VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

Edvardas Matkevičius, Lionginas Radzevičius

ŽMONIŲ SAUGA

LABORATORINIŲ DARBŲ

METODIKOS NURODYMAI

Vilnius 2007

2

UDK 331.4(076) Ma628 Edvardas Matkevičius, Lionginas Radzevičius. Žmonių sauga. Laboratorinių darbų metodikos nurodymai. Vilnius: Technika, 2007. 144 p.

Ši knyga yra studentams skirtos „Žmonių sauga“ disciplinos metodikos nurodymai laboratoriniams darbams atlikti, išsamiai ir šiuolaikiškai atspindintys pagrindinius žmonių apsaugos nuo elektros klausimus ir apimantys elektros ir elektronikos inžinerijos baka-laurų studijų programas. Visų 15-os leidinyje pateiktų laboratorinių darbų aprašymai bei užduotys suderinti ir visiškai atitinka firmos ELVE – Lehrsysteme GmbH specialiai studijoms skirtą laboratorinę įrangą.

Leidinys bus naudingas ne tik elektros ir elektronikos profilio bakalaurų studijoms, bet ir inžinierių kvalifikacijai tobulinti.

Leidinį rekomendavo VGTU Elektronikos fakulteto studijų komitetas Recenzavo: prof. habil. dr. Roma Rinkevičienė, prof. habil. dr. Zigmas Jankauskas VGTU leidyklos „Technika“ 935 mokomosios metodinės literatūros knyga ISBN 978-9955-28-128-3 © E. Matkevičius, 2007 © L. Radzevičius, 2007 © VGTU leidykla „Technika“, 2007

3

TURINYS

PRATARMĖ..................................................................................................5 1. ĮVADAS..................................................................................................6 2. BENDRIEJI REIKALAVIMAI ..............................................................9

2.1. LABORATORINIŲ DARBŲ ATLIKIMO TVARKA ........................................................................................9

2.2. DARBŲ EIGA IR NUOSEKLUMAS ............................................9 3. SAUGOS INSTRUKCIJA ....................................................................11

3.1. BENDRIEJI REIKALAVIMAI ....................................................11 3.2. PAVOJINGI IR KENKSMINGI VEIKSNIAI .............................11

4. VEIKSMAI PRIEŠ PRADEDANT LABORATORINĮ DARBĄ.................................................................................................12

5. VEIKSMAI ATLIEKANT DARBUS ..................................................13 6. VEIKSMAI BAIGUS LABORATORINĮ DARBĄ .............................14 7. VEIKSMAI YPATINGAIS (EKSTREMALIOS

SITUACIJOS) ATVEJAIS ...................................................................14

8. SAUGOS INSTRUKCIJOS NESILAIKYMO PADARINIAI........................................................................................15

9. LABORATORINIŲ DARBŲ ĮRANGA ..............................................15

10. BENDROJI DALIS...............................................................................18 10.1. BENDROSIOS SĄVOKOS........................................................18 10.2. APSAUGOS NUO ELEKTROS SUKELIAMŲ

PAVOJINGŲ IR KENKSMINGŲ VEIKSNIŲ BŪDAI............20 10.3. PAGRINDINĖS SĄVOKOS ......................................................21 10.4. TRIFAZIŲ TINKLŲ IKI 1000 V KLASIFIKACIJA

IR YPATUMAI...........................................................................23 10.5. ŽMOGAUS PRISILIETIMO PRIE ELEKTROS

ĮRENGINIO SROVINIŲ IR PASYVIŲJŲ DALIŲ YPATUMAI ..................................................................28

1 laboratorinis darbas. Tiesioginio prisilietimo prie įtampą turinčių dalių tyrimas..................................................................34

2 laboratorinis darbas. Netiesioginio prisilietimo prie įtampą turinčių dalių tyrimas..................................................................40

3 laboratorinis darbas. Įtaisų su sustiprinta (absoliučia) izoliacija tyrimas ....................................................................................48

4 laboratorinis darbas. Apsaugos su atskiriamaisiais apsaugos transformatoriais tyrimas ........................................................54

4

5 laboratorinis darbas. Apsauginės ir darbinės (labai žemos) įtampos tyrimas..........................................................................61

6 laboratorinis darbas. Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas: apsauga atjungiant maitinimą maksimalios srovės apsaugos įtaisu ............................................................................67

7 laboratorinis darbas. Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas: įžeminimo elektrodas (įžemiklis) .............................................72

8 laboratorinis darbas. Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas: įžeminimo varža .......................................................................81

9 laboratorinis darbas. Apsaugos priemonių TN tinkle tyrimas: apsauga išjungiant maitinimą maksimalios srovės apsaugos įtaisu ............................................................................90

10 laboratorinis darbas. Apsaugos TT tinkle testavimas: kontūro varža ..........................................................................................99

11 laboratorinis darbas. Apsaugos TT tinkle testavimas: įžeminimo varža ...................................................................................107

12 laboratorinis darbas. Maitinimo išjungimas naudojant skirtuminės srovės įtaisus.....................................................................115

13 laboratorinis darbas. Maitinimo išjungimas TT sistemoje naudojant skirtuminės srovės įtaisus ....................................................123

14 laboratorinis darbas. Skirtuminės srovės įtaisų testavimas TT sistemoje .......................................................................131

15 laboratorinis darbas. IT sistemos apsaugos priemonės: izoliacijos būsenos signalizacija naudojant izoliacijos kontrolės (monitoringo) prietaisus .......................................................138

LITERATŪRA...........................................................................................144

5

PRATARMĖ

Šiandien civilizuotas pasaulis be elektros neįsivaizduojamas. Elektros energijos reikmenų ir įrenginių naudojimas ne tik skatina technologijos pažangą, bet imama atsakingiau vertinti elektros žmo-gaus gyvybei bei sveikatai rizika. Jos suvokimas ir apsisaugojimo nuo elektros pavojaus metodų žinojimas bei nuo šių veiksnių prie-monių taikymas tapo kiekvienam žmogui neišvengiama būtinybe. Juo labiau tokios teorinės žinios ir praktiniai įgūdžiai būtini elektros inžinerijos srities specialistui.

Pastarojo laikmečio naujausi mokslo laimėjimai iš esmės keičia požiūrį susidarant elektros pavojingiems ir kenksmingiems veiksnių šaltiniams, vertinant apsaugos nuo elektros būdus ir priemones. Iki 1990 m. elektros sukeltų pavojingų ir kenksmingų veiksnių praktika buvo grindžiama sovietmečiui būdinga moksline ir metodine baze, dauguma to laikmečio vadovėlių, metodinių priemonių ir laboratori-nių darbų metodikos iš esmės yra pasenusios.

Šio leidinio autoriai turėjo tikslą parengti studentų mokymo priemonę – laboratorinių darbų disciplinos „Žmonių sauga“ metodi-ką, siekdami išsamiau ir šiuolaikiškai atspindėti saugos nuo elektros klausimus, apimdami elektros ir elektronikos inžinerijos bakalaurų studijų programas. Visų leidinyje pateiktų laboratorinių darbų apra-šymai ir užduotys suderintos ir visiškai atitinka specialiosios firmos ELVE – Lehrsysteme GmbH studijoms skirtą laboratorinę įrangą.

Leidinys gali būti naudojamas ne tik elektros ir elektronikos pro-filio bakalaurų studijoms, bet ir inžinierių kvalifikacijai kelti.

6

1. ĮVADAS

Elektros energijos gamyba ir platus jos vartojimas gali būti ver-tinamas kaip technikos pažangą skatinantis ir į žmonių gerovę orien-tuotas veiksnys, kaip didėjanti rizika nukentėti žmogui nuo elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių.

Praktiškai mąstantis žmogus suvokia, kad elektros įrenginiai pri-skiriami prie žmonių sveikatai ir gyvybei didesnio pavojaus šaltinių. Tačiau elektros ir elektronikos inžinerijos specialistui to suprasti ne- pakanka. Jo profesinė veikla reikalauja daug gilesnių šios srities teo-rinių žinių ir praktinių įgūdžių.

Siekiant sumažinti žmogaus gyvybei ir sveikatai elektros pavo-jingų ir kenksmingų veiksnių riziką, elektros įrenginių gamyba, įren-gimas ir eksploatacija yra reglamentuoti galiojančiais norminiais aktais (įstatymais, taisyklėmis, reglamentais, standartais, instrukci-jomis ir pan.).

Kaip ir kiekvieno techninio kūrinio, taip ir elektrotechninio įren-ginio naudojimas išskiriamas į keturias būsenas:

1) projektavimą; 2) gamybą; 3) įrengimą; 4) eksploatavimą. Per pirmas dvi būsenas atitinkamais kriterijais, normomis ir nuo-

statais užtikrinama, kad elektrotechninis gaminys atitiktų standartais ir kitomis normomis nustatytus saugos reikalavimus, per trečią būklę įgyvendinami nustatyti saugos reikalavimai įrengiant įrenginį, o per eksploatavimą užtikrinama, kad elektros įrenginių, kaip didesnio pavojaus šaltinių, elektros srovės pavojingų ir kenksmingų veiksnių rodikliai atitiktų norminiais aktais nustatytų leistinų normų ribas. Tam, kad elektros įrenginys veiktų, jis atitinkamais būdais ir priemo-nėmis turi būti sujungtas su elektros energijos šaltiniais. Tad api-bendrinus galima teigti, kad žmogaus apsauga nuo elektros pavojin-gų ir kenksmingų veiksnių poveikio užtikrinama:

1) projektuojant elektrotechninius gaminius; 2) juos gaminant; 3) juos įrengiant; 4) elektros įrenginius eksploatuojant;

7

5) elektros energiją gaminant, perduodant, paskirstant ir ją var-tojant;

6) atliekant elektros įrenginių eksploataciją. Pagrindiniai šaltiniai, kurių reikalavimais remiantis rengiami ap-

saugą nuo elektros reglamentuojantys norminiai aktai, yra Tarptautinės darbo organizacijos (ILO) priimti dokumentai (konvencijos ir reko-mendacijos), Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) parengti standartai (IEC standartai), Europos normų komiteto (CEN) normos (CEN normos), Europos sąjungos direktyvos ir Europos elektrotechni-nių normatyvų komiteto parengti standartai (CENELEC standartai), taip pat šalių standartai, normos, reglamentai, taisyklės ir t. t.

Šiuo metu Lietuvoje elektros įrenginių įrengimą ir jų saugią eksploataciją reglamentuoja šie norminiai aktai:

1) Lietuvos Respublikos energetikos įstatymas. Nr. IX-884 (Valstybės žinios, 2002, Nr. 56-2224);

2) LR elektros energetikos įstatymas. Nr. IX-2307 (Valstybės žinios, 2004, Nr. 107-3964);

3) Elektros tinklų kodeksas. Patv. LR ūkio ministerijos 2001-12-29 įsakymu Nr. 398 (Valstybės žinios, 2002, Nr. 3-88);

4) Elektros įrenginių eksploatavimo saugos taisyklės. Patv. LR ūkio ir aplinkos apsaugos ministerijų 2004-11-26 įsakymu Nr. 4-432;

5) Elektros įrenginių įrengimo taisyklės. Patv. LR ūkio ministe-rijos 2000-12-28 įsakymu Nr. 433/547;

6) Elektros energijos tiekimo ir naudojimo taisyklės. Patv. LR ūkio ministerijos 2005-10-07 įsakymu Nr. 4-350 (Valstybės žinios, 2005, Nr. 120-4328);

7) Elektrotechninių gaminių saugos techninis reglamentas. Patv. LR ūkio ministerijos ir Standartizacijos departamento 1999-10-19 įsakymu Nr. 351/61.

