Skrypt Laboratoryjny AiIE - Zakład Urządzeń Rozdzielczych i

Transkrypt

Aparaty i instalacje elektryczne
Skrypt laboratoryjny
Andrzej Ksia˛żkiewicz
Poznań 2016
2
Spis treści
1
Ogl˛edziny i pomiary w instalacjach elektrycznych
5
2
Dokumentowanie wykonywanych pomiarów
13
3
Wybrane badania eksploatacyjne w instalacjach elektrycznych
17
4
Rezystancja torów pradowych
˛
aparatów elektrycznych
21
5
Nagrzewanie połacze
˛ ń śrubowych szyn miedzianych
25
6
Wpływ kształtu pradu
˛ uszkodzeniowego na działanie wyłaczników
˛
różnicowopradowych
˛
37
7
Badania eksploatacyjne urzadze
˛ ń I i II klasy ochronności
45
8
Pomiar rezystancji uziomów i rezystywności gruntów
49
9
Pomiar rezystancji izolacji przewodów roboczych instalacji
55
10 Pomiar oświetlenia elektrycznego we wn˛etrzach
59
11 Pomiar impedancji p˛etli zwarcia
65
12 Pomiary eksploatacyjne baterii kondensatorów energetycznych do kompensacji mocy biernej
69
13 Pomiary eksploatacyjne elektrycznych urzadze
˛ ń nap˛edowych
73
14 Badania wyłaczników
˛
˛
77
15 Wyznaczanie czasów odskoków styków w przekaźnikach i stycznikach instalacyjnych
87
3
4
SPIS TREŚCI
16 Badanie zapłonu lampy fluorescencyjnej z wybranymi rodzajami zapłonników
93
17 Montaż aparatury modułowej niskiego napi˛ecia w natynkowej rozdzielnicy elektrycznej
97
18 Wykorzystanie przekaźników i styczników instalacyjnych do sterowania odbiornikami energii elektrycznej
101
19 Dobór zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych do pracy selektywnej
105
20 Dopuszczalna obciażalność
˛
długotrwała przewodów
119
21 Aparaty elektryczne niskiego napi˛ecia wykorzystywane w układzie
rozruchowym silników gwiazda/trójkat
˛
127
22 Wykorzystanie analizatora energii w instalacjach elektrycznych
139
23 Praca wyłacznika
˛
selektywnego
143
24 Wyznaczanie wielkości charakterystycznych pradów
˛
zwarciowych
155
Rozdział 1
Ogl˛edziny i pomiary w instalacjach
elektrycznych
Rozdział opracowany na podstawie „Wykonywanie odbiorczych i okresowych sprawdzań w instalacjach elektrycznych niskiego napi˛ecia” http: // sep. com. pl/
Na wyniki ochronnych sprawdzań instalacji składaja˛ si˛e dwie cz˛eści:
– pierwsza to ogl˛edziny majace
˛ dać odpowiedź, czy zainstalowane na stałe
urzadzenia
˛
elektryczne spełniaja˛ wymagania bezpieczeństwa podane w odpowiednich normach przedmiotowych, i czy zainstalowanie wyposażenia
jest zgodne z instrukcjami wytwórcy tak, aby zapewniało jego poprawne
działanie,
– druga to próby i pomiary majace
˛ dać odpowiedź czy zachowane sa˛ wymagane parametry techniczne i spełnione sa˛ podane w normach i dokumentacji
wymagania, dotyczace
˛ zainstalowanych urzadzeń
˛
i instalacji elektrycznych.
Podczas przyjmowania do eksploatacji elektrycznych instalacji i urzadzeń
˛
w pomieszczeniach normalnych i zagrożonych wybuchem należy wykonać pomiary
odbiorcze pomontażowe zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364.6:2008
„Instalacje elektryczne niskiego napi˛ecia. Sprawdzanie.” Norma wymaga, aby
każda instalacja przed przekazaniem do eksploatacji była poddana ogl˛edzinom
i próbom celem sprawdzenia, czy zostały spełnione wymagania normy. Przed
przystapieniem
˛
do prób należy udost˛epnić wykonujacym
˛
sprawdzenie instalacji,
dokumentacj˛e techniczna˛ wraz z protokołami ogl˛edzin i prób czastkowych
˛
wykonanych podczas montażu instalacji. Obecnie norma ta jest już przetłumaczona,
została zatwierdzania, i jest powołana w rozporzadzeniu
˛
M I z 12 marca 2009r.
[18 -8], (które zostało opublikowane w Dz. U. nr 56, poz. 461) wi˛ec należy
5
6
ROZDZIAŁ 1. OGLEDZINY
˛
I POMIARY . . .
ja˛ stosować jako powołana.˛ Norma PN-HD 60364.6 2008 zawiera aktualne wymagania dotyczace
˛ sprawdzania odbiorczego i sprawdzania okresowego instalacji
elektrycznej. Sprawdzenie odbiorcze ma miejsce po wykonaniu nowej instalacji
lub zakończeniu uzupełnień i zmian instalacjach istniejacych.
˛
Norma ta stanowi
w punktach:
61.1.1 Każda instalacja powinna być sprawdzana podczas montażu, na ile jest to
w praktyce możliwe, i po jego ukończeniu, a przed przekazaniem użytkownikowi do eksploatacji.
61.1.2 Osobie dokonujacej
˛ sprawdzania odbiorczego należy udost˛epnić informacje o wymaganiach 514.5 z Cz˛eści 5-51 i inne informacje niezb˛edne do
wykonania tego sprawdzania.
61.1.3 Sprawdzanie odbiorcze powinno obejmować porównanie wyników z odpowiednimi kryteriami w celu stwierdzenia, że wymagania HD 60364 zostały spełnione.
61.1.4 Należy zastosować środki ostrożności w celu upewnienia si˛e, że sprawdzanie nie spowoduje niebezpieczeństwa dla osób lub zwierzat
˛ domowych oraz
nie spowoduje to uszkodzenia obiektu i wyposażenia nawet, gdy obwód jest
wadliwy.
61.1.5 W przypadku rozbudowy lub zmiany istniejacej
˛ instalacji należy sprawdzić czy ta rozbudowa lub zmiana jest zgodna z HD 60364 i czy nie spowoduje pogorszenia stanu bezpieczeństwa istniejacej
˛ instalacji.
W załaczniku
˛
C norma PN-HD 60364.6 2008 podaje wskazówki stosowania postanowień rozdziału 61: Sprawdzanie odbiorcze.
– Wprowadza wymaganie sprawdzania poprawności wykonania przegród ogniowych i innych środków zapobiegajacych
˛
rozprzestrzenianiu si˛e ognia oraz
ochrony przed skutkami działania ciepła.
– Wymaga sprawdzania doboru przewodów do obcia˛żalności pradowej
˛
i spadku
napi˛ecia oraz sprawdzania doboru i nastawienia urzadzeń
˛
zabezpieczaja˛
cych i ostrzegawczych.
– Wymaga sprawdzania poprawności połaczeń
˛
przewodów. W tym celu należy zbadać czy zaciski sa˛ odpowiednio dobrane do przewodów, które maja˛
być połaczone
˛
i czy połaczenia
˛
sa˛ wykonane poprawnie. W razie watpli˛
wości zaleca si˛e pomiar rezystancji połaczeń.
˛
Rezystancja połaczenia
˛
nie
powinna być wi˛eksza niż rezystancja przewodu o długości 1 m i o przekroju równym najmniejszemu przekrojowi łaczonych
˛
przewodów.
7
– Wymaga sprawdzania istnienia schematów, napisów ostrzegawczych lub innych podobnych informacji
– Wymaga sprawdzania poprawności połaczeń
˛
przewodów. Celem tego sprawdzenia jest zbadanie, czy zaciski sa˛ odpowiednio dobrane do przewodów,
które maja˛ być połaczone
˛
i czy połaczenie
˛
jest wykonane poprawnie. W
razie watpliwości
˛
zaleca pomiar rezystancji połaczeń.
˛
Rezystancja poła˛
czenia nie powinna być wi˛eksza niż rezystancja przewodu o długości 1 m i
o przekroju równym najmniejszemu przekrojowi łaczonych
˛
przewodów.
– Przy pomiarze impedancji p˛etli zwarciowej w niskiej temperaturze przy małych pradach
˛
pomiarowych, przewiduje uwzgl˛ednianie wzrostu rezystancji
przewodów ze wzrostem temperatury spowodowanej zwarciem, aby zmierzona wartość impedancji p˛etli zwarciowej spełniała wymagania 411.4. w
Cz˛eści 4-41. Wymagania te uważa si˛e za spełnione, jeżeli zmierzona wartość impedancji p˛etli zwarciowej spełnia nast˛epujac
˛ a˛ zależność:
Zs (m) 6
2 U0
[Ω]
3 Ia
(1.1)
gdzie: Zs (m) jest zmierzona˛ wartościa˛ impedancji p˛etli zwarciowej obejmujacej
˛ faz˛e i uziemiony punkt neutralny, w omach; U0 jest napi˛eciem
znamionowym wzgl˛edem ziemi w woltach; Ia jest pradem
˛
powodujacym
˛
samoczynne zadziałanie zabezpieczenia w wymaganym czasie.
– Norma wymaga sprawdzania dost˛epu do urzadzeń
˛
umożliwiajacego
˛
ich wygodna˛ obsług˛e, identyfikacj˛e i konserwacj˛e.
Norma wymaga aby podać rodzaj sprawdzania: odbiorcze, czy okresowe, nazwisko i adres użytkownika, adres instalacji, nazwisko instalatora oraz opis instalacji,
podajac
˛ czy jest to instalacja nowa; istniejaca;
˛ modyfikowana, czy rozbudowywana. Należy podać charakterystyki zasilania i układy uziemienia, oraz szczegóły
uziomu odbiorcy. Należy podać dane dotyczace
˛ przewodów uziemiajacych
˛
i wyrównawczych głównych, oraz opisać urzadzenia
˛
izolacyjne i ochronne przy złaczu
˛
instalacji. Ogl˛edziny to pierwszy etap sprawdzania instalacji, który należy wykonać przed przystapieniem
˛
do prób przy odłaczonym
˛
zasilaniu, z zachowaniem
ostrożności celem zapewnienia bezpieczeństwa ludziom i unikni˛ecia uszkodzeń
obiektu lub zainstalowanego wyposażenia. Jest to kontrola instalacji elektrycznej
za pomoca˛ zmysłów, celem upewnienia si˛e czy wyposażenie elektryczne zostało
prawidłowo dobrane i zainstalowane. Ogl˛edziny maja˛ potwierdzić, że urzadzenia:
˛
– spełniaja˛ wymagania bezpieczeństwa podane w odpowiednich normach;
– zostały prawidłowo dobrane i zainstalowane zgodnie z wymaganiami normy
8
˛
I POMIARY . . .
– nie maja˛ uszkodzeń pogarszajacych
˛
bezpieczeństwo;
– maja˛ właściwy sposób ochrony przed porażeniem pradem
˛
elektrycznym;
– właściwie dobrano przekroje i oznaczono przewody neutralne, ochronne, i
fazowe;
– właściwie dobrano i oznaczono zabezpieczenia i aparatur˛e;
– sa˛ wyposażone w schematy i tablice ostrzegawcze i informacyjne;
– zapewniony jest dost˛ep do urzadzeń
˛
dla wygodnej obsługi, identyfikacji,
konserwacji i napraw.
Przy wykonywaniu wszystkich pomiarów odbiorczych i eksploatacyjnych należy
przestrzegać nast˛epujacych
˛
zasad:
– pomiary powinny być wykonywane w warunkach identycznych lub zbliżonych do warunków normalnej pracy podczas eksploatacji urzadzeń
˛
czy
instalacji,
– przed przystapieniem
˛
do pomiarów należy sprawdzić prawidłowość funkcjonowania przyrzadów
˛
(kontrola, próba itp.),
– przed rozpocz˛eciem pomiarów należy dokonać ogl˛edzin badanego obiektu
dla stwierdzenia jego kompletności, braku usterek oraz prawidłowości wykonania i oznakowania, sprawdzenia stanu ochrony podstawowej, stanu urza˛
dzeń ochronnych oraz prawidłowości połaczeń,
˛
– przed przystapieniem
˛
do pomiarów należy zapoznać si˛e z dokumentacja˛
techniczna˛ celem ustalenia poprawnego sposobu wykonania badań,
– nie należy bez potrzeby dotykać cz˛eści czynnych i cz˛eści przewodzacych
˛
oraz cz˛eści obcych, pami˛etajac,
˛ że ochrona przeciwporażeniowa może być
niesprawna.,
– należy pami˛etać, że urzadzenia
˛
charakteryzujace
˛ si˛e duża˛ pojemnościa,˛ jak
kable i kondensatory po wyłaczeniu
˛
napi˛ecia zagrażaja˛ jeszcze porażeniem.
Przed przystapieniem
˛
do pomiarów należy dokonać niezb˛ednych ustaleń i obliczeń warunkujacych:
˛
– wybór poprawnej metody pomiaru,
– jednoznaczność kryteriów oceny wyników,
9
– możliwość popełnienia bł˛edów czy uchybów pomiarowych,
– konieczność zastosowania współczynników poprawkowych do wartości zmierzonych.
Norma PN-HD 60364-6:2008 [18 -N-6] zawiera zakres prób odbiorczych, które
w zależności od potrzeb sa˛ nast˛epujace:
˛
– próba ciagłości
˛
przewodów ochronnych, w połaczeniach
˛
wyrównawczych
głównych i dodatkowych oraz ciagłość
˛
przewodów czynnych w przypadku
pierścieniowych obwodów odbiorczych,
– pomiar rezystancji przewodów przy ochronie za pomoca˛ obniżenia napi˛ecia
dotykowego,
– pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej,
– sprawdzenie ochrony za pomoca˛ SELV, PELV lub separacji elektrycznej,
– pomiar rezystancji/impedancji podłóg i ścian,
– ochrona za pomoca˛ samoczynnego wyłaczenia
˛
zasilania,
– pomiar rezystancji uziomów,
– sprawdzenie biegunowości,
– sprawdzenie kolejności faz,
– próba wytrzymałości elektrycznej,
– próba działania,
– sprawdzenie skutków cieplnych,
– pomiar spadku napi˛ecia.
Zgodnie z PN-HD 60364-6:2008 okresowe sprawdzania i próby powinny obejmować, co najmniej:
– ogl˛edziny dotyczace
˛ ochrony podstawowej (przed dotykiem bezpośrednim)
i ochrony przeciwpożarowej,
– pomiary rezystancji izolacji,
– badania ciagłości
˛
przewodów ochronnych,
10
˛
I POMIARY . . .
– badania ochrony przy uszkodzeniu (przed dotykiem pośrednim), czyli sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej,
– próby działania urzadzeń
˛
różnicowopradowych.
˛
Zgodnie z PN-HD 60364-6:2008 okresowe sprawdzanie obejmujace
˛ szczegółowe
badanie instalacji należy przeprowadzić bez jej demontażu lub z cz˛eściowym jej
demontażem i uzupełnić właściwymi próbami i pomiarami, łacznie
˛
ze sprawdzeniem wykazujacym,
˛
że spełnione sa˛ wymagania dotyczace
˛ czasów wyłaczania
˛
RCD aby zapewnić:
a) bezpieczeństwo osób i zwierzat
˛ domowych przed skutkami porażenia elektrycznego i oparzenia, oraz
b) ochron˛e mienia przed uszkodzeniem spowodowanym pożarem lub ciepłem powstałym na wskutek uszkodzenia instalacji, oraz
c) przekonanie, że instalacja nie jest uszkodzona lub obniżone jej właściwości
nie pogorsza˛ bezpieczeństwa, oraz
d) identyfikacj˛e wad instalacji i odchyleń od wymagań normy, które moga˛ spowodować niebezpieczeństwo.
Jeżeli poprzedni protokół nie jest dost˛epny, konieczne jest dodatkowe badanie.
Zgodnie z postanowieniem nowego wydania PN-HD 60364-4-41 podczas sprawdzania czasów wyłaczania
˛
RCD, próba powinna być wykonana pradem
˛
5 I∆n .
Okresowe badania i pomiary wykonujemy takimi samymi metodami jak próby
odbiorcze. Norma PN-HD 60364-6 wymaga, aby cz˛estość okresowego sprawdzania instalacji była ustalana z uwzgl˛ednieniem rodzaju instalacji i wyposażenia,
jej zastosowania i działania, cz˛estości i jakości konserwacji oraz wpływów zewn˛etrznych na które jest narażona. Najdłuższy okres mi˛edzy badaniami ustalony
przez Prawo Budowlane [18-3.] wynosi 5 lat. Norma PN-HD 60364-6 proponuje
krótszy kilkuletni okres badań (np. 4 lata), za wyjatkiem
˛
podanych poniżej przypadków, w których wyst˛epuje wi˛eksze ryzyko i zalecany jest roczny czasokres
badań i przegladów.
˛
Należa˛ do nich:
– miejsca pracy lub pomieszczenia, gdzie wyst˛epuje ryzyko porażenia elektrycznego, pożaru lub wybuchu spowodowanego degradacja,˛
– miejsca pracy lub pomieszczenia, gdzie wyst˛epuja˛ instalacje zarówno niskiego jak i wysokiego napi˛ecia,
– obiekty komunalne,
– tereny budowy,
11
– miejsca, w których używany jest sprz˛et przenośny.
zasady wiedzy technicznej. W oparciu o wymagania nie obowiazuj
˛ acego
˛
obecnie
zarzadzenia
˛
MGiE z 1987 r. wszystkie urzadzenia
˛
i instalacje elektryczne można
podzielić na cztery grupy w zależności od warunków środowiskowych, w jakich
sa˛ eksploatowane i wymaganej cz˛estości badań (tablica 1.1).
1 grupa urzadzenia
˛
i instalacje badane w pełnym zakresie nie rzadziej niż, co
rok,
2 grupa urzadzenia
˛
i instalacje badane pod wzgl˛edem bezpieczeństwa przeciwporażeniowego nie rzadziej niż co rok i pod wzgl˛edem bezpieczeństwa
przeciwpożarowego, przez pomiar rezystancji izolacji nie rzadziej niż co
5 lat,
3 grupa urzadzenia
˛
i instalacje badane pod wzgl˛edem bezpieczeństwa przeciwporażeniowego nie rzadziej niż co 5 lat i pod wzgl˛edem bezpieczeństwa
przeciwpożarowego, nie rzadziej niż co rok,
4 grupa urzadzenia
˛
badane w pełnym zakresie, nie rzadziej niż co 5 lat.
Tablica 1.1: Zalecane czasokresy pomiarów eksploatacyjnych urzadzeń
˛
i instalacji elektrycznych
Rodzaj pomieszczenia
O wyziewach żracych
˛
Zagrożone wybuchem
Otwarta przestrzeń
Bardzo wilgotne o wilg. ok.
100% i wilgotne przejściowo
75 do 100%
Gorace
˛ o temperaturze powietrza ponad 35o C
Zagrożone pożarem
Stwarzajace
˛
zagrożenie dla
ludzi
Zapylone
Pozostałe nie wymienione
Okres pomi˛edzy kolejnymi sprawdzaniami
skuteczności ochrony rezystancji izolacji inprzeciwporażeniowej
stalacji
nie rzadziej niż co 1 rok nie rzadziej niż co 1 rok
nie rzadziej niż co 1 rok nie rzadziej niż co 1 rok
nie rzadziej niż co 1 rok nie rzadziej niż co 5 lat
nie rzadziej niż co 1 rok nie rzadziej niż co 5 lat
nie rzadziej niż co 1 rok
nie rzadziej niż co 5 lat
12
˛
I POMIARY . . .
Ponieważ nie ma obecnie aktu normatywnego określajacego
˛
czasokresy okresowego wykonywania pomiarów i badań, zgodnie z rozporzadzeniem
˛
Ministra
Gospodarki z 28 marca 2013r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy
urzadzeniach
˛
i energetycznych należy opracować instrukcj˛e eksploatacji zawierajac
˛ a˛ wymagania w zakresie konserwacji, napraw, remontów urzadzeń
˛
energetycznych oraz terminy przeprowadzania przegladów,
˛
prób i pomiarów; czyli cz˛estość
wykonywania okresowych badań i sprawdzań instalacji elektrycznych w danym
zakładzie.
W omawianych instrukcjach powinny być podane czasokresy badań okresowych dostosowane do warunków środowiskowych panujacych
˛
w danym zakładzie
i jakości konserwacji. Omawiane instrukcje powinny być zatwierdzone przez Dyrektora Zakładu, co znacznie ułatwia prawidłowa˛ eksploatacje urzadzeń
˛
w danym
zakładzie.
Rozdział 2
Dokumentowanie wykonywanych
pomiarów
Każda praca pomiarowo-kontrolna (sprawdzenie odbiorcze lub okresowe) powinna być zakończona wystawieniem protokołu z przeprowadzonych badań i pomiarów. Protokół z prac pomiarowo - kontrolnych powinien zawierać:
– nazw˛e firmy wykonujacej
˛ pomiary i numer protokołu,
– nazw˛e badanego urzadzenia,
˛
jego dane znamionowe i typ układu sieciowego,
– miejsce pracy badanego urzadzenia,
˛
– rodzaj i zakres wykonanych pomiarów,
– dat˛e ich wykonania,
– nazwisko osoby wykonujacej
˛ pomiary i rodzaj posiadanych uprawnień,
– dane o warunkach przeprowadzania pomiarów,
– spis użytych przyrzadów
˛
i ich numery,
– szkice rozmieszczenia badanych urzadzeń,
˛
uziomów i obwodów, lub inny
sposób jednoznacznej identyfikacji elementów badanej instalacji,
– liczbowe wyniki pomiarów,
13
14
ROZDZIAŁ 2. DOKUMENTOWANIE WYKONYWANYCH . . .
– uwagi, wnioski i zalecenia wynikajace
˛ z ogl˛edzin przeprowadzonych zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-6:2008 i spostrzeżeń poczynionych podczas wykonywanych sprawdzań instalacji,
– konstruktywny wniosek końcowy.
Każde badanie instalacji elektrycznych zarówno z bezpiecznikami, z wyłaczni˛
kami nadmiarowo- pradowymi
˛
jak i z wyłacznikami
˛
różnicowopradowymi,
˛
powinno być udokumentowane protokołem z tych badań, który powinien zawierać
szczegółowe informacje o wynikach ogl˛edzin i badań oraz informacje dotyczace
˛
zmian w stosunku do dokumentacji oraz odchyleń od norm i przepisów, łacznie
˛
z wadami i usterkami, z podaniem cz˛eści instalacji, których to dotyczy. Protokół sprawdzenia okresowego może zawierać zalecenia dotyczace
˛ napraw lub
ulepszeń, takich jak modernizacja instalacji w celu doprowadzenia do zgodności
z aktualnymi normami Prace pomiarowo-kontrolne moga˛ wykonywać wyłacznie
˛
osoby posiadajace
˛ aktualne zaświadczenia kwalifikacyjne w zakresie pomiarowokontrolnym. Osoba wykonujaca
˛ pomiary może korzystać z pomocy osoby nie
posiadajacej
˛ zaświadczenia kwalifikacyjnego, lecz musi ona być przeszkolona w
zakresie bhp dla prac przy urzadzeniach
˛
elektrycznych i znać sposoby udzielania
pomocy przedlekarskiej, a protokół z pomiarów traktowanych jako kontrola stanu
technicznego instalacji elektrycznej musi być podpisany przez osob˛e z uprawnieniami D. Odbiór instalacji elektrycznej powinien odbywać si˛e komisyjnie i być
zakończony protokołem badań odbiorczych. Protokoły z wszystkich kontroli i badań powinny być załacznikiem
˛
do wpisu w ksia˛żce obiektu budowlanego zgodnie
z Rozporzadzeniem
˛
Ministra Spraw Wewn˛etrznych i Administracji. W protokole
sprawdzenia odbiorczego należy podać osob˛e odpowiedzialna˛ za bezpieczeństwo,
budow˛e i sprawdzenie instalacji. Protokół odbiorczy instalacji powinien zawierać zalecenie dotyczace
˛ okresu mi˛edzy sprawdzaniem odbiorczym a pierwszym
sprawdzaniem okresowym.
Protokoły z wykonanych pomiarów ochronnych spotykane w praktyce cz˛esto
nie spełniaja˛ podstawowych wymogów stawianych tej dokumentacji. Podstawowymi brakami sa:
˛
– brak nr protokołu,
– brak nazwy firmy wykonujacej
˛ dokumentowane pomiary,
– niezgodność parametrów i rodzaju aparatury zabezpieczajacej
˛ ze stanem
faktycznym,
– brak szkicu rozmieszczenia badanych urzadzeń,
˛
uziomów i obwodów, lub
innego sposobu jednoznacznej identyfikacji elementów badanej instalacji,
15
– uwagi i wnioski niezgodne z uzyskanymi wynikami z wykonanych pomiarów,
– brak konstruktywnego wniosku końcowego.
16
ROZDZIAŁ 2. DOKUMENTOWANIE WYKONYWANYCH . . .
Rozdział 3
Wybrane badania eksploatacyjne w
instalacjach elektrycznych
3.1
Wst˛ep teoretyczny
W ramach badań eksploatacyjnych instalacji elektrycznych wykonuje si˛e mi˛edzy
innymi pomiary napi˛eć i pradów
˛
w instalacji w warunkach normalnej jej pracy
oraz ciagłości
˛
przewodów ochrony przeciwporażeniowej. Dodatkowo w ćwiczeniu sprawdzony zostanie kierunek wirowania faz w instalacji trójfazowej a także
zmierzone zostana˛ prady
˛ upływu w instalacji elektrycznej.Pomiar napi˛eć i cz˛estotliwości w instalacji elektrycznej wykonuje si˛e miernikiem w warunkach normalnej pracy instalacji. Norma wymaga, aby prób˛e ciagłości
˛
przewodów wykonywać przy użyciu źródła pradu
˛ stałego lub przemiennego o niskim napi˛eciu 4
do 24V w stanie bezobcia˛żeniowym i pradem
˛
co najmniej 0,2A. Prad
˛ stosowany
podczas próby powinien być tak mały, aby nie powodował niebezpieczeństwa powstania pożaru lub wybuchu. Do wykonania tego sprawdzenia można użyć specjalnie przystosowanej latarki elektrycznej z bateria˛ o napi˛eciu 4,5V i żarówka˛
3,7V/0,3A. Sprawdzenie może być również wykonane przy użyciu mostka lub
omomierza ze wbudowanym źródłem napi˛ecia pomiarowego, lub metoda˛ techniczna.˛ Wyniki sprawdzania ciagłości
˛
żył uznaje si˛e za pozytywny, jeżeli nie
stwierdzono wyst˛epowania przerw. Pomiar rezystancji przewodów ochronnych
polega na przeprowadzeniu pomiaru rezystancji R mi˛edzy każda˛ cz˛eścia˛ przewodzac
˛ a˛ dost˛epna˛ a najbliższym punktem głównego przewodu wyrównawczego,
który ma zachowana˛ ciagłość
˛
z uziomem. Według PN-HD 60364-6-61 pomierzona rezystancja R powinna spełniać nast˛epujacy
˛ warunek:
R=
Uc
Ia
17
(3.1)
18
ROZDZIAŁ 3. WYBRANE BADANIA EKSPLOATACYJNE . . .
Czas wyłaczenia
˛
s
Spodziewane napi˛ecie dotykowe
V
0,1
0,2
0,4
0,8
5
350
210
105
68
50
Tablica 3.1: Spodziewane napi˛ecie dotykowe
gdzie: UC – spodziewane napi˛ecie dotykowe podane w tabeli poniżej, określone
na podstawie IEC 479-1, a Ia – prad
˛ zapewniajacy
˛ samoczynne zadziałanie urza˛
dzenia ochronnego w wymaganym czasie 0,2; 0,4 lub 5 s. Warunek ten nie dotyczy połaczeń
˛
wyrównawczych dodatkowych (miejscowych). Dla połaczeń
˛
wyrównawczych dodatkowych oraz we wszystkich przypadkach budzacych
˛
watpli˛
wość co do wartości napi˛ecia dopuszczalnego długotrwale należy sprawdzać czy
rezystancja połaczeń
˛
wyrównawczych R mi˛edzy cz˛eściami przewodzacymi
˛
jednocześnie dost˛epnymi, spełnia warunek
R=
UL
Ia
(3.2)
gdzie: UL – dopuszczalne długotrwale napi˛ecie dotyku 50V – warunki normalne,
25V – warunki o zwi˛ekszonym niebezpieczeństwie porażenia np. plac budowy, Ia
– prad
˛ zapewniajacy
˛ samoczynne zadziałanie urzadzenia
˛
ochronnego w wymaganym czasie.
Korzystajac
˛ z wysokoczułych c˛eg pomiarowych można dokonać badania pradu
˛
upływu poszczególnych odbiorników, cz˛eści instalacji lub całości instalacji elektrycznej. Zbyt duża wartość pradu
˛ upływu w przewodzie ochronnym może świadczyć o pogarszajacym
˛
si˛e stanie izolacji instalacji lub odbiorników energii elektrycznej z niej zasilanych.
3.2
Pomiary
Pomiary napi˛eć, cz˛estotliwości oraz kierunku wirowania faz należy wykonać we
wskazanych przez prowadzacego
˛
zaj˛ecia miejscach.Wykonać pomiary ciagłości
˛
i
rezystancji nast˛epujacych
˛
elementów znajdujacych
˛
si˛e na tablicy demonstracyjnej:
– MPE / sieć gazowa,
3.2. POMIARY
19
– MPE / cz˛eść izolacyjna sieci gazowej,
– MPE / instalacja ciepłownicza,
– MPE / instalacja wodna,
– MPE / ekran przewodu CCTV,
– MPE / EC1,
– MPE / EC2,
– MPE / EC3,
– EC1 / przewód PE gniazdka 1,
– EC1 / obudowa silnika,
– EC1 / przewód PE gniazda trójfazowego,
– EC1 / oprawa lampy 1,
– EC2 / oprawa lampy 2,
– EC2 / obudowa pralki,
– EC3 / obudowa stanowiska komputerowego,
– obudowa silnika / grzejnik.
