Wydział Elektryczny

Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:

BUDOWA ORAZ EKSPLOATACJA INSTALACJI I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

KOD: ES1C710213

Ćwiczenie nr: 6

Temat ćwiczenia:

BADANIA SKUTECZNOŚCI OCHRONY

PRZECIWPORAŻENIOWEJ

Opracował:

dr inż. Zbigniew Skibko

2016

2

3

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wymaganiami stawianymi instalacjom

elektrycznym, z metodami kontroli stanu instalacji oraz z zasadą działania i zakresem

stosowania podstawowych mierników wykorzystywanych do badań.

2. Wiadomości ogólne

Praca przy urządzeniach elektroenergetycznych, może być przyczyną wystąpienia

nieszczęśliwego wypadku, spowodowanego bezpośrednim lub pośrednim działaniem prądu

elektrycznego na organizm ludzki. Do podstawowych przyczyn porażeń prądem

elektrycznym należą:

- wadliwa budowa urządzeń,

- uszkodzona izolacja urządzenia,

- nieprzestrzeganie przepisów bezpieczeństwa pracy.

Skutki porażenia prądem elektrycznym zależą głównie od:

- natężenia prądu przepływającego przez ciało człowieka;

- czasu, w którym przepływa przez organizm ludzki prąd rażeniowy;

- drogi przepływu prądu w organizmie.

Rozróżnia się dwa rodzaje środków ochrony przeciwporażeniowej: ochrona przed

dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa) i ochrona przed dotykiem pośrednim

(ochrona dodatkowa).

Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona przeciwporażeniowa podstawowa)

ma na celu wyeliminować lub ograniczyć prawdopodobieństwo bezpośredniego dotyku

przez człowieka i zwierzęta części czynnych (części znajdujących się pod napięciem w

czasie normalnej pracy urządzeń elektrycznych) instalacji elektrycznych lub odbiorników.

Ochrona ta realizowana jest poprzez:

4

– izolowanie części czynnych urządzeń,

– umieszczenie części czynnych urządzeń i elementów instalacji poza zasięgiem ręki,

– użycie ogrodzenia lub obudowy,

– zastosowanie barier i przeszkód uniemożliwiających dotknięcie części czynnych.

Ochrona przy uszkodzeniu (przed dotykiem posrednim) ma ona na celu zapobieganie

niebezpiecznym skutkom dotknięcia części przewodzących dostępnych, w przypadku

pojawienia się (w warunkach zakłóceniowych) na nich napięcia.

Ochrona przed dotykiem pośrednim realizowana jest poprzez zastosowanie:

urządzeń o II klasie ochronności –zastosowanie izolacji urządzeń o takich parametrach

technicznych, aby ograniczała do minimum porażenie prądem elektrycznym.

izolacji stanowiska – izolowanie stanowiska od ziemi i wyrównanie potencjałów

części przewodzących obcych, dostępnych z tego stanowiska.

połączeń wyrównawczych – celowych połączeń elektrycznych, które zapobiegają

występowaniu niebezpiecznych napięć dotykowych pomiędzy jednocześnie

dostępnymi częściami przewodzącymi. Połączenia te łączą z głównym zaciskiem

uziemiającym główny przewód ochronny (lub ochronno-neutralny) oraz wszystkie

elementy przewodzące znajdujące się w danym budynku (np.: rury wodociągowe,

gazowe, centralnego ogrzewania, metalowe elementy konstrukcyjne, itp.).

separacji elektrycznej – rozdzielenie (np. przy użyciu transformatora separacyjnego)

obwodu zasilającego i odbiorczego tak, aby w razie uszkodzenia izolacji podstawowej,

w obwodzie separowanym nie wystąpiły warunki grożące porażeniem elektrycznym.

samoczynnego wyłączenia zasilania – połączenie części przewodzących dostępnych

(nie znajdujących się w warunkach normalnej pracy pod napięciem, lecz w wyniku

uszkodzenia mogących się znaleźć pod napięciem) z uziemionym przewodem

ochronnym PE (lub przewodem ochronno-neutralnym PEN) i spowodowanie (w

warunkach zakłóceniowych) samoczynnego wyłączenia zasilania. Urządzenie

zabezpieczające (wyłączające) powinno działać w taki sposób, aby w przypadku

zwarcia między częścią czynną a częścią przewodzącą dostępną, napięcie na części

przewodzącej dostępnej zostało wyłączone w czasie nie powodującym

5

niebezpiecznych skutków patofizjologicznych dla człowieka lub nie przekroczyło

wartości napięcia dopuszczalnego długotrwale UL.

