Ćwicz 1

Zastosowania transformatorów.

- obniżanie / podwyższanie napięcia zmiennego
- praca w przetwornicach DC-DC
- izolacja galwaniczna obwodów
-technice oświetleniowej jako źródło zasilania żarówek halogenowych
- umożliwia transformowanie dużych mocy dochodzących do 3500W.
- separacji od sieci elektrycznej.
-Transformatory separacyjne
-zwiększenie niezawodności zasilania sieciowego
-salach intensywnego nadzoru
- urządzeń medycznych podtrzymujących pacjenta przy życiu
-urządzeń na salach operacyjnych

Pomiary mocy czynnej

Bezpośredni pomiar mocy czynnej wymaga zastosowania przetworników realizujących

funkcję mnożenia dwóch wielkości fizycznych: napięcia i prądu. Powszechne zastosowanie

znalazły watomierze elektromechaniczne o ustroju elektro- i ferrodynamicznym

Układ połączeń watomierza elektrodynamicznego przedstawiono na Rys. 1.

Rys. 1 Układ watomierza elektrodynamicznego; 1 -cewka napięciowa, 2-cewka prądowa

Kierunek wychylania wskazówki watomierza zależy od kierunku prądów płynących przez cewkę napięciową i prądową względem początków uzwojeń (oznaczonych na Rys. 1 kropkami). Przy przeciwnym wychylaniu wskazówki watomierza (w lewo)-należy zmienić początek z końcem cewki prądowej lub napięciowej (są watomierze, które mają do tego celu specjalny przełącznik). Moc wskazaną przez watomierz wyznacza się z zależności:

P=C_pα (1.4)

gdzie: α-wychylenie wskazówki watomierza w działkach,

C_p - stała watomierza w W/działkę. Stałą watomierza wyznacza się z zależności:

(1.5)

gdzie: U_zn i I_zn - oznaczają odpowiednio wartości skuteczne napięcia i prądu, cos Φ_zn - znamionowy współczynnik mocy watomierza.

 

Watomierze elektrodynamiczne służą do pomiarów mocy czynnej zarówno przy prądzie stałym, jak i zmiennym. Budowane są w klasach dokładności 0,2 - 1 (ferrodynamiczne odpowiednio 0,5 - 1,5) dla zakresu prądu do 10A, napięcia do 500V i częstotliwości do 500Hz. Poszerzenie zakresów pomiarowych watomierza jest możliwe za pomocą przekładników prądowych i napięciowych. Pomiaru mocy czynnej w obwodach prądu stałego i zmiennego można również dokonać pośrednio - z pomiarów prądu płynącego przez odbiornik i napięcia na odbiorniku (typu R). Do pomiaru mocy w warunkach laboratoryjnych oraz do wzorcowania watomierzy innych typów wykorzystuje się watomierze elektroniczne. Do mniej dokładnych watomierzy elektronicznych (kl. 1,5 i większych) należą watomierze wykorzystujące układy diodowe oraz termoelementy pracujące jako kwadratory, w których mnożenie sygnałów proporcjonalnych do prądu i napięcia odbywa się poprzez odejmowanie podniesionych do kwadratu sum i różnic tych sygnałów. Najdokładniejsze przetworniki mocy budowane są zgodnie z zasadą modulacji amplitudy i szerokości impulsów. W watomierzach pracujących według tej zasady pomiar odbywa się przez wyznaczenie wartości średniej (całookresowej) przebiegu zmodulowanego, która jest proporcjonalna do iloczynu napięcia (amplitudy impulsów) i prądu (szerokości impulsów). Osiągane klasy dokładności są rzędu 0,1.

Ćwicz 2

Zasada działania transformatora

Zadaniem transformatora jest zmiana parametrów przesyłanej energii elektrycznej prądu przemiennego z jednego napięcia na inne, o tej samej częstotliwości. Transformator znajduje zastosowanie w przypadku konieczności dopasowania parametrów zasilania do parametrów odbiornika.
Transformator, ma minimum 2 uzwojenia oddzielone od siebie galwanicznie, nawinięte na kolumnach rdzenia zamkniętych jarzmami, przez które przenika strumień magnetyczny. Rdzeń transformatora stanowi jego obwód magnetyczny i wykonany jest z pakietu blach wzajemnie od siebie odizolowanych. 

Transformator jednofazowy

Zależnie od kierunku przepływu energii przez transformator, uzwojenia dzielą się na pierwotne i wtórne.
Uzwojenie pierwotne pobiera energię ze źródła a wtórne oddaje energię do odbiornika.
Stosunek liczby zwojów w uzwojeniach Z1/ Z2 jest w przybliżeniu równy stosunkowi napięć pierwotnego do wtórnego U1/ U2 i nazywa się przekładnią transformatora ϑ.