Elektros ir elektronikos inžinerijos specialisto profesinėje veik-loje nuolat tenka spręsti tiek teorinio, tiek praktinio pobūdžio saugos nuo elektros sukeliamų pavojingų ir kenksmingų veiksnių uždavi-nius. Šis leidinys, kaip tikisi jo autoriai, padės bakalaurų studijų stu-dentams įtvirtinti teorines žinias ir įgyti būsimai profesinei veiklai reikalingus praktinius įgūdžius.

8

Šiame leidinyje pateikiami elektrotechninio profilio, (bakalau-rams dėstomas elektrosaugos kursas), laboratorinių darbų tikslai, uždaviniai, jų tvarka, metodiniai nurodymai, kontroliniai klausimai, nurodoma rekomenduotini šaltiniai.

Leidinyje laboratorinius darbus pagal esmę ir turinį stengiamasi labiau pritaikyti prie Europos Sąjungoje ir Lietuvoje galiojančių norminių aktų, o jų atlikimo metodiką kiek įmanoma suderinti su eksperimentinės laboratorinės įrangos funkcinėmis galimybėmis.

9

2. BENDRIEJI REIKALAVIMAI

2.1. LABORATORINIŲ DARBŲ ATLIKIMO TVARKA

Laboratoriniai darbai atliekami ir už juos atsiskaitoma pagal iš anksto dėstytojo sudarytą ir studentams paskelbtą grafiką.

Studentai darbus atlieka pogrupiais. Grupę pogrupiais suskirsto dėstytojas.

Pogrupiai laboratorinį darbą atlieka pagal šiame leidinėlyje pa-teiktus laboratorinių darbų aprašymus.

Vienu metu visi studentų pogrupiai atlieka arba tą patį, arba skir-tingus laboratorinius darbus. Kuriuo būdu atliekami darbai, nurodo dėstytojas.

Studentas, atlikdamas tam tikrą laboratorinį darbą, turi suvokti jo užduoties tikslą ir sprendžiamus uždavinius, būti susipažinęs su jo atlikimo metodika, o atsiskaitydamas už jį, – pasirengęs atsakyti į esminius su darbu susijusius klausimus.

Studentas teisę atlikti laboratorinį darbą gali tada, kai susipažįsta su šiuo skyriumi ir darbų atlikimą reglamentuojančia saugos instruk-cija ir tai patvirtina savo parašu, taip pat įvykdo kitus dėstytojo nuro-dytus reikalavimus.

Studentas, prieš pradėdamas kiekvieną laboratorinį darbą ir jį užbaigęs, apie tai informuoja dėstytoją.

Laboratorinio darbo užduotį galima pradėti tik dėstytojui leidus. Pasišalinti nuo laboratorinio darbo užduočių atlikimo laboratori-

joje vietos be dėstytojo žinios ir leidimo draudžiama. Studentams, nesilaikantiems šiame poskyryje nustatytos tvarkos,

draudžiama atlikti laboratorinius darbus.

2.2. DARBŲ EIGA IR NUOSEKLUMAS

Kiekvieną atliekamą laboratorinį darbą sudaro 4 etapai: 1) pasiruošimas; 2) laboratorinio darbo užduoties, eksperimentų atlikimas; 3) ataskaitos įforminimas; 4) atsiskaitymas už laboratorinį darbą (gynimas). Rengiantis atlikti laboratorinį darbą studentui būtina:

10

1) perskaityti laboratorinio darbo aprašymą, suvokti jo tikslą ir uždavinius, esmę ir turinį;

2) išstudijuoti laboratorinio darbo metodiką; 3) sugebėti susieti gautus eksperimentų duomenis su atitinka-

mos literatūros šaltinių teiginiais, norminių aktų reikalavi-mais, normomis ir pan.;

4) parengti laboratorinio darbo ataskaitą. Laboratoriniai darbai atliekami vadovaujantis toliau pateiktais

laboratorinių darbų aprašymais ir atliekant juose dėstytojo nurodytų variantų užduotis.

Atliekant laboratorinį darbą, rekomenduojama laikytis šio nuo-seklumo:

1) įsigilinti į laboratorinio darbo aprašymus, numatyti priemo-nes jiems atlikti;

2) įvertinti elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių, kurie ga-li pasireikšti atliekant tam tikrą laboratorinį darbą, riziką;

3) vykdyti Saugos instrukcijos reikalavimus; 4) atlikti laboratorinio darbo užduočių nurodytus matavimus,

nubraižyti schemas, eskizus ir pan.; 5) sukaupti visus duomenis ir medžiagą, kuri bus reikalinga la-

boratorinio darbo ataskaitai; 6) apibendrinti laboratorinio darbo rezultatus; 7) suformuluoti atitinkamas išvadas. Kiekvienas atliktas laboratorinis darbas įforminamas ataskaita.

Paprastai ataskaitoje nurodoma: 1) laboratorinio darbo pavadinimas; 2) laboratorinio darbo tikslas ir uždaviniai; 3) laboratorinio darbo užduotys ir jų atlikimo nuoseklumas; 4) laboratorinio darbo rezultatai (duomenys, grafikai, schemos,

brėžiniai ir kt.); 5) išvados; 6) literatūra ir norminiai aktai, kuriais buvo naudojamasi atlie-

kant laboratorinį darbą (nurodant skyrius, punktus ir t. t.); 7) naudotos priemonės ir matavimo prietaisai (tipai, techniniai

parametrai ir kt.).

11

Atsiskaitant už laboratorinį darbą, dėstytojui pateikiama atlikto laboratorinio darbo ataskaita. Taip pat būtina atsakyti į su darbo es-me ir turiniu susijusius klausimus.

3. SAUGOS INSTRUKCIJA

3.1. BENDRIEJI REIKALAVIMAI

3.1.1. Teisė atlikti laboratorinius darbus įgyjama tik susipažinus su šia instrukcija, kai studentas apie tai pasirašo dėstytojo nurodytame žurnale. Visais kitais atvejais pradėti labora-torinį darbą draudžiama.

3.1.2. Kiekvieną laboratorinį darbą studentas gali atlikti tik dės-tytojui leidus.

3.1.3. Laboratoriniai darbai atliekami mokymo laboratorijoje tam tikriems darbams atlikti skirtose vietose.

3.1.4. Studentams, atliekantiems laboratorinius darbus, lei-džiama naudotis tik tais matavimo prietaisais, įtaisais ir priemonėmis, kurie nurodyti laboratorinių darbų aprašy-muose arba kuriuos nurodo dėstytojas. Naudotis savo nuožiūra kitais prietaisais ir priemonėmis neleidžiama.

3.1.5. Laboratoriniai darbai atliekami ne mažiau kaip trijų žmo- nių pogrupiais. Vienam studentui laboratorinį darbą lei-džiama atlikti tik dėstytojui leidus.

3.1.6. Laboratoriniai darbai atliekami laikantis visų studentui žinomų apsaugai užtikrinti būtinų reikalavimų.

3.2. PAVOJINGI IR KENKSMINGI VEIKSNIAI

3.2.1. Elektros įrenginiai, kurių kintamoji įtampa 50 V ir dau-giau, o nuolatinė – 75 V, priskiriami prie elektros srovės pavojingų įrenginių. Tokiais atvejais, siekiant išvengti su elektros traumomis susijusių nelaimingų atsitikimų, bū- tina žinoti ir privaloma laikytis „Elektros įrenginių eksp-loatavimo saugos taisyklių“, reglamentuojančių jomis nustatytas technines ir organizacines priemones, reikala-vimus.

12

3.2.2. Laboratorijos patalpose, kuriose atliekami šiame leidiny-je aprašyti laboratoriniai darbai yra elektros įrenginių, kurių didžiausia kintamoji įtampa yra iki 380 V, o nuola-tinė – iki 220 V. Tai reiškia, kad šis įtampos dydis gali lemti per žmogaus organizmą pratekančios srovės pavo-jingą dydį, dėl kurios gali įvykti nelaimingas atsitikimas.

3.2.3. Atliekant laboratorinius darbus, yra galimybė prisiliesti prie elektros srovei laidžių dalių, tarp kurių elektros kin-tamoji įtampa yra iki 380 V, žemės atžvilgiu – iki 220 V, o nuolatinė – iki 220 V. Atskirais atvejais, pavyzdžiui, dirbant su megaometru, prisilietimo įtampos dydis gali gerokai viršyti nurodytus. Todėl visada laboratorijoje eg-zistuoja rizika nukentėti nuo elektros srovės pavojingo veiksnio. Tad, atliekant čia aprašytus laboratorinius dar-bus, elektros sukeliamų pavojingų ir kenksmingų veiks-nių keliamai rizikai būtina skirti ne tik išskirtinį dėmesį, bet ir vykdyti šioje instrukcijoje, atitinkamose taisyklėse, taip pat dėstytojo nurodytus reikalavimus.

3.2.4. Tam, kad laboratorijoje būtų sumažinta elektros srovės keliama rizika, laboratorinių darbų įrenginių elektros srovei laidžios dalys, kuriomis normaliomis sąlygomis elektros srovė neteka, pavyzdžiui, paskirstymo elektros įrenginių korpusai ir pan. turi būti įnulinti (sujungti su apsauginiu nuliniu laidu, PE laidas).

4. VEIKSMAI PRIEŠ PRADEDANT LABORATORINĮ DARBĄ

4.1. Studentas, prieš pradėdamas spręsti laboratorinio darbo užduotį, privalo visiškai suvokti šį darbą ir saugiai jį įgy-vendinti, atlikti jį reikalingomis priemonėmis.

4.2. Tokiais atvejais, kai studentas ne visiškai suvokia darbo užduotį, jos esmę ir turinį arba jam yra nepakankamai aišku, kokios saugos priemonės būtinos saugiai atlikti la-boratorinį darbą, jis privalo apie tai informuoti dėstytoją. Šiuo atveju pradėti darbą leidžiama tik po to, kai dėstyto-jas išaiškina neaiškumus ir leidžia dirbti.

13

4.3. Visi neaiškumai, susiję su saugos reikalavimais, turi būti išsiaiškinami kartu su dėstytoju.

4.4. Esant bet kokioms abejonėms dėl saugos arba kitiems ne-aiškumams, pradėti spręsti laboratorinio darbo užduotį draudžiama.

5. VEIKSMAI ATLIEKANT DARBUS

5.1. Laboratorinių darbų užduotys atliekamos tuo nuoseklu-mu, kuris nurodytas laboratorinių darbų aprašymuose.

5.2. Laboratorinių darbų užduotims atlikti schemos pradeda-mos jungti ir baigiamos jungti, jų neprijungus prie įtam-pos šaltinio.

5.3. Tam, kad schema būtų prijungta prie įtampos šaltinio, kiekvienu atveju būtina informuoti dėstytoją. Šis reikala-vimas taikomas ir tais atvejais, kai per darbo laiką elekt-ros schema pakeičiama. Laboratorinio darbo įrenginį prie įtampos šaltinio įjungia dėstytojas arba, jam stebint, stu-dentas.

