wcionga, Elektrotechnika AGH, Semestr V zimowy 2014-2015 - MODUŁ C, Urządzenia i Sieci Elektroenergetyczne, Laboratorium

Ćwiczenie 1

Napięcie dotykowe - jest to napięcie występujące między dwoma punktami nie na­leżącymi do obwodu elektrycznego, i którymi mogą się zetknąć jednocześ­nie ręce lub ręka i stopa człowieka. Napięcie dotykowe należy przyjmować jako napięcie występujące pomiędzy przedmiotami odległymi o I m od sta­nowiska, na którym może się znaleźć człowiek, lub jako napięcie pomiędzy dwo­ma przedmiotami przewodzącymi, oddzielonymi odstępem powietrznym 2,5 m.

Część czynna - żyła przewodu lub część przewodząca instalacji elektrycznej bądź urządzenia znajdująca się w czasie normalnej pracy pod napięciem wraz /. przewodem N, lecz z wyłączeniem przewodu ochronno-neutralnego PEN.

Część przewodząca dostępna -część przewodząca instalacji lub urządzenia znajdują­ca się w zasięgu ręki, oddzielona od części czynnych jedynie izolacją roboczą, mogąca się znaleźć pod napięciem w wyniku uszkodzenia.

Część przewodząca obca - część przewodząca nie będąca częścią instalacji czy urzą­dzenia elektrycznego, która może się znaleźć pod napięciem lub potencjałem ziemi.

Części jednocześnie dostępne - części czynne, części przewodzące dostępne, części przewodzące obcc, przewody ochronne wyrównawcze i uziomy, które znajdu­ją się w zasięgu ręki..

Napięcie dotykowe - napięcie, które występuje w warunkach naturalnych lub może po­jawić się w przypadku uszkodzenia izolacji pomiędzy dwiema częściami jed­noczenie dostępnymi, nie należącymi do obwodu elektrycznego.

Przewód uziemiający E - przewód stanowiący połączenie części przewodzących do­stępnych. części przewodzących obcych, głównej szyny uziemiającej itp. z uziomem.

Przewody wyrównawcze CC - przewody stanowiące samodzielny środek ochrony; łą­czące /. główną szyną uziemiającą: przewód ochronny, ochronno-neutralny, części przewodzące obce i części przewodzące dostępne dodatkowe (miejsco­we).

Pomiary IPZ:

Dla sprawne funkcjonowania każdego systemu ochrony przed porażeniem elektrycznym, bardzo istotny jest odpowiedni stan przewodu ochronnego tworzącego wraz z przewodem fazowym pętlę zwarcia. Pomiary IPZ  mają na celu sprawdzenie skuteczności działania urządzeń ochrony (bezpieczników, wyłączników), których zadaniem jest szybkie samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku jednofazowych zwarć z obudową urządzeń połączonych z przewodami ochronnymi PE lub PEN. Do pomiaru tej wielkości służą przyrządy nazywane "miernikami impedancji pętli zwarcia". Test powinien być przeprowadzany w najbardziej oddalonym punkcie obwodu, w miejscu charakteryzującym się najgorszymi warunkami w zakresie ochrony.

Wymagania ochrony uważa się za spełnione, jeżeli spodziewany prąd zwarcia jednofazowego lkl jest większy niż prąd działania zabezpieczeń zwarciowych Ia.

