'

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЇ до лабораторних робіт

по курсу „Електропо­стачання”

для студентів фаху 7.092203, 7.092204,7.090510, 7.090301, 7.090216,

7.090603 всіх форм навчання.

Затверджено: на засіданні кафедри ЕЕ протокол №5 від 12 травня 2002р.

Кривий Ріг,

КНУ – 2013 р.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИСПЫТАНИЕ ЗАЩИТНЫХ ЗАЗЕМЛЕНИЙ

1. Защитное заземление представляет собой электрическое со­единение металлических нетоковедущих частей электроустановок с землей. Оно предназначено для защиты от поражения человека элект­рическим током при прикосновении к частям электроустановок, ко­торые изолированы от токоведущих частей, но могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции.

2. Цель работы

Изучить назначение и принцип действия защитного заземления, приобрести навыки измерения сопротивления заземляющих устройств.

3. Порядок выполнения работы

1. Изучить назначение защитного заземления и его защитные свойства;

2. Изучить электрическую схему и конструкцию лабораторного макета заземляющей сети;

3. Изучить устройство и принцип работы прибора М-416;

4. Измерить сопротивления заземления на различных объектах

макета и на отдельных заземлителях, определить удельное сопротив­ление грунта;

5. Определить защитные свойства заземления при различных ре­жимах нейтрали.

4. Содержание отчета

1) Назначение защитного заземления и его конструкция;

2) Привести данные измерений и проанализировать их, вычислить удельное сопротивление грунта.

5. Методические указания к выполнению самостоятельной

работы

5.1. Защитные свойства заземления

Защитное действие заземления проявляется по-разному в зави­симости от режима нейтрали системы электроснабжения.

В случае сети с изолирюванной нейтралью трансформатора безо­пасность достигается снижением тока в теле человека за счет шунти-

рования сопротивления человека Rч (1000 Ом) сопротивленем заземления Rз (2 Ом – для шахтных условий) (рис.1.1, а)

Из схемы амещения вышеописанной ситуации рис.1.1 б следует

где - ток в теле человека; J_y - ток утечки (определяется значением сопротивления изоляции электроуста­новки относительно земли).

Из приведенного выражения видно, что чем меньше , тем меньше J_ч.

_{При пробе изоляции на корпус в системе с лугохозаземленной нейтралью получается однофазное короткое замыкание (КЗ). Ток короткого замыкания вызывает срабатывание максимально-токовой защиты (МТЗ), отключающей поврежденный участок (рис 1.2),}

_{Из рисунка видно, что наличие небольшого сопротивления заземления несколько снижает напряжение прикосновения U2 по сравнению с Ut за счет перераспределения падений напряжения}

между внутренним сопротивлением трансформатора, сопротивлением фазного проводника линии Za и сопротивлением нулевого прово­да Zо. Однако, из-за большого значения тока в цепи, снижение напряжения прикосновения недостаточно для защиты человека от по­ражения электрическим током. Здесь защита обеспечивается за счет быстрого отключения поврежденной фазы и зависит от правильности настройки МТЗ. Как в первом, так и во втором случаях эффектив­ность защитного заземления определяется значением сопротивления заземления, поэтому допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств для различных видов электроустановок установлены Прави­лами устройства электроустановок, а для предприятий горнодобыва­ющей промышленности - Едиными правилами безопасности (для шахт допускается Rз ≤ 2 Ом, для обогатительных фабрик и карьеров

Rз ≤ 4 Ом). Указанные правила предписывают также и периодическое измерение сопротивлений заземляющих устройств.

5.2. Лабораторный макет "Защитное заземление"

Макет (рис. 1.3) содержит: модель электрической сети, пред­ставленную трансформатором Т , автоматическим выключателем QF , вольтметром PV. амперметром PA , сопротивлением изоляции Zиз

и подключенными к сети двигателями M1 и M2

Модель заземляющей сети содержит также подключаемое через перемычки П1 П2 и П3 : главный заземлитель з1 и местные заземлители з2 и з3. На корпусах двигателей имеются клеммы для присоединения защитного заземления или фазы сети при моделировании пробоя на корпус. Подключение к двигателям сопротивления человека (представлен Rч с последовательно включенным миллиамперметром (PmA и параллельно подключенным вольтметром PV2 ) позволит оценить степень опасности прикосновения к корпусам электроустановок при пробое фазы.