Uzwojenia transformatora można wykonać jako cylindryczne lub krążkowe, zależnie od przeznaczenia i właściwości transformatora. Materiałem stosowanym na uzwojenia jest miedź, rzadziej aluminium.
Uzwojenia są od siebie oddzielone:

• izolacją podstawową – dla transformatorów oddzielających

• izolacją dodatkową lub wzmocnioną – dla transformatorów separacyjnych

W zależności od stopnia ochrony przed porażeniem transformatory mogą być wykonane w trzech klasach ochronności (I; II; III).
W zależności od czynnika chłodzącego transformatory dzielą się na suche i olejowe (chłodzone odpowiednio: powietrzem lub olejem o obiegu naturalnym lub wymuszonym).

Autotransformator to specjalny transformator, w którym jest tylko jedno uzwojenie spełniające jednocześnie rolę pierwotnego i wtórnego. Autotransformator może posiadać przekładnię stałą (stały stosunek ilości zwojów uzwojeń pierwotnego i wtórnego) lub też zmienną. Autotransformator używany jest w elektroenergetyce (zamiast transformatora) gdy zachodzi potrzeba transformacji napięcia z niewielką przekładnią (np. 220 kV/110 kV), wiąże się to bowiem z oszczędnością materiałów zużytych na budowę urządzenia, łatwiejszym transportem itd. Moc własna autotransformatora różni się od jego mocy przechodniej i dla niewielkich wartości przekładni (np. dwukrotne obniżenie napięcia) autotransformator charakteryzuje się współczynnikiem stosunku mocy do wielkości urządzenia lepszym niż ma to miejsce dla transformatora. Autotransformatory elektroenergetyczne często pracują ze stałą przekładnią, lub zmienianą skokowo przez odczepy. W laboratoriach często używane są autotransformatory z płynną regulacją z uzwojeniem nawiniętym na toroidalnym rdzeniu. Zmianę przekładni uzyskuje się przez przesuwanie szczotki węglowej, zazwyczaj bezpośrednio przymocowanej do odpowiedniego pokrętła. Umożliwia to płynną regulację napięcia przeważnie w zakresie 0% - 130% napięcia zasilania lub rzadziej 90%-110%. Stosuje się również trójfazowe autotransformatory, które w praktyce zbudowane są z trzech urządzeń jednofazowych, w których wszystkich szczotki są przymocowane do tego samego elementu obracającego. Zmiana położenia pokrętła pozwala więc na jednoczesną regulację napięcia we wszystkich fazach.

Transformator (z łac. transformare – przekształcać) – urządzenie elektryczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie). Transformator umożliwia w ten sposób na przykład zmianę napięcia panującego w sieci wysokiego napięcia, które jest odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, na niskie napięcie, do którego dostosowane są poszczególne odbiorniki. W sieci elektroenergetycznej zmiana napięcia zachodzi kilkustopniowo w stacjach transformatorowych. Z kolei w elektrowniach, gdzie napięcie generatora zawiera się w granicach od 6 kV do dwudziestu kilku kV, stosuje się transformatory blokowe. Podwyższają one napięcia z poziomu napięcia generatora, na poziom sieci przesyłowej (z reguły 220 lub 400 kV). Według wielu autorów^[2][3] transformator nie jest maszyną elektryczną lecz urządzeniem, autorzy ci argumentują, że nie posiada on części ruchomych, wchodzi on jednak zwykle w zakres nauczania maszyn elektrycznych, gdyż zachodzą w nim zjawiska identyczne (poza ruchem) jak w maszynach prądu przemiennego.

Ćwicz 3

    Wyłącznik różnicowoprądowy stosowany w instalacjach elektrycznych do ochrony przed   porażeniem elektrycznym, powinien zapewnić samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku wystąpienia niebezpiecznego napięcia dotykowego na częściach przewodzących dostępnych znajdujących się w mieszkaniach i pomieszczeniach budownictwa publicznego oraz w wielu obiektach budownictwa przemysłowego. Zarówno własności ochronne jak i szeroki obszar zastosowań wyłączników różnicowoprądowych  wymusza kierunki dalszego ich rozwoju, nowych technologii i zastosowań. Wyłącznik różnicowoprądowy definiowany jest również jako łącznik zabezpieczeniowy przystosowany do pracy długotrwałej w stanie zamkniętym, przeznaczony do załączania, przewodzenia i wyłączania prądów w normalnych warunkach pracy i powodujący otwarcie zestyków, gdy prąd różnicowy osiągnie określoną wartość w warunkach uszkodzeniowych.

      Wyłączniki różnicowoprądowe mogą być stosowane:

      a) jako urządzenia wyłączające w ochronie przy uszkodzeniu (przy dotyku pośrednim) przez samoczynne wyłączenie zasilania,

      b) jako uzupełnienie ochrony podstawowej (przed dotykiem bezpośrednim), przy zastosowaniu urządzeń różnicowoprądowych  wysokoczułych, o I_Δn ≤ 30 mA,

      c) jako urządzenia chroniące instalację przed pożarem wywołanym przepływem prądu upływowego,  o  I_Δn.≤ 500 mA  przy czym:  I_Δn  jest znamionowym prądem różnicowym wyłącznika.