W tabeli 1 podane zostały wartości najdłuższego dopuszczalnego czasu wyłączania w

sieciach typu TN. W pewnych okolicznościach dopuszcza się, aby czas wyłączenia był

dłuższy niż podany w tabeli, jednak nie dłuższy niż 5 s.

Tabela 1. Najdłuższe dopuszczalne czasy wyłączania zasilania w sieciach typu TN

Napięcie znamionowe

względem ziemi U0[V]

Czasy wyłączania [s] w warunkach, w których napięcie

dopuszczalne UL wynosi

50 V , 120 V – 25 V , 60 V –

1 2 3

120

230

400

580

0,8

0,4

0,4

0,2

0,35

0,20

0,20

0,05

W sieciach typu TN samoczynne wyłączenie zasilania może być realizowane przez

zastosowanie urządzeń ochronnych przetężeniowych (nadprądowych), takich jak:

– bezpieczniki,

– wyłączniki nadprądowe.

W ocenie skuteczności ochrony przed dotykiem pośrednim (ochrony dodatkowej)

bardzo istotne jest sprawdzenie warunku samoczynnego wyłączenia zasilania. Polega ono

na wyznaczeniu prądu zwarciowego przy zwarciu przewodu skrajnego z częścią

przewodzącą dostępną (np. metalowa obudowa silnika, bolec gniazdka instalacyjnego) i

sprawdzeniu warunku samoczynnego wyłączenia zasilania (zależność (1)). Do wyznaczenia

prądu zwarciowego konieczne jest wyznaczenie (przy pomocy pomiarów) rezystancji pętli

zwarciowej.

6

Skuteczność działania urządzeń ochronnych przetężeniowych określa warunek

samoczynnego wyłączenia zasilania:

Zs .Ia<Uo (1)

w którym: Zs - impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód

roboczy aż do punktu zwarcia i przewód ochronny między punktem zwarcia a źródłem; Ia -

prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego; U0 - napięcie

znamionowe względem ziemi.

Wartości prądu Ia można wyznaczyć z charakterystyk czasowo-prądowych podanych

dla poszczególnych typu urządzeń ochronnych przetężeniowych (nadprądowych). W

przypadku zainstalowania w instalacji elektrycznej wyłączników instalacyjnych

nadprądowych, wartość prądu Ia zależy od charakterystyki czasowo-prądowej wyzwalacza

elektromagnetycznego wyłącznika i wynosi odpowiednio:

dla wyłącznika z charakterystyką B: 5 . In,

dla wyłącznika z charakterystyką C: 10 . In,

dla wyłącznika z charakterystyką D: 20 . In,

przy czym: In – prąd znamionowy wyłącznika nadprądowego.

3. Pomiar impedancji pętli zwarcia przy pomocy wybranych urządzeń pomiarowych

3.1. Pomiar impedancji pętli zwarcia miernikiem MZW-5

Miernik MZW-5 (rys. 5.3) służy do badania skuteczności ochrony przeciwporażeniowej

w sieciach o napięciu 400/230 V, mających bezpośrednio uziemiony punkt neutralny.

Miernik ten pozwala wykonywać następujące pomiary:

– zmierzyć napięcie robocze sieci względem ziemi,

– sprawdzić ciągłość obwodu pętli zwarcia,

– zmierzyć impedancję pętli zwarcia,

– zmierzyć rezystancję uziemienia (pomiary o charakterze orientacyjnym).

7

Impedancję pętli zwarcia wyznacza się na podstawie pomiaru napięcia U1 pomiędzy

przewodem skrajnym a dostępną częścią przewodzącą (bez sztucznego zwarcia) oraz

napięcia U2 pomiędzy tymi punktami w czasie sztucznego zwarcia.

Rys. 1. Sposób połączenia miernika MZW-5 z badanym urządzeniem oraz widok powierzchni

czołowej miernika (opis symboli podano w tekście)

Pomiar impedancji pętli zwarcia wykonuje się w następujący sposób:

1) Połączyć układ pomiarowy wg rys. 1, przy czym zacisk „50 A” wykorzystuje się, gdy

prąd znamionowy zabezpieczenia (wyłącznika nadprądowego, bezpiecznika) jest nie

większy niż 10 A. W pozostałych przypadkach należy wykorzystać zacisk „100 A”

2) Dokonać pomiaru napięcia fazowego U1 ustawiając łącznik „POMIAR" (P) w pozycji U1.