5.3. Измерение сопротивления заземления

Производят при помощи наиболее распространенного на горных предприятиях прибора М-416. Намерение сопротивления заземления Рх (рис. 1.4) осуществляется компенсационным методом, осно­ванном на уравновешивании падений напряжений на заземляющем уст­ройстве Uх и калиброванном сопротивлении реохорда Uк.

При измерении ток подается от генератора Г на измеряемое сопротивление заземления и дополнительный заземлитель Dз (имеется на макете) через трансформатор Т , ко вторичной обмот­ке которого подключен реохорд . Падение напряжения на Rx сни­мается при помощи зонда и через прибор Р подается к движку и одному из зажимов рeохорда. Перемещая движок реохорда добиваются равенства Ux и Uk . При этом прибор Р покажет нуль. Показания на шкале, связанной с движком реохорда, умноженные на множитель, установленный переключателем приборa, дают значение в омах.

При измерении сопротивления одиночных заземлителей з1 з2 и з3 их отключают от заземляющей сети. В случае измерения соп­ротивления заземляющей сети в точках з1 з2 и з3 заземлители подключают перемычками к сети. Измерения производятся в следующем порядке:

1)установить прибор на ровной поверхности, открыть крьшку;

2)установить переключатель в положение "Контроль 5 Ом", на­жать кнопку и вращением ручки "Реохорд" добиться установления стрелки индикатора на нулевую отметку. На шкале реохорда при этом должно быть показание 5±0,35 Ом. Присоединить прибор к испытуемому заземлителю и к заземлителям Dз и "Зонд" согласно схеме на рис. 1.4;

Рис.1.4

3. переключатель установить в положение "XI";

4)нажать кнопку и, вращая ручку "Реохорд", добиться макси­мального приближения стрелки индикатора к нулю;

5) результат измерения равен произведению показания шкалы реохорда на множитель. Если измеряемое сопротивление окажется больше 10 Ом, переключатель установить в положение "Х5","Х20" или "Х100" и проделать операции измерения.

Удельное сопротивление грунта необходимо знать для выполне­ния расчетов заземляющих устройств. Величина удельного сопротив­ления может определяться по справочным таблицам в зависимости от типа грунта или путем измерений на месте установки заземлителей, что более точно.

Для измерений в грунт забивают стальную трубу (стержень) или используют имеющийся заземлитель с известными размерами. Далее обычными методами измеряют величину сопротивления заземления. При использовании трубчатого заземлителя удельное сопротивление грунта Ом см,

где Rt - измеренное сопротивление трубчатого заземлителя, Ом;

l - длина трубы (стержня), см;

d - диаметр, см.

По результатам измерений рассчитать удельное сопротивление грунта в месте установки заземлителей, еслиизвестно, что местный заземлитель выполнен на трубе l=150 см, d=3,5 см.

5.4 Определение защитных свойств заземления

I. В системе с изолированной нейтралью

1. соединить фазу с корпусом М1 и измерить напряжение при­косновения и ток через человека в случае прикосновения (прикос­нуться выводом имитатора сопротивления человека к корпусам М1 и

М2 по очереди):

а) при отсутствии заземления;

6)при соединении с местньм заземлением;

в)при соединении с общим заземлением;

2. повторить опыты с М2 . сравнить и сделать выводы.

2. В системе с заземленной нейтралью проделать аналогичные опыты.

3. Сделать выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. От каких факторов зависит поражающее действие электриче­ского тока?

2. Какими способами снижают поражающее действие электриче­ского тока?

3. Для чего предназначено защитное заземление?

4. От каких факторов зависит эффективность защитных зазем­лений?

5. Как проявляются защитные функции заземления в системе с глухозаземленной нейтралью трансформатора?

6. Как влияет режим нейтрали на напряжение прикосновения и ток через тело человека?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТ №2

РЕЛЕ УТЕЧКИ

1. Реле утечки предназначены для защиты людей от поражения электрическим током в сетях низкого напряжения с изолированной нейтралью. Наряду с этим реле утечки предотвращают:

опасность воспламенения токами утечки на землю;

опасность преждевременного срабатывания электродетонаторов токами утечки;

развитие повреждения работающего электрооборудования с отсыревшей или неисправной изоляцией;

опасный нагрев и сквозной прожог взрывобезопасных оболочек под действием электрической дуги.

Реле утечки также снижает вероятность воспламенения рудничного газа и угольной пыли токами утечки.