Prąd zabezpieczeń Ia dobiera się na postawie charakterystyk czasowo-prądowych (wyłączniki, bezpieczniki) lub znamionowego prądu różnicowego (RCD). Norma wymaga, aby pomiar impedancji pętli zwarciowej wykonywać przy częstotliwości znamionowej prądu obwodu. Z różnych względów robi się go przy załączonej sieci (uwzględnienie np. impedancji traf zasilających)

DU- spadek napięcia na impedancji obwodu zwarciowego wywołany prądem pomiarowym Ip Up - napięcie (spadek napięcia) na rezystancji pomiarowej Rp w czasie badania

U0 – napięcie przed dołączeniem rezystancji Rp

Impedancję pętli zwarciowej sprawdzanego obwodu należy zmierzyć załączając na krótki okres obciążenie o znanej impedancji. Impedancja pętli zwarcia obliczana jest ze wzoru:

Zpz = (U0 - Up)/Ip

gdzie: Zp - impedancja pętli zwarciowej

Ip=Up/Rp

Różnica pomiędzy U0 i Up powinna być znacząco duża. Na tej metodzie oparta jest zasada działania prawie wszystkich mierników impedancji pętli zwarcia.

Spodziewaną wartość prądu zwarciowego oblicza się ze wzoru:

Ik1=U0/Zpz

­Mając prąd zwarciowy można obliczyć wymagane zabezpieczenie np. dla wyłącznika typu S o charakterystyce B Ik1 = k x In gdzie In jest prądem znamionowy natomiast k to  krotność prądu znamionowego powodująca zadziałanie urządzenia zabezpieczającego (dla B od 3 do 5)

Przedstawiona metoda badania jest stosunkowo prosta, lecz nie pozbawiona istotnych wad, takich jak np. możliwość spowodowania w czasie badania warunków niebezpiecznych pod względem porażeniowym, głównie w przypadku braku ciągłości przewodów ochronnych PE lub PEN. W praktyce pomiar impedancji pętli zwarcia w obecności RCD zawsze stanowi pewną trudność. Jest to związane z tym, że prąd pomiarowy (upływu) generowany przez mierniki pętli zwarcia jest wykrywany przez RCD, co w efekcie prowadzi do ich zadziałania i odcięcia zasilania od kontrolowanego fragmentu instalacji. Wyłączenie zasilania nie tylko czyni niemożliwym uzyskanie wyniku pomiaru, ale również może być przyczyną poważniejszych zakłóceń w pracy urządzeń zasilanych z sieci. Dlatego w starszych typach RCD można zastosować tzw. elektryczne zwarcie wyłączników RCD lub Blokowanie RCD.  Nowe mierniki np. Sonel czy Megger badają IPZ małym prądem. Większość norm dotyczących instalacji elektrycznych stanowi, że wyłącznik RCD nie powinien zadziałać przy połowie wartości znamionowego prądu upływu. W związku z powyższym wstrzyknięcie 15mA prądu pomiarowego przy RCD ze znamionowym prądem upływu 30mA może zostać wykonane bez obawy o spowodowanie wyzwolenia zabezpieczenia. Używanie tak małych prądów pomiarowych jest możliwe dzięki temu że w dzisiejszych czasach mamy dostęp do zaawansowanych przetworników pomiarowych pozwalających dobrze odfiltrować szumy  i nawet przy małej amplitudzie sygnału pomiarowego otrzymać rzetelny wynik.

RCD:

Zasada działania tych wyłączników polega na kontroli sumy prądów płynących w obwodzie roboczym (L, N). Głównym elementem wyłącznika jest przekładnik typu Ferrantiego, Przekładu i k obejmuje wszystkie przewody zasilające, łącznic z przewodem neutralnym chronionego urządzenia, Jeżeli nie płynie żaden prąd upływowy w obwodzie zamykającym się poza przekładnikiem to suma prądów i strumieni magnetycznych jest równa zeru i wyłącznik nic działa. W przypadku uszkodzenia w urządzeniu chronionym izolacji w stosunku do części przewodzących dostępnych, połączonych z przewodem ochronnym PE część prądu zamyka się poza obwodem magnetycznym przekładni. Suma prądów płynących przez przewody zasilające objęte przekładnikiem staje się wówczas różna od zera i pod jej wpływem następuje zadziałanie wyzwalacza różnicowo-prądowego i wyłączenie  obwodu.