5.4. Laboratorinio darbo elektros schema keičiama tik išjun-gus įtampą ir atjungus laboratorinio darbo įrenginį nuo įtampos šaltinio. Atlikti perjungimus schemoje, neįvyk-džius šio reikalavimo, draudžiama.

5.5. Neleidžiama liesti įtampą turinčias srovines (aktyviąsias) elektros įrenginių dalis. Visais atvejais būtina vengti pri-siliesti prie elektros įrenginių bet kuria kūno dalimi.

5.6. Naudojant srovės transformatorius visais atvejais, prieš nutraukiant jų pirminės apvijos elektros grandinę, būtina trumpai sujungti jo antrinę (matavimo) apviją.

5.7. Būtina žinoti, kad saugos tikslais mažinti įtampą auto- transformatoriais neleidžiama.

5.8. Naudojant megaometrą būtina įsiminti, kad jo išėjimo įtampa gali siekti tūkstančius voltų.

5.9. Visais atvejais, taip pat atliekant laboratorinius darbus, įtampa tikrinama tik tam tikslui skirtais ir šios įtampos dydį atitinkančiais įtampos indikatoriais.

14

6. VEIKSMAI BAIGUS LABORATORINĮ DARBĄ

6.1. Įtampa laboratorinio darbo įrenginyje išjungiama komu- taciniu aparatu, nedelsiant po to, kai yra atliktos laborato-rinio darbo užduotys.

6.2. Laboratorinio darbo įrenginys nuo įtampos šaltinio gnyb-tų atjungiamas, dėstytojui leidus, tam numatytomis prie-monėmis, pavyzdžiui, kištuką ištraukiant iš kištukinio lizdo ir pan., kad laboratorinio darbo įrenginys atitiktų neveikiančio elektros įrenginio būseną.

6.3. Visais atvejais laboratorinio darbo schema demontuoja-ma, kai laboratorinio darbo įrenginys yra neveikiantis.

6.4. Apie laboratorinio darbo užduočių atlikimą informuoja-mas dėstytojas.

7. VEIKSMAI YPATINGAIS (EKSTREMALIOS SITUACIJOS) ATVEJAIS

7.1. Ypatingais vadinami tokie atvejai, kai įvyksta nelaimin-gas atsitikimas, kyla gaisras arba pavojingų ar kenksmin-gų veiksnių dydžiai viršija leistinas ribas ir sudaromas pavojus nelaimingam atsitikimui įvykti arba gaisrui kilti (susidaro ekstemali situacija).

7.2. Visais susidariusios ekstremalios situacijos atvejais (ypa-tingais atvejais) laboratorinių darbų atlikimas nutraukia-mas ir studentai praneša apie šią situaciją dėstytojui ir, dėstytojo vadovaujami, imasi veiksmų nukentėjusiam gelbėti arba avarinei situacijai likviduoti.

7.3. Ekstremalios situacijos atveju pagal galimybes laborato-riniuose įrenginiuose įtampa išjungiama ir, jeigu yra sau-gios sąlygos, laboratoriniai įrenginiai atjungiami nuo įtampos šaltinio. Tai gali būti atlikta ištraukiant laborato-rinių stendų maitinimo kabelių kištukus iš kištukinių liz-dų, išjungiant laboratorijos įvadinėje spintoje arba pa-skirstymo skydeliuose įmontuotus komutacinius elektros aparatus arba kitomis galimomis priemonėmis.

15

7.4. Nelaimingų atsitikimų atveju nukentėjusiajam suteikiama būtina pirmoji pagalba. Pirmiausia, jeigu per nukentėju-sio kūną teka elektros srovė, jis atpalaiduojamas nuo elektros srovės poveikio, po to, kol atvyks medicinos specialistai, patikrinama jo sveikatos būklė ir prireikus imamasi priemonių nukentėjusiojo gyvybei palaikyti arba sveikatos būklei atgauti. Tokiais atvejais, atpalaiduojant nukentėjusįjį nuo elektros srovės poveikio, būtina vado-vautis Elektros įrenginių eksploatavimo taisyklėse nuro-dytais būdais ir priemonėmis, o teikiant būtiną medicinos pagalbą nukentėjusio gyvybei išsaugoti ir įprastai sveika-tos būklei atgauti, būtina vadovautis pirmosios medicinos pagalbos elektros traumų atvejais taisyklėmis.

8. SAUGOS INSTRUKCIJOS NESILAIKYMO PADARINIAI

8.1. Studentui, nesilaikančiam šios instrukcijos reikalavimų, laboratorinių darbų atlikimas nutraukiamas ir studentas gali būti nuo laboratorinių darbų atlikimo nušalintas.

8.2. Nušalintam nuo laboratorinių darbų užduočių atlikimo studentui leidžiama atnaujinti laboratorinius darbus tik saugos srityje pakartotinai patikrinus jo žinias.

8.3. Kiekvienas studentas turi suvokti, kad asmenims, dėl ku-rių veiksmų įvyko ar galėjo įvykti nelaimingas atsitiki-mas arba kilti gaisras, įstatymais numatyta drausminė, administracinė bei baudžiamoji atsakomybė.

9. LABORATORINIŲ DARBŲ ĮRANGA

Laboratoriniai darbai atliekami naudojant ELWE – Lehrsysteme GmbH firmos serijiniu būdu gaminamą, elektros ir elektronikos inži-nerijos profesijai skirtą, šiuolaikinį mokslo lygį atitinkančią specialią sisteminę įrangą (stendą), kurios bendras vaizdas pavaizduotas 9.1 pav.

16

9.1 pav. Laboratorinių darbų stendo (lagamino) bendras vaizdas

Dėl šio universalaus įrenginio, juo galima eksperimentiškai pa-

tikrinti ir ištirti 15 įvairių, su apsauga nuo elektros susijusių, tiriamų-jų laboratorinių darbų variantų. Kiekvienam iš jų yra pateikta elekt-ros schema, imituojanti vieną ar kitą realiai galimą atvejį.

Realaus praktinio atvejo imitacijai sujungiama atitinkama elektros schema. Šio įrenginio panelio bendras vaizdas pateiktas 9.2 pav.

Laboratorinio stendo panelės bendrajame vaizde (žr. 9.2 pav.) pavaizduoti tam tikras funkcijas atliekantys įrenginio elementai:

1 – lizdas skirtas stendo maitinimo kabeliui prijungti, su šalia esančiu ON/OFF stendo maitinimo jungikliu ir kontroline (žalia) lempute;

2 – kilnojami trumpikliai (27 vnt.); 3 – lizdai, skirti suderinti matavimo prietaisų kabelių prijungimą

prie stendo; 4 – bendrasis laboratorinių schemų automatinis išjungiklis; 5 – saugikliai su besilydančiais įdėklais (tirptukais); 6 – atskirų fazių (faziniai) automatiniai išjungikliai; 7 – matavimo mygtukai; 8 – rezistorinis potenciometras, skirtas įžemėjimo varžai keisti;

17

9 – izoliacijos kontrolės įtaiso potenciometras su šalia esančiais signaliazacijos šviesos diodais;

10 – stendo laidų ir kabelių saugojimo ertmė.

1

2

3

4

5 6 7 8

9

10

9.2 pav. Laboratorinio stendo panelės bendras vaizdas

Skirtingų laboratorinių darbų (iš viso 15) elektrinės schemos su-jungiamos (keičiamos), naudojant specialius ant stendo panelės už-dedamus izoliacinius lakštus (angl. – mask):

– M1 (2414201) – 1, 2, 7 laboratoriniams darbams atlikti; – M2 (2414202) – 3 laboratoriniam darbui atlikti; – M3 (2414203) – 4 laboratoriniam darbui atlikti; – M4 (2414204) – 5 laboratoriniam darbui atlikti; – M5 (2414205) – 6, 8, 11, 13, 14 laboratoriniams darbams at-

likti; – M6 (2414205) – 9, 10, 12 laboratoriniams darbams atlikti; – M7 (2414202) – 15 laboratoriniam darbui atlikti.

18

Šis įrenginys yra jungiamas prie kintamosios 220 (230) V, 50 (60) Hz dažnio įtampos tinklo.

10. BENDROJI DALIS

Atliekant laboratorinius darbus, būtina žinoti tam tikras sąvokas, suvokti jų esmę ir turinį. Todėl toliau jos yra pateikiamos ir paaiški-namos taip, kad būtų galima atlikti laboratorinius darbus. Plačiau šios ir kitos sąvokos nagrinėjamos teoriniame kurse.

10.1. BENDROSIOS SĄVOKOS

Apsaugos nuo elektros sąvokos, kaip mąstymo turinio elementai, yra savitos tuo, kad jas ir jų žodžių junginius būtina tiksliai suprasti pagal turinį. Priešingu atveju susipainiojama. Esminis šių sąvokų bruožas yra tas, kad jos kuriamos ne tik susijusios su elektros in- žinerijos, bet ir su medicinos, inžinerinės saugos ir kitais mokslais. Plėtojant mokslą šios sąvokos ir jų apibrėžtys nuolat tikslinamos.

Parengtame leidinyje yra gausu įvairių sąvokų. Dauguma jų stu-dentams yra žinomos, tačiau dalis jų yra specifinės. Terminologiniu ir mąstymo turinio atžvilgiu jos yra labai inžinerinės veiklos sąvokos. Šiame skyrelyje pateikiamos ne tik sąvokos, bet ir jų apibrėžtys, jų aiškinimai tokios apimties, kad studentams būtų lengviau laboratori-nių darbų užduotis atlikti.

Paprastai žmogaus apsauga nuo elektros apima teisinių, organi-zacinių ir techninių priemonių visumą, skirtą žmogaus apsaugai nuo elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių, kurie sukelia žmogaus mirtį arba sutrikdo jo sveikatą.

Pagal savo prigimtį žmogaus sveikatą žalojančius elektros su-keliamus veiksnius priimta skirstyti taip: elektros srovė, elektros lankas, elektromagnetinis laukas ir statinė elektra. Kiekvienas jų, kaip žalojančio veiksnio įtaka gyvo žmogaus (taip pat gyvūno) or-ganizmui, pasireiškia skirtingai. Todėl apsaugos nuo jų būdai ir priemonės yra skirtingi. Vienas iš pavojingiausių veiksnių yra elektros srovė.

19

Elektros sukeliamų pavojingų ir kenksmingų veiksnių šaltinius ga-lima suskirstyti į gamtinius ir techninius. Gamtiniai veiksniai susida- ro dėl gamtos reiškinių, pavyzdžiui, atmosferoje susidaręs žaibas. Te-chniniais šaltiniais yra techniniai, išimtinai elektros įrenginiai.

Apsauga nuo elektros sukeliamų pavojingų ir kenksmingų veiks-nių turi būti užtikrinama techninį įrenginį projektuojant, gaminant, jį įrengiant ir eksploatuojant. Šiame elektros įrenginio procese būtina skirti jo, kaip techninio objekto, sąvokas: suprojektuotas, pagamintas, įrengtas, eksploatuojamas ir suvokti, kad techninis objektas per nurody-tą jo egzistavimą įgauna skirtingą savo išraišką: projektavimo – projek-to, gamyboje – elektrotechninio gaminio, įrengimo – įrengiamo elektro-techninio gaminio, eksploatacijos – elektros įrenginio. Apsaugos nuo elektros srityje reikalavimus nustato atitinkami projektavimą, gamybą, įrengimą ir eksploataciją techninės normos ir reikalavimai, kurie nuro-domi jas reglamentuojančiuose teisės norminiuose aktuose.

