy.

Przy pomiarze impedancji pętli zwarcia sieci czteroprzewodowej TT mierzyliśmy wartości prądu i napięcia niezbędne do wyznaczenia z pomiarów impedancji pętli zwarcia. Wyniki pomiarów zamieszczono w tabeli. Wyniki obliczeń pętli zwarcia w układzie sieciowym TT uzyskane przy różnych prądach pomiarowych praktycznie nie różnią się między sobą. Na niewielkie różnice miała zapewne wpływ niedokładność odczytów wartości napięcia i prądu przez wykonujących ćwiczenie z przyrządów pomiarowych.