3) Dokonać kontroli ciągłości badanego obwodu przez ustawienie przełącznika „POMIAR"

w pozycji K. Woltomierz powinien wskazywać napięcie równe napięciu fazowemu sieci

U1. Gdy wskazanie woltomierza jest mniejsze o nie mniej niż 5% od wartości napięcia

U1, dalszych pomiarów nie wolno wykonywać,

4) Ustawić przełącznik „POMIAR" w pozycji U2 - wówczas wskazówka woltomierza

powinna być w położeniu zero. Gdy wskazówka woltomierza nie znajduje się w tej

pozycji, należy wówczas wyzerować miernik poprzez naciśnięcie przycisku

„KASOWANIE".

5) Po wyzerowaniu woltomierza nacisnąć przycisk „ZWARCIE" i odczytać napięcie U2

przy maksymalnym wychyleniu wskazówki woltomierza.

6) Pomiary powtórzyć trzykrotnie.

7) Na podstawie pomiarów U1 i U2 należy obliczyć wartość impedancji pętli zwarcia,

8

odpowiednio do wartości prądu zwarciowego (100 A lub 50 A):

Zp(50A) = K1( U1/U2 –1) (2)

Zp(100A) = K2( U1/U2 –1) (3)

Wartości K1 i K2 podane są na tylnej płycie miernika.

3.2. Pomiary impedancji pętli zwarcia miernikiem MZC-1

Przyrząd MZC-1 jest przeznaczony do badania kontrolnego ochrony przeciw-

porażeniowej w sieciach typu TN i TT. Przyrząd umożliwia wykonanie pomiarów:

– napięć fazowych i międzyprzewodowych sieci,

– rezystancji pętli zwarcia,

– rezystancji uziemienia.

Rys. 2. Przyrząd MZC-1; (a) widok powierzchni czołowej, (b) sposób połączenia

przyrządu z badanym urządzeniem. 1-neonówka, 2-wyświetlacz ciekłokrystaliczny, 3-

przycisk zwarciowy „Z", 4—wyłącznik zasilania, 5-rękojeść

Widok powierzchni czołowej przyrządu MZC-1 oraz sposób jego połączenia z

urządzeniem przedstawia rysunek 2. W środkowej części powierzchni znajduje się

wyświetlacz ciekłokrystaliczny (2), umożliwiający cyfrowy odczyt mierzonego napięcia

badanego obwodu oraz oporu pętli zwarciowej sieci lub uziemienia. Obok wyświetlacza

umieszczona jest neonowa lampka tląca (l), sygnalizująca obecność napięcia na wejściu

9

przyrządu (ciągłość obwodu). W dolnej części powierzchni czołowej znajduje się łącznik

(4), służący do włączenia bateryjnego zasilania przyrządu (bateria znajduje się w rękojeści

(5) przyrządu) oraz przycisk (3), służący do inicjowania pomiaru rezystancji pętli zwar-

ciowej.

Pomiary rezystancji pętli zwarcia jednofazowego w sieciach elektroenergetycznych z

bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym, w którym ochrona przeciwporażeniowa

jest realizowana przez samoczynne wyłączenie zasilania, należy wykonać zgodnie z niżej

podanymi dyspozycjami:

1) Jeden przewód przyłączeniowy przyrządu należy połączyć z częścią przewodzącą

dostępną badanego urządzenia, a drugi przewód połączyć z przewodem fazowym

obwodu zasilającego badane urządzenie, w sposób przedstawiony na rysunku 2.

Świecenie neonówki świadczy o ciągłości pętli zwarciowej i upoważnia do wykonania

dalszych czynności pomiarowych.

2) Należy włączyć zasilanie bateryjne przyrządu. Przyrząd powinien wskazać napięcie

robocze sieci U1.

3) Wykonać sztuczne zwarcie poprzez naciśnięcie przycisku zwarciowego i odczytać

zmierzoną wartość rezystancji Rp pętli zwarciowej. Wartość rezystancji Rp jest

zapamiętana przez układ pomiarowy i wyświetlana przez przyrząd przez około 4 s.

4) Wykonanie powtórnego pomiaru rezystancji pętli zwarcia jest możliwe, gdy przyrząd

powróci do wskazania wartość napięcia U1 sieci. W tym stanie naciśnięcie i zwolnienie

przycisku zwarciowego powoduje uruchomienie układu sterowania i wykonanie

ponownego sztucznego zwarcia.