Apsaugos nuo elektros srityje ypač svarbu skirti elektrotechninio gaminio ir elektrotechninio įrenginio sąvokas.

Elektrotechninis gaminys – bet kuris objektas, skirtas elektros energijai gaminti, transformuoti, perduoti, paskirstyti ar ją naudoti. Jam keliamus reikalavimus nustato Elektrotechninių gaminių saugos techninis reglamentas. Pagal šį reglamentą elektrotechninis gaminys turi būti suprojektuotas ir pagamintas taip, kad žmonės ir naminiai gyvūnai būtų pakankamai apsaugoti nuo sužeidimo ar kitos žalos, kuriuos gali kelti tiesioginis ar netiesioginis kontaktas su elektra, ir nekeltų pavojaus žmonėms, naminiams gyvūnams ir turtui.

Kaip elektros įrenginį reikia suvokti suprojektuotą, pagamintą, pa-gal Elektros įrenginių įrengimo taisyklių reikalavimus įrengtą elektros gaminį, kuris yra prijungtas prie atitinkamos elektros įtampos šaltinio arba kuris elektros grandinę komutuojančiu aparatu arba įtampai įjungti skirtu įtaisu gali būti prijungtas prie įtampos šaltinio (kartais toks įrengi-nys vadinamas veikiančiu elektros įrenginiu).

Laboratorinių darbų metu tiriami tik tie saugos reikalavimai, ku-rie taikomi kiekvienam suprojektuotam ir pritaikytam naudoti elekt-rotechniniam gaminiui, esant ne mažesnei kaip 50 V, bet ne didesnei kaip 1000 V kintamajai elektros įtampai ir ne mažesnei kaip 75 V, bet ne didesnei kaip 1500 V nuolatinei elektros įtampai.

20

10.2. APSAUGOS NUO ELEKTROS SUKELIAMŲ PAVOJINGŲ IR KENKSMINGŲ VEIKSNIŲ BŪDAI

Elektrotechniniam gaminiui, esant ne mažesnei kaip 50 V, bet ne didesnei kaip 1 000 V kintamajai elektros įtampai ir ne mažesnei kaip 75 V, bet ne didesnei kaip 1 500 V nuolatinei elektros įtampai, žmo-nėms, naminiams gyvūnams ir turtui apsaugoti nuo kūno sužeidimo ar kitos žalos, kuriuos gali kelti tiesioginis ar netiesioginis kontaktas su elektra, ir kad nekeltų kito pavojaus, yra naudojami šie būdai:

1) apsauginis įžeminimas; 2) apsauginis įnulinimas; 3) apsauginis atjungimas; 4) apsauginis elektros tinklų atskyrimas; 5) apsauginis įtampos sumažinimas; 6) apsauginis potencialų išlyginimas; 7) apsauginių individualiosios apsaugos izoliacinių priemonių

taikymas. Kai kurie iš jų ir nagrinėjami atliekant toliau pateiktus laborato-

rinius darbus. Pateikiamos jų sąvokos. Apsauginis įžeminimas – žmonėms, naminiams gyvūnams ir

turtui apsaugoti nuo elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių elekt-ros įrenginių pasyviųjų dalių PE laidu elektros grandine tikslinis, panaudojant įžeminimo įrenginius, sujungimas su žeme.

Įnulinimas – žmonėms, naminiams gyvūnams ir turtui apsaugoti nuo elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių elektros įrenginių pasy-viųjų dalių elektros grandine tikslinis sujungimas PE arba PEN laidu.

Apsauginis atjungimas – automatinis elektros įrenginio visų fazių (visų polių) atjungimas nuo tinklo saugios elektros srovės, te-kančios per žmogaus kūną leistinu laiko intervalu, esant elektros įrenginio aktyviosios dalies susijungimui su pasyviąja dalimi arba esant nepatikimai arba pažeistai elektros įrenginio izoliacijai.

Elektros tinklų atskyrimas – apsauginis elektros energijos im-tuvo tinklo ir jį maitinančio elektros tinklo elektrinis galvaninis at-skyrimas, panaudojant skiriamuosius transformatorius.

Apsauginis įtampos sumažinimas – apsauginis žmonėms, na-miniams gyvūnams ir turtui apsaugoti nuo elektros pavojingų ir

21

kenksmingų veiksnių tikslinis elektros įrenginių įtampos sumažini-mas.

Apsauginis potencialų išlyginimas – apsauginis žmonėms ap-saugoti nuo elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių elektrinių potencialų (gali susidaryti žmogui, prisilietus prie įtampą turinčios elektros įrenginio dalies ir žmogaus), sulyginimas.

Apsauginių individualiosios apsaugos izoliacinių priemonių taikymas – tikslinis žmogaus kūno dalių izoliavimas nuo įtampą turinčių dalių individualios apsaugos apsauginėmis izoliuojančiomis priemonėmis.

10.3. PAGRINDINĖS SĄVOKOS

Literatūroje, ypač norminių aktų tekstuose, dažnai vartojami kai kurie dažnai pasitaikantys paprasti žodžiai, tačiau jų sąvokos turi būti suvokiamos vienareikšmiškai. Tai labiau svarbu elektros inžinerijos specialistui ir tam, kas siekia šią kvalifikaciją įgyti.

Žodžiai ir jų dariniai reiškia: „būtina“, „turi būti“, „reikia“ – privaloma vykdyti; „leistina“ – išimtiniais atvejais yra leidžiama (privalomos nuo-

statos išimtis); „rekomenduojama“ – rekomenduojamą, geresnį negu taisyklė-

mis ar kitu norminiu aktu numatytą privalomą būdą, sprendimą ar priemonę, tačiau vykdyti neprivalomą;

„gali būti“ – vieną iš kelių galimų variantų; „paprastai“ – įprastą rekomenduojamąjį žinomą būdą ar variantą. Visos elektrinių ir kitų dydžių vertės, pateiktos su prielinksniais

„nuo“ ir „iki“, suvokiamos „imtinai“. Aktyvioji elektros įrenginio dalis – elektros srovei laidi elekt-

rotechninio gaminio dalis, kuri elektros įrenginio normaliomis vei-kimo sąlygomis jungiama prie įtampos šaltinio ir skirta darbinei elektros srovei tekėti, pavyzdžiui, elektros mašinos apvija, elektros kabelio gysla ir pan.

Pasyvioji elektros įrenginio dalis – elektros srovei laidi elektro-techninio gaminio dalis, kuri elektros įrenginio normaliomis veikimo sąlygomis elektros grandine nesujungta su įtampos šaltiniu ir nėra skir-ta darbinei elektros srovei tekėti, tačiau pažeidus izoliaciją arba jai nu-

22

sidėvėjus, taip pat elektros įrenginių gedimų ir neįprasto veikimo sąly-gomis, ji elektros grandine susijungia su įtampos šaltiniu ir ja tokiais atvejais gali pratekėti elektros srovė, pavyzdžiui, elektros mašinos me-talinis korpusas, elektrinio šildytuvo metalinis korpusas ir pan.

Pašalinės laidžiosios dalys – ne elektros įrenginio elektros sro-vei laidžiosios dalys, pavyzdžiui, metalinė tvora, statinys su metali-nėmis konstrukcijomis ir pan., kurios gali turėti skirtingą negu neu-tralios žemės nulinis potencialas elektrinį potencialą.

Nulinio elektrinio potencialo žemė – žemės gruntas, kurio elekt-rinis potencialas yra lygus nuliui (grunto nulinio potencialo zona).

Nenulinio elektrinio potencialo žemė – žemės gruntas, kurio elektrinis potencialas nėra lygus nuliniam elektrinio žemės potencialui.

Trumpasis jungimas (sujungimas) – atsitiktinis ar tikslinis elektros srovei laidžių, skirtingą elektrinį potencialą turinčių, pavir-šių dviejose arba keliuose elektros grandinės taškuose per santykinai mažą elektrinę varžą tarpusavio susijungimas, sąlygojantis neleistinai didelių elektros srovių elektros grandine tekėjimą.

Saugi įtampa – kintamoji įtampa, neviršijanti 50 V, o nuolati-nė – neviršijanti 75 V.

Skiriamasis (apsaugos) transformatorius – saugai užtikrinti specialios paskirties skirtingos įtampos tinklams atskirti transforma-torius, kurio antrinė apvija galvaniškai atskirta ir patikimai izoliuota nuo pirminės apvijos ir nuo žemės.

Įžemėjimas – elektros įrenginio prie įtampos šaltinio prijungtų aktyviųjų dalių atsitiktinis susijungimas su įžemintomis dalimis arba su žeme.

Įžemėjimo srovės – įžemėjimo grandine ir įžemėjimo vietoje žemės gruntu tekančios elektros srovės.

Prisilietimo įtampa – elektros įtampa tarp dviejų žmogaus kūno dalių jomis liečiant skirtingą elektrinį potencialą turinčius paviršius.

Žingsnio įtampa – elektros įtampa tarp žemės arba kito skirtingą elektrinį potencialą turinčių paviršių, kuriuos kojomis liečia žmogus.

Apsauginis laidas (ženklinamas PE) – laidininkas, elektros grandi-ne sujungiantis elektros įrenginių pasyviąsias dalis su trifazio generato-riaus arba transformatoriaus tiesiogiai įžeminta neutrale kintamosios elektros įtampos tinkluose, o nuolatinės įtampos tinkluose – su įtampos šaltinio tiesiogiai įžemintu poliumi. Taikomas esant įtampai iki 1000 V.

23

Apsauginis nulinis laidas (ženklinimas PEN) – laidas, vienu metu atliekantis apsauginio laido PE ir darbinio nulinio laido N funkcijas.

Darbinis nulinis laidas (ženklinamas N) – laidininkas, trifa-ziuose kintamosios elektros įtampos tinkluose elektros grandine su-jungtas su trifazio generatoriaus arba transformatoriaus tiesiogiai įžeminta neutrale, vienfaziuose – su įžemintu apvijos tašku, o nuola-tinės įtampos tinkluose – su įžemintu viduriniu įtampos šaltinio po-liumi. Taikomas esant įtampai iki 1000 V.

10.4. TRIFAZIŲ TINKLŲ IKI 1000 V KLASIFIKACIJA

IR YPATUMAI

Tie būdai ir priemonės, su kuriomis susipažįstama atliekant šiuos laboratorinius darbus, taikomi elektros įrenginiams, kurių var-dinė kintamoji įtampa yra 50 V, o nuolatinė – 75 V.

Norint suvokti laboratoriniuose darbuose naudojamas elektrines schemas, būtina žinoti elektros tinklų iki 1000 V (žemos įtampos tinklų) klasifikaciją ir ypatumus.

Trifaziai elektros tinklai pagal neutralės elektrinį ryšį su žeme skirstomi į tinklus su įžeminta neutrale ir tinklus su izoliuota neutra-le. Pirmuoju atveju transformatoriaus neutralė yra įžeminta, o antruo-ju – ne.

Pagal Tarptautinės elektrotechnikos komisijos standartą (IEC) –364 iki 1000 V trifazės elektros tinklų sistemos, priklausomai nuo tinklo transformatoriaus neutralės elektrinio ryšio su žeme ir pasy-viųjų (elektros įrenginių elektros srovei laidžių dalių, kuriomis elekt-ros įrenginiui veikiant normaliu režimu srovė neteka) ryšio su žeme arba tinklo neutrale, skirstomos į šias grupes:

TN elektros tinklai; TT elektros tinklai; IT elektros tinklai. Čia pirmoji raidė T (lot. Terra, angl. Earth – Žemė) arba I (angl.