.

      Wyłączniki różnicowoprądowe nie są przewidziane do pełnienia funkcji zabezpieczenia obwodów i wyposażenia przed skutkami przeciążeń i zwarć. Nie reagują na prądy zwarciowe lub uszkodzeniowe płynące jedynie w przewodach czynnych. Dopiero przy prądach bardzo dużych przekraczających 6 - krotnie wartość znamionowego prądu obciążenia I_n (6 I_n), możliwe jest zadziałanie wyłącznika spowodowane dopuszczalną niesymetrią budowy przekładnika różnicowego. Dlatego też, w każdym obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym, zaleca się stosować również zabezpieczenia nadprądowe w postaci wyłączników samoczynnych (lub bezpieczników w instalacjach przemysłowych). Wymaganie to nie dotyczy wyłączników różnicowoprądowych z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym.

 

      Wyłączniki różnicowoprądowe powinny być:

      1) łącznikami izolacyjnymi (w stanie otwarcia zapewniać bezpieczną przerwę izolacyjną),

      2) wyposażone w napęd ręczny umożliwiający zamykanie i otwieranie wyłącznika,

      3) wyposażone w widoczne wskaźniki: otwarcia i zamknięcia wyłącznika,

      4) urządzeniami klasy ochronności II,

      5) urządzeniami o stopniu ochrony obudowy co najmniej IP 2X,

      6) wyposażone w człon kontrolny (T), umożliwiający sprawdzenie ich zdolności wyłączalnej.

Przekładnik sumujący

      Przekładnik sumujący jest podstawowym elementem wyłącznika różnicowoprądowego. Składa się z rdzenia toroidalnego o dobrych  własnościach magnetycznych (dobrą przenikalnością magnetyczną tj. stosunkiem indukcji magnetycznej B do natężenia wzbudzającego pola magnetycznego H) oraz uzwojenia wtórnego, do którego przyłączony jest obwód wyzwalacza różnicowego.

       Zadaniem przekładnika sumującego jest porównanie prądów płynących w przewodach czynnych L i N przechodzących przez przekładnik. Prąd różnicowy I_Δ o wartości chwilowej równy jest sumie algebraicznej wartości chwilowych prądów płynących w przewodach przechodzących przez przekładnik sumujący 

      Ze względu na rodzaj prądu różnicowego wyłączniki różnicowoprądowe dzielą się na:

      a)  wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu AC, przystosowane do działania wyłącznie przy prądzie uszkodzeniowym przemiennym,

      b)  wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu A, przystosowane do działania przy prądzie uszkodzeniowym przemiennym, jak również przy prądzie   uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym o dowolnej biegunowości, ze składową stałą do 6 mA.

       c) wyłączniki różnicowoprądowe o wyzwalaniu typu B, których działanie jest zapewnione zarówno przy prądzie różnicowym przemiennym, jak również przy prądzie uszkodzeniowym pulsującym jednokierunkowym, ze składową stałą nie większą niż 6  mA  i przy prądzie stałym o niewielkim tętnieniu.     

  Na rysunku 1a przedstawiono zasadę działania i oznaczenia wyłącznika różnicowoprądowego czterobiegunowego trójfazowego o działaniu niezależnym od napięcia sieci, wyposażonego w człon pomiarowy różnicowoprądowy oraz człon wyłączający.

Rys. 1a. Uproszczony schemat trójfazowego wyłącznika  różnicowoprądowego

Oznaczenia: T - przycisk kontrolny; R_T - rezystor ograniczający zmodelowany prąd zwarcia, 

1-2, 3-4, 5-6 - kolejne oznaczenia biegunów głównych wyłącznika, 7N - 8N - oznaczenie bieguna neutralnego.

 

   W warunkach pracy niezakłóconej, prądy płynące w przewodach czynnych urządzenia prądu przemiennego sinusoidalnego indukują w rdzeniu przekładnika sumującego strumienie elektromagnetyczne, których wielkość odpowiada natężeniom prądu. Jeżeli stan izolacji obwodu jest dobry, to prąd różnicowy o wartości chwilowej równej sumie algebraicznej wartości chwilowych prądów płynących w przewodach przechodzących przez przekładnik sumujący  jest równy zeru.

      W razie uszkodzenia izolacji i wystąpienia w chronionym obwodzie prądu różnicowego I_Δ płynącego do przewodu ochronnego PE lub do części przewodzącej dostępnej, jest zakłócona symetria prądów w przewodach czynnych. (L!,L2,L3,N) przechodzących przez przekładnik.

