Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

Transkrypt

1 Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: BUDOWA ORAZ EKSPLOATACJA INSTALACJI I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH KOD: ES1C Ćwiczenie nr: 3 Temat ćwiczenia: BADANIA WYŁĄCZNIKÓW PRZECIWPORAŻENIOWYCH RÓŻNICOWOPRĄDOWYCH Opracował: dr inż. Zbigniew Skibko 2015

2 1. Wprowadzenie 1.1. Budowa i zasada działania wyłączników różnicowoprądowych Budowę urządzenia ochronnego różnicowoprądowego przedstawiono na rysunku 1. PE N L1 L2 L3 Z R d R PK 1 I 2 Rys.1. Zasada budowy wyłącznika różnicowoprądowego [1]: 1 przekładnik Ferrantiego, 2 część przewodząca dostępna odbiornika, Z zamek wyłącznika, R wyzwalacz, cewka wyzwalacza, PK przycisk kontrolny,, Rd opornik dodatkowy; L1, L2, L3 przewody fazowe; N przewód neutralny; PE przewód ochronny. W konstrukcji wyłącznika różnicowoprądowego można wyróżnić trzy podstawowe elementy: a) przekładnik Ferrantiego, b) wyzwalacz odryglowujący zestyki wyłącznika, c) zamek wyłącznika. Przekładnik sumujący (Ferrantiego) obejmuje wszystkie przewody, przez które przepływają prądy, wynikające z obciążenia elektrycznego powodowanego przez odbiorniki podłączone za wyłącznikiem różnicowoprądowym bez przewodu ochronnego PE. Konstrukcja wyłączników różnicowoprądowych jest taka, że w czasie wyłączania otwierane są zestyki biegunów fazowych i bieguna neutralnego N. Czasy wyłączenia wyłączników zależą od krotności prądu różnicowego I w stosunku do znamionowego prądu wyzwalającego I n oraz typu wyłącznika. W warunkach normalnej pracy suma wartości chwilowych prądów przepływających 2

3 przewodami fazowymi i neutralnym jest równa zeru, czyli i i i i 0 (1) L1 L2 L3 N Ponieważ każdy przewód fazowy oraz neutralny w wyłączniku ma jednakową liczbę zwojów to w trakcie normalnej pracy nie występuje w rdzeniu strumień magnetyczny, który mógłby wyindukować napięcie w obwodzie cewki wyzwalacza. Jeżeli w obwodzie chronionym wyłącznikiem wystąpi uszkodzenie izolacji, to w przewodzie ochronnym PE popłynie prąd różnicowy i. Wówczas suma prądów w równaniu (1) jest różna od zera. W rdzeniu przekładnika pojawi się strumień magnetyczny, który wyindukuje napięcie w obwodzie cewki wyzwalacza. Napięcie to będzie wprost proporcjonalne do wartości prądu i. Przekroczenie zadanej dla danego wyłącznika różnicowoprądowego wartości prądu i powoduje jego zadziałanie (otwarcie jego styków). Do sprawdzenia stanu technicznego wyłącznika służy przycisk kontrolny PK. Po naciśnięciu tego przycisku następuje wymuszenie w tym obwodzie prądu różnicowego, który wyłącznik musi wyłączyć. Sprawność działania wyłącznika należy kontrolować w czasie jego eksploatacji. Wyłączniki różnicowoprądowe reagują tylko na prąd płynący (w wyniku uszkodzenia) do uziemionego przewodu PE lub do ziemi przez izolację lub przez ciało człowieka. Wyłączniki takie nie reagują na prądy (przeciążeniowe lub zwarciowe), które płyną jedynie w przewodach roboczych. Wymaga się więc aby w każdym obwodzie z wyłącznikiem różnicowoprądowym było zastosowane również urządzenie przetężeniowe (najczęściej wyłączniki nadprądowe bądź wkładki bezpiecznikowe). Wyłączniki różnicowoprądowe charakteryzowane sa następującymi parametrami: - napięcie znamionowe Un, Napięcie znamionowe wyłączników jednofazowych (dwubiegunowych) wynosi 230 V, natomiast wyłączników trójfazowych (czterobiegunowych) 400 V - prąd znamionowy ciągły In, Prądy znamionowe ciągłe In są takie jak dla wyłączników samoczynnych i wynoszą 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 100, 125 i 160 A. - prąd znamionowy wyzwalający I n, Wyłączniki różnicowoprądowe budowane są jako: 3

