Описание лабораторного стенда

 

Стенд представляет собой настольную конструкцию с вертикальной передней панелью. На лицевой панели стенда (см. Рисунок) изображена мнемосхема системы «электрическая сеть – потребители», которая содержит изображение источника питания (трехфазная сеть), фазных и защитных проводников, электропотребителей: полуактивного (корпус1), активного (корпус 2) и пассивного (корпус 3), соответствующего классу защиты I от поражения электрическим током (ГОСТ РМЭК 61140-2000).

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

Стенд позволяет моделировать два способа защиты – защитное заземление и зануление. Подключение корпусов 1 и 2 к РЕ-проводнику (зануление) или к заземляющим устройствам осущеспвляется путем соединения гибким проводом со штеккерами клемм «X1» или «Х2» с одной из соответствующих клемм «Xре1», «Xре2» или «Xзм1», «Xзм2». Реально существующие распределенные сопротивления изоляции проводов (фазных и нулевого) относительно земли изображены на мнемосхеме в виде сосредоточененых элементов – резисторов, расположенных справа ("Rae", "Rbe", "Rce", "Rne").

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

– изменение значений фазных напряжений «Uф» в диапазоне 220В±10% (не является необходимым средством для проведения лабораторных работ, может применяться для исключения получения одинаковых результатов разными группами студентов),

– изменение значений сопротивления изоляции проводов "Rae", "Rbe", "Rce", "Rne": 1; 5; 10; 20кОм,

– имитацию подключения автоматическими выключателями активного (корпус 2) и полуактивного (корпус 1) потребителей кнопками без фиксации с индикацией, соответственно S2 и S1. При нажатии на эти кнопки потребитель отключается от сети, и соответствующий светодиод гаснет. Корпус 3 является пассивным и изображен как однофазный потребитель;

– имитацию замыкания корпусов 1 и 2 на фазы соответственно «А» н «В» нажатием кнопок с фиксацией и индикацией «Sk31» и «Sk32». О замыкании корпуса при нажатии кнопки свидетельствует загорание соответствующего светодиода, при отжатии кнопки происходит размыкание корпуса от фазы, и свето диод внутри кнопки гаснет,

– изменение значений сопротивлений РЕ-проводника «RPE»: 0,1, 0,2 и 0,5 Ом (сопротивления участков «нейтраль - корпус 1» и «корпус 1 -корпус 2» условно считаются равными),

– изменение значений переходного сопротивления между корпусом 2 и зануляющим проводником «R_пер»: 0; 0,1 и 0,5 Ом,

– изменение значений сопротивления заземления корпуса 2 «R зм2»: 4; 10; 100 Ом,

– изменение значений сопротивления повторного заземления «Rпoв»: 4; 10; 100 Ом; значение R_пов =∞ означает отсутствие повторного заземления,

– имитацию обрыва РЕ – проводника тумблером «Soбp» при переводе его в нижнее положение,

– переключение режима нейтрали «глухозаземленная (переключатель «Sn» в верхнем положении) - изолированная» (переключатель «Sn» в нижнем положении) с одновременным подключением (отключением) РЕ- и N-пpoводников («Sn»).

Сопротивления заземления нейтрали «Ro» и заземления корпуса 1 «R3M1» установлены постоянными и равными 4 Ом.

Сопротивления фазных проводов «Ra, Rb, Rc» установлены постоянными и равными 0,1 Ом по каждой фазе, распределены равномерно на двух участках проводника – от нейтральной точки до корпуса 2 и после корпуса 2; на мнемосхеме изображены пунктиром.

Реальные уровни напряжений на доступных прикосновению частях стенда сотавляют не более ЗВ и не представляют опасности поражения электрическим током.

Индикация токов (Амперметр) и напряжений (Вольтметр) в моделируемой трехфазной сети, а также времени срабатывания автоматического выключателя корпуса 2 (Секундомер) осуществляется цифровыми индикаторами в нижней части стенда. Индицируемые параметры зависят от положения переключателей «А1-А2» (ток короткого замыкания и ток, стекающий с заземлителя «А1» и ток замыкания на землю через повторное заземление РЕ-проводника «А2») и «UA - UB - UC - UO - U1 -U2 - U3 - Uф» (напряжения фазных проводов, нейтральной точки, а также корпусов 1, 2, 3 относительно земли) и фазных напряжений Uф (между нулевой точкой и другими концами обмоток, цепь симметричная).