      W wyniku powstałej asymetrii, w rdzeniu przekładnika sumującego pojawia się strumień elektromagnetyczny oraz prąd w obwodzie wtórnym przekładnika. Prąd ten wytwarza pole elektromagnetyczne, które przy odpowiedniej biegunowości osłabia pole magnetyczne  magnesu trwałego, co powoduje zadziałanie wyzwalacza różnicowego i otwarcie zestyków wyłącznika zainstalowanego w przewodach L i N.

      Aby w przypadku uszkodzenia izolacji w odbiorniku z metalową obudową mogło dojść do zadziałania w wyłącznika różnicowoprądowego w określonym czasie, to musi być spełniony warunek przyłączenia wszystkich części przewodzących dostępnych instalacji:

       - w układzie TN - do uziemionego punktu neutralnego sieci za pomocą przewodów ochronnych PE lub PEN,

       - w układach TT i IT - do uziomu ochronnego R_A.

      Wyłączniki budowane są na znamionowy różnicowy prąd zadziałania I_Δn. Rzeczywisty prąd zadziałania wyłączników różnicowoprądowych musi być większy od 0,5 I_Δn do  I_{Δn ,} jednak nie większy niż I_Δn. Spełnienie tego wymagania, przy poprawnym doborze wyłącznika różnicowoprądowego, zapewnia jego działanie tylko przy powstaniu uszkodzenia w instalacji, a zapobiega zbędnemu działaniu powodowanemu przez robocze prądy upływowe.

      Na rys. 1b przedstawiono schemat wyłącznika różnicowoprądowego o wyzwalaniu typu B, składającego się z przekładnika sumującego TR1 reagującego na prądy przemienne i jednokierunkowe pulsujące ze składowa stałą nie większą niż 6 mA (podobnie jak wyłącznik o wyzwalaniu typu A) oraz przekładnika TR2 wraz ze specjalnym  układem w członie EW, przeznaczonego do wykrywania prądów stałych o niewielkim tętnieniu. 

Ćwicz 4

Rys. 1b Budowa wyłącznika różnicowoprądowego o wyzwalaniu typu B.

Oznaczenia: T - przycisk kontrolny "TEST"; R_T - rezystor ograniczający zmodelowany prąd zwarcia;

TR₁ - pierwszy przekładnik prądowy reagujący na prądy przemienne i jednokierunkowe pulsujące,

TR₂ - drugi przekładnik prądowy z układem EW zależnym od napięcia sieci, wykrywającym prądy stałe o niewielkim tętnieniu.

1-2, 3-4, 5-6 - kolejne oznaczenia biegunów głównych wyłącznika, 7N - 8N - oznaczenie bieguna neutralnego.

 .

5.1.2.2 Wyzwalacz różnicowy

     

       Podstawowym elementem obwodu wyzwalającego wyłącznika różnicowoprądowego jest wyzwalacz różnicowy, przyłączony do uzwojenia wtórnego przekładnika sumującego w sposób bezpośredni (elektromechaniczny) lub pośredni za pomocą układu elektronicznego. Wyłączniki różnicowoprądowe typu AC i A są w większości wyłącznikami o wyzwalaniu bezpośrednim, wyposażone w wyzwalacz elektromechaniczny o opadającej zworze. Wyzwalacze mogą być spolaryzowane, działające tylko przy określonej biegunowości prądu i niespolaryzowane, których działanie jest niezależne od biegunowości prądu.

      Wyzwalacze spolaryzowane i niespolaryzowane składają się: z magnesu trwałego na którym umieszczone jest uzwojenie połączone z obwodem wtórnym przekładnika sumującego bezpośrednio lub za pośrednictwem odpowiedniego układu elektronicznego oraz ruchomej zwory. Zwora wyzwalacza różnicowego przyciągnięta do jarzma przez układ napędowy podczas zamykania wyłącznika, przetrzymywana jest polem magnetycznym wytworzonym przez magnes trwały.

      Zwolnienie zwory wyzwalacza różnicowego i otwarcie zestyków wyłącznika następuje po wystąpieniu prądu różnicowego redukującego  natężenie pola magnetycznego magnesu trwałego,   

      Rozłączanie wyłączników RCD zainstalowanych w obwodach trójfazowych powinno być pełnobiegunowe, czyli jednoczesne dla wszystkich biegunów L z wyjątkiem neutralnego N.  Jeżeli biegun neutralny jest wyposażony w zestyk rozłączalny, to:

       - rozłączanie przewodu neutralnego nie powinno następować wcześniej niż przewodów liniowych, natomiast

       - załączanie przewodu neutralnego powinno następować jednocześnie lub wcześniej niż przewodów liniowych.

.  

5.1.2.3 Układ kontrolny

      Wyłączniki różnicowoprądowe są wyposażone w człon kontrolny umożliwiający wystąpienie prądu różnicowego o wartości wystarczającej do zadziałania wyłącznika dla sprawdzenia jego zdolności wyłączalnej.  W rzeczywistości zmodelowany prąd różnicowy może być kilkakrotnie większy od znamionowego różnicowego prądu zadziałania wyłącznika I_Δn.