Isolation – izoliacija) reiškia trifazio tinklo neutralės elektros ryšį su žeme (T – įžeminta; I – izoliuota), o antroji raidė T arba N (darbinis nulinis laidas) reiškia elektros įrenginių pasyviųjų dalių ryšį su žeme (T) arba neutrale (N).

24

TN elektros tinklai dar skirstomi į: TN–C elektros tinklus; TN–S elektros tinklus; TN–C–S elektros tinklus. Pagal pateiktą klasifikaciją elektros tinklų schemos pavaizduotos

10.1–10.5 pav.

L1

L2

L3

PEN

10.1 pav. TN–C tinklas

PE

N

L1

L2

L3

10.2 pav. TN–S tinklas

25

PE

N

L1

L2

L3

PEN

10.3 pav. TN–C–S tinklas

L1

L2

L3

N

PE

10.4 pav. TT tinklas

26

L1

L2

L3

PE

10.5 pav. IT tinklas

Šiose schemose toks žymėjimas pateiktas pagal IEC 617–11

standartą: L1, L2, L3 – faziniai laidai, kurie pagal Lietuvoje galiojančias

Elektros įrenginių įrengimo taisykles (EĮĮT) ženklinami A; B; C; N – darbinis nulinis laidas (pagal EĮĮT – 0); PE – apsauginis nulinis laidas (pagal EĮĮT – „žemė“); PEN – laidininkas, vienu metu atliekantis apsauginio nulinio lai-

dininko PE ir darbinio nulinio laidininko N funkcijas. Elektrinėse schemose šie laidai gali būti ženklinami ir atitinkamais simboliais: N

- ; PE - ir PEN - . TN sistema paprastai naudojama iki 1000 V bendrosios paskir-

ties skirstomuosiuose tinkluose. TT sistema dažniausiai naudojama tinkluose, maitinančiuose te-

lekomunikacinius ir nuolatinės srovės įrenginius, taip pat įrenginius, veikiančius pavojingose ir labai pavojingose patalpose arba lauke.

IT tinklai naudojami durpynuose, karjeruose ir kitur, kur ypač griežti saugos reikalavimai, kai, esant vienos fazės įžemėjimui, ne-leistinas maitinimo nutraukimas.

Atliekant laboratorinius darbus taip pat būtina įsidėmėti ir spal-vinius šynų bei laidų ženklinimus. Pagal EĮĮT trifaziuose ir vienfa-ziuose elektros įrenginiuose šynos ženklinamos taip:

L1 (fazės A) – geltona spalva; L2 (fazė B) – žalia spalva;

27

L3 (fazė C) – raudona spalva. PE laidininko izoliacija yra geltona–žalia (dryžuota), o N – mėlyna. Nuolatinės įtampos įrenginiuose – teigiamo (+) potencialo gnybtai

arba antgaliai ženklinami raudona spalva, o neigiamo (-) – mėlyna. Trifazio asinchroninio variklio statoriaus apvijų išvadai žymimi

raidėmis: U1 (fazės A); V1 (fazės B); W1 (fazės C). Nuo tinklo sistemos priklauso apsaugos nuo elektros būdai ir

priemonės. Plačiausiai paplitusios apsaugos priemonės yra apsauginiai iš-

jungikliai, saugikliai ir automatiniai išjungikliai. Apsauginis išjungiklis (FI) reaguoja į skirtuminės (pažaidos)

srovės dydį, t. y. į L faziniu ir N darbiniu nuliniu laidu tekančių sro-vių skirtumą, todėl jungiamas prie fazinių ir darbinio nulinio maiti-nimo laidų. PE laidas jungiamas tiesiogiai prie apsaugoto įrenginio pasyviųjų dalių. FI išjungikliai vadinami skirtuminės srovės RCD (angl. residual current device) įtaisais, o RCD su maksimalios srovės atkabikliu, RCD automatiniai išjungikliai RCCB (angl. residual cur-rent circuit breaker). Paprastai tokiais 10 mA ir 30 mA atjungimo jautrio aparatais užtikrinama žmogaus apsauga nuo tiesioginio prisi-lietimo prie aktyviųjų (srovinių) elektros įrenginio dalių, o mažesnio (100 mA–500 mA) aparatais – turto apsauga nuo gaisro ir izoliacijos kontrolė.

Šie aparatai TN tinkluose neatlieka saugiklių ir automatinių jun-giklių funkcijų, todėl jie neapsaugo nuo trumpojo jungimo ir perkro-vos srovių. 10.6 pav. pateiktos tokio išjungiklio elektrinės schemos.

Plačiai paplitusi yra apsauga saugikliais. Pagrindinė saugiklių dalis yra lydusis įdėklas (tirptukas), kuriam perdegus nutraukiama elektros grandinė. Labiausiai naudojami gG (gL) taikymo klasės saugikliai. g raidė reiškia, kad saugiklis yra bendrosios paskirties ir vykdo apsaugą nuo trumpųjų jungimų bei perkrovų. G (L) raidės rodo, kad saugikliai skirti laidų ir kabelių apsaugai. Šie saugikliai išjungia grandinę maždaug po 1 val., kai tirptuko nominalioji sro-vė viršijama 2 kartus, ir po 0,2 s, jeigu viršijama 10 kartų.

28

T

1 3

2 4

N

N

L1 N

L1 N

T

1

2

3 N5

4 6 N

7

8

L1 L2 L3

L1 L2 L3 a b

T

1

2

3 N5

4 6 N

7

8

L1 L2 L3 N

L1 L2 L3 N c

10.6 pav. Apsauginio išjungiklio (FI) jungimo schemos:

a – vienfazė; b – trifazė trilaidė; c – trifazė keturlaidė

10.5. ŽMOGAUS PRISILIETIMO PRIE ELEKTROS ĮRENGINIO SROVINIŲ IR PASYVIŲJŲ DALIŲ YPATUMAI

Žmogaus kūnas elektrinių savybių atžvilgiu yra nevienodas, t. y. nevienoda vidinė sandara atskirų organų ir kūno dalių. Jų elektrinė varža ne tik skirtinga, bet ir pastovi. Žmogaus organizmui ir jo orga-nų gyvybei palaikyti vyksta sudėtingi fiziologiniai procesai. Dalis šių procesų ir atskiri organai yra valdomi elektriniais signalais. Todėl elektros poveikio žmogui (taip pat gyvūnui) mechanizmas yra pa-kankamai sudėtingas.

Išorinio poveikio sukeltas žmogaus audinių ar organo sužaloji-mas vadinamas trauma. Elektros pavojingų ir kenksmingų veiksnių

29

sukeltos traumos vadinamos elektros traumomis. Žmogaus kūnas elektros srovei yra laidus, todėl dažniausiai elektros traumas sukelia per žmogaus organizmą tekanti elektros srovė.

Jos pavojus priklauso nuo elektros srovės dydžio ir jos tekėjimo trukmės, o elektros srovės dydis – nuo įtampos dydžio ir elektrinės grandinės, kurios dalį sudaro žmogaus kūno varža, varžos.

Per žmogaus organizmą tekančios elektros srovės pavojus taip pat priklauso nuo srovės rūšies (kintamoji ar nuolatinė), tekėjimo kūnu kelio (rankos – kojos, ranka – ranka, koja – koja ir kt.).

Per žmogaus organizmą tekanti elektros srovė žmogui gali su-kelti šiluminį, cheminį, mechaninį ir biologinį poveikį.

Šiluminis poveikis pasireiškia elektriniu ir terminiu nudegimais, elektros žymėmis ir odos metalizacija.

Elektrinis nudegimas pasireiškia tuo, kad, per žmogaus orga-nizmą tekant elektros srovei, jo oda, organai ir atskiri audiniai įkaista iki nudegimą sukeliančios temperatūros.

Tekant nuolatinei elektros srovei, kūne išsiskiriantis W šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas U įtampai, I srovės stiprumui bei t laikui ir gali būti apskaičiuotas pagal Džaulio dėsnio formulę:

2W U I t I R t.= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅

Iš pateiktos formulės matyti, kad išsiskirianti šiluma yra proporcin- ga R varžai ir per kūną tekančios srovės kvadratui. Kintamosios srovės atveju turi būti įvertinamas ir elektros srovės dažnis (žr. 10.7 pav.).

Terminius nudegimus sukelia žmogaus odą ir organus veikianti elektros lanko, kurio temperatūra yra pakankamai aukšta, skleidžia-ma šiluma.

Elektros žymės susidaro odoje elektros srovės grandinėje kūno ir elektros laidininko kontaktuojančių paviršių vietose (lietimosi kūnu vietose).

Odos metalizacija – tai elektros lanku išlydyto metalo smulkiau-sių dalelių į odą įsiskverbimas.

Cheminis elektros srovės poveikis pasireiškia elektrolizės reiš-kiniais, vykstančiais kraujuje, plazmoje ir kituose organizmo skys-čiuose, taip pat kitais cheminiais pokyčiais organizmo organuose ir ląstelėse, jas veikiant stipriu elektros lanko skleidžiamu ultravioleti-nių spindulių srautu.

30

U, V

t, ms 10 20 0

Uef

i, A

U

i

10.7 pav. Įtampos ir srovės kreivės, esant 50 Hz dažniui

Mechaninis poveikis pasireiškia tuo, kad per žmogaus organiz-mą tekant elektros srovei, dėl elektrodinaminių jėgų poveikio plyšta raumenys, sausgyslės, išnyra sąnariai, atsiranda staigūs nevalingi raumenų traukuliai.

Pats sudėtingiausias yra elektros srovės, tekančios per žmogaus kūną, fiziologinis poveikis. Tai paaiškinama tuo, kad, per žmogaus kūną tekant elektros srovei, žmogaus organizme vykstantys bioelekt-riniai procesai sutrikdo organizmo normalų funkcionavimą. Tokiais atvejais dažnai sakoma, kad žmogus patyrė elektros smūgį. Tačiau Tarptautinė elektros technikos komisija (IEC) tokiais atvejais siūlo vartoti kitus terminus: elektros šokas, elektrizacija ir elektrokjucija ir pateikia jų apibrėžimus.

Elektros šokas – tai fiziopatologinis efektas, kurį sukelia tiesio-ginis arba netiesioginis išorinės elektros srovės tekėjimas kūnu. Ši sąvoka apima tiek vienpolius, tiek dvipolius tiesioginius ir netiesio-ginius kontaktus ir elektros sroves.

Visi, kuriuos ištiko elektros šokas, sakoma, kad patyrė elektrizaciją. Terminas „elektrokjucija“ reiškia poveikio elektros srove atve-

jus, kai ištinka mirtis. Esant aukštoms įtampoms (daugiau kaip 1000 V), elektros po-

veikio padariniai ir mirtis dažniausiai priklauso nuo poveikio elektros srove laipsnio ir nudegimų.

31

Esant žemoms įtampoms, mirtis yra Q elektros kiekio, pratekė-jusio per širdį, funkcija. Elektros kiekis yra proporcingas I srovei bei t laikui ir išreiškiamas formule:

Q I t.= ⋅

Esant tam pačiam elektros srovės kiekiui, padariniai taip pat pri-klauso nuo lietimosi kontaktuojančių paviršių (taškų) su kūnu vietos, srities ir pobūdžio.