Срабатывание автоматического выключателя корпуса 2 и соответствующая индикация времени срабатывания происходят при токах свыше  200А.

По принципу работы стенд является цифровым микропроцессорным устройством, вычисляющим по соответствующим 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», расположенной справа в нижней части передней панели; показания сбрасываются нажатием кнопки «СБРОС», расположенной там же. Стенд устроен таким образом, что позволяет длительно сохранять режим замыкания фазных проводов на корпуса электропотребителей 1 и 2 и полученные при этом результаты измерений исследуемых параметров.

Т.к. только корпус 2 является активным, т.е. работающим при всех экспериментах, работа стенда осуществляется только при условии включения корпуса 2 и замыкания на землю фазы «В» (кнопка с фиксацией и индикацией «Sk32»). Если будет попытка произвести измерение при несоблюдении этого условия, на цифровых индикаторах высветится цифра «2», (напоминание о необходимости подключить и «закоротить» корпус 2).

В памяти стенда «зашиты» в основном комбинации, относящиеся к лабораторным работам в соответствии с данными «Методическими указаниями». В случае набора некоторых не предусмотренных комбинаций на цифровые индикаторы выводится символ «--».

Включение-выключение стенда производится тумблером «ВКЛ-ВЫКЛ», расположенным слева в нижней части передней панели стенда. При включении стенда загораются светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

 

Порядок выполнения работы

Задание № l. Исследовать эффективность защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.

1.1. Включить стенд, переведя тумблер "ВКЛ-ВЫКЛ" в верхнее положение; при этом должны загореться светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

1.2. Привести стенд в исходное состояние: нажать кнопку "СБРОС"; при этом сбрасываются значения предыдущего состояния стенда Нажать кнопки S2, Skз2. Регулятором напряжения сети «Uф» подобрать заданное преподавателем значение, для чего, повернув его рукоятку на некоторый угол в нужную от среднего положения сторону (значения Uф изменяются в пределах 220В±10%), нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ» и наблюдать на цифровом табло вольтметра значение Uф при соответствующем положении переключателя «Uф-UO-Ul-U2-Ш-UA-UB-UC (в данном случае крайнее левое положение). Корректировать положение регулятора, повторяя этот процесс до получения заданного значения, после чего рукоятку «Uф» не трогать во избежание изменения значения Uф. После каждого нажатия кнопки «СБРОС» не забывать включать корпус 2 (кнопка S2).

1.3. Моделировать трехфазную трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, установив переключатель "Sn" в нижнее положение.

1.4. Переключателем «SRE» установить заданные преподавателем сопротивления изоляции проводов относительно земли (например, Re =20 Ом).

1.5.Присоединить электропотребитель 2 к сети, нажав кнопку «S2». Замкнуть фазный провод В на корпус 2, нажав кнопку «Skз2». Убедиться, что на кнопках «S2» и «Skз2» горят светодиодные индикаторы.

1.6. Нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ».

1.7. Измерить вольтметром значения напряжения относительно земли корпуса 2, а также фазных проводов А, В и С, для чего последовательно переводить рукоятку вольтметра в положения u2, Ua, Ub, UC. Полученные значения напряжений занести в отчёт о лабораторной работе.

1.8. Нажать кнопку "СБРОС".

1.9. Переключателем «SRзm2» установить заданное преподавателем значение сопротивления Rзm2 заземляющего устройства (например, Rзm2 =4 Ом).

1.10. Заземлить корпус 2, для чего гибкий провод, снабженный наконечниками, подсоединить к клеммам "Х2" и "X зм2".

1.11. Присоединить электропотребитель 2 к сети, нажав кнопку «S2». Убедиться, что на кнопках «S2» и «Sk32» горят светодиодные индикаторы.

1.12. Измерить ток, стекающий в землю через заземляющее устройство, установив переключатель амперметра в положение "А1". Полученное значение тока записать в отчет.

1.13. Измерить вольтметром значения напряжений относительно земли корпуса 2, а также фазных проводов А, В и С, для чего последовательно переводить рукоятку вольтметра в положения U2, UA, Ш, UC. Полученные значения напряжений занести в отчет о лабораторной работе.