Ćwicz 5

Mierniki induktorowe

Wspólną cechą całej rodziny tych mierników jest źródło prądu stałego (składa się ono z napędzanej ręcznie prądnicy prądu przemiennego współpracującej z układem prostowniczym) oraz magnetoelektrycznego ustroju pomiarowego.
Mierniki ilorazowe (logometryczne). Są to mierniki o wskazaniach niezależnych od napięcia zasilającego. Wypadkowe wychylenie organu ruchomego zależy tylko od stosunku prądów płynących w dwóch cewkach skrzyżowanych pod pewnym kątem i umieszczonych względem siebie współosiowo. Wskazanie miernika zależy więc od wartości mierzonej rezystancji. ERA-GOST produkuje dwa typy przyrządów opartych na układzie logometrycznym: IMI-33 oraz IMI-341. Miernik IMI-341 – oprócz rezystancji izolacji – mierzy również małe rezystancje, przydatne np. przy pomiarze ciągłości przewodów ochronnych. Podstawowe dane techniczne mierników ilorazowych podano w tabl. 3.

Mierniki szeregowe. Są to przyrządy o wskazaniach zależnych od napięcia zasilającego. Przy zastosowaniu stabilizatora napięcia, wskazanie miernika jest tylko funkcją mierzonej rezystancji. Miernikiem z magnetoelektrycznym ustrojem szeregowym jest IMI-413B. Przy napięciu pomiarowym 2500 V zakres wskazań tego miernika wynosi 0-300 oraz 180-20 000 MW.

Ze względu na typowe zastosowanie do pomiaru linii kablowych w mierniku przewidziano możliwość pomiaru metodą trójzaciskową, pozwalającą na eliminację wpływu rezystancji powierzchniowej na wynik pomiaru. Dzięki połączeniu z zaciskiem
ekranu jest możliwy odczyt rezystancji skrośnej.

Niezawodność, prostota obsługi, niezależność od zewnętrznych źródeł zasilania oraz możliwość natychmiastowego stwierdzenia błędów pomiaru (zwiększony opór napędu prądnicy) powodują, że zapotrzebowanie na mierniki induktorowe utrzymuje się na stałym, wysokim poziomie.

Ćwicz 5

Pomiar rezystancji / impedancji izolacji podłóg i ścian

      Pomiar impedancji lub rezystancji podłóg i ścian izolacyjnych należy przeprowadzić przy napięciu sieci względem ziemi i nominalnej częstotliwości lub przy niższym napięciu takiej samej częstotliwości, w powiązaniu z pomiarem rezystancji izolacji. Pomiar impedancji lub rezystancji izolacji podłóg i ścian można wykonać zarówno przy napięciu przemiennym jak i przy napięciu stałym,  następującymi metodami:

      1) Pomiar przy napięciu przemiennym a.c.

          a) pomiar przy znamionowym napięciu,

          b) pomiar przy niższych napięciach (minimum 25 V) i dodatkowo próba izolacji przy napięciu pomiarowym o wartości minimum:

   -  500 V – dla napięć znamionowych instalacji nie przekraczających 500 V oraz

   - przy napięciu pomiarowym 1 000 V  – dla napięć znamionowych układu powyżej 500 V.

 Mogą być stosowane zamienne następujące źródła napięcia:

      a) napięcie układu uziemionego (napięcie względem ziemi), występujące w miejscu pomiaru;

      b) napięcie wtórne transformatora dwuuzwojeniowego;

      c) niezależne źródło napięcia o nominalnej częstotliwości układu.

      W przypadkach wyszczególnionych w b) i c) źródło napięcia pomiarowego należy uziemić na czas pomiaru. Jeżeli napięcia pomiarowe przekraczają 50 V, to ze względów bezpieczeństwa należy ograniczyć maksymalny prąd wyjściowy do 3,5 mA.

      2) Pomiar przy napięciu stałym d.c:

          a) próba izolacji z użyciem napięcia probierczego minimum 500 V, w przypadku układu o napięciu znamionowym nie przekraczającym 500 V;

         b) próba izolacji z użyciem napięcia probierczego minimum 1 000 V,  w przypadku układu o napięciu znamionowym większym niż 500 V.

Metoda probiercza pomiaru impedancji podłóg i ścian przy napięciu przemiennym. Prąd I  z zewnętrznego źródła napięcia lub z przewodu liniowego L płynie przez amperomierz do elektrody probierczej. Napięcie U_x na elektrodzie względem przewodu PE mierzy się woltomierzem o wewnętrznej rezystancji równej co najmniej 1 MΩ.  Impedancja izolacji podłogi wyniesie wówczas:

Można zastosować dowolny z niżej podanych typów elektrod probierczych. W przypadkach spornych zalecana jest metoda wykorzystująca elektrodę probierczą 1.