Dažniausiai pasitaikantis srovės kelias (elektros grandinė) per žmogaus organizmą yra „ranka–kojos“, kaip tai pavaizduota 10.8 pav., kuriame žmogus, stovėdamas basas arba su srovei laidžių padų avalyne ant žemės, kurios elektros potencialas yra lygus 0, kaire ranka liečia laidą, kurio elektros potencialas žemės atžvilgiu nėra lygus nuliui. Šiuo atveju šios kūno dalies elektrinė varža apytikriai yra lygi 750 Ω.

10.8 pav. Srovės kelias „kairė ranka–kojos“ elektros grandinė

Esant srovės keliui „dešinė ranka–kairė ranka“ arba „ranka–koja“ šių kūno dalių elektrinė varža aytikriai yra lygi 1000 Ώ.

Žmogaus širdies bioelektrinius potencialus vaizduoja elektro-kardiogramos (EKG). EKG skiriami P, Q, R, S, T danteliai ir PQ, ST, QT segmentai (intervalai). Kiekvienas jų vaizduoja atitinkamą procesą. Pavyzdžiui, P dantelis atspindi sujaudinimo impulso plitimą

32

prieširdžiuose, T – nykstantį širdies sujaudinimą, ST – laiko tarpą, kai visa širdis yra sujaudinta.

Per žmogaus širdį tekant išorinei (kartais vadinamai technine) elekt-ros srovei šie bioelektriniai potencialai pakinta. Kartu pakinta ir kraujo-spūdis. Tokius EKG ir kraujo spūdžio pokyčius vaizduoja 10.9 pav.

Elektros srovės sukeliamo pavojaus rizika tekant kūnu nuolatinei ir kintamai elektos srovei skiriasi. Tai vaizduoja 10.10 pav.

10.10 pav. pateiktose diagramose, priklausomai nuo pratekan-čios srovės stiprio I miliamperais (mA) ir tekėjimo trukmės T milise-kundėmis (ms) išskirtos keturios zonos.

Systolė Diastolė

Skilvelių

virpėjimas

Kraujospūdis

EKG

400 ms

Systolė

P

Q S

T P

Q S

RR

40 mm HG

80

120

10.9 pav. Išorinės elektros srovės EKG ir kraujospūdžio

lemiančius pokyčius vaizduojančios kreivės

1 zona vaizduoja žmogaus organizmu tekant elektros srovei di-desnių pojūčių nesukeliančią sritį.

2 zona vaizduoja žmogaus organizmu tekant elektros srovei per santykinai mažą laiką didesnių pokyčių nesukeliančią sritį, tačiau ilgiau tekant, ji tampa pavojinga, kadangi sukelia rankų, kartais krū-tinės raumenų, nevalingus traukulius, taip pat kvėpavimo organų veiklos sutrikimus.

3 zona vaizduoja žmogaus organizmu tekančios elektros srovės sukeliamą širdies skilvelių virpėjimo sritį.

4 zona vaizduoja žmogaus organizmu tekančios elektros srovės su didele tikimybe sukeliamą širdies skilvelių virpėjimą.

33

Tokiu būdu elektros srovės stiprumas ir jos tekėjimo per gyvą organizmą laikas nulemia sveikatos sutrikdymo laipsnį.

Medicinos mokslo požiūriu elektros srovės tekėjimas per organizmą yra esminis prognostinis ir terapinis faktorius. Elektros srovės paveikti audiniai ir organai kai kuriais atvejais gali būti paveikti negrįžtamai.

1 2 3 4

10 000

5 000

2 000

1 000

500

200

100

50

20

10

T (ms)

5 10000 5000 2000 1000 500 200 100 50 20 10210,50,20,1

I, mA a

1 2 3 4

10 000

5 000

2 000

1 000

500

200

100

50

20

10

T (ms)

5 10000 5000 2000 1000 500 200 100 50 20 10210,50,20,1

I, mA

b

10.10 pav. Nuolatinės ir kintamosios elektros srovės poveikio

sukeliamą riziką vaizduojančios diagramos: a – nuolatinė;

b – kintamoji

34

1 LABORATORINIS DARBAS

Tiesioginio prisilietimo prie įtampą turinčių dalių tyrimas

Darbo tikslas

Ištirti elektros srovės pavojų, tiesiogiai prisilietus prie įtampą tu-rinčių dalių, ir išsiaiškinti tam tikrų faktorių įtaką pavojaus laipsniui.

Darbo eiga

1. Prisilietimas prie dviejų fazių (linijinės įtampos)

1 užduotis

1. Sujungti bandymo schemą, kaip parodyta 1 pav. Prijungti labo-ratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

AV

2,2

RF

1,5 A (15 A) 1 A (10 A)

RP

2,4 k

UB

∆I

L1

L2

L1

L2

EF

1 pav. Tarpfazinio (linijinio) tiesioginio prisilietimo schema

35

2. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (jeigu šviečia šviesos diodas), ir išmatuoti prisilietimo įtampos bei srovės, tekan-čios per žmogų, vertes: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT? Srovė, tekanti per žmogų, I∆?

Rezultatas

Žmogaus gyvybei yra pavojus, nes jis yra prisilietęs prie liniji-nės įtampos apie 40 V, iš tikrųjų – 400 V. Taigi prisilietimo įtampa yra apie 10 kartų didesnė negu išmatuota laboratoriniame stende. Šitokia situacija gali pasitaikyti ir realiame gyvenime.

Srovė, kuri teka per žmogų, yra pavojinga jo gyvybei. Šios sro-vės stiprumas priklauso nuo rankų sąlyčio su linijiniais elektros sis- temos varžos laidais. Eksperimente panaudota ekvivalentinė žmo-gaus rankų varža RP yra lygi 2,4 kΩ. Srovė, tekanti per žmogų, skai-čiuojama pagal tokią formulę:

;R

UI

P

N=

∆ (1)

čia UN – maitinimo tinklo (linijinė, fazinė) įtampa, V; RP – ekvivalentinė žmogaus rankų varža, Ω.

2 užduotis

3. Patikrinti matavimų rezultatus, apskaičiuojant srovę, tekančią per žmogų, pagal (1) formulę. Srovė, kurios stiprumas siekia 25 mA, gali būti mirtinai pavojinga žmogui.

2. Prisilietimas prie vienos fazės (fazinės įtampos)

4. Šiuo atveju žmogus priliečia, pvz., šilumos radiatorių, kuris tie-siogiai susijęs su žeme (įžemintas) ir vieną elektros sistemos fazinį laidą (fazę). Sujungti 2 pav. parodytą bandymo schemą:

36

AV

2,2

RF

1,5 A (15 A) 1 A (10 A)

RP

2,4 k

UT

∆I

L1

L2

L1

L2

EF

2 pav. Fazinio tiesioginio prisilietimo schema

Viena ranka žmogus yra sujungtas su faze L1, o kita – ne su faze L2, tačiau su šilumos radiatoriumi ir kartu su žeme EF.

3 užduotis

5. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (jeigu šviečia šviesos diodas), ir išmatuoti prisilietimo įtampos bei srovės, tekan-čios per žmogų, vertes: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT? Srovė, tekanti per žmogų, I∆?

Rezultatas

Šiuo atveju žmogui taip pat yra pavojus. Įtampos vertė yra ma-žesnė negu ankstesniuoju atveju, tačiau ji siekia apytiksliai 23 V (iš tikrųjų 230 V) ir yra neabejotinai per didelė.

37

Srovė taip pat yra silpnesnė už pirmo eksperimento srovės vertę. Kad ir kiek būtų ši srovė stipresnė už 25 mA vertę, žmogui yra labai rimtas pavojus!

Kitas bandymas parodo, jog pavojus išlieka labai didelis įsivaiz-duojamoje situacijoje, kai žmogus atsitiktinai paliečia L1 fazę ir įže-mintą šilumos radiatorių, tačiau šį kartą jo rankos yra drėgnos. Tokiu atveju žmogaus varža apytiksliai yra lygi RP = 510Ω.

4 užduotis

6. Pakeisti žmogaus rankų varžą RP = 510Ω ir išaiškinti, ar žmogui gresia pavojus (jeigu šviečia šviesos diodas), ir išma-tuoti prisilietimo įtampos bei srovės, tekančios per žmogų, vertes: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT? Srovė, tekanti per žmogų, I∆?

Rezultatas

Prisilietimo įtampa yra tokia pati kaip ir ankstesniuose ban- dymuose. Tačiau srovė yra didesnė, nes ji priklauso nuo rankų prisi-lietimo varžos, todėl žmogui gresia labai didelis pavojus.

3. Laiko faktorius

Ankstesniuose bandymuose buvo aišku, jog srovė per žmogų te-kėjo ilgą laiką, t. y. mažiausiai 1 sekundę. 25 mA ar stipresnė srovė yra pavojinga gyvybei? Tačiau pavojus žmogaus gyvybei priklauso ne tik nuo srovės stiprumo, bet ir nuo laiko, per kurį tekėjo ši srovė. Per trumpą laiko tarpą žmogus gali priimti sroves, kurios neviršija 25 mA vertės. 3 pav. iliustruoja ryšį tarp srovės stiprumo, laiko, per kurį teka srovė, bei pavojaus žmogui.

38

50

100

200

500

1

2

50 100 150 200 250 300

nepavojinga

labai pavojinga

pavojinga

Poveikio laikas

ms

s

∆I , mA

0

3 pav. Elektros srovės pavojaus priklausomybė

nuo srovės stiprumo ir laiko, per kurį teka srovė

5 užduotis

7. Panaudojant 3 pav. diagramą, nustatyti maksimalų laiko tar- pą, per kurį 3 užduotyje išmatuota srovė turėtų būti atjungta, kad taptų nepavojinga. Būtina naudoti tikrąsias (realiąsias) elektros sistemos vertes, kurios užrašytos skliaustuose.

Rezultatas

3 užduotyje srovės stiprumas tikrojoje sistemoje siekė 100 mA vertę. Pagal 3 pav. diagramą maksimali laiko vertė turi būti apytiks-liai iki 200 ms, norint išvengti rimtesnių, pavojų gyvybei gresiančių, situacijų.

Ši vertė nustatoma taip (žr. 4 pav.): nuo srovės I∆ ašies 100 mA atžymos reikia kilti vertikaliai į viršų iki susikirtimo su pavojingos zonos plotu, po to sukti nuo susikirtimo vietos horizontaliai į kairę, iki susikirtimo su laiko ašimi t. Čia ir randama laiko vertė.

I∆, mA

39

200 ms

100 mA∆I

0

t

nepavojinga

pavojinga

labai pavojinga

4 pav. Maksimalios laiko vertės nustatymas

Šis pavyzdys rodo, jog žmogui, netyčia prisilietusiam prie elekt-ros tinklų dalių, turinčių įtampą, galima išvengti pavojaus, akimirks-niu išjungus įtampą. Šiuo principu pagrįstas automatinių išjungiklių, kuriuose srovei padidėjus per labai trumpą laiką automatiškai išjun-giama įtampa, veikimas.

Ilgiausiai srovė gali tekėti per žmogų 0,2 s.

40

2 LABORATORINIS DARBAS

Netiesioginio prisilietimo prie įtampą

turinčių dalių tyrimas

Darbo tikslas

Ištirti elektros srovės pavojų, netiesiogiai prisilietus prie įtampą turinčių dalių, ir išsiaiškinti atskirų faktorių įtaką pavojaus laipsniui.