Wykonać pomiary pradów
˛
upływu metoda˛ c˛egowa˛ w nast˛epujacych
˛
punktach:
– upływ do przewodu PE pralki (p˛etla 5),
– upływ od pralki do podłogi (p˛etle 3, 4 i 5),
– upływ całej instalacji (p˛etla 1),
– upływ do uziemienia (p˛etla 2).
20
ROZDZIAŁ 3. WYBRANE BADANIA EKSPLOATACYJNE . . .
3.3
Wzory i obliczenia
W celu oceny poszczególnych parametrów instalacji niezb˛edne jest aby przeprowadzić rachunek bł˛edów dla otrzymanych wyników pomiarowych. Dokładność
wykonywania pomiarów zależy od klasy dokładności użytych przyrzadów,
˛
doboru właściwej metody wykonywania pomiarów i uwzgl˛ednienia uwarunkowań
wynikajacych
˛
ze specyfiki badanego obiektu i jego parametrów. Bład
˛ graniczny
miernika cyfrowego wyznacza si˛e ze wzoru:
∆g = ±a [%] ± n [cy f r, dgt]
(3.3)
gdzie: ∆g – bład
˛ graniczny bezwzgl˛edny, a – bład
˛ wzgl˛edny, procent od wielkości mierzonej (w.m.) lub wielkości wyświetlanej (w.w.), Wo – wartość otrzymana z pomiaru, n – liczba znaków (dgt), bład
˛ bezwzgl˛edny zależny od rozdzielczości.
Wartości bł˛edu wzgl˛ednego oraz liczb˛e cyfr n dla otrzymanego zakresu pomiarowego odczytuje si˛e z dokumentacji technicznej miernika.Rachunek bł˛edów
należy przeprowadzić dla każdego wykonanego pomiaru.
3.4
Zawartość sprawozdania
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów rezystancji przewodów ochronnych
należy:
– ustalić prawidłowe wartości rezystancji przewodów ochronnych,
– sporzadzić
˛
protokół pomiarów ciagłości
˛
przewodów PE i rezystancji R,
– ocenić, czy prady
˛ upływu nie spowoduja˛ zadziałania wyłacznika
˛
różnicowopradowego,
˛
– wyznaczyć na podstawie pradów
˛
upływu rezystancj˛e izolacji instalacji,
– ocenić czy instalacja wykonana jest poprawnie i spełnione sa˛ wszelkie warunki bezpieczeństwa, jeżeli nie to zaproponować sposób naprawy instalacji.
W sprawozdaniu należy zamieścić wyniki dla poszczególnych pomiarów napi˛ecia, cz˛estotliwości, kierunku wirowania faz oraz pradów
˛
upływu a także wnioski dotyczace
˛ przeprowadzonych pomiarów.
Rozdział 4
Rezystancja torów pradowych
˛
aparatów elektrycznych
4.1
Wst˛ep teoretyczny
Źródłami ciepła w aparatach elektrycznych i urzadzeniach
˛
rozdzielczych sa˛ przede
wszystkim źródła pradowe,
˛
tj.:
– tory pradowe
˛
główne wiodace
˛ prady
˛ robocze i w przypadku zakłóceń prady
˛
przecia˛żeniowe i zwarciowe,
– zestyki (połaczenia)
˛
wyst˛epujace
˛ w torach pradowych
˛
różnorodnych odmianach,
– osłony (okapturzenia) elektrycznie przewodzace,
˛
– elementy ferromagnetyczne znajdujace
˛ si˛e w zmiennym polu magnetycznym,
– układy izolacyjne obarczone stratnościa,˛ jak zestarzone układy izolacyjne
papierowo-olejowe.
W praktyce w każdym przypadku wystapi
˛ a˛ straty cieplne w torach prado˛
wych i zestykach. Strata mocy Joule’a w przewodniku o rezystywności ρ i obj˛etości V jest wyrażona wzorem:
Z
∆P =
J 2 ρdV
(4.1)
V
W przewodnikach o stałym przekroju S i długości l, przy założeniu stałej g˛estości pradu
˛ J w całym przewodniku, strata mocy jest określona wzorem
21
22
ROZDZIAŁ 4. REZYSTANCJA TORÓW PRADOWYCH
˛
...
∆P = J 2 ρlS
(4.2)
∆P = I 2 R
(4.3)
lub
gdzie: R – rezystancja przewodnika, I – wartość skuteczna pradu.
˛ W praktyce
nie jest możliwe analityczne wyznaczenie dopuszczalnych strat mocy w aparatach elektrycznych. Jest to możliwe tylko w badaniach laboratoryjnych na rzeczywistych elementach. Straty te zależa˛ głównie od wartości rezystancji przejścia
danego aparatu. Na wartość rezystancji toru pradowego
˛
wpływaja˛ mi˛edzy innymi:
– tor pradowy
˛
pojedynczego bieguna aparatu elektrycznego,
– ilość i rodzaj zestyków elektrycznych.
4.2
Pomiary
Pomiary rezystancji przejścia torów pradowych
˛
należy przeprowadzić dla wybranych aparatów elektrycznych niskiego napi˛ecia, korzystajac
˛ z mikroomomierza
firmy Metrel Mi3252.
Rysunek 4.1: Schemat połaczenia
˛
miernika do badania rezystancji metoda˛ cztero
przewodowa:
˛ C1 , C2 – sondy pradowe,
˛
P1 , P2 – sondy napi˛eciowe
Dla każdego z aparatów należy wykonać po pi˛eć pomiarów rezystancji przejścia dla każdego z torów pradowych.
˛
Po każdym pomiarze należy wykonać cykl
wyłacz
˛ – załacz
˛ aparatu. Prad
˛ pomiary należy dobrać tak, aby był nie wi˛ekszy niż
znamionowy prad
˛ danego aparatu. Czas trwania pomiaru ustawić na 5 sekund.
Dla każdego z pomiarów należy zapisać wartość pradu
˛ pomiarowego, napi˛ecia
4.3. WZORY I OBLICZENIA
23
Materiał
ρ20
α
Cu
Al - mi˛ekkie
Al - twarde
Fe
0,0182
0,0278
0,0303
0,13
0,0038
0,040
0,040
0,0064
Tablica 4.1: Zestawienie wartości rezystywności ρ20 i temperaturowego współczynnika α wzrostu rezystywności dla wybranych materiałów
zmierzonego oraz rezystancji przejścia. Dodatkowo należy zmierzyć temperatur˛e
otoczenia w trakcie wykonywania pomiarów.
4.3
Wzory i obliczenia
Rezystywność przewodników ρ, a zatem i ich rezystancja, zależa˛ od temperatury.
Rezystancja w temperaturze ϑ jest opisana zależnościa:
˛
Rϑ = R0 1 + αϑ + β ϑ 2 + γϑ 3 + · · ·
(4.4)
gdzie: R0 – rezystancja przewodnika w temperaturze 0o C, α, β , γ – współczynniki o stałej wartości. W obliczeniach praktycznych, we zakresie temperatur
0÷200o C można korzystać z zależności
Rϑ = R0 (1 + αϑ )
(4.5)
W tabeli 4.1 przedstawiono wartości rezystywności ρ20 i temperaturowego
współczynnika α dla wybranych materiałów.
4.4
Dla każdego z badanych aparatów należy wyznaczyć wartość średnia˛ rezystancji
poszczególnych torów pradowych,
˛
b˛edac
˛ a˛ podstawa˛ do dalszych obliczeń. Wyznaczona˛ rezystancj˛e należy przeliczyć na temperatur˛e 20o C i 70o C. Dla tak wyznaczonych rezystancji obliczyć straty mocy poszczególnych torów pradowych
˛
oraz całego aparatu przy założeniu, że jest on obcia˛żony swoim pradem
˛
znamionowym.
W sprawozdaniu należy zamiesić:
– wyniki pomiarów w postaci tabeli,
24
ROZDZIAŁ 4. REZYSTANCJA TORÓW PRADOWYCH
˛
...
– przykładowe obliczenia,
– zestawienie wyników pomiarów rezystancji po przeliczeniu na odpowiednie temperatury,
– wyniki obliczeń strat mocy,
– straty energii przy założeniu, że aparaty pracuja˛ przez cały rok,
– wnioski.
Rozdział 5
Nagrzewanie połacze
˛ ń śrubowych
szyn miedzianych
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej inż. Michała Rogowskiego
pt. „Nagrzewanie połaczeń
˛
śrubowych szyn rozdzielczych”, Poznań 2015
5.1
Wst˛ep teoretyczny
Przewody szynowe sa˛ przeznaczone do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej
oraz zasilania odbiorników siłowych i oświetleniowych o mocach znamionowych
od umiarkowanych do bardzo dużych. Przewody takie pełnia˛ niekiedy funkcj˛e rozbudowanych przestrzennie rozdzielnic, dzi˛eki czemu unika si˛e stosowania
wielu kabli. Nowoczesne systemy przewodów szynowych zawieraja˛ wiele elementów konstrukcyjnych oraz skrzynki zasilajace
˛ i odbiorcze z zestawem różnych
aparatów łaczeniowych
˛
i zabezpieczeniowych, umożliwiajacych
˛
łatwy i szybki
montaż. Poszczególne elementy konstrukcyjne przewodów szynowych łaczy
˛
si˛e
za pomoca˛ zestyków rozłacznych
˛
lub stałych. Jednym ze sposobów łaczenia
˛
szyn
miedzianych w szynoprzewodach sa˛ połaczenia
˛
śrubowe. Połaczenie
˛
takie jest
wysoce niezawodne i mocne. Jednak jak każde połaczenie
˛
elektryczne powoduje
zmniejszenie rzeczywistego przekroju przewodu w miejscu styczności (rys. 5.1).
Zmniejszenie przekroju powoduje powstanie dodatkowej rezystancji przejścia w
punkcie, a to prowadzi do dodatkowego nagrzewania si˛e miejsca styczności (rys.
5.2). Maksymalny dopuszczalny przyrost temperatury dla badanego układu wynosi 65 K. Ustalony przyrost temperatury zestyku τz można wyznaczyć ze wzoru:
1
1
(5.1)
τz = τ p + I 2 Rz
2
aSλ
gdzie: I – wartość skuteczna pradu,
˛ Rz – rezystancja przejścia zestyku, ρ – przewodność cieplna materiału przewodnika, S – pole powierzchni przekroju prze25
26
ROZDZIAŁ 5. NAGRZEWANIE POŁACZE
˛
Ń ŚRUBOWYCH . . .
Rysunek 5.1: Rozkład linii pradu
˛ w strefie zestyku: d – średnica styku, G1G2 –
granica stref rozpływu pradu
˛
Rysunek 5.2: Rozkład temperatury w strefie zestyku: τ p – ustalony przyrost temperatury, τz – ustalony przyrost temperatury zestyku
5.1. WSTEP
˛ TEORETYCZNY
27
Tablica 5.1: Zestawienie temperatur mi˛eknienia i topnienia wybranych metali
Metal
Temperatura mi˛eknienia
oC
Temperatura topnienia
oC
Aluminium
Miedź
Żelazo
Nikiel
Srebro
Złoto
Molibden
Wolfram
100 ÷ 150
190 ÷ 200
500
370 ÷ 520
150 ÷ 180
100
700 ÷ 900
900 ÷ 1000
660
1083
1540
1452
960
1063
2620
3419
wodnika, S p1 – jednostkowa powierzchnia zewn˛etrzna przewodnika, kod – współczynnik oddawania ciepła do otoczenia, λ – rezystywność materiału przewodnika.
Prad
˛ przepływajacy
˛ przez szyny napotyka opór w postaci zw˛eżenia powierzchni
przewodzacej.
˛
Powierzchnia styku mi˛edzy szynami może si˛e zmieniać pod wpływem temperatury. Mi˛eknienie metalu, który przewodzi prad
˛ elektryczny, nast˛epuje przy wysokich temperaturach. Temperatury te zależne sa˛ od użytego materiału przewodzacego.
˛
Na przykład dla miedzi temperatura˛ mi˛eknienia jest przedział temperaturowy 190oC ÷ 200oC, dla aluminium jest to przedział 100oC ÷
150oC, a dla srebra jest to przedział temperaturowy o wartości 150oC ÷ 180oC.
Styki, których metale przeszły do stanu mi˛eknienia wykazuja˛ si˛e mniejsza˛ rezystancja˛ na wskutek powstania wi˛ekszej ilości korytarzy przewodzacych,
˛
przez
które może przepływać prad.
˛ Przykładowe wartości dla temperatur mi˛eknienia
oraz topnienia wybranych metali zostały pokazane w tabeli 5.1.
Osiagni˛
˛ ecie stanu mi˛eknienia, w sytuacji gdy przewód szynowy przewodzi
prad,
˛ jest zjawiskiem niepożadanym,
˛
ponieważ struktura fizyczna szyny po przejściu w stan mi˛eknienia nie wraca do stanu pierwotnego. Jeżeli przewód szynowy
osiagn
˛ ałby
˛ temperatur˛e topnienia to jego rezystancja zestyku także by spadła, ale
szyna ta poddana tak wysokiej temperaturze mogła by ulec trwałej deformacji, a
to mogłoby doprowadzić na przykład do zwarcia mi˛edzyfazowego w rozdzielnicy.
Ważnym aspektem, decydujacym
˛
o wartości rezystancji zestyku mi˛edzy danymi
powierzchniami stykajacymi
˛
si˛e, jest wartość siły docisku z jaka˛ przewody sa˛ ściśni˛ete. Siła ta, jest zależna od rodzaju użytego połaczenia
˛
śrubowego oraz siły
użytej do przykr˛ecenia śruby. Im wi˛eksza siła docisku jest użyta do złaczenia
˛
danych przewodów szynowych , tym mniejsza jest wartość rezystancji zestyku.
Dzieje si˛e tak ponieważ zwi˛ekszona siła powoduje zbliżenie si˛e materiałów stykajacych,
˛
na wskutek czego wytworzonych jest wi˛ecej mikropołaczeń.
˛
Wzór na
28
˛
sił˛e docisku przy połaczeniach
˛
szynowych:
nπr2p
(5.2)
F=
αH
gdzie: r p –promień zast˛epczy kołowej powierzchni styczności, m; H – twardość
materiału styków, Pa; współczynnik ten jest określany na podstawie skali twardości Vickersa lub skali twardości Brinella; α – współczynnik twardości stykowej
materiału styków uwzgl˛edniajacy
˛ różny stopień chropowatości powierzchni stykajacych
˛
si˛e (rys. 5.3).
Rysunek 5.3: Wartość współczynnika α do wyznaczania twardości stykowej materiału styków dla różnych stopni chropowatości powierzchni; F – siła docisku
Na rezystancj˛e zestykowa˛ ma także wpływ warstwa nalotowa, jaka tworzy si˛e
mi˛edzy powierzchnia˛ stykowa.˛ Warstwa ta tworzy si˛e pod wpływem utleniania si˛e
metalu. Nalot ten powoduje wzrost rezystancji zestyku. Jest to zjawisko nie do
unikni˛ecia i rozpoczyna si˛e ono już w momencie wytworzenia danego materiału.
Pr˛edkość utleniania si˛e metalu wynika z właściwości danego materiału przewodzacego
˛
i dla każdego z nich proces ten przebiega z różna˛ pr˛edkościa.˛ Najszybciej
utleniajacym
˛
si˛e metalem jest miedź, nast˛epnie jest żelazo, aluminium, a najmniej
srebro. Chociaż miedź wykazuje najgorsze właściwości, dla branży elektrotechnicznej, z punktu widzenia utleniania si˛e, to jest ona najcz˛eściej wykorzystywana
do produkcji szynoprzewodów.
Jednym z empirycznych wzorów, który może posłużyć do wyznaczania wartości rezystancji zestykowej, z uwzgl˛ednieniem przeci˛etnych wartości rezystancji
warstwy nalotowej dla danego materiału stykowego, jest zależność:
cρ
(5.3)
Rp =
(0, 1Fk )m
ρ
Fk
c
gdzie:
m
– rezystywność materiału styków, Ω · m,
– siła docisku styków, N,
– stała zależna od stanu powierzchni styków,
uwzgl˛edniajaca
˛ także wpływ warstw naloto- Wartość ilowych,
– stała zależna od rodzaju zestyku (płaszczyznowy
– m = 1,
5.2. TERMOMETRY TERMOELEKTRYCZNE
29
Tablica 5.2: Wartości współczynnika cρ do wzoru 5.3 na rezystancj˛e kształtu
Materiał styków
Miedź – miedź
Srebro – srebro
Aluminium – aluminium
Aluminium – miedź
Mosiadz
˛ – mosiadz
˛
Mosiadz
˛ – miedź
Miedź pocynowana – miedź pocynowana
Miedź – miedź pocynowana
Stal – stal
Stal – miedź
Stal – srebro
cρ
mΩ · N m
0,08 – 0,14
0,06
0,13
0,98
0,67
0,38
1,0
0,07 – 0,1
7,6
3,1
0,06
czynu cρ jest zależna od materiału stykowego oraz stanu powierzchni styków.
Uwzgl˛ednia również wpływ warstw nalotowych. Przykładowe wartości współczynnika cρ przedstawiono w tablicy 5.2.
Analityczne przedstawienie przebiegu nagrzewania si˛e zestyków jest możliwe
tylko dla stosunkowo prostych przypadków. Obcia˛żalność pradow
˛
a˛ zestyków
ustala si˛e praktycznie na podstawie badań laboratoryjnych.
5.2
Termometry termoelektryczne
Termometry termoelektryczne sa˛ czujnikami generacyjnymi, które zaliczaja˛ si˛e ze
wzgl˛edu na sposób pomiaru, do termometrów elektrycznych. Do wykonania pomiaru termometry te wykorzystuja˛ zjawisko Peltiera i Thompsona, które polega
na zmianie różnicy potencjałów jakie wyst˛epuja˛ mi˛edzy dwoma różnymi metalami lub półprzewodnikami wraz ze zmiana˛ temperatury obiektu badanego. Różnica potencjałów pozwala wyznaczyć sił˛e termoelektryczna,˛ która jest niezb˛edna
do wyznaczenia temperatury mierzonej. Wartość siły termoelektrycznej można
wyznaczyć za pomoca˛ wzoru 5.4, który odwołuje si˛e także do rys. 5.4.
k n1
E = E12 + E21 = lg (TA − TB ) = C (TA − TB )
e n2
(5.4)
gdzie: E12 , E21 – siły elektromotoryczne, V; k – stała Boltzmana, J/K; e –
ładunek elektronu, C; n1 , n2 – ilość swobodnych elektronów; TA , TB – temperatura
styków, K; C – stała zależna od zastosowanych metali.
30
˛
Rysunek 5.4: Schemat ogniwa termoelektrycznego
Ogniwo termoelektryczne musi być zbudowane z dwóch różnych metali lub
półprzewodników. Mi˛edzy spoinami wydziela si˛e siła elektromotoryczna, zależność ta zachodzi tylko wtedy kiedy temperatura w układzie si˛e zmienia. Nie
wszystkie materiały nadaja˛ si˛e do użycia jako ciało termometryczne. Elementy
termometryczne używane do spoin musza˛ charakteryzować si˛e duża˛ trwałościa˛
temperaturowa,˛ ciagliwości
˛
a,˛ niska˛ rezystywnościa,˛ powtarzalnościa˛ pomiarów
odpornościa˛ na wpływy otoczenia oraz duża˛ różnica˛ użytej w wzorze 5.4 stałej C.
Przykładowe wartości czułości termoelektrycznej zamieszczone sa˛ w tabeli 5.3.
Spoiny metalowe z których składa si˛e termometr zbudowane sa˛ z cienkich
metalowych drutów, które moga˛ być łaczone
˛
na różne sposoby w zależności od
temperatury w jakiej b˛eda˛ one używane. Do pomiaru temperatur niskich czyli
do około 150o C druty sa˛ łaczone
˛
metoda˛ lutu mi˛ekkiego. W przypadku temperatur mierzonych wyższych, ale nie wi˛ekszych niż 700o C, do łaczenia
˛
używa si˛e
lutu twardego. Przy drutach, które b˛eda˛ używane do pomiarów jeszcze wyższych
temperatur zalecane jest zastosowanie połaczeń
˛
spawanych gazem w atmosferze
redukujacej.
˛
W przypadku spoin złożonych z metali szlachetnych łaczenie
˛
odbywa si˛e w łuku elektrycznym. Na wytrzymałość wysokotemperaturowa,˛ a także
na cen˛e miernika ma wpływ szerokość łaczonych
˛
z soba˛ drutów. Generalnie termoelementy można składać z różnych rodzajów metali, ale faktycznie w użytku
jest tylko kilka rodzajów połaczeń
˛
metalów. Wi˛ekszość termopar jest opisanych
w normie PN-EN 60584-1, a zestawienie najcz˛eściej używanych znajduja˛ si˛e w
tabeli 5.4.
Termometr termoelektryczny do poprawnego działania oprócz temperatury
obiektu mierzonego musi znać także temperatur˛e odniesienia. Zalecane jest, aby
temperatura otoczenia była stała, ale temperatura w danym obszarze może panować tylko w próżni. Wi˛ec w celu zapewnienia poprawnej temperatury otoczenia
w czasie wykonywania pomiaru umieszcza si˛e spoin˛e odniesienia do innego pomieszczenia o stałej temperaturze lub umieszcza si˛e w obiekcie, który posiada
ograniczone możliwości wymiany ciepła z otoczeniem. W przypadku zmiennej temperatury odniesienia układ musi posiadać element kompensujacy.
˛
Kom-
5.2. TERMOMETRY TERMOELEKTRYCZNE
31
Tablica 5.3: Czułość termoelektryczna termoelementów złożonych z platyny i
jednego z niżej podanych materiałów w temperaturze odniesienia spoiny 0o C
Metal
S [µV /K]
Bizmut
Konstantan
Nikiel
Potas
Sód
Platyna
Rt˛eć
W˛egiel
Aluminium
Ołów
Tantal
Rod
Srebro
Miedź
Złoto
Wolfram
Kadm
Żelazo
Chromonikiel
Antymon
German
Krzem
Tellur
Selen
-72
-35
-15
-9
-2
0
0,6
3
3,5
4
4,5
6
6,5
6,5
6,5
7,5
7,5
18,5
25
47
300
440
500
900
˛
32
Rodzaj termoelementu
Miedź-konstantan
Cu+40% Ni)
Żelazo-konstantan
Chromel-alumel
Platyna-platynorod
Pt+10% Rh) PtRh-Pt
-200
400
600
Typ
T
1300
1600
800
1100
1300
600
-50
-20
-200
K
S
J
Zakres zastosowania
Granica
Granica
górna przy górna przy
Granica dolna
pracy
pracy krótciagłej
˛
kotrwałej
Tablica 5.4: Zestawienie wybranych termoelementów
(60%
(90%
Uwagi
Należy chronić od działania gazów utleniaja˛
cych
Należy chronić od działania gazów utleniaja˛
cych. Odporna na atmosfer˛e redukujac
˛ a.˛
Chronić od atmosfery
redukujacej,
˛
od działania zwiazków
˛
siarki,
w˛egla, fosforu i par metali
5.3. NAGRZEWANIE I STYGNIECIE
˛
PRZEWODÓW
33
pensacja zmiany temperatury otoczenia może odbywać si˛e za pomoca˛ najcz˛eściej zmiennego rezystora wyrównawczego, rzadziej używany jest mostek Wheatstone’a, który eliminuje potrzeb˛e używania kompensacji, a w warunkach laboratoryjnych wykorzystywane sa˛ układy ultratermostartów. Na rys. 5.5 został
zamieszczony układ służacy
˛ do korekcji temperatury odniesienia.
Rysunek 5.5: Układ połaczeń
˛
do pomiaru temperatury termoelementu metoda˛
wychyleniowa:
˛ 1 – spoina pomiarowa, 2 – termoelement, 3 – spoina odniesienia,
4 – przewody łaczeniowe.
˛
5.3
Nagrzewanie i stygni˛ecie przewodów
Pomiar nagrzewania polega na nagrzaniu obiektu w celu otrzymania wyników w
postaci zbioru temperatur zmierzonych w czasie wykonywania pomiaru. Otrzymane wyniki pozwalaja˛ utworzyć wykres temperatury w zależności od czasu,
który utworzy krzywa˛ nagrzewania, jeżeli b˛edzie grzany pradem
˛
probierczym o
stałej wartości. Przykładowy wykres nagrzewania przewodu znajduje si˛e na rys.
5.6.
Rysunek 5.6 zawiera także krzywa˛ stygni˛ecia, która˛ można otrzymać poprzez
zatrzymanie przepływu pradu
˛ w ciele badanym. Nagrzany obiekt, pozbawiony
czynnika grzejacego
˛
zaczyna oddawać ciepło do otoczenia i tym samym zmniejsza swoja˛ temperatur˛e. Wymiana cieplna ustaje gdy temperatura ciała badanego
zrówna si˛e z temperatura˛ otoczenia i jeżeli chłodzenie do temperatury otoczenia
odbywało si˛e bez dodatkowych i zmiennych czynników zewn˛etrznych to przebieg
zmiany temperatury w tym czasie pozwala otrzymać charakterystyk˛e krzywej stygni˛ecia.
Charakterystyki krzywej nagrzewania i stygni˛ecia sa˛ funkcjami, których wyprowadzenie bierze si˛e z wzoru na równanie bilansu cieplnego:
kf ρ
lp 2
I dt = c p sl p dϑ + kod Al p (ϑ ϑo ) dt
S
(5.5)
34
˛
Rysunek 5.6: Charakterystyki nagrzewania si˛e (1) i stygni˛ecia (2) przewodów
jednorodnych obcia˛żonych pradem
˛
o stałej wartości
gdzie: k f – współczynnik strat dodatkowych uwzgl˛edniajacy
˛ zjawisko naskórkowości i zbliżenie przewodów; ρ – rezystywność materiału przewodu, Ωm; l p
– długość przewodu, m; s – przekrój przewodu, m2 ; dt – elementarny przedział
czasu, s; c p – ciepło właściwe przewodu, J/K; dϑ – przyrost temperatury przewodu, oC; kod – współczynnik oddawania ciepła, W/K; A – pole powierzchni
bocznej jednostki długości przewodu, m2 ; ϑ – temperatura przewodu.
Nast˛epnie po przekształceniach równania 5.5 otrzymuje si˛e równania krzywych nagrzewania (wzór 5.6) i chłodzenia (wzór 5.7).
−t
τ = τu 1 − exp
(5.6)
T
τ = τ p exp
5.4
−t
T
(5.7)
Pomiary
Pomiary nagrzewania połaczeń
˛
śrubowych szyn miedzianych należy przeprowadzić w układzie przedstawionym na rysunku 5.7. w trakcie wykonywania pomiaru
5.4. POMIARY
35
należy mierzyć temperatur˛e połaczeń
˛
śrubowych szyny miedzianej znajdujacej
˛ si˛e
na stanowisku. Dodatkowo należy mierzyć prad,
˛ napi˛ecie i moc po stronie pierwotnej zespołu pradowego
˛
oraz prad
˛ i napi˛ecie po stronie wtórnej. Pomiary na-
Rysunek 5.7: Schemat połaczeń
˛
elektrycznych do pomiaru nagrzewania połaczeń
˛
śrubowych
leży wykonywać co 5 minut od momentu załaczenia
˛
napi˛ecia zasilajacego,
˛
w niezmiennych warunkach otoczenia.
Szyny należy nagrzewać pradem
˛
350 A, dla wskazanego przez prowadzacego
˛
zaj˛ecia punktu lub punktów pomiarowych. W czasie grzania należy regulować nat˛eżenie pradu,
˛ tak aby maksymalne odchylenie od zadanej wartości nie było wi˛eksze niż ± 10 A. Schemat układu pomiarowego został przedstawiony na rys. 5.8.
Rysunek 5.8: Układ pomiarowy w rzucie poziomym z zaznaczonymi punktami
pomiarowymi
36
˛
5.5
W sprawozdaniu należy zamieścić:
– schemat pogladowy
˛
szyny wraz z zaznaczonymi punktami pomiaru temperatury,
– tabel˛e z wynikami pomiarów temperatury, pradów,
˛
napi˛eć i mocy,
– wykres przedstawiajacy
˛ temperatur˛e poszczególnych połaczeń
˛
w funkcji
czasu,
– wykres temperatury w funkcji położenia,
– porównanie mocy pobieranej przez układ zasilajacy
˛ (strona pierwotna zespołu pradowego)
˛
i mocy oddawanej (strona wtórna zespołu pradowego),
˛
– wnioski.
Rozdział 6
Wpływ kształtu pradu
˛
uszkodzeniowego na działanie
wyłaczników
˛
˛
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Zbigniewa Józefczaka pt. „Wyłaczniki
˛
różnicowopradowe
˛
– badania porównawcze”, Poznań
2014
6.1
Wst˛ep teoretyczny
W instalacjach elektroenergetycznych niskiego napi˛ecia w systemie TN-S do zabezpieczenia gniazd wtykowych konieczne jest stosowanie wyłaczników
˛
˛
Wyłaczniki
˛
różnicowopradowe
˛
działajace
˛ pod wpływem pradów
˛
różnicowych sinusoidalnych określa si˛e jako wyłaczniki
˛
typu AC. Rozpowszechnienie si˛e urzadzeń
˛
energoelektronicznych spowodowało, że w obwodach z takimi urzadzeniami
˛
w przypadkach uszkodzeń wywołujacych
˛
przepływ pradów
˛
doziemnych moga˛ płynać
˛ prady
˛ różne od sinusoidalnych, na które nie reaguja˛
wyłaczniki
˛
typu AC. Było to przyczyna˛ pojawienia si˛e nowych konstrukcji aparatów różnicowopradowych,
˛
określanych jako wyłaczniki
˛
typu A, reagujacych
˛
na
prady
˛ wyprostowane jedno- lub dwu- połówkowo, a także na prady
˛ pulsujace
˛ b˛edace
˛ jedynie cz˛eścia˛ sinusoidy (tablica 6.1).
6.2
Pomiary
Celem ćwiczenia jest zapoznanie si˛e z wpływem kształtu pradu
˛ uszkodzeniowego
na czas zadziałania wyłacznika
˛
różnicowopradowego.
˛
Oprócz czasu zadziała37
38
ROZDZIAŁ 6. WPŁYW KSZTAŁTU PRADU
˛
...
nia mierzona również b˛edzie wartość pradu
˛ różnicowego powodujacego
˛
zadziałanie wyłacznika.