Сделать вывод об опасности прикосновения человека к корпусу электропотребителя в случае замыкания на него фазного провода при отсутствии и наличии защитного заземления. Отметить при этом влияние защитного заземления на напряжение фазных проводов сети относительно земли.

Задание №2. Исследовать напряжение на заземленном корпусе электропотребителя в зависимости от сопротивления его заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью.

2.1. Выполнить указания п.п. 1.2 - 1.5 и 1.10 (если предварительно выполнялось задание №1, то следует только проверить соответствие положений коммутационных элементов указаниям перечисленных пунктов).

2.2. Устанавливая последовательно переключателем «SR3M2» значения сопротивления заземляющего устройства R=4, 10 и 100 Ом, каждый раз производить измерение напряжения на корпусе 2 относительно земли (положение рукоятки вольтметра U2) нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ». закорочен), в противном случае выполнить требования п. 1.11. Полученные значения напряжения U2 записать в отчет.

2.3. Измерить ток, стекающий в землю через заземляющее устройство при Rзм2 = 4,10 и 100 Ом. Полученные значения тока занести в отчет.

2.4. Нажать кнопку "СБРОС".

2.5. Проанализировать зависимость опасности поражения электрическим током от сопротивления заземляющего устройства в случае прикосновения человека к заземленному корпусу.

Задание №3. Оценить опасность поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства.

3.1. Проверить соответствие состояния стенда требованиям пл. 1.2-1.4.

3.2. Подключить корпуса 1 и 2 к к заземляющим устройствам путем соединения гибкими проводами со штеккерами клеммы «X1» с клеммой «Хзм1», а клеммы «Х2» с клеммой «Хзм2».

3.3. Присоединить электропотребители – корпуса 1 и 2 к сети, нажав кнопки «S1» и «S2», при этом должны загореться соответствующие этим кнопкам светодиоды. Замкнуть фазный провод В на корпус 2, нажав кнопку «Skз2», а фазный провод А на корпус I, нажав кнопку «Skз1», при этом также должны загореться соответствующие этим кнопкам светодиоды.

3.4. Переключателем «SR3M2» установить значение сопротивления заземляющего устройства корпуса 2 Rзм2 =4 Ом.

3.5. Нажав кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ», произвести замыкание фазных проводов А и В соответственно на корпуса 1 и 2; измерить напряжения корпусов 1 и 2 относительно земли, для чего перевести рукоятку вольтметра в положения соответственно Ul и U2. Полученные значения напряжения записать в отчет.

3.6. Измерить ток, стекающий в землю через заземляющее устройство корпуса 2, при положении «А1» переключателя амперметра.

3.7. Повторно последовательно выполнить задание при значениях Rзм2 = 10 Оm и 100 Ом.

3.8. Оценить опасность косвенного прикосновения в случае двойного замыкания фаз на заземленные корпуса и ее зависимость от сопротивления заземляющего устройства.

3.9. Нажать кнопку "СБРОС".

Задание №4. Исследовать влияние защитного заземления на опасность поражения током при замыкании фазы на корпус электропотребителя, питающегося от трёхфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью.

4.1. Выполнить указание п. 1.2.

4.2. Заземлить нейтраль источника питания, подключить к нему N и РЕ - проводники, для чего установить переключатель «SN» в верхнее положение. Переключатель «SRпob» установить в положение «∞».

4.3. Выполнить указания п.п. 1.9,1.10,1.4,1.5.

4.4. Нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ».

4.5. Измерить, руководствуясь указаниями п. 1.7, напряжения относительно земли корпуса 2, нейтральной точки источника питания, проводов сети А, В, С, N. Результаты измерения занести в отчёт.

4.6. Измерить ток, стекающий на землю через заземляющее устройство, установив переключатель амперметра в положение "А1"

4.7. Выключить стенд, переведя тумблер "ВКЛ-ВЫКЛ" в нижнее положение; при этом должны погаснуть светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

4.8. Оценить в выводе эффективность применения защитного заземления в сетях с заземленной нейтралью.

Содержание отчёта о лабораторной работе

Отчёт должен содержать обработанные результаты измерений в виде таблиц, принципиальные схемы, поясняющие сущность выполненных экспериментов, а также заключение, обобщающее выводы по каждому разделу проведенных исследований.

Лабораторная работа № 15