«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО

_________________________________________________________________

КАФЕДРА

«ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ

ПРОИЗВОДСТВА»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

«АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 KB И ОЦЕНКА

РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ

ОТКЛЮЧЕНИЙ»

Москва

2004

Методические указания по проведению лабораторных работ на стенде по

электробезопасности БЖ 06/1

«Анализ электробезопасности трехфазных сетей переменного тока

напряжением до 1 кВ и оценка работоспособности УЗО».

Лабораторный стенд БЖ 06/1 предназначен для выполнения студентами лабораторных работ по анализу электробезопасности трехфазных электриче­ских сетей переменного тока напряжением до 1 кВ и оценке работоспособности устройства защитного отключения.

1. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд БЖ 06/1 (далее сокращенно - «стенд») позволяет моделировать источник питания сети; трехфазный потребитель электроэнергии, подключенный к сети с использованием устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток, два типа сети: трехфаз­ную трехпроводную с изолированной нейтралью и трехфазную четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

Лицевая панель стенда представлена на рис. 1.

Стенд включается автоматом S2 - положение переключателя автомата I. При этом загораются индикаторы ( желтого, зеленого и красного цветов), рас­положенные рядом с фазными проводами А,В,С. Значение активных сопротив­лений {RAE, RBE , RCE, RPEN) и емкостей (CAE, CBE, CCE, CPEN) фазных проводов А,В,С и PEN-провода относительно земли могут изменяться с помощью переключате­лей S4 - S10 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем.

Переключатель S3 предназначен для подключения PEN - провода.

Переключатель S1 предназначен для изменения режима нейтрали иссле­дуемой сети: левое положение - изолированная нейтраль; правое - заземленная нейтраль. Значение сопротивления заземления нейтрали, установленного на стенде - 4 Ом.

Переключатели S12, S14 предназначены для моделирования аварийных режимов работы исследуемых сетей. Положение О переключателя S12 соответ­ствует нормальному режиму работы сети.

Положения А, В, С переключателя S12 -соответствуют замыканию фаз­ных проводов А, В, С на землю: при этом сопротивление растеканию тока в месте замыкания на землю - RЗМ может принимать различные значения.

Изменяя положение переключателя S14 можно выставить различные зна­чения ( 10 Ом, 100 Ом, 1000 Ом) сопротивления растеканию тока RЗМ.

Тело человека имитируется в схеме стенда резистором Rh, который мо­жет подключаться к каждому проводу сети или к проводу сети на стороне трехфазного потребителя электроэнергии подключенного к сети через УЗО.

Переключатель S15 предназначен для моделирования прямого прикосно­вения человека к токоведущей части (проводу исследуемой сечи). Положение О переключателя S15 - человек не касается фазного провода сети. Положения А, В, С, PEN переключателя S15 - человек касается соответственно фазных проводов А, В, С или PEN- провода. Положение УЗО переключателя S15 - человек касается фазного провода на стороне трехфазного потребителя электроэнергии при нажатой кнопке S16.

Значение сопротивления цепи тела человека может быть задано дискрет­но (1 кОм, 5 кОм, 10 кОм) с помощью переключателя S13 либо плавно в преде­лах от 0 до 100 кОм с помощью переменного резистора Rh. Установка значений Rh 1, 5, 10 кОм производится переключателем S13 при положении ручки рези­стора Rh - О.

Трехфазный потребитель электроэнергии показан на лицевой панели стенда в виде корпуса, подключенного к сети с помощью УЗО, реагирующего на дифференциальный (остаточный ток).

Корпус трехфазного потребителя электроэнергии может быть занулён с помощью переключателя S18 (правое положение).

С помощью кнопки S17 моделируется замыкание фазного провода на корпус. При нажатой кнопке S17 загорается красный индикатор на корпусе трехфазного потребителя электроэнергии.

На лицевой панели УЗО расположены кнопки «ПУСК» ( при нажатии этой кнопки трехфазный потребитель подключается к сети и загорается крас­ный индикатор на лицевой панели УЗО); «СТОП» (отключение трехфазного потребителя от сетb); «КОНТРОЛЬ» (оперативный контроль УЗО).

Значения активных сопротивлений изоляции (RAi, RBi , RCi) и емкостей (CAi, CBi, CCi) фазных проводов относительно земле в зоне защиты УЗО уста­новлены на стенде и не меняются в процессе выполнения работы.