Przy doborze wyłączników różnicowoprądowych należy uwzględnić przy jakich rodzajach prądów różnicowych mają one prawidłowo działać. Najczęściej stosowane są wyłączniki typu AC. Ich działanie jest wystarczająco skuteczne w większości prostych instalacji.

Wyłączniki te reagują tylko na prądy różnicowe przemienne sinusoidalne, co w nowoczesnych instalacjach może okazać się niewystarczające. Dlatego też coraz częściej   stosuje się wyłączniki typu A, które zapewniają nam skuteczną ochronę w instalacjach zasilających   komputery, sieci komputerowe, urządzenia RTV i AGD. Można je stosować w instalacjach   z jednofazowymi odbiornikami I klasy ochronności (w obudowach metalowych, przystosowanych do połączenia z przewodem ochronnym PE), zasilanymi z urządzeń prostownikowych. Wyłączniki typu B zapewniają działanie przy  prądach różnicowych przemiennych sinusoidalnych i pulsujących stałych oraz przy prądach wyprostowanych.

SWZ:

Ochrona przy dotyku pośrednim przez zastosowanie samoczynnego szybkiego wyłączenia zasilaniu należy do najbardziej rozpowszechnionych sposobu w ochrony. Urządzenia ochronne powinny w bardzo krótkim czasie samoczynnie wyłączyć zasilanie obwodu lub urządzenia chronionego przy dotyku pośrednim, aby w następstwie zwarcia między częścią czynną a dowolną dostępną częścią przewodzącą spodziewane napięcie dotykowe przy dotyku części przewodzących przez człowieka nie spowodowało przepływu prądu rażeniowego wywołującego niebezpieczne skutki patofizjologiczne.

Wszystkie dostępna części przewodzące powinny być połączone uziemionym przewodem ochronnym PE lub ochronna-neutralny ni PEN oraz połączone ze sobą przewodami wyrównawczymi i uziemione indywidualnie, grupowo lub zbiorowo, zgodnie z wymaganiami określonymi dla każdego typu układu sieci W celu zmniejszeniu lub wyeliminowania możliwości, występowania napięć dotykowych między różnymi częściami przewodzącymi w każdym budynku (obiekcie budowlanym) powinny być wykonane połączenia wyrównawcze gółwne obejmujące:

-przewód ochronny obwodu rozdzielczego,

-główną szynę uziemiającą

-rury i inne metalowe urządzenia, instalacje wewnętrzne gazu. wody. centralnego ogrzewania, klimatyzacji itp„

-metalowe elementy konstrukcyjne.

Jeżeli w instalacji lub w jej części nie mogą być spełnione warunki samoczynnego wyłączania, to powinny być wykonane dodatkowe miejscowe połączenia wyrównawcze obejmujące wszystkie części przewodzące jednocześnie dostępne, a także - gdy jest to możliwe - metalowe zbrojenia konstrukcji żelbetowych. System miejscowych połączeń wyrównawczych powinien być połączony z przewodami ochronnymi wszystkich urządzeń, w tym również gniazd wtyczkowych.

Badanie rezystancji uziomu:

Metoda ta polega na porównaniu napięcia uziomowego ze spadkiem napięcia na rezystorze o regulowanej rezystancji i bezpośrednim odczycie rezystancji uziemienia, gdy ww. napięcia są sobie równe. Prąd pomiarowy wymuszony jest z prądniczki napędzanej korbką. Prądniczka ta lub inne źródło pozwalają wymuszać prąd o częstotliwości różnej od częstotliwości sieciowej, pozwalającej wyeliminować wpływ prądów błądzących częstotliwości sieciowej na wynik pomiarów. Napięcie uziomowe względem ziemi odniesienia kompensuje się spadkiem napięcia na potencjometrze „Po”. Kompensacja występuje wtedy, gdy galwanometr „Ga” wskazuje zero. Ilość działek odczytana z potencjometru dla której pomnożona przez zakres pomiarowy wyznacza wartość mierzonej rezystancji uziomu.