5) Pomiary należy powtórzyć trzykrotnie.

3.3. Pomiar rezystancji pętli zwarcia miernikiem MZC-2

Miernik MZC-2 służy do kontrolnych badań samoczynnego wyłączenia zasilania w

sieciach elektroenergetycznych typu TN i TT. Umożliwia on dokonanie pomiarów:

napięć fazowych i międzyprzewodowych sieci,

10

rezystancji pętli zwarcia,

rezystancji uziemienia.

Rys 3. Sposób połączenia z odbiornikiem oraz budowa miernika MZC-2, 1,2 - gniazda

przewodów pomiarowych, 3 - przycisk włączający, 4 –przycisk umożliwiający wybór

zakresu oraz start pomiaru, 5- wyświetlacz ciekłokrystaliczny

Pomiary miernikiem MZC-2 należy wykonać następująco:

1) Odpowiednie przewody miernika połączyć z chronioną obudową badanego urządzenia

oraz z przewodem fazowym tegoż urządzenia.

2) Włączyć zasilanie bateryjne przyrządu (ON). Powinien on wskazywać napięcie fazowe

sieci U1.

3) Wykonać sztuczne zwarcie naciskając klawisz pomiarowy wybranego zakresu i odczytać

zmierzoną wartość RZ pętli zwarcia. Wykonanie powtórnego pomiaru jest możliwe, gdy

przyrząd zacznie wskazywać ponownie napięcie U1 sieci.

4) Pomiar należy powtórzyć trzykrotnie.

4. Program ćwiczenia

W czasie ćwiczenia należy:

zapoznać się z budową i instrukcją obsługi wskazanych przez prowadzącego

mierników;

11

wykonać pomiary impedancji pętli zwarcia przy wykorzystaniu wskazanych przez

prowadzącego mierników. Pomiarów dokonać dla wskazanych gniazdek

jednofazowych oraz dla silnika trójfazowego (miedzy wybranymi elementami silnika

a poszczególnymi zaciskami zasilającymi);

ocenić skuteczność ochrony przeciwporażeniowej w badanych urządzeniach;

sporządzić protokoły z przeprowadzonych badań.

5. Opracowanie wyników badań

Sprawozdanie powinno zawierać:

- Cel ćwiczenia

- Schematy układów badawczych

- Tabele wyników

- Uwagi i wnioski końcowe, a w szczególności:

ocena skuteczności ochrony przeciwporażeniowej badanych urządzeń

elektrycznych. Jeżeli jakieś urządzenie nie spełnia warunku samoczynnego

wyłączenia zasilania należy podać, co zmienić w układzie połączeń, aby warunek

został spełniony,

subiektywna ocena stosowanych do pomiarów impedancji pętli zwarcia

mierników (wybór najlepszego, zdaniem wykonującego sprawozdanie, miernika).

6. Przykładowy protokół z badań

PROTOKÓŁ nr ...

BADANIA SKUTECZNOŚCI DODATKOWEJ OCHRONY PRZECIWPORAŻENIOWEJ

URZĄDZEŃ ORAZ INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ

1. Zleceniodawca:

2. Obiekt badań:

3. Data badania:

12

4. Rodzaj zasilania:

5. Przyrządy pomiarowe:

6. Wyniki badań

L.p.

Osprzęt elektroinstalacyjny

(nr, typ gniazda, oprawy,

urządzenia)

Typ zabez

pie czenia

In

zabezp. la Uo Zs Zs∙la

Ochrona skuteczna

[A] [A] [V] [] [V] TAK - NIE

1

2

3

4

7. Ocena wyników badań

Badana instalacja posiada zapewnioną/niezapewnioną dodatkową ochronę przeciwporażeniową.

Wynik oględzin – pozytywny/negatywny.

Uwagi:

8. Termin następnych badań:

Badania wykonali: Protokół sprawdził:

7. Literatura

1. Lejdy B., Sajczyk A.: Laboratorium urządzeń elektroenergetycznych. Wyd. PB, 1999

2. Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, WNT, Wyd. 2, Warszawa 2015

3. Markiewicz H.: Instalacje elektryczne, WNT, Warszawa 2012

4. Markiewicz H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce,, WNT, Warszawa 2009

5. Markiewicz H..: Urządzenia elektroenergetyczne. WNT, Warszawa 2008

13

8. 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. 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.