В правой части лицевой панели стенда размещены индикаторы трех циф­ровых приборов: миллисекундомера, амперметра и вольтметра.

Миллисекундомер - предназначен для измерения времени срабатывания (мс) УЗО; кнопка сброс обнуляет показания миллисекундомера; миллисекун­домер срабатывает при нажатой кнопке S16.

Амперметр - предназначен для измерения тока (мА) в цепи тела челове­ка (положение Ih переключателя амперметра) и установки УЗО (положение IУСТ переключателя амперметра). Амперметр имеет четыре предела измерения.

Вольтметр - предназначен для измерения напряжений В фазных прово­дов А, В, С относительно земли; подключение вольтметра к фазным проводам осуществляется с помощью переключателя А, В, С.

2. Лабораторная работа «Анализ электробезопаености трехфазных электрических сетей напряжением до 1 кВ»

2.1.Цель работы

Оценить опасность прямого прикосновения человека к фазным проводам электрических сетей напряжением до 1 кВ. Определить влияние активного со­противления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли на опасность поражения человека электрическим током при нормальном и ава­рийном режимах работы двух типов сети.

2.2.Содержание работы

1) Сравнить опасность прямого прикосновения человека к проводам двух, трехфазных сетей напряжением до 1 кВ - трехпроводной с изолированной ней­тралью; четырехпроводной с заземленной нейтралью (параметры сетей задает преподаватель). Измерения проводить для двух режимов работы сетей: нор­мального и аварийного (при замыкании одного из фазных проводов на землю).

2) При нормальном режиме работы, для каждого типа сети, определить зависимость тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикос­новении к фазному проводу в зависимости от:

-активного сопротивления изоляции фазных и PEN-провода от­носительно земли при постоянном значении емкости проводов относительно земли (сеть симметричная);

-емкости фазных и PEN-провода относительно земли при постоянном значении активного сопротивлении изоляции проводов относительно земли (сеть симметричная).

2.3.Порядок выполнения работы

2.3.1. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной трех-проводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме рабо­ты сети.

1) Изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положе­ние; отключить PEN-провод - перевести переключатель S3 в нижнее положе­ние; перевести переключатель S12 в положение О.

2) Установить значения активных сопротивлений изоляции (переключа­тели S6-S10) и емкостей (переключателя S7-S11) фазных проводов относитель­но земли в соответствии с заданием преподавателя.

3) Установить значения сопротивления цепи тела человека Rh (в соот­ветствии с заданием преподавателя) переключателем S13. При этом ручка регу­лятора резистора Rh должна находиться в положении О.

4) Включить стенд - положение S2 - I. Убедиться в наличии напряжения фазных проводов с помощью вольтметра

(UA = UB = UC = 220B ).

5) Произвести измерение тока IhA в цепи тела человека с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра - Ih.

6) Повторить измерения тока в пени тела человека IhB, IhC для положения B, C переключателя S15.

7) Выключить стенд - положение S2 - О.

2.3.2. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 к В при аварийном режиме работы сети (замыкание одного из фазных проводов на землю).

1) В дополнение к действиям, выполненным в п.2.3.1 перевести переключатель S12 в любое, из трех положений - А, В, С. Переключателем S14 устано­вить значение Rзм в соответствии с заданием преподавателя.

2) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

3) Произвести измерения токов в цепи тела человека IhA, IhB, IhC (соответ­ственно положению переключателя S15 - А, В, С) с помощью амперметра, вы­брав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра – Ih.

4) Выключить стенд - положение S2 - О.

2.3.3. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ при нормальном режиме рабо­ты сети.

1) Заземлить нейтраль - перевести переключатель S1 в правое положе­ние.

Подключить PEN-провод - перевести переключатель S3 в верхнее положе­ние.

Перевести переключатель S12 в положение О.

2) Установить значения активных сопротивлений изоляции (переключате­ли S4 - S10) и емкостей (переключатели S5 - S11) фазных поводов и PEN-провода относительно земли в соответствии с заданием преподавателя.

3) Установить значение сопротивления цепи тела человека Rh (в соответ­ствии с заданием преподавателя) переключателем S13. При этом ручка регуля­тора резистора Rh должна находится в положении О.

4) Установить переключатель S15 в положение А.

5) Включить стенд - положение S2 - I.

6) Произвести измерение тока IhA в цепи тела человека с помощью ампер­метра, выбрав необходимый предел измерения. Положение переключателя ам­перметра - Ih.

