Курс лекций по предмету "Безопасность жизнедеятельности"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды"

 

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ  ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ, РЕАГИРУЮЩЕГО НА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТОК

Методические указания к лабораторной работе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2007

Составители: д.т.н., доцент Булыгин Ю.И.

                         доцент, к.х.н. Лоскутникова И.Н.

                         cт. преподаватель Богданова И.В.

                         ассистент Алексеенко Л.Н.

                         ассистент Мозговой А.В.

                         ассистент Лебеденко В.Г.

                         ассистент Сухов М.В.

          

 

 

 

 

 

УДК 504.064+539.12+539.16+614.876

 

 

 

Исследование характеристик  устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный ток: Методические указания к лабораторным работам / ДГТУ. Ростов-на-Дону. 2007. 16 с.

 

 

Данные методические указания предназначены для студентов всех специальностей ДГТУ, проходящих лабораторный практикум на кафедре “БЖ и ЗОС”. 

 

Печатается по решению  методической комиссии гуманитарного  факультета.

 

 

Научный редактор – д.т.н., доцент Булыгин Ю.И.

 

 

Рецензент – доц., к.т.н. Щекина  Е.В.

 

 

© Донской государственный

технический университет

                                                                                                           2007

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель работы.

 

Исследовать основные характеристики устройства защитного отключения (УЗО), реагирующего на дифференциальный ток (ток нулевой последовательности) в трехфазной сети напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью, и оценить их соответствие нормативным требованиям

электробезопасности. 

 

Содержание работы.

 

1. Изучить теоретическую часть методических указаний и на ее основе выполнить расчеты в соответствии с порядком проведения работы.
2. Проверить работоспособность УЗО.
3. Экспериментально определить установленное на стенде длительно допустимое значение тока I_{h д.д.}, проходящего через тело человека.
4. Измерить время срабатывания τ_ср УЗО и ток I_h, который в течение времени проходит через человека, прикоснувшегося к фазе защищаемого электропотребителя.
5. Сделать заключение о соответствии  исследованных параметров УЗО допустимым, обеспечивающим условия электробезопасности.

 

Теоретическая часть.

 

Защитное  отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Из определения видно, что защитное отключение обеспечивает безопасность путем ограничения времени протекания через тело человека опасного тока.

 Защита осуществляется  устройством защитного отключения (УЗО), которое постоянно контролирует  условия поражения и отключает  сеть или ее участок при возникновении этих условий.

Признаками условий  поражения являются электрические  параметры сети, изменяющие свои значения при подключении тела человека в  электрическую цепь. Эти параметры для УЗО являются входными сигналами.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует величину входного сигнала и сравнивает его с наперед установленной величиной (“уставкой”). Если входной сигнал превышает “уставку”, то защита срабатывает. Все устройства защитного отключения состоят из датчика, преобразователя и исполнительного органа.

По типу входного сигнала  все устройства можно разделить  на четыре группы:

- реагирующие на ток  нулевой последовательности (на  несимметрию фазных токов утечки);

- реагирующие на несимметрию  напряжений фаз относительно земли (на напряжение нулевой последовательности);

- реагирующие на токи  и напряжения оперативных источников  питания;

- реагирующие на напряжение  корпуса электроустановки относительно  земли.

Устройства защитного  отключения, реагирующие на дифференциальный ток, используются для защиты от поражения током при прямом прикосновении человека к фазе, а также к частям электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением (косвенное прикосновение).

В качестве датчика входного сигнала используется трансформатор тока (ТТ). Простейший ТТ представляет собой тороидальный магнитопровод, на который намотана вторичная обмотка, соединенная проводной связью с входом преобразователя сигнала. В качестве первичных обмоток выступают фазные проводники (например, жилы кабеля, питающего электропотребитель), пропущенные в центральное отверстие магнитопровода. Если токи в фазных проводниках симметричны (равны по модулю и сдвинуты по фазе на 120⁰), то их суммарный ток I_Σ=0. Поэтому магнитный поток в магнитопроводе и ток во вторичной обмотке отсутствуют. В этом режиме (дежурном) контакты исполнительного органа (реле) УЗО нормально замкнуты, и электропотребитель получает питание от сети. В случае прикосновения человека в зоне защиты УЗО к фазе, ток в ней возрастает за счет тока I_h, проходящего через человека. В результате возникшей несимметрии фазных токов, I_Σ уже не равен нулю, а при достижении им тока уставки I_y (I_Σ=I_y), ток I_h во вторичной обмотке ТТ приводит в действие преобразователь, который вырабатывает аварийный сигнал. Этот сигнал поступает на обмотку исполнительного реле, которое своими контактами отключает электропотребитель от сети. Последующее включение потребителя возможно, как правило, только после отключения его вместе с УЗО от сети и устранения условий поражения. Для осуществления контроля исправности УЗО  искусственно вызывают нарушение симметрии фазных токов. При этом должно происходить срабатывание защиты.

Правильно выбранная “уставка” и время срабатывания УЗО являются основными условиями обеспечения надежной защиты.

В сети с глухозаземленной нейтралью, входной сигнал УЗО I_Σ равен току I_h, проходящему через человека, прикоснувшегося к фазе (I_Σ=I_h.). Ток уставки I_y не должен превышать максимального значения длительно допустимого для человека тока I_h.д.д., так при I_h<I_y УЗО не срабатывает и ток I_h может воздействовать неограниченно долго, усугубляя опасность поражения. Ориентируясь на пороговый не отпускающий ток, часто принимают I_y=10mA.

В течение времени срабатывания τ_ср УЗО (от момента прикосновения человека к фазе до момента ее обесточивания) на человека действует ток:

 

                                                             (1)

                         

где R_h –сопротивление в цепи человека (в расчетах принимают R_h =1000 Ом).