Применение реле утечки в шахтных электрических сетях, согласно требованиям Правил безопасности, является обязательным

В настоящее время промышленностью выпускаются реле утечки для работы в сетях с напряжением 127, 380, 660 и 1140 В.

В электрических сетях шахт широко применяются реле утечки типа УАКИ, САЗУ-2, АЗАК и др.

2. Цель работы

Изучить принципы защитного отключения, принципиальные схемы и конструкции реле утечки.

3. Порядок выполнения работы

1. Изучить назначение реле утечки;

2. Изучить принципы защитного отключения;

3. Изучить принципы работы реле утечки типа УАКИ;

4. Ознакомиться с работой защитного отключения на макете;

5. Изучить взаимодействие реле утечки и автоматического выключателя и предусмотренные блокировки;

6. Ознакомиться с конструкциями реле утечки.

3. Содержание отчета

Описать назначение защитного отключения, требования к реле

утечки и принципы их работы, начертить принципиальную схему реле утечки типа УАКИ.

3. Методические указания, и выполнению самостоятельной работы

   1. Требования к защитному отключению

Степень опасности злектрического тока определяется его величиной и длительностью протекания. Величина тока через человека за висит от напряжения сети, а также от активного и емкостного сопротивления изоляции относительно земли.

Токи утечки разделяют на два вида:

1. длительные токи утечки, которые не вызывают срабатывания реле утечки и могут протекать неограниченно долго. Естественно, они не должны превышать длительно допустимой для человека вели­чины, в качестве которой принимают 25 мА;

2) кратковременные токи утечки, которые протекают в период срабатывания защитного отключения. Время протекания тока утечки при этом определяется временем отключения сети аппаратом защиты, которое не должно превышать 0,2 с, и временем затухания ЭДС двигателей. В качестве допустимого кратковременного тока принята величина 160 мА.

Непревшение длительно допустимых токов утечки обеспечива­ется выбором уставки срабатывания реле утечки , при

напряжении сети З80 В = 8800 Ом.

Непревышение кратковременно допустимых токов утечки обеспе­чивается отключением сети при снижении сопротивления изоляции до значения, при котором ток утечки может достигнуть допустимого предела 160 мА. Для существующих реле утечки отключающее сопро­тивление изоляции принято равным 3,5 кОм при напряжении З80 В. Кратковременные токи утечки могут уменьшаться путем компенсации емкостных токов сети, для чего все выпускаемые реле утечки имеют устройства компенсации.

С учетом изложенного на рис.2.1 показана требуемая защитная характеристика для сетей напряжением З80 В, обладающих большой емкостью.

5.2. Принципы защитного отключения

Выпускаемые промышленностью реле утечки работают на принципе контроля сопротивления изоляции фаз сети относительно земли путем подключения между сетью, находящейся под рабочим напряжением, и землей постоянного измерительного (оперативного) напряжения. На рис.2.2 приведена схема, поясняющая этот принцип.

При неизменной величине оперативного напряжения U через обмотку реле К протекает ток, величина которого (при мылом зна­чении сопротивления фильтра присоединенияL1 , L2 оперативному току) обратно пропорциональна величине сопротивления изоляции Zиз

При снижении сопротивления изоляции до определенного уровни или при прикосновении человека к фазе сети ток , протекающий через реле К , увеличивается, и реле срабатывает. При этом оно своим контактом замыкает цепь отключающей катушки У автоматического выключателя Q , отключающего защищаемую сеть от источника пи­тания.

Действие защитного отключения изучить на имеющемся в лабора­тории макете при различных величинах сопротивления изоляции сети и сопротивления тела человека.

Рассмотренная схема включения исполнительного реле применя­лась в ранее выпускавшихся устройствах защитного отключения. В дальнейшем на основании того же принципа разработаны более совер­шенные схемы реле утечки.

Наиболее распространенным в настоящее время в горной промыш- ленности является реле утечки типа УАКИ. Упрощенная схема этого реле приведена на рис.2.3.

Одной из особенностей схемы является применение двухобмоточ­ного реле К . Обе обмотки находятся на одном сердечнике и вклю­чены встречно.

В схеме реле утечки типа УАКИ одновременно протекает несколько токов, суммарное действия которых формирует защитную характеристику.