˛
Skonstruowane stanowisko laboratoryjne umożliwia przeprowadzenie badań porównawczych wyłaczników
˛
˛
o różnych
typach wyzwalania (typu AC i typu A). Badania porównawcze polegaja˛ na określeniu parametrów działania (prad
˛ różnicowy zadziałania i czas wyłaczania
˛
wyłacznika)
˛
przy przepływie pradu
˛ różnicowego o zadanym kształcie (sinusoidalnie
zmienny, jednopołówkowy spolaryzowany dodatnio lub ujemnie, o kacie
˛ wysterowania przebiegu 90o i 135o ). Badania przeprowadza si˛e w oparciu o norm˛e
PN-EN 61008 oraz PN-EN 61009, rozdział 9.9 – Sprawdzanie parametrów działania. Schemat układu probierczego do badań wyłaczników
˛
˛
przedstawiono na rysunku 6.1. Oscyloskop umożliwia obserwacje przebiegów i
pomiar czasów wyłaczania,
˛
natomiast rezystor nastawny (dekadowy) Rd służy do
regulacji wartości pradu
˛ różnicowego. Wartość pradu
˛ jest odczytywana z miliamperomierza. Na rysunku 6.2 przedstawiono szczegółowo wewn˛etrzna˛ budow˛e
układu pomiarowego.
Rysunek 6.1: Schemat układu probierczego do badań wyłaczników
˛
różnicowopradowych:
˛
Rd – rezystor dekadowy, mA – miliamperomierz TrueRMS, OSC –
oscyloskop
Pierwszym etapem badań wyłaczników
˛
˛
jest sprawdzenie reakcji wyłaczników
˛
na nagłe pojawienie si˛e pradu
˛ różnicowego niezadziałania I∆no – wartości dla której, oraz poniżej której wyłacznik
˛
nie powinien wyzwolić w danych warunkach środowiskowych. Kolejnym etapem jest zbadanie
działania wyłaczników
˛
przy płynnie zwi˛ekszanym pradzie
˛
różnicowym.
Badanie przeprowadza si˛e nast˛epujaco:
˛
39
– łacznik
˛
pomocniczy S1 (rys. 6.1) znajduje si˛e w stanie zamkni˛ecia, prad
˛
różnicowy I∆ jest zwi˛ekszany od wartości I∆ 6 0, 2I∆ , zmierzajac
˛ do osia˛
gni˛ecia wartości I∆n ,
– zwi˛ekszanie wartości pradu
˛ różnicowego odbywa si˛e poprzez zmian˛e nastawy rezystora dekadowego Rd o nie wi˛ecej niż 10 Ω,
– po zadziałania wyłacznika
˛
różnicowopradowego
˛
nie należy zmieniać wartości rezystancji a także zanotować wartość pradu
˛ wyzwalacjacego,
˛
– dla niezmienionej nastawy rezystora wykonać pi˛eć prób wyzwalania wyłacznika
˛
różnicowopradowego, dla każdej z nich należy zanotować czas zadziałania.
Wyłacznik
˛
powinien zadziałać przy różnicowym pradzie
˛
zadziałania zawartym w przedziale I∆no ÷ kI∆n , gdzie k to współczynnik korekcyjny zależny od
kształtu pradu
˛ uszkodzeniowego. Wyłacznik
˛
powinien zadziałać w każdej z prób.
Dla każdej próby dokonuje si˛e pomiaru czasu wyłaczania,
˛
którego żadna wartość
nie może przekraczać wartości granicznych (tab. 6.2).
6.3
Wzory i obliczenia
Aby wyznaczyć wartość pradu
˛ różnicowego, który powoduje wyzwolenie wyłacznika
˛
˛
należy wykonać rachunek bł˛edów dla zmierzonej
wartości pradu.
˛ Bład
˛ graniczny miernika cyfrowego wyznacza si˛e ze wzoru:
∆g = ±a[%] ± n[dgt, cy f r]
δp =
∆g
· 100%
Wo
(6.1)
(6.2)
˛ wzgl˛edny, procent od wielkości
mierzonej (w.m.) lub wielkości wyświetlanej (w.w.), Wo – wartość otrzymana z
pomiaru, n – liczba znaków (dgt), bład
Wartości bł˛edu wzgl˛ednego oraz liczb˛e cyfr n dla otrzymanego zakresu pomiarowego odczytuje si˛e z dokumentacji technicznej miernika.Rachunek bł˛edów należy
przeprowadzić dla każdego wykonanego pomiaru.
Wykorzystujac
˛ metody statystyczne, dla każdego wyniku określono niepewności pomiarowe b˛edace
˛ parametrem zwiazanym
˛
z tym wynikiem, charakteryzujace
˛ rozrzut wartości mierzonej. Za miar˛e niepewności przyj˛eto przedział z
określonym poziomem ufności, określanym jako niepewność rozszerzona U(x).
40
˛
...
Najlepszym oszacowaniem zmiennej losowej x, na podstawie wyników xi serii n
niezależnych pomiarów jest średnia arytmetyczna:
x̄ =
1 n
∑ xi
x i=1
(6.3)
Miara˛ rozrzutu wyników pomiaru jest estymator odchylenia standardowego σx ,
obliczany ze wzoru:
s
∑(xi − x̄)2
σx =
(6.4)
n−1
Przyjmujac
˛ za wynik pomiaru średnia˛ arytmetyczna,˛ niepewność pomiaru u(x)
należy
uto
żsamiać z estymatorem odchylenia standardowego średniej σx̄ , który
√
jest n razy mniejszy od estymatora σx . Według powyższego, jeśli za wynik
pomiaru przyjmuje si˛e średnia˛ arytmetyczna˛ x̄ wyników serii n pomiarów, to niepewność standardowa (niepewność typu A) takiego wyniku wynosi:
σx
u(x) = σx̄ = √
n
(6.5)
Niepewność rozszerzona U(x) określa granice przedziału niepewności, któremu
można przypisać określony poziom ufności pα . Służy ona do wnioskowania o
zgodności wyników pomiarów z wartościami tablicowymi, albo wynikami uzyskanymi w innych warunkach. Niepewność rozszerzona jest równa wielokrotności niepewności standardowej:
U(x) = kα · u(x)
(6.6)
Współczynnik kα to bezwymiarowy współczynnik rozszerzania, zależny od przyj˛etego poziomu ufności i rozkładu zmiennej losowej x (rozkład Studenta).
6.4
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy:
– wypełnić tabel˛e według tablicy 6.3,
– przeprowadzić analiz˛e statystyczna˛ otrzymanych wyników„
– określić czy badany wyłacznik
˛
spełnia wymagania dotyczace
˛ pradu
˛ wyzwalania z uwzgl˛ednieniem rachunku bł˛edu,
– wnioski.
6.4. ZAWARTOŚĆ SPRAWOZDANIA
41
Tablica 6.1: Zakres pradów
˛
wyzwalajacych
˛
wyłaczników
˛
˛
dla różnych kształtów pradu
˛ różnicowego
Rodzaj pradu
˛ wyzwalajacego
˛
przemienny
idalny
sinuso-
pulsujacy
˛
wyprostowany jednopołówkowo
pulsujacy:
˛
-kat
˛ wysterowania 90o
-kat
˛ wysterowania 135o
wyprostowany jednopołówkowo ze składowa˛
stała˛ do 6 mA
Kształt pradu
˛
Prad
˛ wyzwalajacy
˛ Iw
(0,5 ÷ 1,0) IN
(0,35 ÷ 1,4) IN
(0,25 ÷ 1,4) IN
(0,11 ÷ 1,4) IN
1,4 IN + 6 mA
42
˛
...
Rysunek 6.2: Schemat wewn˛etrznych połaczeń
˛
układu probierczego
43
Tablica 6.2: Czasy wyłaczania
˛
i niezadziałania wyłacznika
˛
˛
Typ wyłacznika
˛
Bezzwłoczny
Prad
˛ In
Prad
˛ I∆n
[A]
[A]
dowolny
dowolny
≥ 25
≥ 0,03
Selektywny
S
(zwłoczny)
Czas wyłaczania
˛
[s]
dla pradu
˛ uszkodzeniowego I∆n o wartości:
I∆n 2I∆n
5I∆n
0,3
0,15
0,04
0,5
0,2
0,15
0,13
0,06
0,05
Uwagi
Czas wyłaczania
˛
(maksymalny)
Czas wyłaczania
˛
(maksymalny)
Czas niezadziałania (minimalny)
Tablica 6.3: Wzór tabeli wyników
L.p
Kształt pradu
˛
Rezystancja
Rdek [Ω]
Prad
˛ wy- Czas wyzwalania
zwalania
[mA]
[ms]
Średni
czas wyzwalania
[ms]
44
˛
...
Rozdział 7
Badania eksploatacyjne urzadze
˛ ń I i
II klasy ochronności
7.1
Wst˛ep teoretyczny
Używane na placach budowy elektronarz˛edzia powinny być poddawane okresowej kontroli co 6, 4 lub co 2 miesiace
˛ w zależności od kategorii użytkowania.
Norma PN-88/E-08400/10 ustala terminy okresowych badań kontrolnych elektronarz˛edzi podczas eksploatacji w zależności od ich kategorii użytkowania:
kat 1 eksploatacja dorywcza kilkakrotnie w ciagu
˛ zmiany i zwrot do magazynu
– badania co 6 miesi˛ecy,
kat 2 eksploatacja cz˛esta – badania co 4 miesiace,
˛
kat 3 eksploatacja ciagła
˛ na kilku zmianach – badania co 2 miesiace.
˛
Zakres prób okresowych obejmuje:
– ogl˛edziny zewn˛etrzne,
– demontaż i ogl˛edziny wewn˛etrzne,
– pomiar rezystancji izolacji wykonywany przez minimum 1 minut˛e induktorem 500 V,
– sprawdzenie przewodu ochronnego,
– sprawdzenie biegu jałowego.
45
46
ROZDZIAŁ 7. BADANIA EKSPLOATACYJNE URZADZE
˛
Ń . . .
Wymagana rezystancja izolacji dla urzadzeń
˛
II klasy ochronności wynosi co najmniej 7 MΩ, a dla urzadzeń
˛
i i III klasy ochronności wynosi co najmniej 2 MΩ.
Sprawdzenie przewodu ochronnego dokonuje si˛e przez pomiar spadku napi˛ecia
pomi˛edzy stykiem ochronnym a cz˛eściami metalowymi narz˛edzia wykonywane
napi˛eciem U 6 12 V i pradem
˛
i = 1,5 IN , lecz nie mniejszym niż 25 A. Wymagana rezystancja R nie może przekroczyć 0,1 Ω. Pomiar pradu
˛ upływu (wg normy
EN 60745-1) jest sprawdzany przy napi˛eciu zasilania równym 1,06 razy napi˛ecie
znamionowe. Prób˛e wykonuje si˛e napi˛eciem przemiennym chyba, że narz˛edzie
jest zasilane napi˛eciem stałym. Impedancja ochronna jest odłaczony
˛
od cz˛eści
czynnych przed przeprowadzeniem badania. Zalecane jest, aby narz˛edzie zasilane przez transformator; w przeciwnym razie musi być izolowane od ziemi. Prad
˛
upływu jest mierzony przez 5 s po podłaczeniu
˛
napi˛ecia i nie może przekroczyć
wartości:
klasa I – 0,75 mA,
klasa II – 0,25 mA,
klasa III – 0,5 mA.
7.2
Pomiary
Pomiary urzadzeń
˛
i i II klasy ochronności wykonane zostana˛ przy wykorzystaniu
miernika bezpieczeństwa sprz˛etu elektrycznego PAT-805 firmy Sonel. Dla wybranych przez prowadzacego
˛
zaj˛ecia urzadzeń
˛
elektrycznych należy przeprowadzić
nast˛epujace
˛ pomiary:
A urzadzenia
˛
jednofazowe
– pomiar rezystancji przewodu ochronnego pradem
˛
25A,
– pomiar rezystancji izolacji,
– pomiar zast˛epczego pradu
˛ upływu,
– pomiar pradu
˛ upływu PE,
– pomiar różnicowego pradu
˛ upływu,
– pomiar dotykowego pradu
˛ upływu,
– pomiar mocy (przez czas 10 s),
– pomiar poboru pradu
˛ (przez czas 10 s),
– sprawdzenie rezystancji obwodu L-N,
– pomiar napi˛ecia i cz˛estotliwości sieci (przez czas 10 s).
47
B urzadzenia
˛
trójfazowe
– pomiar rezystancji przewodu ochronnego pradem
˛
25A,
– pomiar zast˛epczego pradu
˛ upływu.
7.3
Dla każdego z badanych urzadzeń
˛
elektrycznych należy sporzadzić
˛
protokół z
pomiarów oraz określić czy dane urzadzenie
˛
jest sprawne. Protokół z pomiarów
powinien zawierać nast˛epujace
˛ informacje:
– dokładne dane wykonawcy pomiarów,
– wyszczególnienie rodzajów badań zamieszczonych w protokole,
– tabele z wynikami pomiarów,
– opisy oznaczeń znajdujacych
˛
si˛e w tabelach z pomiarami,
– objaśnienia, wzory, warunki określajace
˛ spełnienie wymagań,
– uwagi i zalecenia pokontrolne,
– ocen˛e końcowa.˛
48
ROZDZIAŁ 7. BADANIA EKSPLOATACYJNE URZADZE
˛
Ń . . .
Rozdział 8
Pomiar rezystancji uziomów i
rezystywności gruntów
8.1
Wst˛ep teoretyczny
Pomiar rezystancji uziemienia uziomu powinien być wykonany metoda˛ techniczna˛
lub kompensacyjna.˛ Rezystancj˛e uziemień mierzy si˛e pradem
˛
przemiennym. Nie
można wykonywać pomiarów rezystancji uziemień pradem
˛
stałym, gdyż siły elektromotoryczne powstajace
˛ na stykach metal-elektrolit powoduja˛ bł˛edy pomiarów,
oraz ze wzgl˛edu na elektrolityczny charakter przewodności gruntu. Pomiary rezystancji uziemienia uziomu moga˛ być wykonywane przy użyciu miernika MRU100 opartego na metodzie technicznej lub induktorowego miernika do pomiaru
uziemień IMU opartego na metodzie kompensacyjnej. Prad
˛ dopływajacy
˛ do uziomu
rozpływa si˛e w gruncie promieniście na wszystkie strony. G˛estość pradu
˛ jest najwi˛eksza przy uziomie, powstaje lejowata krzywa potencjału, której kształt jest
zależny od rezystywności gruntu. W metodzie technicznej pomiaru rezystancji
uziemienia uziomu z zasilaniem sieciowym:
Obwód pradowy
˛
układu pomiarowego tworza:
˛ obwód wtórny transformatora,
amperomierz, uziom badany X, ziemia i uziom pomocniczy (pradowy)
˛
P.
Obwód napi˛eciowy układu pomiarowego tworza:
˛ uziom badany X, ziemia, napi˛eciowa sonda pomiarowa S i woltomierz.
Do poprawnego wykonania pomiaru rezystancji uziemienia metoda˛ techniczna˛ z
zasilaniem sieciowym wymagane sa:
˛ woltomierz o dużej rezystancji wewn˛etrznej
49
50
ROZDZIAŁ 8. POMIAR REZYSTANCJI UZIOMÓW . . .
1000 Ω/V, magnetoelektryczny lub lampowy wysokiej klasy dokładności do - 0,5,
amperomierz o wi˛ekszym zakresie od spodziewanego pradu
˛ i wysokiej klasy dokładności. Rezystancja sondy nie powinna przekraczać 300 Ω. Odległości mi˛edzy
uziomem X a sonda˛ pomiarowa˛ S i uziomem pomocniczym P musza˛ być takie by
sonda była w przestrzeni o potencjale zerowym (ziemia odniesienia), czyli mi˛edzy
obszarem rezystancji uziomu i sondy pradowej.
˛
Rysunek 8.1: Układ do pomiaru rezystancji uziemień metoda˛ techniczna:
˛ Xbadany uziom, S-napi˛eciowa sonda pomiarowa, P-uziom pomocniczy pradowy,
˛
Tr-transformator izolujacy,
˛ V-przebieg potencjału mi˛edzy uziomem badanym i
uziomem pomocniczym pradowym
˛
Wartość rezystancji uziemienia uziomu oblicza si˛e ze wzoru:
Rx =
Ux
[Ω]
IA
(8.1)
Metoda techniczna pomiaru rezystancji uziemienia nadaje si˛e do pomiaru małych rezystancji w granicach 0,01-1 Ω. Źródło pradu
˛ używane do próby powinno
być izolowane od sieci energetycznej (np. przez transformator dwuuzwojeniowy).
Wadami metody technicznej sa:
˛
– konieczność stosowania pomocniczych źródeł zasilania;
– na wynik pomiaru moga˛ mieć wpływ prady
˛ bładz
˛ ace;
˛
– niemożliwość bezpośredniego odczytu mierzonej rezystancji.
Zaawansowane przyrzady
˛ maja˛ możliwość wykonywania pomiarów metoda˛ 4ro przewodowa,˛ co pozwala na wyeliminowanie wpływu rezystancji przewodu,
8.1. WSTEP
˛ TEORETYCZNY
51
którym miernik jest dołaczony
˛
do badanego uziemienia. Umożliwia to dokładne
pomiary w przypadku zastosowania bardzo długich przewodów łacz
˛ acych
˛
miernik
z badanym uziomem. Korzyść ze stosowanie tej metody pomiaru wynika z faktu,
iż rezystancja pojedynczego przewodu łacz
˛ acego
˛
przyrzad
˛ z badanym uziomem
dodaje si˛e do rezystancji mierzonego uziomu. Przy tej metodzie pomiaru miernik
wskazuje tylko rezystancj˛e badanego uziomu.
Rysunek 8.2: Pomiar uziomu w przypadku zastosowania bardzo długich przewodów
Pomiar rezystywności gruntu może być wykonany induktorowym miernikiem
typu IMU lub MRU 100; MRU 101. Przy pomiarze rezystywności gruntu zaciski
miernika należy połaczyć
˛
z sondami rozmieszczonymi w linii prostej z zachowaniem jednakowych odst˛epów „a” mi˛edzy sondami jak przedstawia to rys 11.10.
Odst˛epy „a” mi˛edzy sondami wynosza˛ zwykle kilka metrów. Zmierzona wartość
jest wartościa˛ średnia˛ rezystywności gruntu w obszarze półkuli o średnicy równej
3a.
˛
miernika IMU do pomiaru rezystywności gruntu
Pomiary wykonujemy, jak przy pomiarze rezystancji uziemienia, a odczytana˛
52
wartość Rx mnożymy przez 2πa. Szukana rezystywność gruntu wynosi:
ρ = 2πaRx [Ωm]
(8.2)
Rysunek 8.4: Strefa pomiaru pomiaru rezystywności gruntu
8.2
Pomiary
Pomiary należy dokonać na tablicy demonstracyjnej MA2067 (rys. 8.5).
˛
do pomiarów należy bezwzgl˛ednie zapoznać si˛e z instrukcja˛ obsługi miernika
Pomiary rezystancji uziomów należy przeprowadzić w nast˛epujacych
˛
punktach (korzystajac
˛ z odpowiedniej metody pomiarowej):
– podstawowy system uziemienia z równoległym połaczeniem
˛
instalacji wodnej i CO (metoda klasyczna)
– podstawowy system uziemienia (metoda c˛egowa)
– instalacja odgromowa 1 (metoda klasyczna)
– instalacja odgromowa 1 (metoda c˛egowa)
– instalacja odgromowa 2 (metoda klasyczna)
– instalacja odgromowa 2 (metoda c˛egowa)
– równoległe połaczenie
˛
instalacji odgromowej 1 i 2 (metoda klasyczna)
Rezystywność gruntu należy pomierzyć dla odległości a pomi˛edzy sondami
wynoszac
˛ a:
˛ 1, 3, 10 i 12 metrów
53
Rysunek 8.5: Wyglad
˛ tablicy demonstracyjnej MA2067 firmy Metrel
8.3
– sporzadzić
˛
protokół z pomiarów rezystancji uziomów oraz rezystywności
gruntów,
– wykonać rachunek bł˛edów.
Protokół z pomiarów powinien zawierać nast˛epujace
˛ informacje:
˛
54
Rozdział 9
Pomiar rezystancji izolacji
przewodów roboczych instalacji
9.1
Wst˛ep teoretyczny
Stan izolacji ma decydujacy
˛ wpływ na bezpieczeństwo obsługi i prawidłowe funkcjonowanie wszelkiego rodzaju urzadzeń
˛
elektrycznych. Dobry stan izolacji to
obok innych środków ochrony, również gwarancja ochrony przed dotykiem bezpośrednim, czyli przed porażeniem pradem
˛
elektrycznym jakim groża˛ urzadzenia
˛
elektryczne.
9.2
Pomiary
Przy wykonywaniu wszystkich pomiarów odbiorczych i eksploatacyjnych należy
przestrzegać nast˛epujacych
˛
zasad:
a) pomiary powinny być wykonywane w warunkach identycznych lub zbliżonych
do warunków normalnej pracy podczas eksploatacji urzadzeń
˛
czy instalacji,
b) przed przystapieniem
˛
˛
c) przed rozpocz˛eciem pomiarów należy dokonać ogl˛edzin badanego obiektu dla
stwierdzenia jego kompletności, braku usterek oraz prawidłowości wykonania i oznakowania, sprawdzenia stanu ochrony podstawowej, stanu urzadzeń
˛
ochronnych oraz prawidłowości połaczeń,
˛
d) przed przystapieniem
˛
do pomiarów należy zapoznać si˛e z dokumentacja˛ techniczna˛ celem ustalenia poprawnego sposobu wykonania badań,
55
56
ROZDZIAŁ 9. POMIAR REZYSTANCJI IZOLACJI . . .
e) nie należy bez potrzeby dotykać cz˛eści czynnych i cz˛eści przewodzacych
˛
oraz
cz˛eści obcych, pami˛etajac,
˛ że ochrona przeciwporażeniowa może być niesprawna.,
f) należy pami˛etać, że urzadzenia
˛
charakteryzujace
˛
˛
˛
– jednoznaczności kryteriów oceny wyników,
– możliwości popełnienia bł˛edów czy uchybów pomiarowych,
Przy pomiarze rezystancji izolacji w temperaturze innej niż 20o C należy wyniki
przeliczyć do temperatury odniesienia z uwzgl˛ednieniem współczynnika poprawkowego K20 (tabela 9.1).
Tablica 9.1: Wartość współczynnika przeliczeniowego K20
Temperatura
oC
Izolacja
papierowa
kabla
Izolacja
gumowa
kabla
Izolacja
polwinitowa
kabla
4
8
10
12
16
20
24
26
28
0,21
0,3
0,37
0,42
0,61
1,0
1,57
2,07
2,51
0,47
0,57
0,62
0,68
0,83
1,0
1,18
1,26
1,38
0,11
0,19
0,25
0,33
0,625
1,0
1,85
2,38
3,125
Pomiary rezystancji izolacji powinny być wykonane w instalacji odłaczonej
˛
od zasilania. Rezystancj˛e izolacji należy mierzyć pomi˛edzy kolejnymi parami
przewodów czynnych a ziemia.˛ Przewody ochronne PE i ochronno- neutralne
PEN traktować należy jako ziemi˛e, a przewód neutralny N jako przewód czynny.
W przypadku badania instalacji mieszanych, znajdujacych
˛
si˛e w różnych środowiskach (np. w pomieszczeniach suchych i wilgotnych), należy podzielić odpowiednio obwody i badać je osobno. Jest to podyktowane różnymi wartościami
57
dopuszczalnych rezystancji izolacji. Do pomiaru rezystancji izolacji używa si˛e
mierników o napi˛eciu dopasowanym do napi˛ecia znamionowego obwodu (tabela
9.2). Pomiar rezystancji wykonuje si˛e pradem
˛
stałym.
Tablica 9.2: Napi˛ecia probiercze i minimalne wartości rezystancji izolacji
Napi˛ecie znamionowe Napi˛ecie probiercze
Minimalna
badanego obwodu
pradu
˛ stałego
rezystancji izolacji
[V]
[V]
[MΩ]
do 50 SELV i PELV
50 < U 6 500
> 500
250
500
1000
6 0,5
> 1,0
> 1,0
Sprawdzajac
˛ instalacj˛e wykonuje si˛e pomiar rezystancji izolacji całej instalacji lub obwodu wzgl˛edem ziemi. Jeżeli otrzymana wartość rezystancji izolacji nie
spełnia określonych w normie wymagań, należy wtedy wykonać:
– pomiar rezystancji izolacji poszczególnych przewodów (żył) wzgl˛edem ziemi,
– pomiar rezystancji izolacji mi˛edzy poszczególnymi przewodami (żyłami).
W ten sposób możliwe b˛edzie odnalezienie na którym przewodzie czynnym instalacji elektrycznej wyst˛epuje uszkodzenie izolacji. W ćwiczeniu należy na wskazanym przez prowadzacego
˛
stole laboratoryjnym przeprowadzić pomiar rezystancji
izolacji pomi˛edzy poszczególnymi przewodami a ziemia˛ oraz pomi˛edzy poszczególnymi parami przewodów. Oznacza to konieczność wykonania nast˛epujacych
˛
pomiarów: L1–PE, L2–PE, L3–PE, L1–L2, L1–L3, L2–L3, L1–N, L2–N, L3–N.
˛
do pomiarów należy upewnić si˛e, że została wykonana
przerwa w obwodzie (wyj˛ete wkładki bezpiecznikowe, wyłaczone
˛
zabezpieczenia)!
Podczas wykonywania pomiaru na sondach pomiarowych urzadzenia
˛
utrzymuje
si˛e trwale wysokie napi˛ecie! Dotkni˛ecie grozi porażeniem!
9.3
Wzory i obliczenia
W celu oceny rezystancji izolacji niezb˛edne jest aby przeprowadzić rachunek bł˛edów dla otrzymanych wyników pomiarowych. Dokładność wykonywania pomiarów zależy od klasy dokładności użytych przyrzadów,
˛
doboru właściwej metody
wykonywania pomiarów i uwzgl˛ednienia uwarunkowań wynikajacych
˛
ze specyfiki badanego obiektu i jego parametrów. Należy da˛żyć do wykonywania pomiarów z możliwie duża˛ dokładnościa,˛ z uchybem pomiaru poniżej 20 %.
58
ROZDZIAŁ 9. POMIAR REZYSTANCJI IZOLACJI . . .
Bład
∆g = ±a[%] ± n[dgt, cy f r]
(9.1)
∆g
· 100%
(9.2)
Wo
δp =
9.4
– wyjaśnić, dlaczego pomiar wykonywany jest napi˛eciem stałym chociaż instalacja w warunkach normalnych pracuje pod napi˛eciem przemiennym,
– sporzadzić
˛
szkic pomieszczenia z naniesionymi numerami obwodów dla
których wykonywane b˛eda˛ pomiary,
– sporzadzić
˛
protokół z pomiarów rezystancji izolacji,
– wykonać rachunek bł˛edów.
˛ informacje:
˛
Rozdział 10
Pomiar oświetlenia elektrycznego we
wn˛etrzach
10.1
Wst˛ep teoretyczny
Oceny warunków oświetlenia dokonuje si˛e na podstawie wyników pomiarów fotometrycznych oraz znajomości kryteriów prawidłowego oświetlenia. Pomiary
takie powinny być przeprowadzane przy odbiorze nowych lub zmodernizowanych urzadzeń
˛
oświetleniowych, okresowo co 5 lat oraz w razie watpliwości,
˛
czy
wymagania norm lub innych przepisów sa˛ spełnione. Wskazane jest przeprowadzanie pomiarów co 2 lata. Według normy PN-EN 12646-1, wymagane wartości
nat˛eżenia oświetlenia (tab. 10.1) można uzyskać w wyniku stosowania światła naturalnego, sztucznego lub ich kombinacji, jednak jego poziom nie powinien być
mniejszy niż wartości podane w normie. Badania urzadzeń
˛
oświetleniowych należy wykonać w warunkach eksploatacyjnych, praktycznie przy braku oświetlenia
dziennego.
Tablica 10.1: Wybrane stopnie nat˛eżenia oświetlenia i ich
zastosowanie
Najmniejsze
do- Rodzaje czynności lub pomieszczenia
puszczalne
średnie
nat˛eżenie oświetlenia
10
ogólna orientacja w pomieszczeniach
59
60
ROZDZIAŁ 10. POMIAR OŚWIETLENIA . . .
Najmniejsze
puszczalne
średnie
20
orientacja w pomieszczeniach z rozpoznaniem
cech średniej wielkości, jak np. rysów twarzy
ludzkiej oraz:
– piwnice i strychy
– składowanie materiałów jednorodnych
lub dużych
50
krótkotrwałe przebywanie połaczone
˛
z wykonywaniem prostych czynności np.:
– urzadzenia
˛
produkcyjne bez obsługi r˛ecznej
– przygotowanie pasz
oraz:
– korytarze i schody
– sale kinowe podczas przerw
– magazynowanie towarów różnych, przy
których zachodzi konieczność poszukiwania
10.1. WSTEP
˛ TEORETYCZNY
61
Najmniejsze
puszczalne
średnie
100
praca ciagła
˛ i czynności dorywcze przy bardzo
ograniczonych wymaganiach wzrokowych np.:
– urzadzenia
˛
technologiczne sporadycznie
obsługiwane, obsługa kotłów centralnego
ogrzewania
– miejsca obsługi codziennej, mycie i
czyszczenie samochodów w garażach
oraz:
– pomieszczenia sanitarne
– hole wejściowe
200
praca przy ograniczonych wymaganiach wzrokowych np.:
– mało dokładne prace ślusarskie i prace na
obrabiarkach do metali
– wyrób akumulatorów, kabli, nawijanie
cewek grubym drutem
oraz:
– jadalnie, bufety i świetlice
– sale gimnastyczne, aule, sale zaj˛eć ruchowych w szkołach
– portiernie
62
Najmniejsze
puszczalne
średnie
300
praca przy przeci˛etnych wymaganiach wzrokowych np.:
– średnio dokładne prace ślusarskie i prace
na maszynach do metali
– łamanie bel (rozwijanie), zgrzeblenie
– szpachlowanie, lakierowanie
– łatwe prace biurowe z dorywczym pisaniem na maszynie
500
praca przy dużych wymaganiach wzrokowych
np.:
– dokładne prace ślusarskie i prace na maszynach do metali
– r˛eczne rytownictwo
– repasacja, szycie i drukowanie tkanin
– druk r˛eczny i sortowanie papieru
750
długotrwała i wyt˛eżona praca wzrokowa np.:
– prace kreślarskie
– bardzo dokładne prace ślusarskie i prace
na maszynach do metali
Norma zakłada procedury weryfikacyjne, zgodnie z którymi należy sprawdzić
ilościowo, na drodze pomiarowej, jedynie poziom nat˛eżenia oświetlenia i jego
równomierność w polu zadania i w polu bezpośredniego otoczenia.