Ćwiczenie 2

Kompensacja indywidualna - polega na przyłączeniu baterii kondensatorów wprost do zacisków odbiornika. Moc bierną silników można kompensować do współczynnika mocy o wartości 0,90 + 0,95 przy pełnym obciążeniu, aby nic dopuścić do powstania samów/budzenia. Zjawisko samowzbudzenia silnika asynchronicznego może wystąpić po odłączeniu od sieci zespołu silnik kondensator. Podczas wybiegu zespół ten pracuje jak generator asynchroniczny, wartość napięcia na zaciskach silnika przy jego samowzbudzeniu zależy od stopnia przekompensowania - może osiągać wartość 1.6 * 1.8 napięcia znamionowego. Zjawisko samowzbudzenia jest groźne ze względu na możliwość porażenia obsługi lub uszkodzenia izolacji silnika i kondensatora. Zaletami kompensacji indywidualnej jest odciążenie całej sieci od przesyłu mocy biernej pobieranej przez odbiornik oraz brak osobnych urządzeń zabezpieczających i łączeniowych (w tym i rezystorów rozładowczych).

Kompensacja grupowa - baterie kondensatorów są połączone np. do szyn rozdzielni oddziałowych i kompensuje moc bierną odbiorników zasilanych z tej rozdzielni. W tym przypadku przewody zasilające poszczególne odbiorniki muszą przenosić moc bierną, a baterie kondensatorów muszą być wyposażone w urządzenia łączeniowe i zabezpieczające. Kompensacja ta może być stosowana na napięciu rozdzielczym wysokim i na napięciu niskim, czyli za transformatorami obniżającymi. Przy kompensacji po stronic niskiego napięcia można uzyskać zmniejszenie mocy zainstalowanych transformatorów. Moc baterii kondensatorów w tym przypadku jest mniejsza niż przy kompensacji indywidualnej.

Kompensacja centralna - bateria kondensatorów jest zainstalowana w rozdzielni głównej zakładu po stronic wysokiego lub niskiego napięcia. Włączanie i wyłączanie kondensatorów zależy od liczby pracujących odbiorników i zadanej wartości współczynnika mocy i odbywa się na ogół samoczynnie przez zastosowanie regulatora współczynnika mocy. Kompensacja centralna jest stosowana ze względu na prostotę układu i zmniejszenie trudności lokalizacji baterii kondensatorów. Przy tej kompensacji nic występuje odciążenie sieci wewnątrzzakładowej od prądów biernych i związanych z tym skutków, spełnione są natomiast tylko warunki dostawy energii elektrycznej, określone dyrektywnym współczynnikiem mocy dla całego zakładu.

Ćwiczenie 3

Zestyk niełączeniowy nieruchomy jest to zestyk, którego styki są względem siebie zawsze nieruchome; typowym przykładem takiego zestyku są połączenia śrubowe szyn.

Zestyk niełączeniowy ruchomy jest to zestyk, którego styki mogą się względem siebie przemieszczać nie tracąc połączenia elektrycznego: przykładem takiego zestyku są połączenia przegubowe w odłącznikach, zestyki rolkowe, lub ślizgowe.

Zestyki łączeniowe są zestykami rozłącznymi, w których styki przemieszczają się względem siebie powodując zamknięcie lub otwarcie obwodu elektrycznego.

Zestyki zespołowe są to zestyki łączników złożone z. połączonych równoległe zestyku podstawowego i opalnego, a niekiedy również pośredniego, współdziałające ze sobą w wykonywaniu czynności łączeniowych.

Zestyk podstawowy (główny) służy w warunkach ustalonych do przewodzenia całego

lub przeważającej części prądu w torze prądowym.

Zestyk opalny przejmuje na siebie w całości prąd wyładowania łukowego.

Zestyk pośredni jest przeznaczony do dorywczego zwierania uzwojenia elektromagnesu wydmuchowego podczas czynności łączeniowych.