Предельно допустимые значения тока в зависимости от длительности  его протекания через тело человека по путям «рука-рука» и «рука-ноги» указаны в ГОСТ 12.1.038^*-[3]. При аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В некоторые предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц I_hд. в зависимости от продолжительности его воздействия τ выборочно приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

τ, с	0.01-0.08	0.1	0.2	0.3	0.6	1.0	Свыше 1.0
Ih.д, мА	650	400	190	160	105	50	6

 

Ток I_h, проходящий через человека в течение времени срабатывания УЗО (τ = τ_ср), не должен превышать допустимого значения I_h.д., т.е. соответствовать условию I_h≤I_h.д.

Если снабженный защитным отключением  электропотребитель занулен (его корпус присоединен к PEN-проводнику), то при пробое фазного провода на корпус ток в этом проводе резко возрастает, и при I_Σ=I_y УЗО быстро отключает потребитель от сети. Таким образом, применение УЗО совместно с защитным занулением, существенно повышает уровень безопасности. 

 

Описание лабораторной установки.

 

При выполнении лабораторной работы «Исследование характеристик  устройства защитного отключения, реагирующего на дифференциальный ток» используется стенд БЖ 6/1М, который представляет собой настольную конструкцию с вертикальной передней панелью. На лицевой панели стенда изображена (рис. 1) мнемосхема системы «трёхфазная электрическая сеть - человек», которая содержит изображение источника питания (трёхфазная сеть), фазных и защитных проводников, электропотребителя, устройств защитного отключения (УЗО) и цепи, имитирующие прикосновение человека к фазным проводам.

Индикация наличия фазных напряжений осуществляется тремя светодиодными индикаторами – жёлтым (фаза А), зелёным (фаза В) и красным (фаза С).

Реально существующие распределённые сопротивления изоляции и ёмкости проводов (фазных и нулевого) относительно земли изображены на мнемосхеме в виде сосредоточенных элементов – резисторов и конденсаторов, расположенных слева вне защиты УЗО.  Трёхфазный электропотребитель показан на мнемосхеме в виде корпуса, подключённого к системе через УЗО, реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток.

В изображение человека помещён светодиодный индикатор, сигнализирующий о превышении предельно допустимого длительного тока через человека.

На поле мнемосхемы, рядом  с изображениями элементов моделируемой сети, размещены коммутационные элементы и регуляторы с соответствующими буквенно-цифровыми обозначениями.

По принципу работы стенд является цифровым микропроцессорным устройством, вычисляющим по существующим формулам параметры сети в зависимости от комбинаций коммутационных элементов на передней панели стенда. Результаты вычислений выводятся на цифровые индикаторы. Индикаторы отображают «измеренные» (вычисленные) значения параметров по нажатию кнопки «Измерение», показания сбрасываются нажатием кнопки «Сброс». При работе с УЗО кнопку «Измерение» нажимают, удерживая кнопки «Контроль» либо «S кз к».

Включение и выключение стенда производится тумблером «ВКЛ - ВЫКЛ».

 

 

 

 

Рисунок 1 - Мнемосхема системы «трёхфазная электрическая сеть - человек»

 

Указание мер безопасности.

 

1. К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия, а также с инструкцией по технике безопасности в лаборатории.

2. Перед эксплуатацией стенд должен быть заземлен. Болт защитного заземления расположен под нижней планкой корпуса стенда рядом с сетевым вводом. Присоединение к шине заземления должно быть выполнено медным проводом сечением не менее 2,5 мм².

3. К работам по монтажу и проверке стенда допускается персонал, обученный методам безопасной работы с электрооборудованием напряжением до 1000В в соответствие с требованиями действующих «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭ) и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТБ).

4. Во избежание поражения человека электрическим током стенд при вскрытии должен быть отключен от сети.

 

Подготовка  к выполнению работы.

 

1. Произвести внешний осмотр стенда и убедиться в целости светодиодных индикаторов, органов коммуникации и надежном их креплении. При необходимости произвести необходимые работы.

2. Перед подключение стенда к сети установить переключатель «Вкл/Выкл» в нижнее положение.

3. Для включения стенда необходимо перевести переключатель «Вкл/Выкл» в верхнее положение, при этом должны засветиться светодиоды индикации наличия напряжения на фазных проводах.

 

1. Проверить работоспособность УЗО.
1. Исходное положение.
1. Режим нейтрали – заземленная. Переключатель «SN»-верхнее положение (PEN-провод подключен).
2. Переключатель амперметра «А1-А2-R_H» в положении «А2».
3. Регулятор сопротивления R_H в положении 100 кОм.
4. Корпус электропотребителя не занулен - переключатель «S_защ» - вниз
5. Присоединить «человека» к фазе «А» в электропотребителе путем соединения гибким проводом со штеккерами клеммы «Хпр» с клеммой «ХАК».
2. Порядок выполнения работы.
1. Включить стенд-тумблер. «Вкл/Выкл» установлен в положение «Вкл».
2. Нажать кнопку «Пуск» УЗО (загорается светодиод на этой кнопке).
3. Медленно вращая рукоятку регулятора R_H против хода часовой стрелки, определить момент, сигнализирующий о превышении предельно допустимого длительного тока (загорается светодиод в изображении человека).
4. Наблюдать срабатывание УЗО при одновременном нажатии кнопок «Контроль» и  «Измерение». При этом  загорается светодиод на кнопке «Контроль», гаснет светодиод на кнопке «Пуск», светодиод «А2» УЗО и светодиод на изображении человека, что указывает на отсутствие напряжения на выходе УЗО вследствие размыкания его контактов. Секундомер показывает время срабатывания УЗО.