1) Pomiar przy użyciu elektrody probierczej 1

      Elektroda probiercza 1 jest metalowym trójnogiem, którego wsporniki stykające się z podłogą, tworzą trójkąt równoboczny. Każdy wspornik ma elastyczną podeszwę, która po obciążeniu zapewnia z badaną powierzchnią dobrą styczność o powierzchni około 900 mm² i wprowadza rezystancję mniejszą niż 5 000 Ω.

      Przed pomiarami badaną powierzchnię czyści się przy użyciu płynu czyszczącego. W przypadku wykonywania pomiarów podłóg do trójnogu przykłada się siłę 750 N, a w przypadku ścian 250 N.

 

Rys. 15 Metoda probiercza przy napięciu przemiennym 

2) Pomiar przy użyciu elektrody probierczej  2

      Prąd I  z zewnętrznego źródła napięcia lub z przewodu liniowego L płynie przez amperomierz do elektrody probierczej. Napięcie Ux na elektrodzie względem przewodu PE mierzy się woltomierzem o wewnętrznej rezystancji co najmniej 1 MΩ.

 

 

Rys. 16 Metoda probiercza przy napięciu przemiennym

Impedancja izolacji podłogi wyniesie:                                                                        Z_x= U_x / I

Metoda probiercza pomiaru impedancji podłóg i ścian przy napięciu stałym

      Jako źródło prądu stałego stosuje się omomierz induktorowy lub próbnik izolacji z zasilaniem bateryjnym, wytwarzające w stanie bez obciążenia napięcie o wartości około 500 V (lub 1 000 V przy napięciu znamionowym instalacji przekraczającym 500 V). Rezystancję mierzy się między elektrodą probierczą a przewodem ochronnym instalacji.

 

Rys. 17 Metoda probiercza przy napięciu stałym

      Wartość rezystancji izolacji stanowiska odczytujemy ze wskazania induktora IMI, po 60 s od chwili przyłożenia napięcia probierczego.

      Aby wyniki były wiarygodne, pomiar impedancji należy wykonać w tak licznych miejscach wybranych losowo, jak to się wydaje konieczne, jednak co najmniej w trzech.

  Przy pomiarze rezystancji stanowiska prądem przemiennym uzyskujemy  jako wynik nieco większą wartość, gdyż wynikiem jest wartość impedancji mierzonego obwodu  a interesuje nas wartość rezystancji izolacji stanowiska.

      Wyniki badań należy uznać za pozytywne, jeżeli spełnione są wszystkie wymagania dotyczące skuteczności ochrony przez stosowanie izolowania stanowiska oraz jeżeli uzyskane wyniki mieszczą się w  granicach dopuszczalnych:

      -  50 kΩ, jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 500 V,

      - 100 kΩ, jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500 V.

Po zakończeniu badań należy sporządzić wymaganą dokumentację.

Rys.6.1. Układy połaczen sieci i instalacji niskiego napiecia: a) siec typu TN-C, b) siec typu TN-S,

c) siec typu TN-C-S, d) siec typu TT, e),f) siec typu IT; : UKSI – urzadzenie do kontroli stanu izolacji,

1 - bezpiecznik iskiernikowy

Pomiar metoda techniczna wykonuje sie za pomoca woltomierza i amperomierza

(Rys.6.3). Badanie polega na dwukrotnym pomiarze napiecia: U1– przed zwarciem,

U2– podczas sztucznego zwarcia ( spadek napiecia na rezystorze pomiarowym

R – pozycja przełacznika p1) oraz na pomiarze pradu zwarcia celowego I2. Ró_nica

wskazan woltomierza U1 – U2 to spadek napiecia na rezystancji petli zwarcia

wywołany przepływem pradu sztucznego zwarcia. Dzielac spadek napiecia DU przez

prad I2 otrzymuje sie wartosc rezystancji badanej petli zwarcia

2 I

U

Rs

D

= (6.8)

gdzie: Rs – rezystancja petli zwarcia, DU – ró_nica wskazan woltomierza DU=U1 - U2,

I2 – prad sztucznego zwarcia.

Je_eli rezystancja badanego obwodu jest du_a w stosunku do reaktancji

( w obwodach odbiorczych gdzie w skład petli zwarcia zalicza sie przewody

i kable ), mo_na uznac, _e impedancja petli zwarcia Zs równa jest wartosci zmierzonej

rezystancji. Je_eli natomiast nie mo_na pominac wpływu reaktancji Xs na wartosc

impedancji Zs (np. elementami petli zwarcia sa linie napowietrzne lub pomiar odbywa

sie w pobli_u stacji o du_ym udziale impedancji transformatora ) to wykonuje sie

dodatkowo celowe zwarcie za pomoca dławika lub kondensatora o impedancji X2

(pozycja przełacznika p2).