1. Įtaisas, neturintis gedimų

1 pav. schemą atitinka tokia praktinė situacija: stalinė lempa, ne-turinti apsauginio nulinio laido (apsauginio įnulinimo), stovi šiek tiek drėgnoje patalpoje (pvz., sodo namelio verandoje). Lempos vartoja-ma galia yra 60 W, esant 230 V maitinimo įtampai. Žmogus, atėjęs į patalpą, paima metalinį lempos gaubtą ir jį stumia.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

RP

2,4 k

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RV

820

21

RC

5,1

lempa su metaliniu

gaubtu

1 pav. Įtaiso be gedimų ekvivalentinė bandymo schema

41

Vietoje lempos yra naudojamas RV = 820 Ω rezistorius. Elektros tinklo linijos varža RLine = 2,2 Ω yra lygiai tokio pačio didumo, kaip ir elektros sistemos įžeminimo varža RF = 2,2 Ω. Žmogaus varža tarp kojos ir rankos yra RP = 2,4 kΩ. Žmogus yra basas, todėl kontakto su žeme varža RC = 5,1 Ω yra labai maža. Šią praktinę situaciją vaiz-duoja 1 pav. ekvivalentinė bandymo schema.

1 užduotis

1. Sujungti bandymo schemą, kaip parodyta 1 pav. Prijungti labo-ratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

2. Išmatuoti įtampą UV (1 ir 2 gnybtai) apkrovos varžoje RV. Žmogaus makete stebėti šviesos diodą (šviečiantis raudonai šviesos diodas signalizuoja apie gresiantį pavojų tariamam žmogui).

Rezultatas

Apkrova per mažą linijos varžą RLine sujungta su elektros linijos laidais L1 ir N. Apkrovos įtampa turi būti maždaug apie 23 V (tikroji 230 V). Žmogaus makete esantis šviesos diodas nešviečia ir taria-mam žmogui pavojus negresia, todėl kad įtaisas (stalinė lempa) netu-ri gedimų (apkrovos įtampa nepatenka į metalinį lempos gaubtą). Šviesos diodas pradeda šviesti tada, kai įtampa tarp tariamo žmogaus rankos ir kojos arba tarp abiejų rankų siekia 5 V (iš tikrųjų 50 V). Šviesos diodas šviečia tada, kai tariamo žmogaus gyvybei gresia pavojus. Užduotyse žmogaus maketo šviesos diodo indikatorius nau-dojamas elektros srovės pavojui išaiškinti.

2. Įtaisas, turintis gedimą ir galintis sukelti mirtiną pavojų

Įtaisas, kuriame įvyko gedimas, gali sukelti mirtiną pavojų žmo-gui, kai jis prisiliečia prie įtaiso dalių, turinčių įtampą. Įtaiso gedimas dažniausiai pasireiškia tuo, kad apkrovos įtampa, pažeidus izoliaciją, patenka į srovei laidžias dalis, kurias gali paliesti žmogus. Atsiradus gedimui, varža tarp apkrovos, turinčios apkrovos įtampą, ir srovei

42

laidžių dalių, gali sumažėti iki vos kelių omų arba išvis pasidaryti lygi nuliui. Ši varža žymima RS.

2 užduotis

3. Jungiant rezistorių, RS = 10 Ω; tarp įtaiso (lempos) apkrovos 2 gnybto ir lempos gaubto sudaryti trumpojo jungimo gran-dinę, atsiradusią įvykus gedimui (izoliacijos pažeidimui), kaip parodyta 2 pav.

4. Stebėti šviesos diodą ir išmatuoti prisilietimo įtampą UT, kuri krinta ant tariamo žmogaus varžos RP: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

5. Pašalinti rezistorių RS ir sujungti įtaiso (lempos) apkrovos 1 gnybtą su lempos gaubtu. Stebėti šviesos diodą ir išmatuoti prisilietimo įtampą: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RV

820

21

RC

5,1

RS

RP

2,4 k

lempa su metaliniu

gaubtu

2 pav. Sugedusio įtaiso ekvivalentinė bandymo schema

43

Rezultatas

Pirmajame bandyme, sudarius trumpojo jungimo grandinę tarp 2 gnybto ir gaubto, buvo užfiksuota, jog tariamam žmogui grėsė rimtas pavojus. Įtampos dydis patvirtino rezultatus, kadangi prisilietimo įtampa yra artima maitinimo (tinklo) įtampai: UT = 23 V (iš tikrųjų 230 V). Šiam bandymui ekvivalentinė sujungimų schema pateikta 3 pav.

Antrajame bandyme įtaiso apkrovos 1 gnybto sujungimas su gaubtu nėra pavojingas žmogui. Tai parodo įtampa UT = 0 V.

Šie bandymai patvirtina gerai žinomą praktikoje faktą, jog elekt-ros sistemoje esantį pavojų sukelia „fazė“ (2 gnybtas arba laidas L1), tuo tarpu tiesioginio pavojaus „žemė“ (1 gnybtas arba laidas N) ne-sukelia.

RV

820

21

RS

10

asmuo

N L

3 pav. Ekvivalentinė sujungimų schema su

maža susijungimo varža

3. Įtaisas, turintis gedimą su didele susijungimo varža

Įtaisas, turintis gedimą su didele RS = 1 kΩ susijungimo varža tarp apkrovos fazinio gnybto ir srovei laidžių dalių, taip pat yra pavojingas.

3 užduotis

6. Jungiant rezistorių RS = 1 kΩ, tarp įtaiso (lempos) apkrovos 2 gnybto ir lempos gaubto sudaryti trumpojo jungimo grandinę,

44

atsiradusią įvykus gedimui (izoliacijos pažeidimui), kaip pa-rodyta 2 pav.

7. Stebėti šviesos diodą ir išmatuoti prisilietimo įtampą UT, kuri krinta ant tariamo žmogaus varžos RP: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Šviesos diodas dega, todėl žmogui vis dar gresia pavojus. Kodėl kyla pavojus žmogui, galima išsiaiškinti, pasinaudojant bandymo sujungimų ekvivalentine schema, kuri pateikta 4 pav.

RLine

RV

RS

RF

RC

RP

820

2,2 1 k

2,2 5,1

2,4 kUN

UT

UN

RS

1 k RP

2,4 k

UT

4 pav. Ekvivalentinė sujungimų schema su didele

susijungimo varža

Nepaisant mažų varžų RLine, RF ir RC, galima gauti paprastesnę ekvivalentinę schemą, pagal kurią prisilietimo įtampa skaičiuojama taip:

P

T N

P S

RU U .

R R=

+

(1)

4 užduotis

8. Suskaičiuoti prisilietimo įtampą pagal (1) formulę ir gautąją vertę palyginti su bandymo duomenimis. Jeigu prisilietimo įtampa daug didesnė už 10 V (iš tikrųjų 100 V) ribą, tai reiš-kia, kad žmogui gresia tikras pavojus.

45

4. Paviršiaus išorinė izoliacija

Bandymai su įtaisu, kuriame yra defektas (pažeista izoliacija), parodė, jog žmogui gresia didelis pavojus, kai įtampa patenka į neap-saugotą, srovei laidžią, dalį. Tačiau nuo gresiančio pavojaus vis dėlto imanoma apsisaugoti, panaudojant paviršiaus išorinę izoliaciją. Pa-viršiaus išorinė izoliacija reiškia, kad kontakto tarp žmogaus ir pavir-šiaus, ant kurio stovi žmogus, RC varža yra didesnė, naudojant spe-cialią grindų izoliacinę dangą. Ši situacija nagrinėjama kitame bandyme.

5 užduotis

9. Bandymo schemoje (žr. 2 pav.) įjungti kontakto varžą RC = 10 kΩ. Srovė tekės per srovei laidžią, neapsaugotą, dalį (tarp įtaiso apkrovos 2 gnybto ir gaubto), kurios varža RS = 10 Ω.

10. Išaiškinti, ar šviesos diodas signalizuoja apie pavojų žmogui ir išmatuoti prisilietimo įtampos UT sumažėjimą varžoje RP: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Šis bandymas rodo, jog paviršiaus išorinė izoliacija tinkamai ap-saugo žmogų nuo didelės prisilietimo įtampos. Tokia paviršiaus išo-rinė izoliacija yra naudinga tik tuomet, kai neįmanoma prisiliesti prie įžemintų įrenginio dalių (pvz., įžeminto šilumos radiatoriaus). Prie- šingu atveju patalpoje negalima naudoti apsaugai vien tik paviršiaus išorinę izoliaciją. Tai galima patikrinti, prijungus kitą – dešinę ranką 2 pav. schemoje su paviršiaus išorine izoliacija prie įžeminimo EF. Šviesos diodas šviečia, signalizuodamas apie pavojų.

5. Gedimo įtampa ir srovė

Įtampos sumažėjimas tarp žmogaus kūno ir žemės arba skirtingų žmonių kūnų, įvykus įrenginio gedimui (esant pažeistai izoliacijai), vadinamas gedimo įtampa U∆. Ši įtampa atsiranda tarp įtaiso ir elekt-

46

ros sistemos įžeminimo, kaip įtampos kritimas nuosekliai sujungtose žmogaus kūno RP ir kontaktinėje RC varžose (žr. 5 pav.).

Prisilietimo įtampa atsiranda tuomet, kai žmogus prisiliečia prie sugedusio (sumažėjusi izoliacijos varža) įtaiso neapsaugotų srovei laidžių dalių. Ši įtampa yra įtampos sumažėjimas žmogaus kūno RP varžoje, kai per žmogų teka gedimo srovė. Prisilietimo įtampa yra gedimo įtampos dalis. Prisilietimo įtampa sumažinama, panaudojant paviršiaus išorinę izoliaciją, ir taip išvengiama pavojaus žmogaus gyvybei.

Skirtumą tarp gedimo ir prisilietimo įtampų galima išsiaiškinti pasitelkus 5 pav. pavaizduotą schemą, kurioje įvyko izoliacijos pa-žeidimas, jai sumažėjus iki RS = 10 Ω vertės, kai paviršiaus išorinė izoliacija yra RC = 1 kΩ.

Prisilietimo įtampa matuojama tarp įtaiso metalinio korpuso, į kurį pateko įtampa pažeidus izoliaciją bei prie kurio prisilietė žmo-gus, ir paviršiaus, ant kurio stovi žmogus, turintis RP varžą.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RV

820

21

RC

10 k

lempa su metaliniu

gaubtu

RS

RP

2,4 k

VV

10

∆U UT

5 pav. Sugedusio įtaiso ekvivalentinė bandymų

schema tekant srovei

47

Gedimo įtampa matuojama tarp metalinio korpuso ir elektros si-stemos tinklo ET įžeminimo taško.

6 užduotis

11 Sujungti bandymo schemą, kaip parodyta 5 pav. 12. Išmatuoti gedimo ir prisilietimo įtampas:

Gedimo įtampa U∆? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Prisilietimo įtampa išlieka tokia pati, kaip ir 5 užduotyje, todėl kad trumpojo jungimo grandinės dalies ir paviršiaus išorinės izoliaci-jos varžų vertės nepakito. Gedimo įtampa praktiškai lygi sistemos maitinimo įtampai, todėl kad fazinis laidas L1 sujungtas su neapsau-gota srovei laidžia įrenginio dalimi (metaliniu korpusu).