4 wysokoczułe o I n równym 6, 10, 30 ma, średnioczułe o I n równym 100, 300, 500 ma, niskoczułe o I n równym 1000, 3000 ma -.częstotliwość znamionowa f. a) b) PEN końcowy odcinek instalacji N L1 L2 L3 PEN R B I PE c) d) L1 L2 L3 N I Δ PE R A R B Rys. 2. Sposób włączenia wyłącznika różnicowoprądowego w sieci [1]: a) TN-C; b) TN-S; c) TT; d) TN-C-S 1.2. Typy wyłączników różnicowoprądowych Typy wyłączników różnicowoprądowych w zależności od sposobu budowy i przeznaczenia przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Typy wyłączników różnicowoprądowych [1] 4

5 Typ Oznaczenie Zakres stosowania AC B Do stosowania przy prądach różnicowych przemiennych. Wyłączniki można stosować do zabezpieczenia instalacji i urządzeń elektrycznych, w których nie są zainstalowane urządzenia energoelektroniczne mogące powodować znaczne odkształcenia parametrów sieci zasilającej. Do stosowania w sieciach, w których prąd różnicowy ma przebieg sinusoidalnie przemienny, stały pulsujący z prądem stałym wygładzonym o wartości do 6 ma, stałym występującym w układach prostownikowych. Wyłączniki posiadają człon działający w sposób bezpośredni na prądy różnicowe oraz człon o działaniu pośrednim reagujący na składową stałą tego prądu (rys.12.45). G Wyłącznik krótkozwłoczny o czasie przetrzymywania 10 ms. Odporny na udarowy prąd różnicowy 3 ka, 8/20 s. S Wyłącznik selektywny działający z opóźnieniem. Opóźnienie czasowe wyzwalania element RC w obwodzie wtórnym przekładnika sumującego. Przeznaczony do współpracy przy połączeniu szeregowym z wyłącznikiem różnicowoprądowym bezzwłocznym. Wyłącznik przeznaczony do pracy poza pomieszczeniem, w temperaturze do minus 25 o C Realizacja dobezpieczenia za pomocą wkładek bezpiecznikowych aby zdolność zwarciowa układu bezpiecznik wyłącznik była wystarczająca. Brak wartości prądu znamionowego wkładki bezpiecznikowej oznacza, że dopuszczalny prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej wynosi 63A. W podanym przykładzie spodziewany prąd zwarciowy nie może przekraczać 10 ka. Wyłącznik bezzwłoczny odporny na prąd różnicowy 500 A o przebiegu 8/20 s. kv Wyłącznik o podwyższonej odporności na udary prądowe o znormalizowanej fali 8/20 s. 5

6 2. Zasady pomiaru miernikiem MRP-1 Miernik zabezpieczeń różnicowoprądowych typu MRP-1 jest przenośnym, cyfrowym przyrządem przeznaczonym do pomiaru parametrów instalacji elektrycznych zabezpieczonych wyłącznikami różnicowoprądowymi. Dodatkowo miernik wyposażony jest w woltomierz napięć przemiennych. Miernik ten cechuje: pomiar prądu wyzwalania wyłącznika, możliwość pomiaru napięcia dotykowego wyzwalania wyłącznika, pomiar rezystancji uziemienia, możliwość skontrolowania poprawności podłączenia gniazdka sieciowego, pomiar czasu zadziałania wyłącznika, Miernik MRP-1 ma zastosowanie do pomiaru w sieciach prądu przemiennego jednofazowego i trójfazowego o napięciu znamionowym 220/380 V i częstotliwości 50 Hz. Rys 3. Miernik zabezpieczeń różnicowoprądowych typu MRP-1 [6] W celu wykonania pomiaru miernikiem należy ustawić przełącznik obrotowy ( oznaczony nr 10 na rys. 3 we właściwym położeniu, wybierając poziom prądu I N wyłącznika różnicowoprądowego i podłączyć przyrząd do badanej sieci ( oznaczenia nr 1,2,3) oraz nacisnąć przycisk inicjujący pomiar. Miernik przyłącza się do instalacji wyposażonej w gniazdka poprzez sondę pomiarową zakończoną wtyczką. 6