Источником оперативного тока в данном случае является сама сеть, напряжение которой выпрямляется вентилями VI-V3 . Cеть оказывается под постоянным напряжением по отношению к земле. В результате через сопротивление изоляции Zиз и утечки R₂ протекает ток J₁, который проходит по земле и через обмотку реле К , При достаточно низких величинах, этих сопротивлений реле сработает и отключит сеть. В этой части схема работает аналогично ранее рассмотренному варианту (см. рис.2.2).

Резисторы R1 – R3 создают фильтр напряжений, нулевой после­довательности. При симметричных сопротивлениях изоляции напряже­ние точки 0 по отношения к земле равно нулю. При нарушении симметрии изоляции, например при прикосновении человека к одной из фаз, между точкой 0 и землей появляется напряжение, тем большее, чем больше несимметрия. Одна полуволна этого напряжения через вентиль V4 замыкается на землю, а другая создает ток по цепи: земля - обмотка I реле - обмотка II - точка . Для этого тока обмотки включены согласно и создают результирующий магнитный поток в реле от тока несимметрии.

Магнитные потоки, создаваемое токами и J1и J2, суммируются , и срабатывание реле определяется суммарным действием этих токов.

В результате реле имеет повышенную чувствительность к несимметрич­ным снижениям сопротивления изоляции, что характерно для случая прикосновения человека. Это является главным достоинством схемы УАКИ.

Полная принципиальная схема реле утечки УАКИ-380 приведена на рис.2.4. Она содержит ряд дополнительных элементов. •

Подключение реле к сети осуществляется через блокировочный выключатель S1 . При его отключении подается питание на отключающую катушку, что исключает эксплуатацию сети без защиты.

С помощью кнопки S2 производится проверка исправности реле и заземления. При этом сознается искусственная утечка на землю через резистор R10 с сопротивлением равным уставке сраба­тывания.

Предусмотрено устройство для компенсации емкости сети с по­мощью индуктивности L ,тем самым уменьшаются кратковременные токи утечки. В зависимости от емкости сети индуктивность может переключаться переключателем S3

Рис.2.4

Состояние изоляции может контролироваться в процессе эксплу­атации по показаниям омметра РR .

Одним из направлений совершенствования схем реле утечки яв­ляется повышение их функциональной надежности. Это достигается введением цепей самоконтроля исправности элементов, а также дуб­лированием наиболее ответственных функциональных элементов. При­мером тому может служить разработанное ВНИИВЭ реле утечки АЗТС, структурная схема которого приведена на рис.2.5. Она представляет синтез схем, в которых обмотки исполнительных реле КІ и К2 вклю­чены последовательно и параллельно с сопротивлением изоляции се­ти Rиз. Поэтому при уменьшении значения ток через

обмотку реле КІ увеличивается, а ток J₁ через обмотку І реле К2 уменьшается.

При анализе схемы следует иметь в виду, что в исходном поло­жении (при хорошем состоянии изоляции) токи J₂ и J₃ , протекающие

но обмоткам I и II реле К2,одинаковы и направлены встречно, ре­зультирующее их действие равно нулю. При уменьшении тока J₂ (при повреждении цепи реле К1 или появлении утечки за счет уменьшения и соответствующего перераспределения токов в параллельных цепях R_из исоответствующего перераспределения токов в параллельных цепях R_из и r_r) происходит нарушение баланса токов и срабаты­вание реле К2.

То есть при появлении опасной утечки сработает не только реле К1, но и К2. Оба реле имеют независимые цепи отключения, их контакты подают напряжение на отдельные отключающие катушки У1 и У2 автоматического выключателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Назначение реле утечки.

2. В чем опасность низкого сопротивления изоляции?

3.Что такое длительно допустимый ток утечки?

4.Что такое кратковременно допустимый ток утечки?

5.Как достигается повышенная чувствительность к несиммет­ричным утечкам в реле типа УАКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

АППАРАТУРА РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

1. Под электрическими аппаратами управления понимают аппараты, осуществляющие управление режимом работы электрооборудования и режимом электрических сетей напряжением до 1000В

Аппараты разделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные аппараты имеют контактную систему, осуществляющий видимый на глаз разрыв электрической цепи. Бесконтактные аппараты построены ка базе магнитных усилителей и полупроводни­ковых элементов и коммутируют электрическую цепь без образования электрической дуги.

При эксплуатации электроустановок неизбежны случаи возник­новения аварийных режимов, поэтому все аппараты снабжаются уст­ройствами защиты.