7) Повторить измерения тока в цепи тела человека IhB; Ihc для положений В,С переключателя S15.

8) Выключить стенд - положение S2 - О.

2.3.4. Анализ опасности поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ при аварийном режиме работы сети (один из фазных проводов замкнулся на землю).

1) В дополнение к действиям, выполненным в п.2.3.3 перевести переклю­чатель S12 в любое из nрех положений A, В, С. Переключателем S14 устано­вить значение Rзм в соответствии е заданием преподавателя.

2) Включить стенд - перевести S2 в положение 1.

3) Произвести измерения токов в цепи чела человека IhA, IhB, IhC (соответ­ственно положению переключателя S15 – A, В, С) с помощью амперметра, вы­брав необходимый предел измерения. Положение переключателя амперметра – Ih.

4) Выключить стенд - положение S2 - O.

2.3.5. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела человека при прямом прикосновении человека к фазному проводу сети в зависимости от активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли при заданной емкости фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы сети.

Необходимо снять зависимость IhA = f(R)

RAE = RBE = RCE = R при CAE = CBE = CCE = C

1) Изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положе­ние.

Отключить PEN-провод - перевести переключатель S3 в нижнее положе­ние.

Перевести переключатель S12 в положение О.

2) Установить переключатель S15 в положение А.

3) Установить значения сопротивления цепи тел человека Rh (в соот­ветствии с заданием преподавателя) переключателем S13. При этом ручка регу­лятора резистора Rh должна находиться в положении О.

4) Установить значения емкостей проводов относительно земли (пере­ключателем S7 - S11) в соответствии с заданием преподавателя, например CAE = CAE = CAE = CAE = 0.

5) Включить стенд S2 в положении I.

6) Произвести измерения тока IhA в цепи тела человека с помощью ам­перметра, устанавливая поочередно значения активного сопротивления фазных проводов относительно земли RAE = RBE = RCE = R (переключатель S6 - S10): 1; 2,5; 10; 25; 100 кОм.

Положение переключателя амперметра при измерениях - Ih.

7) Выключить стенд - перевести S2 в положение - О. Заземлить нейтраль - перевести переключатель S1 в правое положение.

Подключить PEN-провод - перевести переключатель S3 в верхнее поло­жение.

Перевести переключатель S12 - в положение О.

8) Повторить п.п. 2)- 5) дополнительно выставив значения CPEN = С (переключатель S5).

9) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

10) Произвести измерения тока IhA в цепи тела человека с помощью амперметра, устанавливая поочередно значения активного сопротивления фазных проводов и PEN-провода относительно земли (переключатели S₄ – S₁₀): 1; 2,5; 10; 25; 100 кОм.

11) Отключить стенд - перевести S2 в положение О.

2.3.6. Определение изменения тока, проходящего через цепь тела челове­ка при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от емко­сти фазных проводов относительно земли при заданном значении активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли для двух типов сети при нормальном режиме работы сети. Выполнить позиции 1)-3) п.2.3.5.

4) Установить значения активного сопротивления фазных проводов от­носительно земли (переключатель S6 - S10) в соответствии с заданием препода­вателя, например RAE = RBE = RCE = R = 10 кОм.

5) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

6) Произвести измерения тока IhA в цепи тела человека с помощью ам­перметра, устанавливая поочередно значения емкости фазных проводов отно­сительно земли САЕ = СВЕ = ССЕ (переключатели S7 - S11): 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ.

Положение переключателя амперметра при измерениях - IhA

7) Выключить стенд - перевести S2 в положение О.

8) Снять зависимость IhA = f(C) CAE = CBE = CCE = CPEN = C при RAE = RBE = RCE = RPEN = R = const выполняя действия аналогично позициям 4) - 7) п.2.3.6 для сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы сети.

2.4.Содержание отчета

Обработать результаты измерений, представив их в виде таблиц и графи­ков зависимостей ( по п.п. 2.3.5. и 2.3.6.). Отчет должен содержать схемы сети, иллюстрирующие измерения, выводы по работе.

2.5. Литература

ДОЛИН П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

М.Энергоатомиздат, 1984 С. 168-179.

3. Лабораторная работа «Оценка работоспособности устройства за­щитного отключения»

3.1. Цель работы

Оценить работоспособность устройства защитного отключения (УЗО), реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток в сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

3.2. Содержание работы

1) Определить уставку и время срабатывания УЗО.