Wówczas:

Impedancje petli zwarcia wyznacza sie wówczas ze wzoru:

W praktyce, w instalacjach niskiego napiecia składowa reaktancyjna impedancji

petli zwarciowej mo_na pominac i bez obawy popełnienia znaczacego błedu stosuje

sie metode sztucznego zwarcia z wykorzystaniem elementu rezystancyjnego.

Spodziewana wartosc pradu zwarcia jednofazowego wyznacza sie z zale_nosci:

Nastepnie porównuje sie otrzymana wartosc z pradem Ia powodujacym działanie

urzadzen zabezpieczajacych w okreslonym czasie. Warunek samowyłaczenia uważa

sie za spełniony, jeżeli:

Rys.6.3. Zasada pomiaru impedancji petli zwarciowej metoda techniczna w sieci TN-C:

zabezpieczenie przete_eniowe, 1a – bezpiecznik, 1b – wyłacznik, 2 – odbiornik trójfazowy

  W nowoczesnych rozwiązaniach instalacji coraz powszechniej stosuje się zmodernizowane konstrukcje wyłączników nadprądowych, np. serii S 190. Są one wyposażone w wyzwalacze cieplne (termobimetalowe) i elektromagnesowe.
 W zależności od bezzwłocznego zakresu zadziałania wyzwalacza elektromagnesowego, czasowo-prądowe charakterystyki wyłącznika dzieli się na 3 typy: B, C oraz D.

   Na rysunku obok przedstawiono wszystkie charakterystyki członów nadprądowych wyłączników.

Charakterystyka B:

• zakres prądu znamionowego od 6 do 63 A ,

• granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych zawiera się od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłącznika (temperatura odniesienia 30°C),

• obszar zadziałania wyzwalaczy elektromagnesowych wynosi od 3 do 5 krotności prądu znamionowego wyłącznika ,

• wyłączniki nadprądowe o charakterystyce B są przeznaczone do zabezpieczania przewodów i odbiorników w obwodach: oświetlenia, gniazd wtyczkowych i sterowania .

Charakterystykę C:

• zakres prądu znamionowego od 0,3 do 63 A ,

• granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych zawiera się od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłącznika (temperatura odniesienia 30°C) ,

• obszar zadziałania wyzwalaczy elektromagnesowych wynosi od 5 do 10 krotności prądu znamionowego wyłącznika ,

• wyłączniki nadprądowe o charakterystyce C są przeznaczone do zabezpieczania przed skutkami zwarć i przeciążeń instalacji, w których zastosowano urządzenia elektroenergetyczne o dużych prądach rozruchowych (silniki, transformatory).

Charaklerysrykę D:

• zakres prądu znamionowego od 0,3 do 63 A,

• granica zadziałania wyzwalaczy termobimetalowych zawiera się od 1,13 do 1,45 krotności prądu znamionowego wyłącznika (temperatura odniesienia 30°C),

• obszar zadziałania wyzwalaczy,

• elektromagnesowych wynosi od 10 do 20 krotności prądu znamionowego wyłącznika, wyłączniki nadprądowe z charakterystyką D są przeznaczone do zabezpieczania obwodów urządzeń elektroenergetycznych o bardzo dużych prądach w chwili załączania, np. silników o ciężkim rozruchu, transformatorów, grup lamp oświetleniowych; nie doprowadzają one do niepożądanych przedwczesnych wyłączeń napięcia zasilania zabezpieczanej instalacji.

Ćwicz 7

Drugie prawo Kirchhoffa mówi, że w obwodzie zamkniętym (oczku) suma wszystkich napięć jest równa zeru.
Napięcia, których zwrot strzałki jest zgodny z obiegiem oczka są dodatnie, a te, których zwrot jest przeciwny są ujemne. Obieg oczka przyjmuje się zgodnie z zaznaczoną okrągłą strzałką wewnątrz obwodu. Zgodnie z tymi założeniami napięcia U1 i U4 są dodatnie, a U2 i U3 ujemne.

Prawo Kirchoffa 1

Suma natężeń pradow wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów  wypływających z tego węzła.

Prawo Kirchoffa 2

W obwodzie zamkniętym suma spadków napięć na wszystkich odbiornikach prądu musi być równa sumie napięć na źródłach napięcia.

Metoda superpozycji polega na wyznaczeniu w obwodzie prądów wywołanych przez poszczególne źródła energii działające pojedynczo. Prąd w dowolnej gałęzi obwodu przy działaniu wszystkich źródeł energii jest sumą algebraiczną wszystkich prądów, które płyną na skutek działania każdego źródła energii z osobna. 

Przykład

Rys 1.	=	Rys. 2	+	Rys. 3

Obwód przedstawiony na rys.1  rozdzielamy na dwa obwody w których jest tylko jedno źródło energii. Źródło napięcia zastępujemy zwarciem, prądu - przerwą. Obwody z rys. 2 i 3 obliczamy zgodnie z zasadami obowiązującymi dla obwodów z jednym źródłem energii, a następnie aby otrzymać prąd w konkretnej gałęzi sumujemy algebraicznie prądy w  tej gałęzi z obu obwodów.  