7 Złącze kablowe I N Rys 4. Podłączenie miernika MRP-1 do sieci w celu badania wyłącznika różnicowoprądowego [6] Przed rozpoczęciem pomiaru należy sprawdzić, czy przełącznik obrotowy jest we właściwym położeniu, a przewody podłączone są do odpowiednich gniazd pomiarowych. Pomiary miernikiem MRP-1 wykonuje się w następujący sposób: Nacisnąć przycisk ON/OFF (na rys 1. oznaczony nr 5 ). Ponowne naciśnięcie przycisku powoduje wyłączenie zasilania. Naciskając przycisk S (oznaczony nr 6 ), wybieramy pomiędzy pomiarem różnicowoprądowym ogólnego typu a pomiarem wyłączników selektywnych. Przyciskiem UL (oznaczonym nr 7) wybieramy odpowiednią wartość napięcia bezpiecznego 25 V lub 50 V. Przełączenie sygnalizowane jest sygnałem brzęczyka oraz wyświetloną wartością UL. Przyciskiem UB/TA (oznaczonym nr 8) wykonuje się pomiar napięcia dotykowego lub czasu zadziałania wyłącznika, gdy przełącznik obrotowy ( oznaczonym nr 10) jest na polu zielonym (dla odpowiedniej wartości I N). Przyciskiem RE/IA (oznaczonym nr 9) wykonuje się pomiar rezystancji uziemienia lub prądu zadziałania wyłącznika, wówczas gdy przełącznik obrotowy jest na polu zielonym. Elektroda dotykowa (oznaczona nr 4) służy do szybkiego sprawdzenia przewodu PE w gniazdku. Jeśli różnica potencjałów pomiędzy zaciskiem PE a dotkniętą elektrodą przekracza 50 V. na wyświetlaczu jest napis PE. 7

8 2.1 Pomiar napięcia dotykowego W celu zmierzenia napięcia dotykowego należy: - Wybrać przełącznikiem obrotowym właściwą wartość prądu znamionowego I N. - Nacisnąć przycisk UB/TA (oznaczonym nr 8) - pomiar trwa około 2 sekund W przypadku prawidłowego pomiaru na wyświetlaczu ukaże się wartość napięcia dotykowego odniesiona do prądu znamionowego (I N). Praktycznie napięcie dotykowe wyniesie około 1 V. Jeżeli napięcie dotykowe przekroczy ustawioną uprzednią wartość napięcia bezpiecznego UL, to pomiar czasu zadziałania jest automatycznie blokowany (napięcie dotykowe wskazywane jest do wartości 99V). 2.2 Test wyłączania i pomiar czasu zadziałania wyłącznika ochronnego Test wyłączania z jednoczesnym pomiarem czasu zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego możliwy jest tylko po uprzednim wykonaniu pomiaru napięcia dotykowego. W celu zainicjowania testu wyłączania z pomiarem czasu TA wystarczy ponownie nacisnąć przycisk UB/TA. Naciśnięcie przycisku UB/TA bezpośrednio po zmianie położenia przełącznika obrotowego lub po naciśnięciu innego przycisku wyzwoli pomiar napięcia dotykowego. Dodatkowo, test wyłączania z pomiarem czasu zadziałania jest zablokowany, jeżeli w wyniku pomiaru napięcia dotykowego okazało się, że przekracza ono uprzednio wybrano wartość napięcia bezpiecznego UL Pomiar rezystancji uziemienia W celu zmierzenia rezystancji uziemienia należy; Wybrać przełącznikiem obrotowym właściwą wartość napięcia znamionowego I N. Zainicjować pomiar naciskając przycisk RE/IA - pomiar trwa około 2 sek. Jeżeli pomiar zostanie poprawnie wykonany, na wyświetlaczu ukaże się wartość rezystancja uziemienia. W przypadku, gdyby zmierzona wartość rezystancji była na tyle duża, że przepływ prądu różnicowego równego I N spowodowałby powstanie napięcia dotykowego większego niż wybrane napięcie bezpieczne UL, to pomiar prądu zadziałania jest automatycznie blokowany Pomiar prądu zadziałania wyłącznika i napięcia dotykowego powstającego w momencie zadziałania wyłącznika Pomiar prądu zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego możliwy jest tylko bezpośrednio po uprzednim wykonaniu pomiaru rezystancji uziemienia, co uzyskuje się przez ponowne naciśnięcie przycisku RE/IA 2.5. Interpretacja wyników Przedział, w którym powinien znajdować się prąd zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego jest różny w zależności od typu danego wyłącznika. W przypadku najbardziej 8