Сделать заключения об их соответствии первичным критериям электро­безопасности.

2) Определить работоспособность УЗО совместно с занулением.

3) Сделать выводы об эффективности защитного отключения сети при заданных параметрах УЗО и сети в зависимости от типа применяемого обору­дования и условий поражения человека злектрическим током.

3.3. Порядок выполнения работы

3.3.1. Определить уставку и время срабатывания устройства

1) Установить значение параметров сети с заземленной нейтралью (переключатели S4 - S11) в соответствии с заданием преподавателя. Переключа­тель S1 перевести в правое положение. Переключатель S3 перевести в верхнее положение. Переключатель S12 перевести в положение О.

2) Установить переключатель S15 в любое из трех положений А, В, С.

3) Установить переключатель S13 в положение 1 кОм, а ручку резистора Rh в положение 100 кОм.

4) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

5) Измерить длительно допустимый ток через тело человека. Для этого необходимо плавно вращать ручку резистора Rh увеличивая ток Ih через цепь тела человека. Значение тока Ih соответствующее загоранию индикатора, распо­ложенного на изображении человека.

Ток через тело человека Ih измеряется с помощью амперметра с пределом измерения 20 мА. Положение переключателя амперметра - Ih.

6) Отключить стенд - перевести S2 в положение - О.

7) Установить переключатель S15 в положение УЗО, переключатель S18 - в левое положение.

8) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

9) Включить УЗО нажатием кнопки «ПУСК» при этом загорается крас­ный индикатор на лицевой панели УЗО. Плавным вращением ручки резистора Rh против часовой стрелки при нажатой кнопке S16 увеличивать значение диф­ференциального тока, являющегося входным сигналом для заданного типа УЗО. Значение дифференциального тока, при котором произойдет срабатыва­ние УЗО, будет соответствовать току уставки. При срабатывании УЗО красный индикатор на его лицевой панели погаснет.

Значения тока уставки измеряется по амперметру при положении его пе­реключателя - Iуст. Ток установки измеряется на пределе 200 мА амперметра.

10) Повернуть ручку резистора Rh против часовой стрелки до положения 100; включить УЗО нажатием кнопки «ПУСК»;

11) Измерить значение времени срабатывания УЗО по миллисекундомеру (предварительно обнулив его нажатием кнопки сброс), нажав кнопку S16, ими­тируя этим прикосновение человека к фазному проводу в зоне защиты УЗО.

12) Выключить стенд - перевести S2 в положение О.

2. Определить работоспособность УЗО совместно с занулением

1) Занулить корпус трехфазного потребителя электроэнергии (переклю­чатель S18 в правое положение).

2) Включить стенд - перевести S2 в положение I.

3) Включить УЗО, нажав кнопку «ПУСК» на его лицевой панели.

4) Замкнуть фазный провод на корпус потребителя электроэнергии, на­жав кнопку S17. При этом загорается красный индикатор на корпусе. Устройст­во защитного отключения должно сработать, отключив потребитель электро­энергии от сети за определенное время.

5) Отключить стенд - перевести S2 в положение О.

3.3.3. Сделать выводы от эффективности защитного отключения при за­ данных параметрах УЗО и сети.

Рассчитав зависимость дифференциального тока - входного сигнала УЗО I∑ = f(Ih) при различных соотношениях проводимое тем фазных проводов, отно­сительно земли в зоне защиты УЗО (в соответствии с заданием преподавателя).

При расчётах использовать следующие зависимости. При использовании УЗО, реагирующего на дифференциальный ток в сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 к В входной сигнал УЗО может быть представлен в виде:

I∑ = Ih + ∆I,

где Ih - ток, протекающий в цепи тела человека при прямом прикоснове­нии к фазному проводу в нормальном режиме работы сети;

∆I - погрешность (помеха), обусловленная неравенством проводимостей фазных проводов относительно земли.

I_h = ≈ U ∙ G_h ;

∆I=U(Y_Ai+a²Y_Bi+aY_Ci) ;

G_h = ;

Y_Ai = + jωC_Ai ;

Y_Bi = + jωC_Bi ;

Y_Ci = + jωC_Ci ;

Используя полученные зависимости I∑ = f(Ih) и данные измерений, оце­нить защитные свойства заданного УЗО и исследуемой сети.

Рисунок 1. Лицевая панель БЖ 06/1

8