10.2. POMIARY
10.2
63
Pomiary
Pomiary sprawdzajace
˛ nat˛eżenie oświetlenia powinny być wykonywane na płaszczyźnie zadania. Obliczać należy średnie arytmetyczne wartości nat˛eżenia oświetlenia i jego równomierność, wyst˛epujace
˛ w polu zadania wzrokowego i w jego
bezpośrednim otoczeniu. W pomieszczeniach małych, oświetlenie można mierzyć w odst˛epach co jeden metr. Pomóc nam może wcześniej naniesiona na szkic
lub plan siatka kwadratów o boku 1m. w dużych pomieszczeniach, na dużych
płaszczyznach (hale, magazyny) pomiary wykonuje si˛e co 2–3 m pomijajac
˛ 0,5
metrowy pas przy ścianie. w przypadku nieokreślonej płaszczyzny pracy wzrokowej np. w hali bez wyposażenia, pomiary przeprowadza si˛e na tzw. umownej
płaszczyźnie roboczej, przyjmowanej na wysokości 0,85 m nad podłoga,˛ lub na
płaszczyźnie podłogi. Pomiary należy przeprowadzić we wskazanym przez prowadzacego
˛
zaj˛ecia pomieszczeniu. Należy dobrać ilość punktów pomiarowych,
sporzadzić
˛
szkic pomieszczenia i nanieść siatk˛e punktów pomiarowych.
10.3
Wzory i obliczenia
Obliczenie minimalnej ilości punktów pomiarowych w pomieszczeniu dokonuje
si˛e na podstawie wzoru
(P · Q)
(10.1)
w=
Hm (P + Q)
gdzie: w – wskaźnik pomieszczenia, P, Q – długość i szerokość pomieszczenia,
Hm – wysokość zawieszenia opraw nad powierzchnia˛ robocza.˛
Tablica 10.2: Zależność liczby punktów pomiarowych od wskaźnika pomieszczenia
Wskaźnik
Liczba punktów
pomieszczenia pomiarowych
w<1
w<2
w<3
w>3
4
9
16
25
Pomiar nat˛eżenia oświetlenia w danym punkcie wykonuje si˛e umieszczajac
˛ w
nim ogniwo poziomo, pionowo lub ukośnie, zgodnie z położeniem płaszczyzny
zadania wzrokowego i odczytujac
˛ wskazanie miernika. Na podstawie otrzyma-
64
nych wyników oblicza si˛e średnia˛ wartość nat˛eżenia oświetlenia Er wg wzoru
Er =
E1 + . . . + Ek
[lx]
k
gdzie: E1 . . . Ek – wartość nat˛eżenia oświetlenia w poszczególnych punktach pola
pracy wzrokowej, k – ilość punktów pomiarowych. Równomierność oświetlenia
należy wyliczyć dla danej płaszczyzny roboczej lub strefy komunikacyjnej (dla
pola zadania i dla jego bezpośredniego otoczenia), jako stosunek wartości minimalnej Emin do wartości średniej Er nat˛eżenia oświetlenia płaszczyzny
δ=
10.4
Emin
Er
˛ informacje:
– szkic pomieszczeni wraz siatka˛ pomiarów,
˛
Rozdział 11
Pomiar impedancji p˛etli zwarcia
11.1
Wst˛ep teoretyczny
Jednym z dost˛epnych środków ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach TN,
TT i TT jest samoczynne wyłaczenie
˛
zasilania. Dla zapewnienia samoczynnego
wyłaczenia
˛
zasilania powinno być spełnione wymaganie:
Zs · Ia 6 U
gdzie: Zs – impedancja p˛etli zwarciowej, obejmujacej
˛ źródło zasilania, przewód
fazowy do miejsca zwarcia i przewód ochronny od miejsca zwarcia do źródła
zasilania, Ia – prad
˛ powodujacy
˛ samoczynne zadziałanie urzadzenia
˛
zabezpieczajacego
˛
w wymaganym czasie (wyłacznika
˛
lub bezpiecznika). w zależności od zastosowanego urzadzenia
˛
jest to prad:
˛
– przet˛eżeniowy, albo
– różnicowy, to jest stanowiacy
˛ różnic˛e pomi˛edzy pradem
˛
płynacym
˛
w przewodzie L i przewodzie N.
Maksymalne dopuszczalne czasy wyżej wymienionego wyłaczenia,
˛
w zależności od napi˛ecia fazowego pradu
˛ przemiennego lub napi˛ecia wzgl˛edem ziemi
niet˛etniacego
˛
pradu
˛ stałego, podano w tablicy 11.1.
Czasy wyłaczenia
˛
podane w tablicy 11.1 dotycza˛ obwodów odbiorczych, z
których bezpośrednio lub poprzez gniazda wtyczkowe sa˛ zasilane urzadzenia
˛
i
klasy ochronności r˛eczne lub/i przenośne, przeznaczone do r˛ecznego przemieszczania w czasie użytkowania. w obwodach rozdzielczych można przyjmować czas
wyłaczenia
˛
dłuższy, lecz nie przekraczajacy
˛ 5 s. Wartość pradu
˛ Ia jest to prad
˛ powodujacy
˛ wyłaczenie
˛
uszkodzonego odbiornika w wymaganym czasie. Wartość
65
66
ROZDZIAŁ 11. POMIAR IMPEDANCJI PETLI
˛
ZWARCIA
Tablica 11.1: Maksymalne czasy wyłaczania
˛
w układzie TN
U0
[V]
Dla napi˛ecia dotykowego dopuszczalnego długotrwale
UL 6 50V ,UL 6 120V = UL 6 25V ,UL 6 60V =
t
t
[s]
[s]
120
230
277
400
480
580
0,80
0,40
0,40
0,20
0,10
0,10
0,35
0,20
0,20
0,05
0,05
0,02
ta zależy od rodzaju zastosowanego zabezpieczenia. Wartość ta˛ ustala si˛e na podstawie charakterystyk czasowo-pradowych
˛
urzadzeń
˛
zabezpieczajacych.
˛
Dla wyłaczników
˛
nadmiarowopradowych
˛
typu B, C, D prad
˛ ten wynika z charakterystyk
przedstawionych na rysunku .
Dla wyłaczników
˛
nadmiarowopradowych
˛
typu B prad
˛ wyłaczenia
˛
Ia to 5In ,
typu C Ia to 10In , a dla typu D prad
˛ Ia to 20In .
11.2
Pomiary
W ramach pomiarów impedancji p˛etli zwarcia (lub impedancji linii) należy we
wskazanych przez prowadzacego
˛
obwodach elektrycznych wykonać pomiar IPZ.
Dla każdego gniazdka we wskazanym obwodzie należy zmierzyć wartość napi˛ecia zasilajacego,
˛
impedancj˛e obwodu, rezystancj˛e obwodu, reaktancj˛e obwodu
oraz wartość spodziewanego pradu
˛ zwarcia Ik. Należy sporzadzić
˛
szkic pomieszczenia, dla którego przeprowadzone zostana˛ pomiary z naniesionymi położeniami
gniazd wtykowych. w celu określenia skuteczności ochrony przeciwporażeniowej poprzez samoczynne wyłaczenie
˛
zasilania niezb˛edne jest sprawdzenie typu i
danych znamionowych urzadzeń
˛
zabezpieczajacych
˛
poszczególne obwody.
11.3
˛ informacje:
67
Rysunek 11.1: Charakterystyki czasowo-pradowe
˛
wyłaczników
˛
nadmiarowopra˛
dowych
68
ROZDZIAŁ 11. POMIAR IMPEDANCJI PETLI
˛
ZWARCIA
˛
Rozdział 12
Pomiary eksploatacyjne baterii
kondensatorów energetycznych do
kompensacji mocy biernej
12.1
Wst˛ep teoretyczny
Konieczność wzbudzania zmiennych pół magnetycznych w silnikach, transformatorach, piecach indukcyjnych oraz wszelkiego rodzaju cewkach indukcyjnych powoduje zapotrzebowanie na energi˛e bierna.˛ Zakłady przemysłowe, w których odbiorniki wymienione wyżej stanowia˛ zasadnicza˛ cz˛eść wszystkich odbiorników i
urzadzeń
˛
elektroenergetycznych, sa˛ jednym z głównych konsumentów zarówno
mocy, jak i energii biernej. Zależność pomi˛edzy wartościami pobieranych jednocześnie moczy czynnej i biernej określa tak zwany współczynnik mocy zakładu
przemysłowego (cos ϕ). Do sposobów sztucznego poprawiania współczynnika
mocy zalicza si˛e stosowanie silników synchronicznych oraz najcz˛eściej baterii z
równolegle połaczonych
˛
kondensatorów. W celu zapewnienia bezawaryjnej pracy
baterii kondensatorów konieczne jest wykonywanie okresowych badań. W ramach pomiarów eksploatacyjnych baterii kondensatorów należy wykonać nast˛epujace
˛ próby:
– kontrol˛e braku zwarcia pomi˛edzy zaciskami a obudowa˛ kondensatora z izolowanymi wszystkimi biegunami,
– sprawdzenie ciagłości
˛
obwodów rozładowania baterii,
– pomiar pojemności kondensatorów oraz kontrola równomiernego rozkładu
pojemności na poszczególne fazy i grupy baterii,
69
70
ROZDZIAŁ 12. POMIARY EKSPLOATACYJNE BATERII . . .
– pomiar obcia˛żenia pradowego
˛
poszczególnych faz baterii oraz kontrol˛e równomierności obcia˛żenia pradowego,
˛
– pomiar napi˛ecia zasilania baterii.
12.2
Pomiary
Kontrol˛e braku zwarcia pomi˛edzy zaciskami a obudowa˛ kondensatora z izolowanymi wszystkimi biegunami przeprowadza si˛e megaomomierzem o napi˛eciu
znamionowym 1 kV. Przed i po każdej próbie bateri˛e kondensatorów należy rozładować. Jeżeli w czasie próby nie zostanie wskazany stan zwarcia wynik kontroli
należy uznać za pozytywny. Pomiar pojemności kondensatorów oraz kontrola
równomiernego rozkładu pojemności na poszczególne fazy i grupy baterii wykonuje si˛e dla poszczególnych jednostek kondensatorów oddzielnie. Pojemność
jednostki kondensatorowej należy mierzyć przy napi˛eciu przemiennym o wartości znamionowej i cz˛estotliwości nie różniacej
˛ si˛e od znamionowej o wi˛ecej niż
±20%. Temperatura jednostek kondensatorowych w czasie wykonywania pomiaru powinna zawierać si˛e w granicach od 15o C do 35o C. Układ do pomiaru
pojemności metoda˛ techniczna˛ przedstawiono na rysunku 12.2.
Rysunek 12.1: Schemat układu do pomiaru pojemności kondensatora metoda˛
techniczna˛
Wyniki pomiarów oraz przeprowadzonej kontroli równomiernego rozkładu
pojemności na poszczególne fazy i grupy należy uznać za zadowalajace,
˛ jeżeli:
– różnica pojemności jednostki kondensatorowej w stosunku do wartości pojemności pomierzonej przy przyjmowaniu do eksploatacji nie przekracza
12.2. POMIARY
71
15
– różnica pojemności poszczególnych faz baterii kondensatorów, w odniesieniu do fazy o najwi˛ekszej pojemności, nie przekracza:
– 15% – dla baterii łaczonych
˛
w trójkat,
˛
˛
w gwiazd˛e,
– różnica pojemności dla grup łaczonych
˛
szeregowo w fazie baterii nie przekracza 4% w odniesieniu do grupy o najwi˛ekszej pojemności.
Pomiar napi˛ecia zasilania oraz pomiar obcia˛żenia pradowego
˛
poszczególnych faz
baterii oraz kontrol˛e równomierności obcia˛żenia pradowego
˛
wykonuje si˛e zależnie od sposobu pracy baterii kondensatorów (rys. 12.2 i 12.2). Wyniki pomiarów
można uznać za pozytywne, jeżeli:
– obcia˛żenie pradowe
˛
nie przekracza 130% wartości pradu
˛ znamionowego
baterii,
– różnica obcia˛żenia pradowego
˛
poszczególnych faz baterii w odniesieniu do
fazy o najwi˛ekszym obcia˛żeniu nie przekracza:
˛
w trójkat,
˛
˛
w gwiazd˛e.
Rysunek 12.2: Schemat podłaczenia
˛
baterii kondensatorów w trójkat
˛
72
ROZDZIAŁ 12. POMIARY EKSPLOATACYJNE BATERII . . .
Rysunek 12.3: Schemat elektryczny do podłaczenia
˛
baterii kondensatorów w
gwiazd˛e
12.3
Wzory i obliczenia
Mierzona˛ pojemność C metoda˛ techniczna˛ wylicza si˛e ze wzoru:
C=
I
106 [µF]
2π fU
(12.1)
gdzie: C – pojemność kondensatora, U – napi˛ecie zasilajace,
˛ i – prad
˛ pobierany
przez kondensator.
12.4
˛ informacje:
˛
Rozdział 13
Pomiary eksploatacyjne
elektrycznych urzadze
˛ ń nap˛edowych
13.1
Wst˛ep teoretyczny
Eksploatacj˛e elektrycznych urzadzeń
˛
nap˛edowych należy prowadzić zgodnie z instrukcja˛ eksploatacji oraz obowiazuj
˛ acymi
˛
w tym zakresie normami prawnymi.
Przez elektryczne urzadzenia
˛
nap˛edowe należy rozumieć: silniki elektryczne pradu
˛
przemiennego lub pradu
˛ stałego wraz z układami służacymi
˛
do jego zasilania, regulacji, sterowania, sygnalizacji, zabezpieczeń oraz pomiarów. Do celów eksploatacyjnych wprowadza si˛e podział urzadzeń
˛
nowych na grupy:
– i grupa – urzadzenia
˛
o mocy wi˛ekszej niż 250 kW oraz urzadzenia
˛
o napi˛eciu powyżej 1kV,
– II grupa – urzadzenia
˛
o mocy od 50 kW do 250 kW oraz urzadzenia
˛
o napi˛eciu znamionowym 1 kV i niższym,
– III grupa – urzadzenia
˛
o mocy od 5,5 kw Do 50 kW,
– IV grupa – urzadzenia
˛
o mocy poniżej 5,5 kW.
Przeglady
˛ urzadzeń
˛
należy prowadzić w czasie ich planowanego postoju, w terminach ustalonych w dokumentacji fabrycznej oraz przepisach dozoru technicznego
dla urzadzeń
˛
dźwigowych, lecz nie rzadziej niż co 2 lata. Przeglady
˛ powinny
obejmować:
– ogl˛edziny w czasie postoju,
– pomiary eksploatacyjne,
– sprawdzenie styków w łacznikach,
˛
73
74
ROZDZIAŁ 13. POMIARY EKSPLOATACYJNE URZADZE
˛
Ń . . .
– sprawdzenie prawidłowości działania aparatury kontrolno-pomiarowej,
– kontrol˛e prawidłowości nastawień zabezpieczeń i działania urzadzeń
˛
pomocniczych,
– sprawdzenie stanu urzadzeń
˛
energoelektronicznych,
– sprawdzenie stanu łożysk,
– czynności konserwacyjne w zakresie zgodnym z dokumentacja˛ fabryczna,˛
– wymian˛e zużytych cz˛eści i usuni˛ecie zauważonych uszkodzeń.
13.2
Pomiary
W ramach pomiarów eksploatacyjnych urzadzeń
˛
należy zmierzyć:
– wartość rezystancji uzwojeń silników oraz współpracujacych
˛
z nimi maszyn
elektrycznych,
– rezystancj˛e izolacji uzwojeń silników,
– ochron˛e przeciwporażeniowa,˛
– moc, napi˛ecie i pobór pradu
˛ na biegu jałowym.
Zmierzone wartości rezystancji uzwojeń silnika powinny być zgodne z danymi
wytwórcy, w granicach dokładności pomiaru. Negatywny wynik pomiaru świadczyć może o zwarciach mi˛edzyfazowych lub złym stanie złacz
˛ w badanym urza˛
dzeniu. Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń wykonuje si˛e przy postoju maszyny w
temperaturze wyższej niż 10o C i po odłaczeniu
˛
urzadzeń
˛
pomocniczych i przewodów zasilajacych
˛
oddzielnie dla każdego uzwojenia (a dla uzwojeń wielofazowych – oddzielnie dla każdej fazy), przy pozostałych połaczonych
˛
z korpusem i
uziemionych. Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń maszyny oraz urzadzeń
˛
pomocniczych wykonuje si˛e napi˛eciem:
– 0,5 kV – dla uzwojeń maszyn i urzadzeń
˛
pomocniczych na napi˛ecie do 0,5
kV,
– 1,0 kV – dla uzwojeń maszyn i urzadzeń
˛
pomocniczych na napi˛ecie powyżej 0,5 do 1,0 kV.
˛
do pomiaru badane uzwojenie należy uziemić na 60 s. Odczyt dokonuje si˛e do upływie 60 s od chwili przyłożenia napi˛ecia. Po wykonaniu
pomiaru uzwojenie należy rozładować. Zmierzone wartości rezystancji izolacji
należy przeliczyć na temperatur˛e 20o C, jeżeli pomiar był wykonywany przy innej
temperaturze uzwojeń (tab. 13.2).
Temperatura [o C]
Współczynnik
przelicznikowy
k20
Temperatura [o C]
Współczynnik
przelicznikowy
k20
75
8
11
14
17
20
23
0,67
0,73
0,81
0,9
1,0
1,10
26
29
32
35
44
52
62
1,21
1,34
1,48
1,64
2,50
3,33
5,00
Tablica 13.1: Współczynnik przeliczeniowy k20 dla uzwojeń silników
13.3
Protokół pomiarowy powinien zawierać nast˛epujace
˛ informacje:
˛
Na podstawie otrzymanych wyników z pomiarów rezystancji i impedancji należy
wyznaczyć reaktancj˛e urzadzenia,
˛
a także ocenić czy pobór pradu
˛ jest zgodny z
danymi znamionowymi.
76
ROZDZIAŁ 13. POMIARY EKSPLOATACYJNE URZADZE
˛
Ń . . .
Rozdział 14
Badania wyłaczników
˛
˛
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Wojciecha Drymela pt. „Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach niskiego napi˛ecia w świetle obowiazuj
˛ acych
˛
aktów prawnych”, Poznań 2015 oraz artykułu ”Wybrane środki
ochrony przeciwporażeniowej w systemach automatyki budynkowej”, Wiadomości Elektrotechniczne, 3/2014, s. 17-20
14.1
Rodzaje instalacji elektrycznych niskiego napi˛ecia
Opisujac
˛ instalacj˛e elektryczna˛ w główniej mierze należy podać liczb˛e przewodów oraz rodzaj uziemienia układu. Rozróżnia si˛e układy jednofazowe: dwu i
trójprzewodowe jak i również układy trójfazowe: trój i czteroprzewodowe. Instalacje elektryczne niskiego napi˛ecia moga˛ być realizowane jako sieci elektroenergetyczne uziemione lub izolowane wzgl˛edem ziemi.
Sposób połaczenia
˛
sieci z ziemia˛ jest oznaczany przez symbole literowe. Istotne
znaczenie ma tutaj kolejność liter w zapisie. Pierwsza litera określa zwiazek
˛
mi˛edzy układem sieci a ziemia:
˛
T – bezpośrednie połaczenie
˛
jednego punktu sieci z ziemia;
˛
I – wszystkie cz˛eści czynne izolowane od ziemi lub jeden punkt połaczony
˛
z
ziemia˛ przez impedancj˛e.
Druga litera określa zwiazek
˛
mi˛edzy cz˛eściami przewodzacymi
˛
dost˛epnymi instalacji a ziemia:
˛
77
78
ROZDZIAŁ 14. BADANIA WYŁACZNIKÓW
˛
...
T – bezpośrednie połaczenie
˛
elektryczne cz˛eści przewodzacych
˛
dost˛epnym z ziemia,˛ niezależnie od uziemienia któregokolwiek układu sieci;
N – bezpośrednie połaczenie
˛
elektryczne cz˛eści przewodzacych
˛
dost˛epnych z
uziemionym punktem układem sieci (w sieci pradu
˛ przemiennego uziemionym punktem sieci jest zazwyczaj punkt neutralny albo przewód fazowy,
jeżeli punkt neutralny nie jest dost˛epny).
Nast˛epne litery określaja˛ zwiazek
˛
przewodu neutralnego z przewodem ochronnym:
S – funkcj˛e przewodu ochronnego pełni przewód oddzielony od przewodu neutralnego albo uziemionego przewodu roboczego (lub uziemionego przewodu fazowego w układzie sieci pradu
˛ przemiennego);
C – funkcj˛e przewodu neutralnego i przewodu ochronnego pełni jeden wspólny
przewód (PEN).
Według powyższych oznaczeń rozróżnia si˛e nast˛epujace
˛ układy sieci niskiego napi˛ecia: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT oraz IT.
14.2
Ochrona przy uszkodzeniu
Zadaniem ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu ( dawnej nazywana˛
ochrona˛ przed dotykiem pośrednim) jest zapewnienie bezpieczeństwa człowieka
w przypadku dotyku uszkodzonej instalacji elektrycznej. Uszkodzenie to może
być spowodowane zwarciem mi˛edzy cz˛eścia˛ czynna˛ a dowolna˛ dost˛epna˛ cz˛eścia˛
przewodzac
˛ a˛ lub też uszkodzeniem izolacji elektrycznej odbiornika. W normalnych warunkach pracy dotyk cz˛eści przewodzacej
˛ dost˛epnej nie stwarza zagrożenia. W wyniku uszkodzenia, na tej cz˛eści może pojawić si˛e niebezpieczna wartość
napi˛ecia. Wówczas dotyk powoduje przepływ przez ciało pradu
˛ rażeniowego, wywołujacego
˛
niebezpieczne skutki patofizjologiczne.
Ochrona ta może być osiagni˛
˛ eta przez:
– zapobieganie przepływowi przez ciało człowieka lub zwierz˛ecia pradu
˛ wynikajacego
˛
z uszkodzenia,
– ograniczenie do niegroźnej wartości pradu
˛ wynikajacego
˛
z uszkodzenia,
który może przepłynać
˛ przez ciało,
– ograniczenie do minimum czasu przepływu pradu
˛ przez ciało człowieka.
W zwiazku
˛
z powyższym stosuje si˛e nast˛epujace
˛ środki ochrony przeciwporażeniowej:
14.2. OCHRONA PRZY USZKODZENIU
79
– samoczynne wyłaczenie
˛
zasilania,
– podwójna˛ lub wzmocniona˛ izolacj˛e,
– separacj˛e elektryczna,˛
– bardzo niskie napi˛ecie SELV LUB PELV.
Układ, w którym jeden punkt jest bezpośrednio uziemiony, a cz˛eści przewodzace
˛ dost˛epne instalacji sa˛ przyłaczone
˛
do tego punktu za pomoca˛ przewodu
ochronnego PE. Przewód neutralny N jest oddzielony od przewodu ochronnego
PE w całej długości sieci. W normalnych warunkach pracy prad
˛ roboczy płynie
w obwodzie zamkni˛etym przez przewody fazowe oraz przewód neutralny.
Jako urzadzenia
˛
zabezpieczajace
˛ stosuje si˛e wyłaczniki
˛
nadpradowe
˛
(urzadze˛
nie przet˛eżeniowe) oraz wyłaczniki
˛
różnicowopradowe
˛
(RCD). Podczas uszkodzenia izolacji urzadzenia,
˛
prad
˛ płynie w p˛etli zwarcia (przez przewód ochronny
PE). Przy dotyku pośrednim wyłacznik
˛
różnicowopradowy
˛
wykryje przepływ pradu
˛
już od wartości 0,015 A i odłaczy
˛
uszkodzone urzadzenie
˛
od zasilania. W przypadku przepływu pradu
˛ o dużej wartości, mogacej
˛ uszkodzić wyłacznik
˛
RCD,
zadziała najpierw wyłacznik
˛
nadpradowy,
˛
który odłaczy
˛
zasilany odbiornik oraz
tym samym ochroni RCD przed uszkodzeniem.
Dzi˛eki rozdzieleniu przewodów: ochronnego i neutralnego, możliwe jest zastosowane wyłacznika
˛
˛
i wykrycie pradu
˛ upływu o mniejszej
wartości niż w układzie TN-C. Znacznie to przyśpiesza czas reakcji zabezpieczenia w przypadku awarii i poprawia bezpieczeństwo układu. Zaleta˛ układu jest
również możliwość połaczenia
˛
przewodu PE z wieloma uziomami i połaczeniami
˛
wyrównawczymi, oraz brak wyst˛epowania napi˛ecia fazowego na obudowie odbiornika, jak ma to miejsce w przypadku przerwania przewodu PEN w układzie
TN-C. Wszystkie wyżej wymienione czynniki powoduja,˛ że układ TN-S charakteryzuje si˛e najskuteczniejsza˛ ochrona˛ przeciwporażeniowa˛ wśród układów TN.
W instalacjach z wyłacznikami
˛
różnicowopradowymi
˛
skuteczność ochrony
przeciwporażeniowej zależy nie tylko od poprawności działania samego wyłacz˛
nika, ale również od prawidłowej budowy instalacji, w której zastosowano wyłacznik.
˛
Przedmiotem badań jest zatem nie tylko wyłacznik
˛
lecz również instalacja elektryczna. Badanie instalacji z wyłacznikiem
˛
różnicowopradowym
˛
obejmuje:
a) badanie wyłacznika
˛
różnicowopradowego,
˛
b) badanie ciagłości
˛
połaczeń
˛
przewodów ochronnych,
c) w sieci TT oraz IT dodatkowo należy wykonać pomiar rezystancji uziemienia
ochronnego.
80
˛
...
Ćwiczenie obejmuje tylko badanie działania samego wyłacznika
˛
różnicowopra˛
dowego, czasu i pradu
˛ jego zadziałania.
14.3
Ogl˛edziny i próby
Ogl˛edziny sa˛ pierwszym etapem sprawdzenia instalacji elektrycznej. Wykonuje
si˛e je w celu sprawdzenia i potwierdzenia czy zarówno przewody jak i urzadzenia
˛
elektryczne sa˛ odpowiednio dobrane i zainstalowane oraz czy nie ma widocznych
uszkodzeń. Przed przystapieniem
˛
ogl˛edzin należy odłaczyć
˛
zasilanie w celu bezpieczeństwa. Ogl˛edziny powinny obejmować co najmniej nast˛epujace
˛ sprawdzenia:
– sposób ochrony przed porażeniem pradem
˛
elektrycznym;
– prawidłowy dobór przekroju przewodów ze wzgl˛edu na obcia˛żalność pra˛
dowa˛ i spadek napi˛ecia;
– poprawność połaczeń
˛
przewodów oraz oznakowania przewodów ochronnych, neutralnych i fazowych;
– dobór i nastawienie urzadzeń
˛
zabezpieczajacych
˛
i sygnalizacyjnych;
– wyst˛epowanie i poprawne umieszczenie urzadzeń
˛
do odłaczania
˛
izolacyjnego i łaczenia;
˛
– oznaczania obwodów, urzadzeń
˛
zabezpieczajacych,
˛
łaczników,
˛
zacisków
itp.;
– wyst˛epowanie schematów, znaków i tablic ostrzegawczych i informacyjnych;
– wyst˛epowanie i ciagłość
˛
przewodów ochronnych w połaczeniach
˛
wyrównawczych zarówno głównych jak i dodatkowych;
– wyst˛epowanie przegród ogniowych i innych środków zabezpieczajacych
˛
przed rozprzestrzenianiem si˛e ognia i skutkami działania ciepła;
– dost˛epność do urzadzeń,
˛
umożliwiajac
˛ a˛ wygodna˛ identyfikacj˛e, obsług˛e
i konserwacj˛e.
W przypadku specjalnych instalacji, zlokalizowanych w niestandardowych warunkach środowiskowych, ogl˛edziny należy rozszerzyć uwzgl˛edniajac
˛ szczególne
wymagania.
14.4. POMIARY
81
Ilość wykonywanych prób zależy czy przeprowadzane jest sprawdzenie odbiorcze czy też okresowe oraz od potrzeb danej instalacji. Według normy PN-HD
60364-6:2008 zakres prób odbiorczych powinien obejmować:
– pomiar ciagłości
˛
i rezystancji przewodów ochronnych, pomiar rezystancji
izolacji elektrycznej,
– sprawdzenie ochrony za pomoca˛ SELV, PELV lub separacji elektrycznej,
– pomiar rezystancji/impedancji podłóg i ścian,
– sprawdzenie ochrony za pomoca˛ samoczynnego wyłaczenia
˛
zasilania,
– badanie urzadzeń
˛
różnicowopradowych,
˛
– pomiar rezystancji uziomów,
– sprawdzenie biegunowości,
– sprawdzenie kolejności faz,
– próby funkcjonalne,
– pomiar spadku napi˛ecia.
W przypadku sprawdzeń okresowych, zakres wykonywanych prób jest mniejszy.