Zasada superpozycji:

Prąd (napięcie) w dowolnej gałęzi układu liniowego, w którym występuje n źródeł niezależnych, jest równy sumie prądów (napięć) wywołanych w tej gałęzi przez każde z tych żródeł działających osobno, tzn. przy zastąpieniu wszystkich pozostałych niezależnych źródeł napięciowych

zwarciami, a niezależnych źródeł prądowych przerwami.

ZASADA SUPERPOZYCJI. „PRZENOSZENIE” ZRÓDEŁ W OBWODZIE.

TWIERDZENIA: THEVENINA, NORTONA, O WZAJEMNOSCI, O KOMPENSACJI

Zasada superpozycji

Zgodnie z równaniami (4.12a) i (4.17a), liniowy obwód elektryczny o g gałeziach i h pseudogałeziach

jest opisany równaniem ogólnym

gdzie: A – macierz parametrów, zwiazana z elementami pasywnymi gałezi i grafem obwodu,

B – wektor wymuszen (pobudzen), zwiazany z napieciami zródłowymi (gałezi) oraz pradami

zródłowymi (gałezi i pseudogałezi),

X – wektor odpowiedzi, tj. pradów lub napiec gałeziowych.

Wyrazy wektora X, bedace rozwiazaniem równania (4.27a), maja nastepujaca postac:

gdzie Mjk jest jk-tym minorem (podwyznacznikiem) macierzy A, zas (-1)j+k Mjk jest jk-tym dopełnieniem

algebraicznym tej macierzy.

Wartosc j-tej zmiennej Xj, stanowiaca odpowiedz układu liniowego na wymuszenie B, jest suma

odpowiedzi na składniki Bk tego wymuszenia, zale_ne od zródłowych napiec i pradów, których

działanie mo_na rozpatrywac oddzielnie. Zachodzi wiec tu superpozycja (nakładanie sie) odpowiedzi,

bedacych reakcja na poszczególne pobudzenia.

Własciwosc powy_sza nosi nazwe zasady superpozycji i jest wykorzystywana do obliczania pradu

lub napiecia w wybranej gałezi obwodu liniowego, w którym wystepuje kilka zródeł niezale_nych.

Wartosc pradu lub napiecia dowolnej gałezi takiego obwodu, bedaca odpowiedzia na wszystkie –

działajace w danej chwili – pobudzenia, jest suma wartosci pradu lub napiecia, jakie wywołałyby w

tej_e gałezi, z osobna, ka_de z działajacych w tym czasie pobudzen. Przy pradzie stałym zapisuje

sie to nastepujaco:

gdzie: Ij – prad w gałezi j-tej; Ijk – składnik pradu w gałezi j-tej, wymuszony przez zródła wystepujace

w gałezi lub pseudogałezi k-tej; Uj – napiecie na gałezi j-tej, Ujk – składnik napiecia

na gałezi j-tej, wymuszony przez zródła wystepujace w gałezi lub pseudogałezi k-tej.

Szukajac składników odpowiedzi, mo_na posługiwac sie dowolnymi metodami. Mo_na te_ dowolnie

grupowac składniki we wzorach (4.27c) lub (4.27d), tzn. wyznaczac rozwiazywania przy działajacych

jednoczesnie, odpowiednich wymuszeniach.

Przykład. Obliczana jest – na dwa sposoby – wartosc pradu I

w obwodzie pokazanym na rys. a.

I sposób: rozwiązanie obwodów z pojedynczymi źródłami – rys. b’, b’’, b’’’

Na rys. b’ występuje dzielnik prądu źródłowego 3 A (na prądy w 3 gałęziach o rezystancjach 1  przy czym zwrot szukanego prądu jest przeciwny do zwrotu założonego),

Na rys. b’’ występuje dzielnik prądu pobieranego ze źródła napięciowego 6 V (w obwodzie o rezystancji zastępczej 1,5 ; na prądy w 2 gałęziach o rezystancjach 1 ), wiec

Na rys. b’’’ występuje dzielnik prądu pobieranego ze źródła napięciowego 3 V (w obwodzie o rezystancji zastępczej 1,5 ; na prądy w 2 gałęziach o rezystancjach 1 ), wiec 1

Szukana wartość: I 12 1 2 A.

II sposób: rozwiązanie obwodu z dołączonymi oboma źródłami napięciowymi (stosując metodę oczkowa) oraz obwodu z dołączonych źródłem prądowym (metoda węzłowa) – rys. c’, c’’.Oczka obrano w taki sposób, _e szukany prąd jest równy prądowi oczkowemu – rys. c’:

Jest tylko jeden wezeł niezależny, wartosci konduktancji trzech gałezi sa jednakowe; zapisanie równania wezłowego jest formalnoscia – rys. c’’:

Szukana wartosc: I = 3 – 1 = 2 A.