1.  Co to jest rezystancja zestyków i z czego się składa ?

Rezystancja zestykowa jest to dodatkowa rezystancja jaka jest usytuowana w torze prądowym.

Rezystancje zestykową można wyrazić wzorem

Rz=Rp+Rw+Ra

gdzie: Rp - rezustancja przewężenia

Rw - rezstancja warstw nalotowych

Ra - rezystancja litego zespołu przewodnika

Rezystancja przewężenia przekroju dla przepływu prądu jest związana z mikrostrukturą powierzchni styczności. Struktura ta zmienia się w wyniku oddziaływań mechanicznych, elektrycznych i chemicznych.

Warstwy nalotowe mogą w praktyce występować przede wszystkim na powierzchniach styków zestyków pracujących z małymi siłami docisku, tj w obwodach sterowania i sygnalizacji

2. Wymagania stawiane zestykom

Wśród wymagań elektrycznych wyróżnić można:

- pomijalnie małe straty mocy w zestyku

- mała i praktycznie stała rezystancja przejścia

- odporność na erozję pod wpływem łuku elektrycznego

- minimalne różnice potencjałów elektrochemicznych w zestyku

- w stanie przewodzenia prądów roboczych nie powinna być przekraczana dopuszczalna temperatura

- podczas przewodzenia prądów zwarciowych zestyki nie mogą się szczepiąc ani trwale odkształcać

Wymagania mechaniczne stawiane zestykom można sformułować jako:

- możliwie mały i stabilny współczynnik tarcia

- duża odporność na erozję mechaniczną

- odporność na drgania i udary

- odpowiedniego przemieszczania styków ruchomych

- współdziałania ze sobą poszczególnych rodzajów styków (np. styków roboczych i opalnych)

- dostatecznego docisku w stanie styczności

3. Dlaczego zestyki się zużywają ?

Erozja mechaniczna – występuje bez udziału prądu i jest wywołana powtarzającymi się zdarzeniami oraz tarciem powierzchni stykowych. Stopień jest zazwyczaj niewielki.

Erozja elektotermiczna - wywołana zjawiskami elektrycznymi i cieplnymi podczas zamykania i otwierania zestyków. Duże gęstości prądu, powodują nagrzewanie do wysokiej temperatury i parowanie materiału stykowego oraz wyrzucanie stopionych kropli i makrocząsteczek poza zestyk. Zużycie łukowe występuje przy odpowiednio dużych wartościach napięcia i prądu. Przy wysokiej temperaturze łuku może wystąpić dodatkowo zużycie elektrochemiczne, spowodowane przez powstające związki chemiczne które w połączeniu z wodą tworzą kwasy i sole. Ten rodzaj erozji może występować szczególnie w warunkach dużego zanieczyszczenia atmosfery.

Na zużycie elektrotermiczne mogą wpływać:

- rodzaj prądu (stały, przemienny) oraz jego wartość,

- wartość napięcia,

- czas trwania wyładowania, który zależy od parametrów obwodu, a przede wszystkim od jego indukcyjności,

- ośrodek, w którym występuje wyładowanie (np. powietrze, olej),

- częstość i liczba łączeń,

Ćwiczenie 4

Fluorescencja - fotoluminescencja, w której emitowane promieniowanie optyczne powstaje w wyniku bezpośrednich przejść atomów lub cząstek z poziomu energetycznego wzbudzonego na poziom niższy, przy czym przejścia te mają na ogół miejsce nie później niż 10 ns po wzbudzeniu.

Fotoluminescencja - luminescencja spowodowana pochłanianiem promieniowania optycznego, nadfioletowego lub podczerwieni.

Jarznik - osłona, która zamyka łuk elektryczny lampy.

Lampa - źródło wykonane w celu wytwarzania promieniowania optycznego, zazwyczaj widzialnego

Lampa fluorescencyjna, świetlówka a także rtęciówka niskoprężna z luminoforem - w której światło jest emitowane przez warstwę luminoforu lub kilka warstw luminoforów wzbudzonych przez promieniowanie nadfioletowe pochodzące z wyładowania.