Również w zależności od potrzeb wykonywane sa˛ próby takie jak:
– pomiar ciagłości
˛
i rezystancji przewodów ochronnych,
– sprawdzenie ochrony za pomoca˛ samoczynnego wyłaczenia
˛
zasilania,
– badanie urzadzeń
˛
˛
14.4
Pomiary
Najcz˛eściej stosowanym WRP jest wyłacznik
˛
typu AC, rzadziej typu A. Wyłacz˛
niki typu AC działaja˛ na prady
˛ różnicowe sinusoidalnie przemienne. Ich minimalne oraz maksymalne czasy zadziałania przedstawiono w tablicy 14.1. Widać
z niej, że maksymalne czasy sa˛ znacznie krótsze, niż dopuszczalne przy ochronie
poprzez samoczynne wyłaczenie
˛
zasilania określone w normie (najcz˛eściej przyjmuje si˛e czas 0,4 s). Podane w tablicy 14.1 maksymalne czasy wyłaczania
˛
odnosza˛ si˛e również do wyłaczników
˛
typu A i B, z tym, że wartości pradów
˛
uszkodzeniowych (różnicowych) I∆n , 2I∆n , 5I∆n niesinusoidalnych należy powi˛ekszyć
82
˛
...
przy pomiarze czasu zadziałania, mnożac
˛ je przez współczynnik 1,4 w przypadku
wyłaczników,
˛
których I∆n > 0,01 i przez 2 w przypadku wyłaczników,
˛
których I∆n
6 0,01 A.
Tablica 14.1: Minimalne i maksymalne czasy wyłaczenia
˛
wyłaczników
˛
typu AC
Typ
nika
wyłacz˛
bezzwłoczny
selektywny S
(zwłoczny)
Prad
˛ In
Prad
˛ I∆n
A
A
dowolny
dowolny
>25
>0,03
Czas wyłaczenia,
˛
w
sekundach, dla
pradu
˛
uszkodzeniowego I∆
o wartości:
I∆n 2I∆n
5I∆n
0,3
0,5
0,13
0,15
0,2
0,06
0,04
0,15
0,05
Uwagi
Czas maksymalny
Czas maksymalny
Czas minimalny
W instalacjach elektroenergetycznych niskiego napi˛ecia w systemie TN-S do
zabezpieczenia gniazd wtykowych konieczne jest stosowanie wyłaczników
˛
˛
Wyłaczniki
˛
różnicowopradowe
˛
działajace
˛ pod wpływem pra˛
dów różnicowych sinusoidalnych określa si˛e jako wyłaczniki
˛
typu AC. Rozpowszechnienie si˛e urzadzeń
˛
energoelektronicznych spowodowało, że w obwodach
z takimi urzadzeniami
˛
w przypadkach uszkodzeń wywołujacych
˛
przepływ pradów
˛
doziemnych moga˛ płynać
˛ prady
˛ różne od sinusoidalnych, na które nie reaguja˛ wyłaczniki
˛
typu AC. Było to przyczyna˛ pojawienia si˛e nowych konstrukcji aparatów
różnicowopradowych,
˛
określanych jako wyłaczniki
˛
typu A, reagujacych
˛
na prady
˛
wyprostowane jedno- lub dwu- połówkowo, a także na prady
˛ pulsujace
˛ b˛edace
˛
jedynie cz˛eścia˛ sinusoidy (tab. 14.2).
Przy wykonywaniu wszystkich pomiarów odbiorczych i eksploatacyjnych należy przestrzegać nast˛epujacych
˛
zasad:
a) pomiary powinny być wykonywane w warunkach identycznych lub zbliżonych
do warunków normalnej pracy podczas eksploatacji urzadzeń
˛
czy instalacji,
b) przed przystapieniem
˛
˛
c) przed rozpocz˛eciem pomiarów należy dokonać ogl˛edzin badanego obiektu dla
stwierdzenia jego kompletności, braku usterek oraz prawidłowości wykonania i oznakowania, sprawdzenia stanu ochrony podstawowej, stanu urzadzeń
˛
ochronnych oraz prawidłowości połaczeń,
˛
d) przed przystapieniem
˛
do pomiarów należy zapoznać si˛e z dokumentacja˛ techniczna˛ celem ustalenia poprawnego sposobu wykonania badań,
83
e) nie należy bez potrzeby dotykać cz˛eści czynnych i cz˛eści przewodzacych
˛
oraz
cz˛eści obcych, pami˛etajac,
˛ że ochrona przeciwporażeniowa może być niesprawna.,
f) należy pami˛etać, że urzadzenia
˛
charakteryzujace
˛
˛
˛
– jednoznaczność kryteriów oceny wyników,
– możliwość popełnienia bł˛edów czy uchybów pomiarowych,
W instalacjach elektrycznych z wyłacznikami
˛
różnicowopradowymi
˛
skuteczność
funkcjonowania systemu ochrony zależy w pierwszym rz˛edzie od poprawności
działania samego wyłacznika.
˛
Poprawność działania samego wyłacznika
˛
sprawdza si˛e zawsze tak samo, niezależnie od rodzaju układu sieci (TN-S, TT, IT), w
której wyłacznik
˛
jest instalowany. Pierwsza˛ czynnościa˛ przy wykonywaniu badania wyłacznika
˛
jest sprawdzenie jego działania za pomoca˛ przycisku testowego.
Jeżeli po naciśni˛eciu tego przycisku wyłacznik
˛
nie zadziała, należy odstapić
˛ od
dalszych badań i orzec jego niesprawność. Zadziałanie wyłacznika
˛
po naciśni˛eciu przycisku testujacego
˛
nie jest wystarczajacym
˛
dowodem na prawidłowe jego
funkcjonowanie. W czasie wykonywania sprawdzeń należy wyeliminować lub
ograniczyć wpływ roboczych pradów
˛
upływowych na wyniki pomiarów. w tym
celu należy odłacznik
˛
odbiorniki od instalacji zasilanej przez badany wyłacz˛
nik. Zalecanym przez norm˛e PN-IEC-60364-6-61 sposobem pomiaru jest badanie
rzeczywistej wartości pradu
˛ różnicowego powodujacego
˛
˛
Sposób, w jaki działa miernik pozwala na ustalenie rzeczywistej wartości pradu
˛
zadziałania wyłacznika,
˛
a wynik pomiaru nie zależy od wartości napi˛ecia zasilajacego
˛
w chwili wykonywania badań.
14.5
Wzory i obliczenia
W celu oceny rezystancji izolacji niezb˛edne jest, aby przeprowadzić rachunek bł˛edów dla otrzymanych wyników pomiarowych. Dokładność wykonywania pomiarów zależy od klasy dokładności użytych przyrzadów,
˛
doboru właściwej metody
84
˛
...
wykonywania pomiarów i uwzgl˛ednienia uwarunkowań wynikajacych
˛
ze specyfiki badanego obiektu i jego parametrów. Należy da˛żyć do wykonywania pomiarów z możliwie duża˛ dokładnościa,˛ z uchybem pomiaru poniżej 20 %.
Bład
∆g = ±a [%] ± n [cy f r, dgt]
(14.1)
14.6
– ustalić dane znamionowe wyłaczników
˛
˛
zabezpieczajacych
˛
badane obwody,
– orzec czy zastosowano odpowiedni rodzaj wyłacznika
˛
˛
do zabezpieczenia danego obwodu,
– sporzadzić
˛
szkic pomieszczenia z naniesionymi numerami obwodów dla
których wykonywane b˛eda˛ pomiary,
– sporzadzić
˛
protokół z pomiarów.
Wzór protokołów nie jest jednoznacznie określony przez normy i istnieje pewna
dowolność w jego tworzeniu, natomiast powinien zawierać:
– nr protokołu i nazw˛e firmy wykonujacej
˛ pomiary;
– dat˛e wykonywania pomiarów;
– nazw˛e badanego urzadzenia,
˛
jego dane znamionowe oraz rodzaj układu sieciowego;
– dane o warunkach przeprowadzenia pomiarów;
– nazw˛e i numer seryjny użytego urzadzenia
˛
pomiarowego
– rodzaj i zakres wykonywanych pomiarów;
85
– szkice rozmieszczenia badanych urzadzeń,
˛
uziomów i obwodów, lub w inny
sposób jednoznacznej identyfikacji elementów badanej instalacji;
– liczbowe wyniki pomiarów;
– uwagi, wnioski i zalecenia wynikajace
˛ z ogl˛edzin przeprowadzonych zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-6:2008 i spostrzeżeń poczynionych podczas wykonywanych sprawdzań instalacji;
– nazwisko osoby wykonujacej
˛ pomiary i rodzaj posiadanych uprawnień;
– konstruktywny wniosek końcowy.
86
˛
...
Tablica 14.2: Zakres pradów
˛
wyzwalajacych
˛
wyłaczników
˛
˛
dla różnych kształtów pradu
˛ różnicowego
Rodzaj pradu
˛ wyzwalajacego
˛
Kształt pradu
˛ i∆
Prad
˛ wyzwalajacy
˛ I∆w
przemienny sinusoidalny
(0,5 ÷ 1,0) I∆N
pulsujacy
˛ wyprostowany jednopołówkowo
(0,35 ÷ 1,4) I∆N
pulsujacy:
˛
- kat
˛ wysterowania 90o
- kat
˛ wysterowania 135o
wyprostowany
jednopołówkowo
ze składowa˛ stała˛
do 6 mA
(0,25 ÷ 1,4) I∆N
(0,11 ÷ 1,4) I∆N
1,4 I∆N + 6 mA
Rozdział 15
Wyznaczanie czasów odskoków
styków w przekaźnikach i
stycznikach instalacyjnych
15.1
Wst˛ep teoretyczny
Cecha˛ charakterystyczna˛ łaczników
˛
elektromechanicznych, takich jak styczniki
czy przekaźniki, jest wyst˛epowanie odskoków styków podczas operacji zamykania. Cz˛eść energii kinetycznej dostarczonej do układu zamieniana jest na energi˛e odkształcenia spr˛eżyn a cz˛eść tracona jest na odkształcenia elastyczne i plastyczne materiału. Pozostała cz˛eść, tzw. energia odbita wywołuje odskoki styków.
Liczba i czas trwania odskoków zależa˛ od wielu czynników, w tym mi˛edzy innymi
od:
– budowy układu stykowego,
– zastosowanego mechanizmu nap˛edowego,
– pradu
˛ załaczanego,
˛
– odrzutu elektrodynamicznego,
– wystapienia
˛
wczesnego zapłonu łuku elektrycznego.
Odskoki styków sa˛ zjawiskiem niepożadanym,
˛
gdyż moga˛ prowadzić do degradacji powierzchni stykowej łacznika,
˛
a co za tym idzie skrócenia jego żywotności. w
szczególnych przypadkach moga˛ prowadzić do sczepienia si˛e styków, co prowadzi do konieczności wymiany danego łacznika.
˛
87
88
ROZDZIAŁ 15. WYZNACZANIE CZASÓW ODSKOKÓW . . .
15.2
Pomiary
Pomiary czasów trwania odskoków styków należy przeprowadzić dla stycznika
instalacyjnego oraz przekaźnika bistabilnego dla dwóch przypadków:
– bez obcia˛żeniowego załaczania,
˛
– załaczania
˛
z niewielkim obcia˛żaniem DC.
Pomiar czasu trwania odskoku wykonuje si˛e z wykorzystaniem oscyloskopu
cyfrowego. Schemat układu do pomiaru odskoku styków w styczniku instalacyjnym przedstawiono na rysunku 15.2. Układ składa si˛e z rozłacznika
˛
izolacyjnego,
zabezpieczenia nadmiarowopradowego,
˛
przycisku sterowniczego oraz badanego
stycznika instalacyjnego. Do styków aparatu podłacza
˛
si˛e napi˛ecie w zakresie
od 10 do 20 V DC. Do kanału pierwszego oscyloskopu wprowadza si˛e sygnał z
przycisku sterowniczego, który informuje o tym kiedy rozpocz˛eła si˛e operacja załaczania.
˛
Kanał drugi rejestruje napi˛ecie stałe pojawiajace
˛ si˛e na wyjściu aparatu.
Różnica czasu pomi˛edzy pojawieniem si˛e sygnału na kanale 1 a pojawieniem si˛e
sygnału na kanale 2 jest czasem własnym załaczania
˛
łacznika.
˛
Rejestrowane b˛eda˛
również wszelkie ewentualne odskoki styków wyst˛epujace
˛ podczas operacji zała˛
czania (rys. 15.2).
Rysunek 15.1: Schemat układu pomiarowego odskoku styków przy braku obcia˛
żenia
15.2. POMIARY
89
Rysunek 15.2: Przykładowa rejestracja odskoku styków
Schemat układu do pomiaru odskoku styków w styczniku instalacyjnym przy
obcia˛żeniu elektrycznym przedstawiono na rysunku 15.2. Do styków aparatu podłacza
˛
si˛e napi˛ecie w zakresie od 10 do 20 V DC oraz rezystor ograniczajacy.
˛ Do
kanału pierwszego oscyloskopu wprowadza si˛e sygnał z przycisku sterowniczego,
który informuje o tym kiedy rozpocz˛eła si˛e operacja załaczania.
˛
Kanał drugi rejestruje napi˛ecie stałe pojawiajace
˛ si˛e na wyjściu aparatu. Różnica czasu pomi˛edzy
pojawieniem si˛e sygnału na kanale 1 a pojawieniem si˛e sygnału na kanale 2 jest
czasem własnym załaczania
˛
łacznika.
˛
Rezystancj˛e obcia˛żenia należy dobrać tak,
aby prad
˛ obcia˛żenia wynosił 0, 1 ÷ 0, 5A.
Rysunek 15.3: Schemat układu pomiarowego odskoku styków przy obcia˛żeniu
DC
Dla każdego aparatu elektrycznego, w stanie bezobcia˛żeniowym jak i z obcia˛
żeniem, należy wykonać 10 prób załaczania,
˛
za każdym razem wyznaczajac
˛ czas
załaczania
˛
oraz, jeśli wystapi
˛ a,˛ czas trwania odskoków styków.
90
15.3
Wzory i obliczenia
Wykorzystujac
˛ metody statystyczne, dla każdego wyniku określono niepewności pomiarowe b˛edace
˛ parametrem zwiazanym
˛
z tym wynikiem, charakteryzujace
˛
rozrzut wartości mierzonej. Za miar˛e niepewności przyj˛eto przedział z określonym poziomem ufności, określanym jako niepewność rozszerzona U(x). Najlepszym oszacowaniem zmiennej losowej x, na podstawie wyników xi serii n niezależnych pomiarów jest średnia arytmetyczna:
x̄ =
1 n
∑ xi
x i=1
(15.1)
Miara˛ rozrzutu wyników pomiaru jest estymator odchylenia standardowego σx ,
obliczany ze wzoru:
s
∑(xi − x̄)2
σx =
(15.2)
n−1
Przyjmujac
˛ za wynik pomiaru średnia˛ arytmetyczna,˛ niepewność pomiaru u(x)
należy
uto
żsamiać z estymatorem odchylenia standardowego średniej σx̄ , który
√
jest n razy mniejszy od estymatora σx . Według powyższego, jeśli za wynik
pomiaru przyjmuje si˛e średnia˛ arytmetyczna˛ x̄ wyników serii n pomiarów, to niepewność standardowa (niepewność typu A) takiego wyniku wynosi:
σx
u(x) = σx̄ = √
n
(15.3)
Niepewność rozszerzona U(x) określa granice przedziału niepewności, któremu
można przypisać określony poziom ufności pα . Służy ona do wnioskowania o
zgodności wyników pomiarów z wartościami tablicowymi, albo wynikami uzyskanymi w innych warunkach. Niepewność rozszerzona jest równa wielokrotności niepewności standardowej:
U(x) = kα · u(x)
(15.4)
Współczynnik kα to bezwymiarowy współczynnik rozszerzania, zależny od przyj˛etego poziomu ufności i rozkładu zmiennej losowej x (rozkład Studenta).
15.4
W sprawozdaniu należy umieścić:
– informacj˛e techniczna˛ o badanych aparatach elektrycznych,
91
– tabelaryczne zestawienie otrzymanych czasów załaczania
˛
oraz ewentualnych odskoków styków,
– statystyczne opracowanie wyników pomiarów,
– porównanie otrzymanych wyników z danymi katalogowymi przynajmniej
dwóch producentów styczników i przekaźników,
– wnioski.
92
Rozdział 16
Badanie zapłonu lampy
fluorescencyjnej z wybranymi
rodzajami zapłonników
16.1
Wst˛ep teoretyczny
Lampy fluorescencyjne (świetlówki) stanowia˛ jedno z najcz˛eściej stosowanych
źródeł światła. Cechuja˛ si˛e wysoka˛ sprawnościa˛ świetlna˛ oraz trwałościa.˛ Do
poprawnego działania wymagaja˛ dodatkowych urzadzeń
˛
takich jak dławiki, kondensatory oraz zapłonniki. Obecnie stosowane świetlówki wykorzystuja˛ stateczniki elektroniczne, które cechuja˛ si˛e szybszym, bezmigotliwym zapłonem źródła
światła. Zastosowanie takich stateczników powoduje, że kompensacja mocy biernej indykcyjnej w układach tradycyjnych (ze wzgl˛edu na obecność dławika) staje
si˛e zb˛edna.
Układ połaczeń
˛
(rys. 16.1) składa si˛e z elementu załaczaj
˛
acego
˛
lamp˛e (zestaw
przycisków ze stycznikiem), amperomierza, miernika do pomiaru mocy oraz z
oprawy oświetleniowej z dwoma fluorescencyjnymi źródłami światła o mocy 18W
każde. w oprawie zamontowany jest kondensator przeznaczony do kompensacji
mocy biernej, dławik i dwa tradycyjne zapłonniki. Oprócz tego na stanowisku
znajduje si˛e statecznik elektroniczny przeznaczony (rys. 16.1) do zasilania dwóch
źródeł światła o mocy do 18W.
Parametry znamionowe statecznika elektronicznego wykorzystywanego w ćwiczeniu przedstawione zostały w tablicy 16.1.
93
94
ROZDZIAŁ 16. BADANIE ZAPŁONU LAMPY . . .
Rysunek 16.1: Schemat układu podłaczenia
˛
lampy fluorescencyjnej ze statecznikiem tradycyjnym
Rysunek 16.2: Schemat układu podłaczenia
˛
statecznika elektronicznego
Tablica 16.1: Parametry znamionowe statecznika elektronicznego
Lampa
UN
[V]
fN
[Hz]
IN
[A]
λ
-
ta
[C]
tc
[C]
2xL18
220-240
50/60
0,17
0,95
-15 · · · +50
70
16.2. POMIARY
16.2
95
Pomiary
Korzystajac
˛ z miernika c˛egowego należy dokonać pomiarów mocy czynnej, biernej i pozornej, współczynnika mocy oraz korzystajac
˛ z amperomierza prad
˛ pobierany przez odbiornik, a także wartość napi˛ecia zasilajacego,
˛
dla nast˛epujacych
˛
przypadków:
– świetlówki zasilane w sposób tradycyjny, z wykorzystaniem kondensator,
dławika i zapłonników,
– świetlówki zasilane ze statecznika elektronicznego.
Dla każdego z tych przypadków należy dokonać trzech pomiarów po każdorazowym wyłaczeniu
˛
i załaczeniu
˛
układu.
16.3
W sprawozdaniu należy umieścić układy połaczeń
˛
aparatów i urzadzeń
˛
elektrycznych wykonanych w ćwiczeniu, tabelaryczne przedstawienie zmierzonych wartości wielkości elektrycznych, wykresy przedstawiajace
˛ graficznie zmiany mierzonych wielkości, wnioski wynikajace
˛ z przeprowadzonych obserwacji oraz porównanie obu zastosowanych metod zapłonu lampy.
96
ROZDZIAŁ 16. BADANIE ZAPŁONU LAMPY . . .
Rozdział 17
Montaż aparatury modułowej
niskiego napi˛ecia w natynkowej
rozdzielnicy elektrycznej
17.1
Wst˛ep teoretyczny
Rozdzielnica˛ nazywa si˛e zespół urzadzeń
˛
elektroenergetycznych składajacych
˛
si˛e
z aparatury rozdzielczej, zabezpieczeniowej, pomiarowej, sterowniczej i sygnalizacyjnej wraz z szynami zbiorczymi, różnorodnymi połaczeniami
˛
elektrycznymi,
elementami izolacyjnymi oraz konstrukcja˛ mechaniczna˛ i osłonami przeznaczony
do rozdziału energii elektrycznej, do łaczenia
˛
i zabezpieczenia linii oraz obwodów
zasilajacych
˛
i odbiorczych. Rozdzielnice powinny charakteryzować si˛e prostymi i
przejrzystymi układami połaczeń
˛
oraz budowa˛ zapewniajac
˛ a:
˛
– bezpieczeństwo obsługi,
– dogodna˛ eksploatacj˛e,
– łatwy montaż i konserwacj˛e,
– duża˛ niezawodność,
– możliwość rozbudowy,
– niewielki koszt i małe gabaryty.
W obiektach mieszkalnych stosuje si˛e najcz˛eściej rozdzielnice wykonane z tworzyw sztucznych jedno i wielorz˛edowe, podajac
˛ jako jeden z istotniejszych parametrów ilość modułów możliwych do zainstalowania w danej rozdzielnicy. Szerokość pojedynczego modułu wynosi 17,5 mm. w rozdzielnicach montuje si˛e apa97
98
ROZDZIAŁ 17. MONTAŻ APARATURY MODUŁOWEJ . . .
Tablica 17.1: Najmniejsze przekroje przewodów wymagane ze wzgl˛edu na wytrzymałość mechaniczna˛ wg DIN VDE 0100:2002
Rodzaje przewodów i
sposób ułożenia
Najmniejszy
przekrój żyły przewodów
miedzianych
Przewody do poła˛
czeń w rozdzielnicach o zast˛epczym
pradzie
˛
obcia˛żenia
długotrwałego
– IB 6 2, 5A
0,5 mm2
– 2, 5A 6 IB 6 16A
0,75 mm2
– IB > 16A
1,0 mm2
ratur˛e modułowa,˛ w tym mi˛edzy innymi rozłacznik
˛
główny, wyłaczniki
˛
różnicowopradowe,
˛
wyłaczniki
˛
nadmiarowopradowe
˛
(instalacyjne) czy lampki kontrolne.
Maja˛ one znormalizowana˛ budow˛e co do szerokości oraz wysokości i kształtu.
Dokonujac
˛ montażu aparatury niskiego napi˛ecia w rozdzielnicy należy wziać
˛ pod
uwag˛e rozmieszczenie i rodzaj zastosowanych aparatów elektrycznych. Aparatura
ta powinna być zamontowana w sposób przemyślany i logiczny, zapewniajacy
˛
możliwość wprowadzenia kabla lub przewodu zasilajacego
˛
oraz przewodów instalacji odbiorczej, tak aby była możliwość rozprowadzenia ich w rozdzielnicy. w
celu łaczenia
˛
poszczególnych aparatów można stosować w rozdzielnicy szyny ła˛
czeniowe lub r˛ecznie wykonane mostki z drutu lub linki, przy czym przekroje
tych przewodów nie powinny być mniejsze niż przedstawione w tablicy 17.1.
17.2
Wyposażenie rozdzielnicy elektrycznej
Wyposażenie rozdzielnicy, które należy zamontować, przedstawiono w tablicy
17.2. Przedstawiona aparatura modułowa zainstalowana ma zostać w rozdzielnicy PNS 36T firmy NOARK Electric. Realizacja zadania wymaga znajomości
rodzaju zastosowanej aparatury, jej przeznaczenia oraz szerokości, podanej jako
liczba modułów. Dodatkowo należy znać właściwe symbole elektryczne stosowane na schematach.
99
Tablica 17.2: Aparatura modułowa do zamontowania w rozdzielnicy elektrycznej
17.3
Lp.
Producent
Rodzaj
Typ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Hager
Hager
Hager
Hager
Hager
Hager
Hager
NoArk
NoArk
NoArk
NoArk
NoArk
NoArk
NoArk
ETI
WRP
WRP
WI
LED
LED
LED
Przycisk
RCD
RCD
WI
WI
WI
RI
Przekaźnik
Stycznik
CDA440J 40A/0,03A Typ AC
AD975J C25/0,03A Typ A
MBN 116E B16
SVN121
SVN122
SVN124
SVN311
Ex9LE 0,03A Typ AC
Ex9LE 0,01A Typ AC
Ex9BN B4 1+N
Ex9BN B1 3f
Ex9BH C16 3f
Ex9l125 32A
UVT31
R20-20 20A
Przed ćwiczeniami laboratoryjnymi należy:
a) zapoznać si˛e z rodzajami rozdzielnic i ich parametrami,
b) zapoznać si˛e z typowa˛ aparatura˛ modułowa,˛
c) zapoznać si˛e z podstawami elektrycznego rysunku technicznego (symbole).
W ramach ćwiczenia laboratoryjnego należy:
1. narysować schemat elektryczny montowanej rozdzielnicy,
2. wykonać połaczenia
˛
elektryczne w rozdzielnicy,
3. wykonać zdj˛ecia w trakcie i po wykonaniu rozdzielnicy,
4. sprawdzić poprawność wykonania połaczeń
˛
elektrycznych.
100
ROZDZIAŁ 17. MONTAŻ APARATURY MODUŁOWEJ . . .
Rozdział 18
Wykorzystanie przekaźników i
styczników instalacyjnych do
sterowania odbiornikami energii
elektrycznej
18.1
Wst˛ep teoretyczny
Łaczniki
˛
elektroenergetyczne sa˛ aparatami przeznaczonymi do przewodzenia określonych pradów
˛
oraz do wykonywania określonych czynności łaczeniowych.
˛
Klasyfikacja łaczników
˛
może być dokonana na podstawie różnych kryteriów:
– funkcji w układzie elektroenergetycznym: załaczanie,
˛
przełaczanie
˛
i wyła˛
czanie torów pradowych,
˛
stwarzanie bezpiecznej przerwy, manewrowanie
przepływem pradu,
˛
– napi˛ecia znamionowego,
– zdolności załaczania
˛
i wyłaczania
˛
pradów,
˛
– środowiska pracy,
– innych parametrów.
W instalacjach elektrycznych niskiego napi˛ecia do sterowania odbiornikami elektrycznymi wykorzystuje si˛e przekaźniki i styczniki. Aparaty te sa˛ bardzo zbliżone
do siebie pod wzgl˛edem budowy a główne różnice pomi˛edzy nimi wynikajac
˛ z
ich przeznaczenia oraz z pradów,
˛
jakie sa˛ w stanie załaczać.
˛
Przekaźniki instalacyjne wykorzystywane sa˛ najcz˛eściej do sterowania działaniem odbiorników małej mocy lub styczników. Styczniki natomiast służa˛ do załaczania
˛
obwodów o
101
102
ROZDZIAŁ 18. WYKORZYSTANIE PRZEKAŹNIKÓW . . .
wi˛ekszej mocy i z reguły projektowane sa˛ na wi˛eksze prady
˛ znamionowe niż przekaźniki. Wykorzystanie przekaźników pozwala w łatwy sposób na oddzielenie
układu sterowania, składajacego
˛
si˛e z przycisków, lampek itp., od sterowanego
obwodu odbiorczego. Dodatkowo możliwe jest sterowanie jednym odbiornikiem
z kilku miejsc, a także tworzenie bardziej skomplikowanych układów sterowania
wykorzystujacych
˛
tzw. samopodtrzymanie czy blokady elektryczne. Oprócz tego
można zastosować układy sterowania zasilane niskim napi˛eciem AC lub DC, które
steruja˛ odbiornikami sieciowymi na napi˛ecie 230/400 V AC. Takie rozdzielenie
obwodu sterowania pozwala na stworzenie pulpitu sterowniczego bezpiecznego
dla obsługi, gdzie w razie wystapienia
˛
uszkodzenia izolacji nie wyst˛epuje zagrożenie porażeniowe. Celem tego ćwiczenia jest nabycie umiej˛etności łaczenie
˛
podstawowych aparatów elektrycznych, jakimi sa˛ styczniki i przekaźniki, zapoznanie
si˛e z ich danymi technicznymi oraz poznanie prostych układów sterowania stosowanych w instalacjach elektrycznych.
18.2
– zapoznać si˛e z podstawami elektrycznego rysunku technicznego (symbole),
– zapoznać si˛e z aparaturom modułowa,˛ wykorzystywana˛ w obwodach sterowniczych,
– narysować schematy elektryczne dla czterech sposobów sterowania:
– układ bez samopodtrzymania wykorzystujacy
˛ przełacznik
˛
(rys. 18.1),
– układ z samopodtrzymaniem (rys. 18.2),
– układ z obwodem głównym 230V AC, układ sterowania pracujacy
˛ na
24V AC z samopodtrzymaniem (rys. 18.3),
– układ pracujacy
˛ w oparciu o przekaźnik bistabilny (rys. 18.4).
W ramach ćwiczenia laboratoryjnego należy:
– prawidłowo zabezpieczyć obwód główny i obwód sterowania,
– wykorzystać lampki kontrolne do informowania o stanie pracy układu.
– połaczyć
˛
poszczególne układy sterowania,
– sprawdzić poprawność ich działania.
103
Rysunek 18.1: Pogladowy
˛
schemat sterowania w układzie bez samopodtrzymania
˛
schemat sterowania w układzie z samopodtrzymaniem
˛
schemat sterowania z dwoma różnymi napi˛eciami
pracy
104
ROZDZIAŁ 18. WYKORZYSTANIE PRZEKAŹNIKÓW . . .
˛
schemat sterowania z przekaźnikiem bistabilnym
Rozdział 19
Dobór zabezpieczeń w instalacjach
elektrycznych do pracy selektywnej
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Andrzeja Baranowskiego pt. „Selektywność zabezpieczeń przet˛eżeniowych w instalacjach elektrycznych niskiego napi˛ecia”, Poznań 2015, oraz artykułu pt. „Selektywna praca
wyłaczników
˛
instalacyjnych podczas zwarć”, elektro.info.pl, 9/2015
19.1
Wst˛ep teoretyczny
W instalacjach elektrycznych konieczne jest zapewnienie selektywności działania
zabezpieczeń, chroniacych
˛
przed skutkami zwarć i przecia˛żeń. Przez selektywność należy rozumieć wyłaczenie
˛
tylko tego odcinka instalacji lub urzadzenia,
˛
który został uszkodzony. Najcz˛eściej wyłaczeniu
˛
podlega najdalsza cz˛eść instalacji, czyli działa zabezpieczenie najbliższe miejscu awarii. Zabezpieczenie znajdujace
˛ si˛e bliżej źródła zasilania nie powinno w normalnych warunkach zadziałać, pozwalajac
˛ pozostałym nieuszkodzonym obwodom instalacji elektrycznej na
funkcjonowanie bez przerw w zasilaniu. w ćwiczeniu tym badana b˛edzie selektywna współpraca bezpiecznika topikowego z wyłacznikiem
˛
instalacyjnym. Parametrem,Rktóry określa możliwość selektywnego działania zabezpieczeń jest całka
Joule’a idt, która informuje o energii wydzielonej w czasie procesu wyłacza˛
nia pradu
˛ zwarciowego. Do scharakteryzowania zabezpieczeń topikowych należy
wyodr˛ebnić dwie wartości, a mianowicie całk˛e przedłukowa˛ i pł , określajac
˛ a˛ ilość
energii potrzebnej do przepalenia topika, oraz całk˛e wyłaczania
˛
iw , informujac
˛ a˛ o
całkowitej ilości energii przenoszonej w czasie wyłaczania
˛
pradu
˛ zwarciowego.