9 rozpowszechnionych wyłączników różnicowoprądowych typu AC (prądu przemiennego) prąd zadziałania powinien się zawierać w przedziale ( 0,5 1,0 ) I N. 3. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasada działania wyłącznika przeciwporażeniowego różnicowoprądowego. Celem ćwiczenia jest również poznanie zasady działania oraz zakresu stosowania mierników zabezpieczeń różnicowoprądowych. W czasie ćwiczenia należy sprawdzić (analizując otrzymane w wyniku pomiarów wartości), czy badane wyłączniki różnicowoprądowe spełniają wymagania norm i czy mogą być dopuszczone do eksploatacji. 4. Program ćwiczenia W czasie ćwiczenia należy zapoznać się z budową i instrukcją obsługi wskazanych przez prowadzącego mierników; wykonać badania wskazanych przez prowadzącego wyłączników różnicowoprądowych; sporządzić protokoły z badań; ocenić, czy badane wyłączniki różnicowoprądowe mogą być dopuszczone do eksploatacji. 5. Opracowanie wyników badań Wyniki badań zestawić w tabelach. Porównać wyniki pomiarów dotyczących badanych wyłączników różnicowoprądowych oraz podać wnioski dotyczące: zalet i wad oraz zakresu stosowania wyłączników przeciwporażeniowych różnicowoprądowych, oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach zabezpieczonych badanymi wyłącznikami różnicowoprądowymi. 6. Literatura 1. Lejdy B., Sajczyk A.: Laboratorium urządzeń elektroenergetycznych. Wyd. PB, Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, WNT, Wyd. 2, Warszawa Markiewicz H.: Instalacje elektryczne, WNT, Warszawa Markiewicz H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce,, WNT, Warszawa Markiewicz H..: Urządzenia elektroenergetyczne. WNT, Warszawa Instrukcje do mierników firmy Sonel 9

10 7. Wymagania BHP Podczas wykonywania ćwiczeń w laboratorium należy przestrzegać następujących zasad: 1. Przed przystąpieniem do montowania układu pomiarowego należy dokonać oględzin przydzielonej aparatury i urządzeń. Stwierdzone uszkodzenia powinny być zgłaszane prowadzącemu ćwiczenia. 2. Ze stanowiska pomiarowego należy usunąć wszelkie zbędne przedmioty a zwłaszcza niepotrzebne przewody montażowe. 3. Włączenie badanego układu do napięcia może odbywać się jedynie w obecności i za zgodą prowadzącego ćwiczenia, po sprawdzeniu przez niego układu. Przed załączeniem układu trzeba upewnić się, czy nikt nie manipuluje przy układzie pomiarowym. Za uszkodzenie przyrządów i inne straty wynikłe z winy ćwiczących odpowiadają oni materialnie. 4. Po załączeniu napięcia nie wolno wykonywać żadnych przełączeń w układzie. Rozmontowanie i ewentualne przełączenia mogą być robione po wyłączeniu napięcia i za zgodą prowadzącego ćwiczenia. 5. Nie należy, bez istotnej potrzeby, dotykać korpusów urządzeń i maszyn elektrycznych. Podczas wykonywania ćwiczenia należy unikać stykania się z wszelkiego rodzaju dobrze uziemionymi przewodzącymi przedmiotami, takimi jak i kaloryfery, instalacje wodociągowe itp. 6. Wykonywanie ćwiczeń może odbywać się tylko na stanowisku wskazanym przez prowadzącego. Nie wolno używać innego sprzętu i aparatów niż te, które przydzielił prowadzący ćwiczenia. 7. Niedozwolona jest samowolna obsługa rozdzielnic głównych w laboratorium, a zwłaszcza załączanie napięcia na stanowiska pomiarowe. 10