Lampa łukowa - lampa wyładowcza, której światło jest wysyłane przez wyładowanie łukowe i /lub elektrody.

Lampa metalohalogenkowa - lampa wyładowcza dużej intensywności, w której światło jest wytwarzane głównie w wyniku promieniowania mieszaniny par-metalu i produktów rozkładu halogenków (jodki, fluorki metali).

Lampa wyładowcza - lampa, w której światło jest wytwarzane bezpośrednio lub pośrednio przez wyładowanie elektryczne w gazie, parze metalu lub mieszaninie kilku gazów i par.

Lampa o świetle mieszanym - lampa zawierająca w jednej bańce jarznik rtęciowy i żarnik, połączone szeregowo.

Luminancja - wielkość fotometryczna będąca miarą natężenia oświetlenia padającego w danym kierunku. Opisuje ilość światła, które przechodzi lub jest emitowane przez określoną powierzchnię i mieści się w zadanym kącie bryłowym. Jest to miara wrażenia wzrokowego, które odbiera oko ze świecącej powierzchni. Jednostką luminancji w układzie SI jest (cd/m²)

Luminescencja- emisja promieniowania optycznego przez atomy, cząsteczki lub jony, które dla pewnych długości fali lub pewnych obszarów widma przewyższa promieniowanie temperaturowe tego materiału w takiej samej temperaturze, w wyniku wzbudzania tych cząsteczek różnymi rodzajami energii, z wyjątkiem energii pobudzania termicznego.

Luminofor - materiał, w którym zachodzi zjawisko luminescencji.

Natężenie oświetlenia E [lx] - w danym punkcie powierzchni stosunek strumienia świetlnego dΘ padającego na elementarną powierzchnię zawierającą dany punkt, do wartości tej elementarnej powierzchni dA. W warunkach odbić rozproszonych zachodzi następujący związek między natężeniem oświetlenia na danej powierzchni a luminancją tejże powierzchni: L=p*E/pi gdzie p=wsp. odbicia powierzchniowego

Skuteczność świetlna C [lm • W-1] - stosunek strumienia świetlnego wysyłanego przez źródło do pobieranej przez nie mocy.

Sprawność energetyczna n - stosunek strumienia energetycznego wysyłanego przez źródło do pobieranej przez nie mocy.

Strumień energetyczny [W] - moc wysyłana, przenoszona lub przyjmowana w postaci promieniowania.

Strumień świetlny (fi) [lm] - wielkość wyprowadzona ze strumienia energetycznego przez ocenę działania promieniowania na normalnego obserwatora fotometrycznego CIE.

Światłość [cd] - stosunek strumienia świetlnego d(fi), wysyłanego przez źródło światła w elementarnym kącie przestrzennym obejmującego dany kierunek, do wartości tego elementarnego kąta przestrzennego: Podstawową jednostką jest kandela [cd]; 1 cd jest to światłość, jaką ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o 550 nm, którego natężenie promieniowania jest 1/683W*sr-1

Temperatura barwowa Tb [K] - temperatura ciała czarnego, którego rozkład widmowy promieniowania w zakresie widzialnym jest zgodny z promieniowaniem badanym (w takim przypadku zarówno ciało doskonale czarne, jak i badane źródło promieniowania wywołują takie same wrażenia barwy). Światło źródła o temperaturze barwowej niższej niż 3300 K określa się jako ciepłą biel, o temperaturze w zakresie 3300 - 5300 K jako neutralną biel, a powyżej 5300 K jako zimną biel (dzienną).

Trwałość źródła światła t [h] - czas do momentu jego fizycznego zniszczenia lub czas, po którym strumień świetlny źródła stanie się mniejszy od wymaganego poziomu.

Wskaźnik oddawania barw - współczynnik, który określa na ile wrażenia barw wzbudzone po oświetleniu danej kol...