Do opisy wyłaczników
˛
instalacyjnych wykorzystuj˛e si˛e poj˛ecie energii przenoszonej i p . Warunkiem prawidłowego doboru bezpiecznika topikowego do selektywnej współpracy z wyłacznikiem
˛
jest i pł > i p , czyli całka Joule’a przedłukowa
105
106
ROZDZIAŁ 19. DOBÓR ZABEZPIECZEŃ . . .
musi być wi˛eksza niż energia przenoszona przez wyłacznik.
˛
Jeżeli warunek ten
nie zostanie spełniony to nastapi
˛ przepalenie si˛e topika i rozpocznie si˛e proces
wyłaczania
˛
pradu
˛ zwarciowego przez bezpiecznik. Działanie takie jest niepoża˛
dane.
19.2
Bezpieczniki topikowe
Bezpiecznik topikowy jest łacznikiem
˛
(do jednokrotnego wyłaczenia),
˛
majacym
˛
za zadanie przerwanie chronionego obwodu, gdy w ciagu
˛ określonego czasu przepływa przezeń prad
˛ o wartości przekraczajacej
˛ wartość dopuszczalna.˛ W bezpiecznikach topikowych wyłaczenie
˛
pradu
˛ nast˛epuje przez stopienie i odparowanie topika (drutowego, paskowego) umieszczonego zwykle w rurze izolacyjnej
ceramicznej, wypełnionej piaskiem kwarcowym. Wyłaczanie
˛
pradu
˛ zwarciowego
odbywa si˛e przy szybkim narastaniu napi˛ecia łuku i dzi˛eki temu nast˛epuje ograniczenie wartości szczytowej pradu
˛ zwarcia i czasu jego przepływu. Bezpieczniki
topikowe wyst˛epuja˛ w trzech głównych grupach konstrukcyjnych:
– miniaturowe – stosowane jako elementy zabezpieczeniowe przyrzadów
˛
i
aparatów elektrycznych (elektronicznych),
– instalacyjne (wkr˛etkowe) – stosowane w instalacjach domowych i przemysłowych o niezbyt dużych pradach
˛
zwarciowych,
– stacyjne – stosowane w energoelektrycznych instalacjach przemysłowych.
Kompletny bezpiecznik składa si˛e z dwóch podstawowych elementów: podstawy
bezpiecznikowej oraz wymiennej wkładki topikowej. Sposób wykonania wkładki
bezpiecznikowej, czyli materiał i kształt topika, rodzaj gasiwa i sposób wykonania korpusu, decyduje o przebiegu charakterystyki czasowo-pradowej,
˛
całki Joule’a oraz zdolności wyłaczania.
˛
Wkładki pełnozakresowe, oznaczane litera˛ „g”,
moga˛ wyłaczać
˛
dowolnie małe prady
˛ wi˛eksze od wartości pradu
˛ granicznego dolnego, aż do znamionowego pradu
˛ wyłaczalnego.
˛
Wkładki niepełnozakresowe,
oznaczane litera˛ „a”, nie gwarantuja˛ wyłaczenia
˛
pradów
˛
poniżej deklarowanej
przez producenta wartości najmniejszego pradu
˛ wyłaczalnego
˛
Ibmin . Ze wzgl˛edu
na przeznaczenie wkładki topikowe dzieli si˛e nast˛epujaco:
˛
G – wkładka ogólnego przeznaczenia,
F – wkładka o charakterystyce szybkiej,
L – wkładka do zabezpieczania kabli i przewodów,
M – wkładka do zabezpieczania silników i urzadzeń
˛
rozdzielczych,
19.3. WYŁACZNIKI
˛
INSTALACYJNE
107
R – wkładka do zabezpieczania urzadzeń
˛
półprzewodnikowych,
Tr – wkładka do zabezpieczania transformatorów,
B – wkładka do zabezpieczania urzadzeń
˛
w podziemiach kopalń.
Parametrami znamionowymi podstawy bezpiecznikowej sa˛ napi˛ecie znamionowe
(izolacji) oraz prad
˛ znamionowy (ciagły,
˛
cieplny) oznaczajacy
˛ najwi˛eksza˛ wartość
pradu
˛ znamionowego współpracujacej
˛ wkładki topikowej. Wkładka topikowa jest
charakteryzowana przede wszystkim przez wartość pradu
˛ znamionowego, rodzaj
i wartość napi˛ecia wyłaczeniowego
˛
oraz charakterystyki czasowo-pradowej
˛
i pra˛
dów ograniczonych. Obok tych danych podawanych zwykle na samych wkładkach, w katalogach podaje si˛e nast˛epujace
˛ dane:
a) prad
˛ znamionowy wyłaczalny
˛
wkładki bezpiecznikowej Ic – określa zwarciowa˛ zdolność wyłaczania
˛
w obwodzie o określonym napi˛eciu i charakterze
wynikajacym
˛
ze stosunku L/R lub współczynnika mocy cos ϕ. Parametr ten
powinien być nie mniejszy niż najwi˛ekszy spodziewany prad
˛ zwarciowy poczatkowy
˛
w miejscu zainstalowania wkładki,
b) charakterystyka czasowo-pradowa
˛
t-I – przedstawia czas zadziałania wkładki
bezpiecznikowej w funkcji pradu
˛ przedstawione w skali logarytmicznej,
c) charakterystyka przecia˛żeniowa wkładki bezpiecznikowej – krzywa na charakterystyce t-I położona na lewo od krzywej czasów przedłukowych,
d) charakterystyka pradów
˛
ograniczonych io -I – zależność pradu
˛ ograniczonego
od wartości skutecznej składowej okresowej pradu
˛ spodziewanego, która przedstawia zdolność ograniczania przez wkładk˛e pradów
˛
zwarciowych,
e) charakterystyka całki Joule’a I 2t-t – miara ilości energii (ciepła) przepływaja˛
cej przez wkładk˛e bezpiecznikowa˛ w określonym czasie.
19.3
Wyłaczniki
˛
instalacyjne
Wyłaczniki
˛
zostały zaprojektowane w celu załaczania
˛
i wyłaczania
˛
obwodów elektrycznych oraz znajdujacych
˛
si˛e tam urzadzeń.
˛
Zabezpieczaja˛ one przed niebezpiecznymi pradami,
˛
w szczególności pradami
˛
zwarciowymi, mogacymi
˛
wywołać
uszkodzenia w instalacji elektrycznej. Ich cecha˛ charakterystyczna˛ jest przeci˛etna
wytrzymałość mechaniczna i łaczeniowa,
˛
oraz niewielka znamionowa cz˛estość ła˛
czeń.
108
Najważniejsza˛ cz˛eścia˛ wyłacznika
˛
jest zamek. Jest to mechanizm umożliwiajacy
˛ wyłacznikowi
˛
pozostanie w stanie załaczonym,
˛
bez udziału sił zewn˛etrznych. R˛eczne zwolnienie mechanizmu zamka, lub wskutek zadziałania dowolnego z przekaźników, badź
˛ wyzwalaczy powoduje wyłaczenie
˛
wyłacznika
˛
poprzez zwolnienie spr˛eżyny zwrotnej napinanej podczas załaczania.
˛
Wyłaczniki
˛
wyposaża si˛e w wyzwalacze przecia˛żeniowe oraz zwarciowe. Wyzwalacze przecia˛żeniowe, zazwyczaj termobimetalowe, powoduja˛ otwarcie wyłacznika
˛
z pewna˛
określona˛ zwłoka˛ czasowa,˛ zależna˛ od wartości pradu
˛ płynacego
˛
przez wyłacz˛
nik, natomiast zwarciowe, elektromagnetyczne, działaja˛ z czasem własnym wynoszacym
˛
0,01 ÷ 0,04 s. Projektowanie wyłaczników
˛
na duże i bardzo duże
prady
˛ znamionowe wymaga umieszczenia wyzwalaczy zwarciowych jednoczłonowych bezzwłocznych luz zwłocznych albo wyzwalaczy dwuczłonowych bezzwłocznych i zwłocznych. Czas zadziałania członu zwłocznego nastawionego
na mechanicznym zegarze opóźniajacym
˛
wynosi od 0,1 do 0,5 s. Wyzwalacze
zwłoczne pozwalaja˛ spełnić wymagania dotyczace
˛ selektywności dla złożonych
układów zasilania.
Wyłaczniki
˛
posiadaja˛ wiele właściwości technicznych charakteryzowanych za
pomoca˛ wielu parametrów. Do najważniejszych można zaliczyć:
– umowny prad
˛ niezadziałania Int : najwi˛eksza skuteczna wartość pradu,
˛ mogacego
˛
przepłynać
˛ przez wyłacznik
˛
w pewnym określonym/umownym czasie, jednocześnie nie powodujac
˛ jego zadziałania;
– umowny prad
˛ zadziałania It : najmniejsza wartość pradu
˛ przepływajacego
˛
przez wyłacznik,
˛
powodujaca
˛ jego zadziałanie przed upływem określonego/umownego
czasu;
– prad
˛ zadziałania bezzwłocznego: wartość pradu,
˛ powodujaca
˛ bezzwłoczne
˛
Wyłaczniki
˛
instalacyjne stosowane sa˛ w celu sterowania i zabezpieczania przed
skutkami przet˛eżeń w obwodach instalacji elektrycznych oraz odbiorników energii elektrycznej gospodarstw domowych, biur pracy i wielu innych rodzajów placówek. Wyłaczniki
˛
instalacyjne produkowane sa˛ na:
– napi˛ecie znamionowe do 440V,
– prad
˛ znamionowy do 125A,
– prad
˛ wyłaczalny
˛
do 25kA,
– charakterystyki czasowo-pradowe
˛
typu B, C i D.
Najcz˛eściej produkowane wyłaczniki
˛
posiadaja˛ prad
˛ znamionowy do 63A i prady
˛
wyłaczalne
˛
nie przekraczajace
˛ 10kA.
19.4. ZASADA DZIAŁANIA WYŁACZNIKA
˛
INSTALACYJNEGO NADPRADOWEGO109
˛
19.4
Zasada działania wyłacznika
˛
instalacyjnego nadpradowego
˛
Rysunek 19.1: Budowa rzeczywistego wyłacznika
˛
instalacyjnego
Przesuwajac
˛ dźwigni˛e r˛eczna˛ (4) w gór˛e, nast˛epuje zamkni˛ecie obwodu wyłacznika,
˛
a mianowicie nast˛epuje; naciagni˛
˛ ecie spr˛eżyny powrotnej dźwigni (6),
mechanizm regulujacy
˛ ze sprz˛egłem (5) naciaga
˛ spr˛eżyn˛e otwierajac
˛ a˛ styk ruchomy (3) i zwiera (zamyka) styk ruchomy (7) ze stykiem stałym z rożkiem
opalnym (13). Wyłacznik
˛
jest załaczony.
˛
Przepływ pradu
˛ zwarciowego powoduje wyindukowanie si˛e siły elektromagnetycznej w cewce pradowej
˛
wyzwalacza
elektromagnetycznego (2) i wytworzenie pola elektromagnetycznego w rdzeniu
(1). Pod wpływem siły elektromagnetycznej wybijak (1) powoduje wybicie mechanizmu regulujacego
˛
ze sprz˛egłem (5) (człon zwarciowy). Dźwignia r˛ecznego
załaczania
˛
(4) idzie w dół. Wyłacznik
˛
jest rozłaczony.
˛
W wyniku długotrwałego
przepływu pradu
˛ przecia˛żeniowego przez ci˛egno wyzwalacza bimetalowego (9)
nast˛epuje jego wygi˛ecie si˛e przez sił˛e spowodowana˛ długotrwałym przepływem
pradu
˛ (człon termiczny). Powoduje to uruchomienie mechanizmu regulujacego
˛
ze
110
sprz˛egłem (5) i rozłaczenie
˛
styku ruchomego (7) z stykiem stałym z rożkiem opalnym (13). Spr˛eżyna otwierajaca
˛ styku ruchomego (3) wraz ze spr˛eżyna˛ powrotna˛
dźwigni (6) wracaja˛ do pozycji poczatkowej.
˛
Dźwignia r˛ecznego załaczania
˛
(4)
idzie w dół. Wyłacznik
˛
jest rozłaczony.
˛
19.5
Parametry wyłaczników
˛
instalacyjnych
W zależności od rodzaju charakterystyki wyłaczniki
˛
posiadaja˛ inne przeznaczenie. Do zabezpieczania przewodów, odbiorników energii elektrycznej i elementów sterowania, właczonych
˛
do instalacji elektrycznej, o pradach
˛
rozruchowych
nie wi˛ekszych niż 2·In , gdzie In jest pradem
˛
znamionowym wyłacznika
˛
stosuje si˛e
charakterystyk˛e typu A. Charakterystyka B znajduje zastosowanie przy zabezpieczeniu przewodów jak i odbiorników obwodów oświetleniowych, gniazd wtyczkowych, oraz sterowania. Musi zostać spełniony warunek pradu
˛ rozruchowego
nie wi˛ekszego niż 3 · In . Do zabezpieczenia obwodów przed skutkami zwarć i
przecia˛żeń w instalacji elektrycznych (wi˛eksze prady
˛ urzadzeniami
˛
elektrycznymi
o pradach
˛
rozruchowych do rozruchowe) z 5 · In stosowana jest charakterystyka
C. Ochrona urzadzeń
˛
przed bardzo dużymi pradami
˛
rozruchowymi np. transformatory spawalnicze, czy silniki o ci˛eżkim rozruchu realizowana jest za pomoca˛
zabezpieczeń o charakterystyce wyzwalania D 10 · In . Wyłaczniki
˛
nadpradowe
˛
znajduja˛ zastosowanie również w układach pradu
˛ stałego. W takim przypadku
niezb˛edne jest zastosowanie si˛e do nast˛epujacych
˛
zasad:
– napi˛ecie (przypadajace
˛ na jeden biegun wyłacznika)
˛
nie może przekraczać
60V (120V) na 2 bieguny, 240V na 4 bieguny zachowujac
˛ przy tym szeregowe połaczenie),
˛
– wyzwalacz magnetyczny (zwarciowy) wyłacznika
˛
przyjmuje wartości wyzwolenie wg14 tabeli Tabela 1 (człon termiczny bez zmian). Należy zachować właściwy układ połaczeń.
˛
Wyróżniane jest kilka najważniejszych parametrów wyłaczników:
˛
– Un — napi˛ecie znamionowe – napi˛ecie pracy aparatu elektrycznego,
– In — ciagły
˛ prad
˛ znamionowy – maksymalna wartość pradu
˛ ciagłego
˛
płynacego
˛
przez aparat,
– Icm — znamionowy zwarciowy prad
˛ załaczalny
˛
– maksymalna wartość pradu,
˛
która˛ bezpiecznik powinien wytrzymać przy znamionowej wartości napi˛ecia,
19.5. PARAMETRY WYŁACZNIKÓW
˛
INSTALACYJNYCH
111
Rysunek 19.2: Charakterystyka czasowo-pradowa
˛
wyzwalaczy nadpradowych
˛
wyłaczników
˛
typu B, C i D
– Icu — graniczny, wyłaczalny
˛
prad
˛ zwarciowy – maksymalna wartość skuteczna składowej okresowej pradu
˛ spodziewanego, która spowoduje zadziałanie wyłacznika
˛
w cyklu łaczeniowym:
˛
wył. – t – zał. – wył.; po takim
cyklu wyłacznik
˛
może być niezdolny do dalszej pracy,
– Ics — zwarciowy, eksploatacyjny znamionowy prad
˛ wyłaczalny
˛
– wartość
pradu
˛ określona w % wartości pradu
˛ znamionowego, jest to prad,
˛ który
wyłacznik
˛
potrafi wyłaczyć
˛
podczas cyklu łaczeniowego:
˛
wył. – t – zał,
wył. – t – zał. - wył., zachowujac
˛ zdolność do dalszej pracy, wartości
cs
0,25, 0,5, 0,75, 1 badź
˛ 25%, 50%, 75%, 100%,
znamionowe IIcu
– Ir — prac
˛ nastawczy przekaźnika lub wyzwalacza zwarciowego,
– Icw — krótkotrwały wytrzymywany prad
˛ zwarciowy – wartość pradu
˛ zwarciowego, wytrzymywanego przez wyłacznik
˛
kategorii B w określonym przedziale czasowym bez konieczności obniżania swoich parametrów znamionowych, wartość tego pradu
˛ podaje si˛e dla czasów 0,05, 0,10, 0,25, 0,5, 1,0
112
lub 3,0 s,
– I 2 Tk — całka Joule’a – określa nat˛eżenie cieplne,
– i p — udarowy prad
˛ zwarciowy (w przypadku wyłacznika
˛
nieograniczaja˛
cego), lub prad
˛ ograniczony (w przypadku wyłacznika
˛
ograniczajacego),
˛
2 T — całka Joule’a (skutek cieplny pradu
– Ith
˛ zwarciowego) – wyznaczana
k
w przypadku cieplnego pradu
˛ zwarciowego zast˛epczego Ith i czasu trwania
zwarcia Tk .
19.6
Rodzaje selektywności
Przez prac˛e selektywna˛ zabezpieczeń należy rozumieć takie ich działanie, zmierzajace
˛ do odłaczenia
˛
obwodu, w którym nastapiło
˛
uszkodzenie, bez wpływu na
pozostałe obwody. Wyróżnić można nast˛epujace
˛ rodzaje selektywności:
– pradow
˛
a,˛
– czasowa,˛
– logiczna,˛
– energetyczna.˛
Selektywność pradowa
˛
wyst˛epuje wtedy, kiedy możliwe jest nastawienie wartości
pradu
˛ działania danego zabezpieczenia. Im niżej znajdujemy si˛e w hierarchii instalacji (bliżej odbioru), tym spodziewane prady
˛ zwarciowe sa˛ mniejsze. Wraz ze
zmniejszeniem si˛e tych pradów
˛
zmniejszeniu ulegaja˛ nastawy pradowe
˛
aparatów
zabezpieczajacych.
˛
W ten sposób można zapewnić tylko cz˛eściowa˛ selektywność.
Selektywność czasowa możliwa jest do uzyskania dla aparatów, które maja˛ regulacj˛e czasu zadziałania. Przy nastawianiu pradu
˛ zadziałania oraz czasu zwłoki
urzadzenie
˛
to czeka, aż zadziała zabezpieczenie w uszkodzonym obwodzie. Jeżeli
w nastawionym czasie nie wystapi
˛ przerwa w przepływie pradu
˛ zwarciowego, to
wtedy dany aparat zabezpieczajacy
˛ zadziała, wyłaczaj
˛
ac
˛ zarówno obwód uszkodzony, jak również cz˛eść obwodów sprawnych. Jeżeli natomiast wyłaczy
˛
właściwe zabezpieczenie niesprawnego obwodu, wtedy taki wyłacznik
˛
nie wyzwoli i
selektywność b˛edzie zachowana. Selektywność logiczna może być zastosowana
tylko w sytuacji, jeżeli obydwa wyłaczniki
˛
pochodza˛ z oferty tego samego producenta oraz ich wyzwalacze posiadaja˛ niezb˛edne funkcje komunikacyjne. Zastosowanie tej metody polega na przesyłaniu sygnału blokowania wyłaczenia.
˛
Przy
wystapieniu
˛
zwarcia zabezpieczenie wysyła do zabezpieczenia powyżej sygnał
19.7. SELEKTYWNOŚĆ W UKŁADZIE BEZPIECZNIK-WYŁACZNIK
˛
113
blokujacy
˛ oraz sprawdza także, czy nie otrzymało sygnału blokujacego
˛
od zabezpieczenia od strony obcia˛żania. Selektywność logiczna jest zawsze całkowita.
Selektywność energetyczna polega na porównaniu wartości energii potrzebnych
do zadziałania dwóch porównywanych zabezpieczeń. Jeżeli energia potrzebna
do zadziałania wyłacznika
˛
lub bezpiecznika znajdujacego
˛
si˛e gł˛ebiej w instalacji
jest mniejsza niż energia potrzebna do zadziałania urzadzenia
˛
zabezpieczajacego
˛
znajdujacego
˛
si˛e powyżej, wtedy zapewniona jest selektywność. Energi˛e cieplna˛
wydzielajac
˛ a˛ si˛e podczas zwarcia określa si˛e całka˛ Joule’a.
19.7
Selektywność w układzie bezpiecznik-wyłacznik
˛
Dla układu zabezpieczeń, w którym wyst˛epuja˛ dwa bezpieczniki zainstalowane
szeregowo, w zakresie przecia˛żeniowym należy zastosować kryterium selektywności pradowej,
˛
natomiast w zakresie zwarciowym kryterium selektywności energetycznej. W zakresie przecia˛żeniowym należy sprawdzić, czy pasmowe charakterystyki czasowo-pradowe
˛
wkładek topikowych obydwu bezpieczników nie
nakładaja˛ si˛e, ani nie przecinaja˛ w żadnym miejscu. Jeżeli przez zabezpieczenia
moga˛ płynać
˛ różne prady,
˛ wówczas ich charakterystyki powinny być odsuni˛ete w
poziomie o odległość odpowiadajac
˛ a˛ maksymalnej różnicy przepływajacych
˛
jednocześnie pradów.
˛
W zakresie zwarciowym należy sprawdzić, czy maksymalna
wartość całki wyłaczania
˛
I 2t wkładki topikowej od strony obcia˛żenia jest mniejsza
niż całka przedłukowa I 2t wkładki od strony zasilania. Jeżeli tak jest, wówczas
selektywność jest zapewniona do znamionowej zwarciowej zdolności wyłaczania
˛
wkładek. Dla wkładek topikowych o charakterystyce gG o pradzie
˛
znamionowym
wi˛ekszym od 16 A norma wymaga, aby działały selektywnie wkładki o stosunku
pradów
˛
znamionowych 1,6 w kierunku zasilania co odpowiada różnicy o dwie
wartości typoszeregu R10, tak jak w przypadku rozpatrywanych wkładek topikowych 40 A i 63 A. Selektywność takiego układu zostanie zachowana tylko jeżeli
przez wkładki płynie taki sam prad.
˛ Dla selektywności całkowitej może to nie
wystarczyć. Warunki selektywności powinny operować nie czasem przedłukowym, ale czasem przetrzymania i całka˛ przetrzymania, które nie wywołuja˛ trwałej
zmiany stanu topika. Dodatkowo, podawane przez wytwórc˛e parametry określone
dla umownych warunków probierczych w warunkach rzeczywistych moga˛ być
przekroczone. Podawane parametry nie uwzgl˛edniaja˛ starzenia si˛e wkładek, czyli
moga˛ być przekroczone wartości najmniejsze. Dla stosunku pradów
˛
znamionowych 1,6 selektywność energetyczna jest spełniona bez żadnego marginesu bezpieczeństwa, gdyż wartość całki przedłukowej wyższego stopnia jest równa dokładnie wartości całki wyłaczenia
˛
niższego stopnia. Wybiorczość całkowita˛ gwarantuje dopiero pewien odst˛ep pomi˛edzy charakterystykami Joule’a obu wkładek,
który wyst˛epuje, jeżeli wkładka bliżej zasilania ma prad
˛ znamionowy wi˛ekszy w
114
stosunku co najmniej 2, czyli o trzy stopnie ciagu
˛ R10.
19.8
Selektywność w układzie bezpiecznik-wyłacznik
˛
Dla układu zabezpieczeń, w którym od strony zasilania zastosowany został bezpiecznik topikowy, a od strony obcia˛żenia wyłacznik
˛
instalacyjny, w zakresie
przecia˛żeniowym należy zastosować kryterium selektywności pradowej,
˛
natomiast
w zakresie zwarciowym - kryterium selektywności energetycznej. W zakresie
przecia˛żeniowym należy sprawdzić, czy pasmowe charakterystyki czasowo-pradowe
˛
obydwu wyłaczników
˛
nie nakładaja˛ si˛e, ani nie przecinaja˛ w żadnym miejscu z
uwzgl˛ednieniem pradów
˛
rzeczywiście przepływajacych
˛
przez obydwa zabezpieczenia. Rys. 19.3. przedstawia charakterystyki czasowo-pradowe
˛
wkładki topikowej gG 63 A oraz wyłacznika
˛
instalacyjnego C20 A. Charakterystyki cz˛eściowo
si˛e nakładaja˛ w obszarze przecia˛żeniowym i zwarciowym. Selektywne działanie jest zapewnione tylko do wartości pradu
˛ odpowiadajacej
˛ miejscu pierwszego
przeci˛ecia charakterystyk – w tym przypadku 174 A. Wyst˛epuje tylko selektywność cz˛eściowa. Ponieważ ograniczenie selektywności wystapiło
˛
w zakresie przecia˛żeniowym, nie sprawdza si˛e selektywności zwarciowej. Rys. 19.4 przedstawia
charakterystyki czasowo-pradowe
˛
wkładki topikowej gG 63 A oraz wyłacznika
˛
instalacyjnego B20 A. W zakresie przecia˛żeniowym charakterystyki nie przecinaja˛ si˛e w żadnym miejscu, co spełnia założone kryterium selektywności prado˛
wej. Dla zbadania selektywności w zakresie zwarciowym nie należy korzystać
z charakterystyk czasowo-pradowych,
˛
ale należy sprawdzić, czy charakterystyki
całki Joule’a I 2t obu zabezpieczeń si˛e przecinaja.˛ Jeżeli wystapi
˛ przeci˛ecie charakterystyk wówczas selektywność zapewniona jest do wartości pradu
˛ spodziewanego odpowiadajacej
˛ miejscu przeci˛ecia.
Rys. 19.5 przedstawia charakterystyki I 2t rozważanych zabezpieczeń gG 63
A oraz B20 A. Dla wkładki topikowej wyrysowano lini˛e odpowiadajac
˛ a˛ najmniejszej całce Joule’a przedłukowej. Przeci˛ecie krzywych wyst˛epuje dla pradu
˛ spodziewanego 2690 A, który stanowi granic˛e selektywności takiego układu zabezpieczeń połaczonych
˛
szeregowo. Jeżeli w danym miejscu instalacji maksymalny
spodziewany prad
˛ zwarciowy nie przekracza tej wartości wtedy wyst˛epuje selektywność całkowita. W przeciwnym wypadku mamy do czynienia z selektywnościa˛ cz˛eściowa.˛
Producenci wyłaczników
˛
instalacyjnych publikuja˛ w katalogach tabele selektywności wyłaczników
˛
i typowych wkładek topikowych, co stanowi duże ułatwienie praktycznego doboru zabezpieczeń pod wzgl˛edem selektywności.
19.9. UKŁAD POŁACZE
˛
Ń
115
˛
wkładki topikowej gG 63A (A)
oraz wyłacznika
˛
instalacyjnego C20A (B)
19.9
Układ połacze
˛ ń
Układ połaczeń
˛
składa si˛e z transformatora 380/112,5 V, stycznika półprzewodnikowego załaczaj
˛
acego
˛
obwód probierczy w zerze napi˛ecia, przekaźnika czasowego Z sterujacego
˛
stycznikiem, amperomierza, rezystora ograniczajacego
˛
prad
˛
Rogr , podstawy bezpiecznikowej Bi, wyłacznika
˛
instalacyjnego W I oraz rozłacz˛
nika. Transformator służy do obniżenia napi˛ecia, dzi˛eki jego wykorzystaniu można
uzyskać wi˛ekszy prad
˛ po stronie niższego napi˛ecia (rys. 19.6). Rozłacznik
˛
służy
do zwierania zabezpieczeń i nastawiania pradu
˛ przecia˛żeniowego lub zwarciowego. Przekaźnik czasowy załacza
˛ obwód probierczy tylko na czas niezb˛edny do
zadziałania wyłacznika
˛
badź
˛ bezpiecznika.
19.10
Pomiary
W ramach ćwiczenia należy przeprowadzić co najmniej pi˛eć prób działania zabezpieczeń dla różnych wartości Rogr . Wykorzystujac
˛ sond˛e pradow
˛
a˛ i sond˛e napi˛eciowa˛ podłaczone
˛
do oscyloskopu należy zarejestrować prad
˛ w obwodzie i spadek
116
˛
wkładki topikowej gG 63 A (A)
oraz wyłacznika
˛
instalacyjnego B20A (B)
napi˛ecia na wyłaczniku
˛
instalacyjnym. Zarejestrowane podczas próby przebiegi
zapisać do dalszego przetworzenia. Przy badaniu działania bezpieczników topikowych po każdej próbie, korzystajac
˛ z próbnika, sprawdzić, czy zadziałał.
19.11
Zadania do realizacji
– zapoznać si˛e z budowa˛ i zasada˛ działania stosowanych zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych,
– znać charakterystyki czasowo-pradowe
˛
zabezpieczeń,
– zapoznać si˛e z podstawowymi parametrami i wielkościami charakteryzuja˛
cymi prad
˛ zwarciowy,
– określić zasady selektywnej współpracy w układzie wyłacznik
˛
instalacyjny
– bezpiecznik.
19.11. ZADANIA DO REALIZACJI
117
Rysunek 19.5: Charakterystyka przedłukowej całki Joule’a wkładki topikowej gG
63A (A) oraz charakterystyka I2t wyłacznika
˛
instalacyjnego B20A (B)
W ramach ćwiczenia laboratoryjnego należy przeprowadzić próby łaczeniowe,
˛
połaczone
˛
z rejestracja,˛ dla różnych zabezpieczeń i spodziewanych pradów
˛
zwarciowych.
118
˛
do badania selektywności zabezpieczeń
Rozdział 20
Dopuszczalna obcia˛żalność
długotrwała przewodów
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Karola Laszczyńskiego pt. „Dopuszczalna obcia˛żalność długotrwała przewodów – stanowisko laboratoryjne”, Poznań 2013
20.1
Wst˛ep teoretyczny
W dowolnej żyle przewodu prad
˛ długotrwały przy normalnej eksploatacji powinien mieć taka˛ wartość, aby nie została przekroczona maksymalna temperatura
graniczna żyły (tab. 20.1). Odpowiednia wartość obcia˛żalności długotrwałej
może być także określona za pomoca˛ badania. Może być również obliczona za
pomoca˛ uznawanej i obowiazuj
˛ acej
˛ metody. Jednakże przy określaniu obcia˛żalności długotrwałej należy wziać
˛ pod uwag˛e charakterystyki obcia˛żenia, a także,
dla kabli ułożonych w ziemi, rzeczywista˛ rezystancj˛e cieplna gruntu.
Temperatura otoczenia jest to temperatura otaczajacego
˛
środowiska, gdy rozpatrywany przewód znajdujacy
˛ si˛e w tym ośrodku nie jest obcia˛żony. Przy doborze obcia˛żalności pradowej
˛
długotrwałej, zostały przyj˛ete dwie temperatury
otoczenia, jedna z nich jest dla przewodów w powietrzu, dla każdego ze sposobów ułożenia wynosi 30o C kolejna dla kabli ułożonych w ziemi w osłonach
badź
˛ bezpośrednio i wynosi 20o C. Stosowane dla wiazek
˛
przewodów współczynniki zmniejszajace
˛ maja˛ identyczna˛ maksymalna˛ temperatur˛e robocza.˛ Natomiast
gdy wiazka
˛
składa si˛e z przewodów, która ma różne robocze temperatury dopuszczalne, obcia˛żalność pradowa
˛
długotrwała wszystkich przewodów w wiazce
˛
należy wyznaczyć na podstawie przewodu w tej wiazce
˛ majacego
˛
najmniejsza˛ dopuszczalna˛ temperatur˛e robocza,˛ z uwzgl˛ednieniem właściwego współczynnika
zmniejszajacego
˛
dla wiazki.
˛
Jeżeli natomiast sa˛ znane warunki eksploatacji, a
119
120
ROZDZIAŁ 20. DOPUSZCZALNA OBCIA˛ŻALNOŚĆ
Tablica 20.1: Maksymalne temperatury robocze dla różnych rodzajów izolacji
Temperatura graniczna [o C]
Rodzaj izolacji
Polichlorek winylu (PVC)
Polichlorek usiceiowany (XLPE)
oraz guma etylenowo-propylenowa
(EPR)
Mineralna (osłoni˛eta PVC lub nieosłoni˛eta, wystawiona na dotyk)
Mineralna (nieosłoni˛eta, niewystawiona na dotyk i niestykajaca
˛ si˛e z
materiałami palnymi)
Żyła 70
Żyła 90
Powłoka 70
Powłoka 105 (patrz uwaga 2)
Uwaga 1 Jeżeli żyła pracuje w temperaturze wyższej niż 70o C, należy
upewnić si˛e, czy urzadzenie
˛
podłaczone
˛
do żyły jest przystosowane
do temperatury wyst˛epujacej
˛ w połaczeniu.
˛
Uwaga 2 Dla ustalonych rodzajów przewodów moga˛ być dopuszczone
wyższe temperatury robocze niż temperatury graniczne podane powyżej, w zależności od temperatury znamionowej przewodu, jego
przyłaczeń,
˛
warunków środowiskowych oraz innych wpływów zewn˛etrznych.
spodziewane obcia˛żenie pradowe
˛
przewodu w danej wiazce
˛
jest nie wi˛eksze niż
30% wartości znamionowej, tenże przewód można pominać
˛ przy ustalaniu współczynnika zmniejszajacego
˛
dla pozostałych przewodów w wiazce.
˛
Ze wzgl˛edów
bezpieczeństwa wyznacza si˛e współczynnik zmniejszajacy,
˛ dla wiazki
˛ o różnych
przekrojach żył przewodów w listwach instalacyjnych, rurach instalacyjnych również w kanałach przewodowych wynosi:
1
F=√
n
(20.1)
gdzie: F – jest to współczynnik zmniejszajacy
˛ dla wiazki,
˛
n – jest to liczba˛ wielożyłowych przewodów lub obwodów w wiazce.
˛
Współczynnik, który otrzymamy
z tego równania zmniejsza zagrożenie przecia˛żeniowe przewodników o mniejszych przekrojach, może on również prowadzić do niewykorzystania przewodów o przekrojach wi˛ekszych. Niedocia˛żenia żył o małych i dużych przekrojach
można uniknać
˛ poprzez ograniczenie mieszania ich w jednej wiazce.
˛
Asymetryczne obcia˛żenie linii trójfazowej powoduje przepływ pradu
˛ w żyle neutralnej.
Jednocześnie nast˛epuje obniżenie wartości pradu
˛ w żyłach fazowych. w takim
20.1. WSTEP
˛ TEORETYCZNY
121
przypadku przekrój żyły powinien zostać dobrany na podstawie najwi˛ekszego obcia˛żenia przewodu czynnego. Jeżeli w żyle neutralnej płynie prad,
˛ a nie zostały
odpowiednio zmniejszone obcia˛żenia żył fazowych, to fakt ten należy uwzgl˛ednić przy wyznaczaniu danych znamionowych obwodu. Prady
˛ tego rodzaju moga˛
być spowodowane znaczacym
˛
udziałem wyższych harmonicznych w obwodach
trójfazowych. Kiedy udział wyższych harmonicznych jest wyższy niż 10%, to
przekrój żyły neutralnej nie powinien być mniejszy niż żył fazowych. Jeżeli w
tym samym biegunie lub fazie układu sa˛ połaczone
˛
równolegle dwie, lub wi˛ecej żył, należy również przedsi˛ewziać
˛ środki zapewniajace
˛ równomierny podział
obcia˛żenia miedzy nimi. Wymóg ten uważa si˛e za spełniony, jeżeli żyły sa˛ z
takiego samego materiału, maja˛ identyczne przekroje, sa˛ w przybliżeniu równej
długości oraz jeżeli, równoległe żyły znajduja˛ si˛e w przewodach wielożyłowych
lub w skr˛econych przewodach jednożyłowych. Równoległe żyły b˛edace
˛ w nieskr˛econych przewodach jednożyłowych w układzie trójkatnym
˛
lub płaskim i sa˛
2
żyłami miedzianymi o przekroju nie wi˛ekszym niż 50mm albo aluminiowymi o
przekroju nie wi˛ekszym niż 70mm2 . Żyły równoległe b˛edace
˛ w nieskr˛econych
przewodach jednożyłowych w układzie trójkatnym
˛
badź
˛ płaskim sa˛ żyłami mie2
dzianymi o przekroju nie mniejszym niż 50mm lub aluminiowym o przekroju nie
wi˛ekszym niż 70mm2 również zastosowane zostały specjalne konfiguracje niezb˛edne dla ich ukształtowań. Jeśli warunki oddawania ciepła sa˛ różne wzdłuż
instalacji trasy, obcia˛żalność pradowa
˛
długotrwała należy wyznaczyć w odniesieniu do odcinka trasy posiadajacego
˛
najgorsze warunki chłodzenia. Nie jest
to możliwe, aby stworzyć tablice obcia˛żalności długotrwałej przewodów czy też
podać wszystkie metody ich wyznaczania dla różnych sposobów wykonania instalacji. Dla tego też brane sa˛ pod uwag˛e charakterystyczne sposoby prowadzenia
przewodów o porównywalnych warunkach wymiany ciepła z otoczeniem. Dla
nich jest określana obcia˛żalność długotrwała. Przy doborze przewodów należy
zwrócić uwag˛e, dla jakiej wartości obliczeniowej została podana temperatura otoczenia pradów
˛
dopuszczalnych długotrwale. Najcz˛eściej bowiem stosowane sa˛
dwie wartości temperatur 25o C i 30o C. w takich przypadkach należy wartości
obcia˛żalności pradowej
˛
długotrwałej pomnożyć przez odpowiedni współczynnik
temperaturowy.
00
Idd = Idd kt kd
00
(20.2)
gdzie: Idd - szukana wartość pradu
˛ dopuszczalnego długotrwale przewodu ułożonego w temperaturze otoczenia [A], kt - współczynnik zwi˛ekszajacy
˛ lub zmniejszajacy
˛ obcia˛żalność pradow
˛
a˛ długotrwała˛ przewodu kz – współczynniki zmniejszajace
˛ dla wiazek
˛
różnych obwodów lub różnych przewodów wielożyłowych
122
20.2
Układ pomiarowy
Stanowisko laboratoryjne składa si˛e z trzech układów pomiarowych. w pierwszym układzie pomiarowym, jak i w pozostałych, badana jest długotrwała obcia˛
żalność przewodów. Każdy z układów różni si˛e sposobem ułożenia przewodów.
W pierwszym układzie pomiarowym badane sa˛ przewody znajdujace
˛ si˛e w rurce
RL-28. Układ należy zasilić transformatorem pradowym,
˛
który zasilany jest z
autotransformatora. Użycie miernika c˛egowego pozwoli nam kontrolować prad
˛
jakim zostanie obcia˛żony układ pomiarowy. Do zasilenia układu wykorzystujemy dwa gniazda z czego dwa pozostałe zostana˛ mostkowane (rys. 1). Odczyt
temperatury jaka b˛edzie panowała w wiazce
˛
przewodów umożliwi nam miernik
temperatury, drugim miernikiem b˛edzie można sprawdzić temperatur˛e panujac
˛ a˛
wewnatrz
˛ przewodu. Drugi układ pomiarowy powinniśmy również zasilić przekładnikiem pradowym
˛
, który jest zasilany autotransformatorem. w układzie powinien znaleźć si˛e miernik pradowy
˛
który umożliwi ustalenie dokładniej wartości
pradu
˛ zasilajacego
˛
układ (rys. 2). Pomiar temperatury b˛edzie sprawdzany przez
użycie multimetrów. Trzeci układ pomiarowy zasilany jest jak poprzednie z wykorzystaniem tych samych mierników pomiarowych. Jedyna˛ różnica˛ jest połacze˛
nie wolnych gniazd gdyż w korytku perforowanym jest zasilane zejść przewodów
a nie tak jak wcześniej w rurce i korytku elektroinstalacyjnym tylko trzy przewody. Wszystkie wolne gniazda należy połaczyć
˛
ze soba˛ (rys. 3).
Rysunek 20.1: Schemat elektryczny połaczenia
˛
przewodów w rurce T 1 – autotransformator, T 2 – transformator pradowy,
˛
SP – c˛egowy miernik pradu,
˛
ST 1,
ST 2 – mierniki temperatury
20.2. UKŁAD POMIAROWY
123
˛
przewodów w korytku elektroinstalacyjnego: T 1 – autotransformator, T 2 – transformator pradowy,
˛
SP – c˛egowy
miernik pradu,
˛ ST 1, ST 2 – mierniki temperatury
˛
przewodów w korytku perforowanym T 1 – autotransformator, T 2 – transformator pradowy,
˛
SP – c˛egowy miernik
pradu,
˛ ST 1, ST 2 – mierniki temperatury
124
20.3
Przebieg ćwiczenia
˛
do badania układu pomiarowego należy wyznaczyć dla poszczególnych połaczeń
˛
dopuszczalny prad
˛ długotrwały zgodnie z obowiazuj
˛ acymi
˛
normami. Aby obliczyć ten prad
˛ należy również uwzgl˛ednić temperatur˛e otoczenia, sposób ułożenia przewodów, odległość mi˛edzy przewodami jeżeli jest ich
wi˛ecej, ilość żył jaka jest zasilana. Do obliczeń pradu
˛ dopuszczalnego długotrwałego należy wykorzystać współczynniki znajdujace
˛ si˛e w normie PN-IEC 603645-523: tablica 52-C1, tablica 52-C5, tablica 52-D1, tablica 52-E1. Dodatkowe
obliczenia przeprowadzić należy dla przewodów ułożonych w korytku perforowanym na podstawie katalogu LAPPGROUP z uwzgl˛ednieniem: tabeli 12-2, taela
12-7. W kolejnym etapie zasilamy układ pomiarowy z ustalona˛ wartościa˛ pradu,
˛
która wcześniej została wyliczona. w układzie został wykorzystany miernik c˛egowy UNIT UT203. Dzi˛eki miernikowi jest możliwe utrzymanie stałej wartości
pradu
˛ gdyż pod wpływem temperatury rezystancja przewodu rośnie a prad
˛ maleje. Do pomiaru temperatury zostały wykorzystane dwa multimetry. Pierwszy z
nich to multimetr GwINSTEK GDM-8255A, który jest wykorzystany do rejestracji temperatury mierzonej mi˛edzy poszczególnymi przewodami. Drugi miernik
temperatury to multimetr HC-3500T, który jest wykorzystany to do pomiaru temperatury wewnatrz
˛ przewodu.
20.4
Wzory i obliczenia
Dokładność wykonywania pomiarów zależy od klasy dokładności użytych przyrzadów,
˛
doboru właściwej metody wykonywania pomiarów i uwzgl˛ednienia uwarunkowań wynikajacych
˛
ze specyfiki badanego obiektu i jego parametrów. Należy
da˛żyć do wykonywania pomiarów z możliwie duża˛ dokładnościa.˛ Bład
˛ graniczny
miernika cyfrowego wyznacza si˛e ze wzoru:
∆g = ±a [%] ± n [cy f r, dgt]
(20.3)
20.5
Sprawozdanie powinno zawierać nast˛epujace
˛ elementy:
125
– procedur˛e wyznaczenia pradu
˛ dopuszczalnie długotrwałego dla analizowanych sposobów ułożenia przewodów,
– wyznaczenie ww. pradów,
˛
– wykresy zarejestrowanych temperatur,
– wnioski.
126
Rozdział 21
Aparaty elektryczne niskiego
napi˛ecia wykorzystywane w
układzie rozruchowym silników
gwiazda/trójkat
˛
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Dominika Stolarka pt. „Sterowanie i zabezpieczenia silników asynchronicznych”, Poznań 2013
21.1
Klasyfikacja łaczników
˛
pradu
˛ przemiennego
Łaczniki
˛
elektroenergetyczne sa˛ powszechnie stosowanymi aparatami w instalacjach elektrycznych. Ze wzgl˛edu na znaczna˛ różnorodność zastosowań łaczników
˛
elektroenergetycznych można zaproponować ich klasyfikacj˛e według nast˛epuja˛
cych kryteriów:
a) ze wzgl˛edu na sił˛e nap˛edzajac
˛ a˛ styki ruchome i sposób utrzymania tych styków w położeniu ustalonym:
– łaczniki
˛
zamkowe,
– łaczniki
˛
stycznikowe;
b) ze wzgl˛edu na zdolność łaczników
˛
do przerywania pradów:
˛
– odłaczniki,
˛
– rozłaczniki,
˛
– wyłaczniki;
˛
127
128 ROZDZIAŁ 21. APARATY ELEKTRYCZNE NISKIEGO NAPIECIA
˛
...
c) ze wzgl˛edu na rodzaj środowiska decydujacego
˛
o warunkach gaszenia łuku:
– próżniowe,
– gazowe,
– cieczowe,
– gazowydmuchowe.
Przekaźnik elektryczny jest to aparat przeznaczony to wywoływania nagłej i
zdefiniowanej zmiany w jednym lub wielu obwodach wyjściowych przy spełnieniu określonych warunków w elektrycznych obwodach wejściowych go kontrolujacych.
˛
Innym aparatem elektrycznym, przeznaczonym do łaczenia
˛
obwodów
elektrycznych jest stycznik, a w instalacjach elektrycznych niskiego napi˛ecia cz˛esto jest to stycznik instalacyjny w obudowie modułowej. Nie należy stosować tych
aparatów zamiennie, pomimo tego, że oba przeznaczone sa˛ do łaczenia
˛
obwodów.
Styczniki przeznaczone sa˛ do łaczenia,
˛
przewodzenia jak i wyłaczania
˛
znamionowych pradów
˛
roboczych jak i określonych pradów
˛
przet˛eżeniowych. Porównujac
˛
te dwie definicje oczywiste staje si˛e to, że aparaty te spełniaja˛ w obwodach oddzielne funkcje.
Przekaźniki można charakteryzować, mi˛edzy innymi, na podstawie ich parametrów elektrycznych i mechanicznych. Do parametrów tych można zaliczyć:
– ilość i rodzaj zestyków,
– materiał styków,
– znamionowe / maksymalne napi˛ecie zestyków,
– znamionowy prad
˛ roboczy (moc) obcia˛żenia w zależności od kategorii użytkowania,
– maksymalny prad
˛ załaczania,
˛
– maksymalna cz˛estość łaczeń,
˛
– napi˛ecie znamionowe cewki,
– znamionowy pobór mocy przez cewk˛e,
– trwałość łaczeniowa,
˛
trwałość mechaniczna.
Parametry te również moga˛ opisywać styczniki. Różnice pomi˛edzy nimi można
zauważyć zagł˛ebiajac
˛ si˛e w dane katalogowe producentów styczników jak i przekaźników. Znaczac
˛ a˛ różnica˛ jest zdolność łaczeniowa
˛
uzależniona od kategorii pracy (tablica 21.1). Styczniki charakteryzuja˛ si˛e lepszymi parametrami, pod
21.1. KLASYFIKACJA ŁACZNIKÓW
˛
PRADU
˛
PRZEMIENNEGO
129
Tablica 21.1: Warunki załaczania
˛
i wyłaczania
˛
w zależności od kategorii użytkowania
Warunki załaczania
˛
i wyłaczania
˛
Kategoria użytkowania
Ic /Ie Ur /Ue cosϕ Czas załaczania
˛
Czas wyłaczania
˛
Liczba
cykli łacze˛
niowych
AC1
1,5
1,05
0,8
0,05
2)
50
AC2
4
1,05 0,65
0,05
2)
50
AC3
8
1,05
1)
0,05
2)
50
AC4
10
1,05
1)
0,05
2)
50
Ic — prad
˛ załaczalny
˛
lub wyłaczalny
˛
— wartość skuteczna składowej okresowej pradu
˛ przemiennego
Ie — prad
˛ znamionowy łaczeniowy
˛
Ur — napi˛ecie powrotne o cz˛estotliwości sieciowej
Ue — napi˛ecie znamionowe łaczeniowe
˛
cosϕ – współczynnik mocy obwodu probierczego
1) cosϕ wynosi 0,45 dla Ie 6 100 A i 0,35 dla Ie > 100 A
2) patrz tablica 21.2
wzgl˛edem mocy łaczeniowej
˛
jak i trwałości łaczeń
˛
w zależności od kategorii użytkowania, niż przekaźniki o zbliżonych wartościach napi˛ecia pracy i pradu
˛ znamionowe roboczego. Dodatkowo przekaźniki cechuja˛ si˛e mniejszymi wartościami
pradów
˛
roboczych, które dla nich osiagaj
˛ a˛ przeważnie wartości nie przekraczajace
˛ 16 A, gdzie dla styczników prady
˛ znamionowe robocze sa˛ najcz˛eściej nie
mniejsze niż 20 A.
Elementami konstrukcyjnymi przekaźników sa:
˛
– korpus (osłona przeciwpyłowa),
– mechanizm nap˛edowy (cewka elektromagnetyczna),
– tory pradowe
˛
główne.
Przekaźniki, podobnie jak styczniki, można określić jako łaczniki
˛
zestykowe mechanizmowe. Oznacza to, że przestawienie ich styków ruchomych z położenia
otwarcia do zamkni˛ecia i odwrotnie odbywa si˛e w sposób jednoznaczny i powtarzalny, dzi˛eki oparciu struktury łaczniczka
˛
na odpowiednich mechanizmach,
oraz że jest wynikiem pracy wykonywanej przez nap˛edy łacznika.
˛
Działania mechanizmu nap˛edowego, jakim jest elektromagnes jest nast˛epujace:
˛ po załaczeniu
˛
pod napi˛ecie elektromagnes przyciaga
˛ zwor˛e, pokonujac
˛ tarcie, ci˛eżar elementów ruchomych (w tym popychacza) i w ostatniej fazie ruchu zwory — również
spr˛eżyny styku ruchomego. Styki pozostaja˛ w pozycji wymuszonej, dopóki jest
zasilany elektromagnes nap˛edowy.
˛
...
Tablica 21.2: Zależność mi˛edzy pradem
˛
wyłaczalnym
˛
Ic a czasem wyłaczania
˛
przy sprawdzaniu zdolności załaczania
˛
i wyłaczania
˛
21.2
Prad
˛ wyłaczalny
˛
Ic
A
Czas wyłaczenia
˛
s
Ic 6 100
100 6 Ic 6 200
200 6 Ic 6 300
300 6 Ic 6 400
400 6 Ic 6 600
600 6 Ic 6 800
800 6 Ic 6 1000
1000 6 Ic 6 1300
1300 6 Ic 6 1600
1600 > Ic
10
20
30
40
60
80
100
140
180
240
Działanie układu rozruchowego gwiazda/trójkat
˛
Jedna˛ z podstawowych i najprostszych metod rozruchu silników asynchronicznych klatkowych jest zastosowanie przełacznika
˛
gwiazda-trójkat,
˛ przykładowy
schemat pokazany jest na rysunku 21.1. Ten rodzaj rozruchu jest stosowany dla
silników, które podczas normalnej pracy połaczone
˛
sa˛ w trójkat,
˛ a na czas rozruchu zmienia si˛e połaczenie
˛
na gwiazd˛e, dzi˛eki temu zabiegowi obniża si˛e napi˛ecie
Ut
√
fazowe o Ug = 3 , zmniejsza si˛e 3-krotnie moment rozruchowy silnika, ponieważ
√
jest on zależny od kwadratu napi˛ecia M = cU12 , prad
˛ fazowy zmniejsza si˛e o 3,
rysunek 21.2. w układzie połaczonym
˛
w gwiazd˛e prad
˛ fazowy jest zarówno pra˛
dem przewodowym,
natomiast w układzie połaczonym
˛
w trójkat,
˛ prad
˛ przewo√
dowy jest 3 razy wi˛ekszy od pradu
˛ fazowego, a wi˛ec prad
˛ pobierany z sieci w
układzie połaczonym
˛
w gwiazd˛e jest 3 razy mniejszy od pradu
˛ pobieranego w
układzie połaczonym
˛
w trójkat.
˛
Rozruch przy użyciu przełacznika
˛
gwiazda-trójkat
˛ może być stosowany jedynie w przypadku silników, których napi˛ecie zasilania jest równe napi˛eciu znamionowemu przy przełaczeniu
˛
w trójkat.
˛ Jeżeli napi˛ecie znamionowe silnika równe
jest 400/230V, wtedy silnik w warunkach znamionowych może pracować poła˛
czony w gwiazd˛e przy zasilaniu z sieci o napi˛eciu mi˛edzyprzewodowym 400V,
lub też przy połaczeniu
˛
w trójkat,
˛ przy zasilaniu z sieci o napi˛eciu mi˛edzyprzewodowym 230V. Rozruch za pomoca˛ przełacznika
˛
gwiazda-trójkat
˛ może być dokonany jedynie przy zasilaniu z sieci o napi˛eciu 230V. Istnieje również możliwość
rozruchu ta˛ metoda˛ przy zasilaniu z sieci o napi˛eciu mi˛edzyprzewodowym 400V,
jednak potrzebny jest do tego silnik o takim napi˛eciu znamionowym w układzie
21.2. DZIAŁANIE UKŁADU ROZRUCHOWEGO GWIAZDA/TRÓJKAT
˛ 131
Rysunek 21.1: Schemat połaczeń
˛
w układzie gwiazda trójkat
˛
połaczeń
˛
w trójkat.
˛ Taki silnik musi mieć podane na tabliczce znamionowej napi˛ecie 690/400V.
W przypadku gdy za sterowanie praca˛ urzadzeń
˛
elektrycznych odpowiadaja˛
styczniki, należy uwzgl˛ednić kategori˛e ich użytkowania, która mówi o tym jaki
stycznik należy zastosować do danego urzadzenia.
˛
Kategoria ta normalizuje również wartości charakteryzujace
˛ styczniki, prady,
˛ napi˛ecia, współczynniki mocy,
czasy załaczania
˛
i wyłaczania
˛
oraz liczba cykli łaczeniowych.
˛
Dla pradu
˛ przemiennego rozróżnia si˛e nast˛epujace
˛ kategorie użytkowania styczników:
AC-1 łaczenie
˛
obwodów bezindukcyjnych lub o małej indukcyjności, piece oporowe,
AC-2 łaczenie
˛
silników pierścieniowych: rozruch,
AC-3 łaczenie
˛
silników klatkowych: rozruch, wyłaczanie
˛
silników w czasie biegu,
AC-4 łaczenie
˛
silników klatkowych: rozruch, rewersowanie (hamowanie przeciwpradem),
˛
impulsowanie,
˛
...
AC-5a łaczenie
˛
sterowania elektrycznego lamp wyładowczych,
AC-5b łaczenie
˛
żarówek,
AC-6a łaczenie
˛
transformatorów,
AC-6b łaczenie
˛
baterii kondensatorów,
AC-7a łaczenie
˛
obcia˛żeń o małej indukcyjności w gospodarstwie domowym i
podobnych zastosowaniach,
AC-7b łaczenie
˛
silników w zastosowaniach gospodarstwa domowego,
AC-8a sterowanie silnikami spr˛eżarek hermetycznych z r˛ecznym przestawieniem
wyzwalaczy przecia˛żeniowych,
AC-8b sterowanie silnikami spr˛eżarek hermetycznych z samoczynnym przestawieniem wyzwalaczy przecia˛żeniowych.
21.3
Układ pomiarowy
Układ ma za zadanie sterowanie oraz zabezpieczenie stanowiska laboratoryjnego,
którego głównym elementem jest silnik indukcyjny klatkowy, trójfazowy o mocy
znamionowej 5,5 kW. Poprawnie działajace
˛ układy zasilania oraz sterowania musza˛ być wykonane na podstawie poprawnie zaprojektowanych schematów. Rysunek 21.3 przedstawia schemat elektryczny układu zasilania, został on zaprojektowany z wykorzystaniem układu 3 styczników, które wykonuja˛ przełaczenie
˛
uzwojeń silnika z gwiazdy w trójkat.
˛ Rysunek 21.4 przedstawia schemat elektryczny
połaczeń
˛
układu sterowania. w układzie tym również został wykorzystany układ
3-ech styczników, który odpowiednio sterowany pozwala na poprawna prace całego stanowiska laboratoryjnego.
Pomiary wykonane zostana˛ zgodnie ze schematem połaczeń
˛
pokazanym na
rysunku 21.5. Główna˛ mierzona˛ wielkościa˛ b˛edzie prad
˛ rozruchowy silnika indukcyjnego klatkowego o mocy 5.5 kW. Pomiary wykonywane b˛eda˛ w stanie jałowym, czyli gdy silnik nie był obcia˛żony momentem hamujacym.
˛
Zmierzony
zostanie prad
˛ w każdej fazie oraz wykonane zostana˛ pomiary napi˛eć mi˛edzyfazowych. Pomiary wykonywane i rejestrowane b˛eda˛ za pomoca˛ oscyloskopu cyfrowego firmy GW Instek GDS-3154 oraz sondy napi˛eciowej GW Instek GDP-100 i
sondy pradowej
˛
HAMEG HZ051. Pomiary składały si˛e z dwóch serii. Pierwsza
z nich polegała na zmierzeniu i zarejestrowaniu pradu
˛ rozruchowego silnika podczas przełaczenia
˛
uzwojeń silnika z gwiazdy na trójkat.
˛ Kolejna polegać b˛edzie
na wykonaniu pomiarów pradu
˛ ustalonego, który jest pobierany z sieci podczas
133
normalnej pracy silnika przy połaczeniu
˛
uzwojeń w gwiazd˛e i w trójkat.
˛ w każdej
z serii należy wykonać 10 prób.
21.4
W sprawozdaniu należy zamieścić:
– szczegółowy opis działania układu rozruchowego,
– wykres logiczno-czasowy działania poszczególnych styczników,
– wykres logiczno-czasowy działania każdego z wykorzystanych styków,
– rejestracje przebiegów pradów
˛
rozruchowych,
– wyznaczenie wartości skutecznych pradów
˛
ustalonych przy pracy silnika w
gwiazd˛e i trójkat,
˛
– wyznaczyć współczynnik szczytu dla pradu
˛ rozruchowego,
– prób˛e określenia minimalnego czasu rozruchu,
– sposób doboru zabezpieczeń nadpradowych
˛
do ochrony silników asynchronicznych wraz z doborem dla silnika laboratoryjnego,
– dobór styczników do układu sterowania dla silnika laboratoryjnego,
– wnioski.
˛
...
Rysunek 21.2: Rozruch silnika asynchronicznego za pomoca˛ przełacznika
˛
gwiazda – trójkat.
˛ Charakterystyki momentów i pradów
˛
135
Rysunek 21.3: Schemat elektryczny układu zasilania stanowiska laboratoryjnego
˛
...
Rysunek 21.4: Schemat elektryczny układu sterowania stanowiska laboratoryjnego
Rysunek 21.5: Schemat pomiarowy
137
˛
...
Rozdział 22
Wykorzystanie analizatora energii w
instalacjach elektrycznych
Rozdział opracowany na podstawie: „Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze. Tom2”
Scz˛esny Kujszczyk, PW, 2004; „Elektroenergetyczne sieci i urzadzenia
˛
przemysłowe” M. Kochel, S. Niest˛epski, PW, 2003; „Teoria obwodów elektrycznych” S.
Bolkowski, WNT, 2003
22.1
Wst˛ep teoretyczny
Sygnały niesinusoidalne sa˛ uzyskiwane w sposób zamierzony, pożadany,
˛
albo
powstaja˛ jako niepożadany
˛
skutek działania określonych czynników. Transformator z rdzeniem ferromagnetycznym przy zasilaniu napi˛eciem sinusoidalnym,
ze wzgl˛edu na nieliniowość charakterystyki magnesowania rdzenia, prowadzi do
przepływu pradu
˛ odkształconego. Istnieje wi˛ecej przykładów elementów elektroenergetycznych, które powoduja˛ odkształcenia sygnału, co prowadzi do tego, że
w niektórych miejscach obwodu elektrycznego sygnał może być niesinusoidalny.
Funkcja okresowa niesinusoidalna spełniajaca
˛ warunki Dirichleta może być
wyrażona za pomoca˛ nieskończonego, zbieżnego szeregu Fouriera:
f (ω1t) =
∞
a0
+ ∑ Fk sin(kω1t + ψk )
2 k=1
(22.1)
Cz˛estotliwość harmonicznej podstawowej ω1 jest taka sama jak cz˛estotliwość
funkcji f (ω1t), a cz˛estotliwość kolejnych harmonicznych jest wielokrotnościa˛
cz˛estotliwości harmonicznej podstawowej ωk = kω1 .
Warunki Dirichleta spełniaja˛ niemal wszystkie sygnały rzeczywistych obwodów elektrycznych.
139
140
ROZDZIAŁ 22. WYKORZYSTANIE ANALIZATORA ENERGII . . .
Sygnał okresowy niesinusoidalny napi˛ecia oraz pradu
˛ przedstawiony w postaci szeregu trygonometrycznego Fouriera
∞
u(t) =
∑ Ukm sin(kω1t + Ψk )
(22.2)
k=0
∞
∑ Ikm sin(kω1t + Ψk − ϕk )
i(t) =
(22.3)
k=0
przy czym ϕk jest katem
˛
przesuni˛ecia fazowego k-tej harmonicznej pradu
˛ wzgl˛edem k-tej harmonicznej napi˛ecia. Wartość skuteczna˛ pradu
˛ oraz napi˛ecia można
wyznaczyć ze wzorów:
s
Usk =
∞
∑
Uk2
q
= U02 +U12 +U22 + · · ·
(22.4)
q
I02 + I12 + I22 + · · ·
(22.5)
k=0
s
Isk =
∞
∑ Ik2 =
k=0
Zawartość wyższych harmonicznych w krzywej napi˛ecia wywołuje nast˛epujace
˛ skutki:
– prowadzi do bł˛ednego działania urzadzeń
˛
wymagajacych
˛
sinusoidalnego
zasilania,
– powoduje wzrost obcia˛żenia pradowego
˛
urzadzeń,
˛
których impedancja jest
typu pojemnościowego (np. kondensatory energetyczne),
– przyłaczenie
˛
do tych samych w˛ezłów sieciowych baterii kondensatorów odbiorników pobierajacych
˛
prad
˛ odkształcony może prowadzić do zjawisk rezonansowych,
– wyższe harmoniczne powoduja˛ wzrost strat w obwodach magnetycznych
silników asynchronicznych, transformatorów energetycznych oraz niektórych maszyn synchronicznych.
Szczególnie czułymi urzadzeniami
˛
na kształt krzywej napi˛ecia sa˛ kondensatory.
Ich reaktancja zależy od cz˛estotliwości, a wraz ze wzrost zawartości wyższych
harmonicznych wzrasta udział k-tej cz˛estotliwości. Prowadzi to do zmniejszenia
k-tej wartości reaktancji kondensatora a tym samym do zwi˛ekszenia poboru pradu
˛
22.2. POMIARY
141
tej harmonicznej. Moc bierna Q, jaka˛ kondensator pobiera z sieci o napi˛eciu
odkształconym, jest suma˛ mocy poszczególnych harmonicznych:
∞
Q = Q1
∑ hp2h
(22.6)
h=1
przy czym Q1 = ω1CU12 , ph =
współczynnik odkształcenia
Uh
U1 .
υ=
Miara˛ stopnia odkształcenia napi˛ecia jest
q
2
∑∞
k=2 Uksk
U1sk
nazywany również THD (Total Harmony Distortion)
v
u 40
u
T HD = t (U )2
∑
k
(22.7)
(22.8)
k=2
gdzie Uk – wzgl˛edna amplituda napi˛ecia harmonicznej k, odniesiona do amplitudy
napi˛ecia składowej podstawowej U1 .
22.2
Pomiary
˛
do pomiarów należy bezwzgl˛ednie zapoznać si˛e z instrukcja˛ obsługi miernika
Pomiary napi˛eć, pradów,
˛
mocy oraz współczynników THD należy wykonać
dla wskazanych przez prowadzacego
˛
urzadzeń
˛
elektrycznych, zarówno jedno jak
i trójfazowych.
Dodatkowo, korzystajac
˛ z oscyloskopu, należy dokonać obserwacji rzeczywistego kształtu sygnału pradu
˛ oraz napi˛ecia pobieranego przez dane urzadzenia.
˛
22.3
W sprawozdaniu należy zamieścić
– wyniki pomiarów z rejestratora,
– wyniki pomiarów z oscyloskopu,
– wnioski.
Dodatkowo należy przeprowadzić analiz˛e zmiany obcia˛żenia pradu
˛ i mocy dla dowolnie wybranego kondensatora elektroenergetycznego, w przypadku kiedy użyty
by on został do pracy w sieci z parametrami takimi, jak zaobserwowane w trakcie
ćwiczenia.
142
ROZDZIAŁ 22. WYKORZYSTANIE ANALIZATORA ENERGII . . .
Rysunek 22.1: Podłaczenie
˛
rejestratora w układzie 1-fazowym
Rysunek 22.2: Podłaczenie
˛
rejestratora w układzie 3-fazowym
Rozdział 23
Praca wyłacznika
˛
selektywnego
Rozdział opracowano na podstawie pracy dyplomowej mgra inż. Piotra Chodorowskiego pt. „Wybiórcze działanie zabezpieczeń nadmiarowopradowych”,
˛
Poznań 2014
23.1
Budowa wyłacznika
˛
selektywnego
Selektywność urzadzeń
˛
zabezpieczajacych
˛
jest podstawowym podmiotem odpowiedzialnym za zachowanie ciagłości
˛
zasilania w liniach elektroenergetycznych.
Umożliwia budowanie rozbudowanych struktur obwodów elektrycznych, oraz chronienie ich przed zakłóceniami płynacymi
˛
z sieci. Stosowane sa˛ tu głównie bezpieczniki, jednakże w praktyce stosuje si˛e je w połaczeniu
˛
z innymi urzadzeniami
˛
zabezpieczajacymi,
˛
np. wyłacznikami.
˛
Ogólnie poj˛ete poj˛ecie selektywności
oznacza odłaczenie
˛
uszkodzonego obwodu, przy zachowaniu ciagłości
˛
zasilania
w obwodach równoległych.
Wyłacznik
˛
nadpradowy
˛
termiczno-elektromagnesowy selektywny jest rozwia˛
zaniem problemów zwiazanych
˛
z zagadnieniem selektywności. Wyróżnić można
nast˛epujace
˛ rodzaje selektywności:
– pradow
˛
a,˛
– czasowa,˛
– logiczna,˛
– energetyczna.˛
Selektywność pradowa
˛
wyst˛epuje wtedy, kiedy możliwe jest nastawienie wartości
pradu
˛ działania danego zabezpieczenia. Im niżej znajdujemy si˛e w hierarchii instalacji (bliżej odbioru), tym spodziewane prady
˛ zwarciowe sa˛ mniejsze. Wraz ze
143
144
ROZDZIAŁ 23. PRACA WYŁACZNIKA
˛
SELEKTYWNEGO
zmniejszeniem si˛e tych pradów
˛
zmniejszeniu ulegaja˛ nastawy pradowe
˛
aparatów
zabezpieczajacych.
˛
W ten sposób można zapewnić tylko cz˛eściowa˛ selektywność.
Selektywność czasowa możliwa jest do uzyskania dla aparatów, które maja˛ regulacj˛e czasu zadziałania. Przy nastawianiu pradu
˛ zadziałania oraz czasu zwłoki
urzadzenie
˛
to czeka, aż zadziała zabezpieczenie w uszkodzonym obwodzie. Jeżeli
w nastawionym czasie nie wystapi
˛ przerwa w przepływie pradu
˛ zwarciowego, to
wtedy dany aparat zabezpieczajacy
˛ zadziała, wyłaczaj
˛
ac
˛ zarówno obwód uszkodzony, jak również cz˛eść obwodów sprawnych. Jeżeli natomiast wyłaczy
˛
właściwe zabezpieczenie niesprawnego obwodu, wtedy taki wyłacznik
˛
nie wyzwoli i
selektywność b˛edzie zachowana. Selektywność logiczna może być zastosowana
tylko w sytuacji, jeżeli obydwa wyłaczniki
˛
pochodza˛ z oferty tego samego producenta oraz ich wyzwalacze posiadaja˛ niezb˛edne funkcje komunikacyjne. Zastosowanie tej metody polega na przesyłaniu sygnału blokowania wyłaczenia.
˛
Przy
wystapieniu
˛
zwarcia zabezpieczenie wysyła do zabezpieczenia powyżej sygnał
blokujacy
˛ oraz sprawdza także, czy nie otrzymało sygnału blokujacego
˛
od zabezpieczenia od strony obcia˛żania. Selektywność logiczna jest zawsze całkowita.
Selektywność energetyczna polega na porównaniu wartości energii potrzebnych
do zadziałania dwóch porównywanych zabezpieczeń. Jeżeli energia potrzebna
do zadziałania wyłacznika
˛
lub bezpiecznika znajdujacego
˛
si˛e gł˛ebiej w instalacji
jest mniejsza niż energia potrzebna do zadziałania urzadzenia
˛
zabezpieczajacego
˛
znajdujacego
˛
si˛e powyżej, wtedy zapewniona jest selektywność. Energi˛e cieplna˛
wydzielajac
˛ a˛ si˛e podczas zwarcia określa si˛e całka˛ Joule’a. Dla wyłacznika
˛
selektywnego zastosowana została selektywność czasowa, czyli przesuni˛ecie mi˛edzy
czasami zadziałania wyzwalaczy bezzwłocznych.
Wyłacznik
˛
ten składa si˛e z nast˛epujacych
˛
elementów:
– tor pradowy
˛
główny (TPG) – wyzwalacz przecia˛żeniowy bimetalowy B1,
zestyk toru głównego K1, wyzwalacz elektromagnesowy Z,
– tor pradowy
˛
pomocniczy (TPP) – wyzwalacz przecia˛żeniowy bimetalowyzwłoczny B2, zestyk toru pomocniczego K2, rezystancji R0,
– toru napi˛eciowego, pomiarowego (TP) – zestyk toru napi˛eciowego K3, rezystor RP, przekaźnik podnapi˛eciowy E.
Wyłaczniki
˛
selektywne budowane sa˛ zgodnie z norma˛ PN-EN 60898-1:2007 na
charakterystyki czasowo- pradowe
˛
F, Cs oraz E. Najcz˛eściej wyst˛epujacymi
˛
na
rynku typami wyłaczników
˛
selektywnych sa˛ te o charakterystyce E.
˛
SELEKTYWNEGO
145
Rysunek 23.1: Widok wyłacznika
˛
selektywnego
23.2
Zasada działania wyłacznika
˛
selektywnego
Działanie wyłacznika
˛
selektywnego uzależnione jest od chwili załaczenia.
˛
Można
wyodr˛ebnić nast˛epujace
˛ etapy:
Pierwsze załaczenie
˛
wyłacznika
˛
Załaczenie
˛
dźwigni w pozycj˛e ON powoduje
załaczenie
˛
zestyków K2 oraz K3. Instalacja chroniona przez wyłacznik
˛
zasilana jest przez załaczony
˛
(TPP) tor pradowy
˛
pomocniczy. Cecha˛ charakterystyczna˛ tego obwodu jest znaczna impedancja R 0, której zabezpieczeniem jest wyzwalacz przecia˛żeniowy bimetalowy B2 (rys. 23.2). W tym
samym czasie przekaźnik podnapi˛eciowy E wykonuje pomiar napi˛ecia na
wyjściu wyłacznika.
˛
W przypadku osiagni˛
˛ ecia wartości napi˛ecia bliskiej
napi˛eciu nominalnemu, przekaźnik E zamyka zestyk K1 (TPG) toru pra˛
dowego głównego. Cecha˛ charakterystyczna˛ TPG jest niewielka impedancja oraz zabezpieczenie w postaci wyzwalacza przecia˛żeniowego bimetalowego B1 i wyzwalacza elektromagnesowego Z. Przekaźnik podnapi˛eciowy
E w torze TP uniemożliwia załaczenie
˛
wyłacznika
˛
na zwarcie. Jeśli wyłacznik
˛
zadziała poprawnie to wówczas instalacja zasilana jest w sposób
prawidłowy. Zamkni˛eciu ulegaja˛ zestyki K1, K2 i K3. Prad,
˛ który płynie
do zasilanej instalacji przepływa przez TPG, oraz w niewielkiej cz˛eści przez
TPP. TP cały czas bada napi˛ecie w chronionej instalacji.
146
˛
SELEKTYWNEGO
Rysunek 23.2: Schematyczny rozpływ pradu
˛ (TPP) wewnatrz
˛ wyłacznika
˛
selektywnego przy sprawnym układzie odbiorczym
Zwarcie bezpośrednio za wyłacznikiem
˛
selektywnym W momencie, gdy wystapiło
˛
zwarcie za wyłacznikiem
˛
selektywnym (rys. 23.3), do obwodu (uszkodzonego), płynie prad
˛ Ik, który w przypadku przekroczeniu górnej granicy
zadziałania Z, powoduje rozłaczenie
˛
zestyku K1. Dalej prad
˛ płynie przez
TPP (tor pomocniczy) Rys.17. Gdy napi˛ecie Up nie jest bliskie nominalnemu, przekaźnik podnapi˛eciowy E, powoduje blokad˛e przez załaczeniem
˛
zestyku K1. Dzi˛eki znacznej impedancji (R0) TPP nast˛epuje silne ograniczenie pradu
˛ zwarciowego. Wartość R0 jest dobrana w taki sposób, aby
prad
˛ płynacy
˛ poprzez ten tor pozostał ograniczony do maksymalnie pi˛eciokrotnej wartości ( 5In ) pradu
˛ znamionowego wyłacznika.
˛
W przypadku,
gdy zwarcie nie zostaje przerwane przez zabezpieczenie zainstalowane za
wyłacznikiem,
˛
prad
˛ zwarciowy powoduje zadziałania wyzwalacza przecia˛
żeniowego bimetalowego B2 oraz rozłaczenie
˛
zestyków K2 i K3. Sygnalizowane to jest opadni˛eciem dźwigni załaczaj
˛
acej
˛ w położenie OFF.
Ponowne załaczenie
˛
na przy wciaż
˛ istniejacym
˛
zwarciu Przełaczenie
˛
dźwigni
wyłacznika
˛
do pozycji ON spowoduje załaczenie
˛
zestyków K2 i K3. Poprzez załaczony
˛
TPP przepływa prad
˛ Ik, zasilajacy
˛ miejsce zwarcia. Prad
˛
ten zostaje ograniczony do 5I n (maksymalnie pi˛eciokrotnej wartości pradu
˛
znamionowego). Pod wpływem mniejszej wartości napi˛ecia od nominalnego w uszkodzonej instalacji, wyzwalacz E blokuje załaczenie
˛
TPG (K1).
˛
SELEKTYWNEGO
147
˛ (TPP) wewnatrz
˛ wyłacznika
˛
Prad
˛ płynie jedynie przez TPP aż do momentu, gdy zadziała zabezpieczenie termiczne B2. W efekcie tego nast˛epuje rozłaczenie
˛
zestyków K2 i K3
oraz przerwanie zasilania obwodu uszkodzonego, której jest sygnalizowane
poprzez opadni˛ecie dźwigni załaczaj
˛
acej
˛ do położenia OFF. Dzi˛eki temu,
że zabezpieczenie B2 jest wyzwalaczem przecia˛żeniowym bimetalowozwłocznym, uniemożliwione jest załaczenie
˛
wyłacznika
˛
na zwarcie.
Zwarcie za wyłacznikiem
˛
nadpradowym
˛
instalacyjnym Rysunek 23.4 przedstawia schematyczne działanie wyłacznika
˛
selektywnego dla przypadku nastapienia
˛
zwarcia ze wyłacznikiem
˛
nadpradowym
˛
F1. W momencie, gdy
nastapi
˛ zwarcie, za wyłacznikiem
˛
F1 prad
˛ zwarciowy zaczyna rosnać
˛ w
sposób przedstawiony na rys. 23.5. Po przekroczeniu górnej granicy zadziałania wyzwalacza elektomagnetycznego F1 (Tabela 3), nastapi
˛ otwarcie
jego styków głównych, zapalenie łuku mi˛edzy jego biegunami, prad
˛ zwarciowy wcia˛ż wzrasta aż przekroczy górna˛ granic˛e zadziałania wyzwalacza
elektromagnetycznego Z(wyłacznik
˛
selektywny). Zestyk K1 w wyłaczniku
˛
selektywnym ulega rozłaczeniu.
˛
Top TPP ogranicza prad
˛ zwarciowy Ik do
wartości 5In wyłacznika
˛
selektywnego, do momentu aż wyłacznik
˛
F1 wyłaczy
˛
zwarcie. W tym czasie TPP zasila instalacj˛e odbiorcza.˛ Rysunek 23.6
W momencie wyłaczenia
˛
zwarcia przez zabezpieczenie F1, w zabezpieczanym obwodzie napi˛ecie wraca do normalnej wartości. Nast˛epuje załaczenie
˛
zestyki K1 przez przekaźnik podnapi˛eciowy E. Instalacja odbiorcza zasi-
148
˛
SELEKTYWNEGO
lana jest z TPG wyłacznika
˛
selektywnego.
˛ (TPP) wewnatrz
˛ wyłacznika
˛
˛ (TPP) wewnatrz
˛ wyłacznika
˛
23.3
Stanowisko pomiarowe
Do budowy rozdzielnicy użyta została nast˛epujaca
˛ aparatura firmy Hager:
– VS212TD – Rozdzielnica n/t golf, IP40, drzwi transparentne, 24M,
23.3. STANOWISKO POMIAROWE
149
˛ (TPP) wewnatrz
˛ wyłacznika
˛
– SBN125 – Modułowy rozłacznik
˛
izolacyjny, 1P 25A,
– SBN225 – Rozłacznik
˛
izolacyjny 25A 1 fazowy,
– Lampka sygnalizacyjna LED HAGER SVN 121,
– Lampka sygnalizacyjna LED HAGER SVN 122,
– HTN116E – Wył. selekt.SLS,16A,1 bieg.,char.E,
– MBN110E MCB – Wyłacznik
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P B 10A,
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P B 13A,
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P B 16A,
– MCN110E MCB – Wyłacznik
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P C 10A,
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P C 13A,
˛
nadpradowy
˛
6kA 1P C 16A.
Z powyższych elementów została złożona rozdzielnica przedstawiona na rysunku
23.7. Schemat elektryczny stanowiska pomiarowego przedstawiono na rysunku
23.8. Zasilanie doprowadzone jest za pomoca˛ wtyków bananowych bezpośrednio
z rozdzielnicy głównej budynku, ze wzgl˛edu na konieczność omini˛ecia tablicy
rozdzielczej w laboratorium. Wyst˛epowałby brak selektywności zabezpieczeń
pomi˛edzy obiema rozdzielnicami, przez co byłoby niemożliwe przeprowadzenie
150
˛
SELEKTYWNEGO
pomiarów. Zabezpieczenia w rozdzielnicy umieszczone sa˛ w nast˛epujacy
˛ sposób;
rozłacznik,
˛
lampka sygnalizacyjna, zabezpieczenie (wyłacznik
˛
selektywny – dla
punktu 4, wyłacznik
˛
instalacyjny – dla punktów 5,6,7,8 i sa˛ to kolejno zabezpieczenia: B13, B16, C13, C16. Oznaczenia poszczególnych elementów z rysunku
23.7:
– 1 – miejsce podłaczenia
˛
zasilania za pomoca˛ wtyków bananowych,
– 2 – punkt pomiarowy spadku napi˛ecia na wyłaczniku
˛
selektywnym,
– 3 – punkt pomiarowy spadku napi˛ecia na badanym wyłaczniku
˛
nadprado˛
wym,
– 4 – miejsce załaczania
˛
wyłacznika
˛
selektywnego,
– 5,6,7,8 – miejsce załaczania
˛
badanego wyłacznika
˛
nadpradowego,
˛
– 9 – miejsce załaczania
˛
odbiornika (zamkni˛ecie obwodu),
˛
odbiornika- gniazdo z bolcem ochronnym,
– 11 – punkt pomiarowy pradu
˛ płynacego
˛
w obwodzie (miernikiem c˛egowym),
˛
odbiornika za pomoca˛ wtyków bananowych.
23.4
Według producenta powinna zostać zachowana selektywność pomi˛edzy wyłaczni˛
kiem selektywnym SBN125, a wyłacznikami
˛
instalacyjnymi; MBN110E, MBN113E,
MCN110E, MCN113E, natomiast MBN116E i MCN116E nie sa˛ selektywne.
Każdemu z wyłaczników
˛
obliczona została wartość impedancji i pradu
˛ dla wartości progowych poszczególnych charakterystyk B i C. Przykładowe obliczenia dla
wyłacznika
˛
B13:
230
= 5, 9Ω
Z=
3 · 13
230
Z=
= 3, 54Ω
5 · 13
Un 230
=
= 39A
I=
Z
5, 9
Un
230
I=
=
= 65A
Z
3, 54
151
Zaprojektowana rozdzielnica posiada impedancj˛e p˛etli zwarcia na poziomie
2,1 Ω co należy uwzgl˛ednić przy doborze obcia˛żenia. Dla wyłaczników
˛
instalacyjnych o niższej impedancji, do badania wykorzystać wartość impedancji p˛etli
zwarcia. Badania wykonać za pomoca˛ oscyloskopu, w celu rejestracji charakterystyk załaczania
˛
i poddania ich analizie. Dla każdej z możliwości przeprowadzono
po 5 prób.
23.5
W sprawozdaniu należy zamieścić
– opracowanie selektywności na podstawie danych producenta dla zakresu z
ćwiczenia,
– rejestracje pomiarów z oscyloskopu,
– opis przebiegu działania wyłacznika
˛
selektywnego,
– wyznaczenia czasów trwania poszczególnych etapów działania wyłaczni˛
ków,
– opracowanie selektywności na podstawie danych uzyskanych z ćwiczenia,
– wnioski.
152
˛
SELEKTYWNEGO
Rysunek 23.7: Widok stanowiska pomiarowego
Rysunek 23.8: Schemat elektryczny stanowiska pomiarowego
153
154
˛
SELEKTYWNEGO
Rozdział 24
Wyznaczanie wielkości
charakterystycznych pradów
˛
zwarciowych
24.1
Prady
˛ zwarciowe w instalacjach elektroenergetycznych
Elementy instalacji elektrycznych tworza˛ skomplikowany system połaczeń.
˛
Może
dojść w nim do zjawisk niepożadanych,
˛
do których zalicza si˛e zwarcia. Zwarcie
to połaczenie,
˛
najcz˛eściej przez pomijalnie mała˛ wartość impedancji, dwóch elementów b˛edacych
˛
pod różnymi potencjałami elektrycznymi. Do przyczyn zwarć
można zaliczyć nast˛epujace
˛ czynniki:
– przepi˛ecia atmosferyczne i łaczeniowe,
˛
– długotrwałe przecia˛żenia,
– pomyłki łaczeniowe.
˛
Skutkiem wystapienia
˛
w instalacji elektrycznej zwarcia jest przepływ pradu
˛ o
znacznej wartości, wielokrotnie wi˛ekszej od jej wartości znamionowej roboczej.
Prowadzi to do pojawienia si˛e niebezpiecznych skutków cieplnych oraz elektrodynamicznych dla tej instalacji i zainstalowanych w niej urzadzeniach
˛
i aparatach
elektrycznych. W tablicy 24.1 przedstawiono zestawienie najważniejszym symboli oraz wielkości służacych
˛
do opisu zjawiska zwarcia.
Przebieg pradu
˛ zwarciowego przy założeniu napi˛ecia sinusoidalnie przemiennego
u = Um sin (ω + ψ)
(24.1)
155
156
ROZDZIAŁ 24. WYZNACZANIE WIELKOŚCI . . .
Tablica 24.1: Zestawienie najważniejszych wielkości zwarciowych i symboli używanych do ich opisy wg normy IEC 60909
Wielkość zwarciowa
oznaczenie
Prad
˛ poczatkowy
˛
Prad
˛ udarowy
Współczynnik udaru
Prad
˛ wyłaczeniowy
˛
symetryczny
Współczynnik zanikania składowej okresowej
Prad
˛ nieokresowy
Cieplny prad
˛ zast˛epczy
Prad
˛ wyłaczeniowy
˛
niesymetryczny
Moc zwarciowa obliczeniowa
Czas trwania zwarcia
IK00
ip
κ
Ib
µ
idc
Ith
Ibasym
SK00
TK
można opisać nast˛epujacym
˛
równaniem:
h
i
R
i = Im sin (ωt + ψ − ϕ) − exp− L t sin (ψ − ϕ)
(24.2)
w którym:
Um
Im = q
R2 + (ωL)2
(24.3)
X
R
gdzie: Um – amplituda napi˛ecia, ω – pulsacja, ϕ – kat
˛ fazowy napi˛ecia w chwili
zamkni˛ecia obwodu, ψ – faza poczatkowa
˛
napi˛ecia, R, X – rezystancja i reaktancja obwodu zwartego, Im – amplituda składowej okresowej pradu.
˛
Z zależności
24.2 wynika, że prad
˛ zwarciowy ma dwie składowe, okresowa˛ oraz nieokresowa,˛
przy czym składowa nieokresowa (przejściowa) zanika według krzywej wykładniczej:
iok = Im sin (ωt + ψ − ϕ)
(24.4)
ϕ = arctan
R
idc = Im exp− L t sin (ψ − ϕ)
(24.5)
Podstawowe wzory do obliczenia poczatkowego
˛
pradu
˛ zwarciowego sa˛ nast˛epujace
˛
1. dla zwarć trójfazowych symetrycznych:
cmaxUn
”
Ik3
= Ik” = √
3Zk3
24.1. PRADY
˛ ZWARCIOWE W INSTALACJACH ELEKTROENERGETYCZNYCH157
a)
b)
Rysunek 24.1: Przebiegi wielkości zwarciowych wraz z oznaczeniami wg normy
IEC 60909: a) zwarcie w pobliżu generatora; b) zwarcie odległe od generatora
IK00 – prad
˛ zwarciowy poczatkowy,
˛
i p – prad
˛ udarowy, IK – ustalony prad
˛ zwarciowy, idc – składowa nieokresowa zanikajaca
˛ pradu
˛ zwarciowego, A – wartość
poczatkowa
˛
składowej nieokresowej, 1 – obwiednia górna, 2 – obwiednia dolna
2. dla zwarć jednofazowych:
”
Ik1
= Ik” =
cmaxU1 f
Zk1
Wartości współczynnika cmax przedstawiono w tablicy 24.2.
Prady
˛ zwarciowe
– prad
˛ zwarciowy udarowy
√
i p χ 2i”k
χ = 1, 02 + 0, 98 exp
R
K
−3 XK
158
ROZDZIAŁ 24. WYZNACZANIE WIELKOŚCI . . .
Tablica 24.2: Współczynniki korekcyjne siły elektromotorycznej zasilajacej
˛ obwód zwarciowy
Napi˛ecie nominalne
cmax dla Ikmax
cmin dla Ikmin
3x230/400V
Inne wartości nn
Wysokie napi˛ecie U>1kV
1,00
1,05
1,10
0,95
1,00
1,00
– prad
˛ zwarciowy wyłaczeniowy
˛
r
q
Ibasym =
i2b + i2DC
=
(µIk” ) +
q
√
tmin
tmin 2
”
−
”
T
2Ik exp
= Ik µ 2 + 2 exp− T
ib = µIk”
– prad
˛ zwarciowy zast˛epczy cieplny
Ith = Ik” =
√
n+m
2T T − Tk
1 − exp
m=
Tk
24.2
Stanowisko pomiarowe
Układ połaczeń
˛
składa si˛e z transformatora 380/112,5 V, stycznika półprzewodnikowego załaczaj
˛
acego
˛
obwód probierczy w zerze napi˛ecia, przekaźnika czasowego Z sterujacego
˛
stycznikiem, amperomierza, rezystora ograniczajacego
˛
prad
˛
Rogr , podstawy bezpiecznikowej Bi, wyłacznika
˛
instalacyjnego W I oraz rozłacz˛
nika. Transformator służy do obniżenia napi˛ecia, dzi˛eki jego wykorzystaniu można
uzyskać wi˛ekszy prad
˛ po stronie niższego napi˛ecia (rys. 24.2). Rozłacznik
˛
służy
do zwierania zabezpieczeń i nastawiania pradu
˛ przecia˛żeniowego lub zwarciowego. Przekaźnik czasowy załacza
˛ obwód probierczy tylko na czas niezb˛edny do
zadziałania wyłacznika
˛
badź
˛ bezpiecznika.
24.3
W ramach ćwiczenia należy:
– nastawić wartość rezystora ograniczajacego
˛
prad
˛ Rogr ,
– wykonać obliczenia impedancji p˛etli zwarcia,
159
˛
do badania selektywności zabezpieczeń
– wyznaczyć wielkości charakteryzujace
˛ prad
˛ zwarciowy,
– przeprowadzić rejestracj˛e rzeczywistego przebiegu pradu
˛ zwarciowego.
Powyższe czynności należy wykonać dla zadanych przez prowadzacego
˛
zaj˛ecia
wartości rezystancji Rogr .
24.4
W sprawozdaniu należy umieścić wszystkie wykonane obliczenia oraz rejestracje
pradów
˛
zwarciowych. Ocenić skutki przepływu pradu
˛ zwarciowego. Spróbować
określić, czy wyznaczone parametry z obliczeń sa˛ spójne z wynikami uzyskanymi
z pomiarów.

Skrypt Laboratoryjny AiIE - Zakład Urządzeń Rozdzielczych i

Transkrypt

Podobne dokumenty

Echosonda Lowrance Elite 3x 83/200 zestaw 83/200 - Bass