7 užduotis

13. Pašalinti paviršiaus išorinę izoliaciją, kontakto varžą RC. 14. Išmatuoti gedimo ir prisilietimo įtampas:

Gedimo įtampa U∆? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Gedimo ir prisilietimo įtampos tapo vienodos. Gedimo įtampa yra prisilietimo įtampos vertė, kurią ji blogiausiu atveju pasiekia, kai visiškai panaikinama paviršiaus išorinė izoliacija.

48

3 LABORATORINIS DARBAS

Įtaisų su sustiprinta (absoliučia) izoliacija tyrimas

Darbo tikslas

Ištirti įtaisų, turinčių sustiprintą (absoliučią) izoliaciją, pavojų ir išsiaiškinti atskirų faktorių įtaką pavojaus dydžiui.

Darbo eiga

1. Įtaisai su sustiprinta (absoliučia) izoliacija

Absoliuti izoliacija naudojama elektros įtaisuose kaip apsaugos priemonė, nenaudojant apsauginio nulinio (PE) laido. Visiškai izo-liuotame įtaise visos jo dalys, kuriomis gali tekėti elektros srovė, yra nepriekaištingai izoliuotos atitinkamomis izoliacinėmis medžiago-mis, todėl negali būti paliestos. Jeigu dangą sudaro metalinės dalys, tai izoliuoti tarpikliai visiškai atskiria ją nuo tų dalių, kur gali tekėti srovė.

Labai geras pavyzdys yra namų reikmėms naudojamas elektrinis gręžtuvas (vadinamoji „drelė“). Didesnė gaubto dalis (ar visas gaub-tas) yra pagaminta iš izoliacinio plastiko. Metalinė pavaros dėžutė, kurioje fiksuojamas grąžtas, yra visiškai izoliuota nuo variklio. Bet kuris variklio velenas yra atskirtas nuo elektros plastiko tarpine arba variklio rotoriaus dantratis yra pagamintas iš izoliacinės medžiagos. Tuo atveju, kai srovė teka per srovei laidžias variklio dalis, nei pava-ros dėžutėje, nei metaliniame grąžte srovės nėra. Kitaip tariant, visiš-kai izoliuotais įtaisais, dalimis, prie kurių galima prisiliesti, srovė neteka.

Absoliuti izoliacija yra pati saugiausia apsisaugojimo priemonė. Deja, ši izoliacija gali būti panaudota santykinai mažos galios įtai-suose, todėl kad izoliacinis plastikas nėra labai patikimas ir nepasi-žymi, kaip metalas, geru šilumos laidumu.

Šiuo metu absoliuti izoliacija daugiausia naudojama buitiniuose elektriniuose įtaisuose. Ji būtina kai kuriuose įtaisuose: mažuose transformatoriuose, stalinėse lempose ir portatyviniuose saugos

49

transformatoriuose, taip pat rekomenduojama kitiems įtaisams. Visi įtaisai, įrankiai, kurie naudojami laikomi rankose, turėtų būti izoliuo-ti sustiprinta (visiška) izoliacija. Visiškai izoliuoti įtaisai yra pažymė-ti sutartiniu ženklu (pagal DIN 30600).

1 užduotis

1. Kokio tipo absoliuti izoliacija yra naudojama elektriniuose buitiniuose įtaisuose ir daugelyje kitų specialiųjų įtaisų, elektros laiduose bei kabeliuose?

2. Išvardinkite įtaisų, įrankių pavadinimus, sustiprintos izoliaci-jos tipus, izoliacijų klases.

Galimi izoliacijų tipai 1 užduočiai: 1. Sustiprinta izoliacija su apdangalu; 2. Izoliacija su apsauginiu sluoksniu; 3. Izoliuotos plastmasės apdangalas, 4. Pagrindinė izoliacija su papildoma izoliacija (dviguba izolia-

cija); 5. Sustiprinta izoliacija; 6. Izoliacinė poveržlė (pvz., plastmasinė krumplinė pavara).

2. Įtaiso su sustiprinta (absoliučia) izoliacija tyrimas

Situacija yra tokia: visiškai izoliuotas rankinio valdymo elektros gręžtuvas yra sujungtas su elektros energijos tiekimo sistema. Elekt-rikas paima gręžtuvą ir taip pat liečia keletą metalinių dalių, pavyz-džiui, metalinį gręžtuvo laikiklį.

2 užduotis

3. Sujungti bandymo schemą, kaip parodyta 1 pav. Prijungti la-boratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz mai-tinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (auto- matus).

50

2,2

RF

1,5 A (15 A)

RP

2,4 k

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RLoad

15021

RC

5,1

metalas izoliacija

UT

1 pav. Visiškai izoliuoto įtaiso bandymų schema

4. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio- das, ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Savaime suprantama, kad tariamam žmogui pavojus negresia ir prisilietimo įtampos vertė lygi nuliui.

3. Visiškai izoliuotas įtaisas sujungtas su apsauginiu

nuliniu (PE) laidu

Elektrinis gręžtuvas buvo sugędęs ir suremontuotas, jame pa-keistas maitinimo kabelis. Dabar naudojamas trijų gyslų kabelis su PE laidu. PE laidas nesujungtas nei su kištukiniu lizdu, nei su elekt-riniu gręžtuvu.

Vėliau gręžtuvas vėl sugenda. Elektrikas nuima gaubtą ir pašali-na gedimus. Jis taip pat pastebi, kad PE laidas, kurio izoliacija yra

51

geltona–žalia (dryžuota), neprijungtas. Todėl elektrikas ištaiso šią „klaidą“ ir sujungia PE laidą su gręžtuvo korpusu. Toliau elektrikas vėl naudoja elektrinį gręžtuvą. Šią situaciją iliustruoja 2 pav. schema. Vienintelis skirtumas tarp 1 pav. ir 2 pav. schemų yra tas, kad PEN laidas sujungtas su metaliniu korpusu.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

RP

2,4 k

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RLoad

15021

RC

5,1

metalas

UT

PE gnybtas

geltona / žalia

izoliacija

2 pav. Įtaisas su absoliučia izoliacija ir apsauginiu

nuliniu (PE) laidu

3 užduotis

5. Sujungti schemą, kaip parodyta 2 pav., prijungiant PE laidą. Patikrinti, ar elektrikui negresia pavojus, kai jis naudoja elektrinį gręžtuvą, ir išmatuoti prisilietimo įtampą: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Prijungus PE laidą, niekas nepakito, elektrikui pavojus negresia ir prisilietimo įtampos vertė vis dar lygi nuliui. Atrodytų, kad elektri-kas pasielgė teisingai, kai jis įtaise prijungė PE laidą. Kitame bandyme matome, kad elektrikas padarė rimtą klaidą.

52

Situacija tokia: gręžtuvo maitinimo kabelis yra priveriamas durimis, todėl pramušus izoliaciją, įvyksta L1 ir PE laidų su- sijungimas (žr. 3 pav).

RLoad

150

metalas izoliacija

PE N L1

trumpasis

susijungimas

3 pav. Maitinimo kabelio gedimas pažeidus izoliaciją

4 užduotis

6. Pakeisti 2 pav. schemą, sujungiant L1 ir PE laidus (žr. 3 pav.). Patikrinti, ar elektrikui negresia pavojus, kai jis nau-doja elektrinį gręžtuvą, ir išmatuoti prisilietimo įtampą: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Dėl izoliacijos gedimo tarp L1 (fazės) ir PE (apsauginio nulio) laidų, fazinė sistemos įtampa, kurios vertė 23 V (230 V), pateko į korpuso metalinę dalį. Tariamam žmogui gresia pavojus.

Šis bandymas parodo, jog visiškai izoliuotos įrangos dalyje gali atsirasti įtampa, kai yra prijungtas PE laidas. PE laidas aplenkia izoliaciją ir įtampa atsiranda ant metalinių korpuso dalių. Todėl galioja ši pagrindinė taisyklė:

53

Niekada negalima prijungti kabelio su PE laidu

prie visiškai izoliuoto elektros įtaiso!

Elektrikas buvo labai aplaidus, prijungdamas PE laidą. Jis dirbtinai sukėlė gedimą. Šis gedimas labai pavojingas, nes pavojus gali tykoti be jokio perspėjimo apie gedimą ženklo. Gedimas nepašalintas ir pavojus žmogui išlieka.

Sistemose su skirtingomis apsaugos priemonėmis, kaip, pvz., TN elektros tinkluose, kilus tokiam gedimui, padidėja srovės pažeis-toje grandinėje ir maksimalios srovės apsaugos įtaisas atjungia įtampą. Šiuo atveju vis dėlto įtampa išliks, kol kas nors palies įtaisą ir gaus elektros smūgį. Tai neabejotinai atsitiks.

54

4 LABORATORINIS DARBAS

APSAUGOS SU ATSKIRIAMAISIAIS APSAUGOS

TRANSFORMATORIAIS TYRIMAS

Darbo tikslas

Ištirti įtaisų, naudojančių atskiriamuosius apsaugos transformato-rius, pavojų ir išsiaiškinti atskirų faktorių įtaką pavojaus dydžiui.

Darbo eiga

1. Apsauga su II klasės transformatoriumi

Tyrimo metu naudojama apkrova yra nešiojamoji lempa, sujung-ta su apsaugos transformatoriumi. Šis transformatorius yra visiškai izoliuotas (žymėjimas ). 1 pav. pavaizduota bandymų schema,

kurioje atskiriamasis apsaugos transformatorius žymimas ženklu 00

.

Esminė apsaugos ypatybė yra ta, kad apsaugos transformatorius yra visiškai izoliuotas. Jis nėra sujungtas su įžeminimo laidu. Apkrova sujungta su apsaugos transformatoriumi be įžeminimo.

1 užduotis

1. Sujungti 1 pav. schemą, naudojant transformatorių, turintį šiuos duomenis: pirminė ir antrinė įtampa 23V (230V); pilnu-tinė galia 20VA. Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos auto-matinius išjungiklius (automatus).

2. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

55

2,2

RF

1,5 A (15 A)

RP

2,4 k

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RLoad

150

21

RC

5,1

metalas izoliacija

UT

apsaugos

transformatorius

lempa

1 pav. Bandymų schema su atskiriamuoju apsaugos

transformatoriumi

Rezultatas

Savaime suprantama, kad tariamam žmogui pavojus negresia ir prisilietimo įtampos vertė lygi nuliui.

2. Apkrova sujungta su neapsaugota srovei laidžiąja dalimi

Šis bandymas parodo žmogaus apsaugą, kai apkrova yra visiškai sujungta su neapsaugota srovei laidžia įtaiso dalimi.

2 užduotis

3. Pakeisti 1 pav. schemą, pagal 2 pav. pavaizduotą trumpąjį su-sijungimą įtaiso apkrovos grandinėje.

4. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

56

RLoad

asmuo

apsaugos

transformatorius

2 pav. Trumpojo susijungimo apkrovos grandinėje schema

Rezultatas

Tariamam žmogui pavojus negresia, o prisilietimo įtampos vertė lygi nuliui. Asmuo yra apsaugotas atskiriamuoju apsaugos transfor-matoriumi, kuris atskiria abi (pirminę ir antrinę) grandines. Svarbus dalykas yra tai, kad elektros tinklas nėra sujungtas su žeme. Taip asmuo nėra susietas su tinklo įtampa, todėl nesusidaro uždaros srovės grandinės.

3. Dvi apkrovos, sujungtos su atskiriamuoju

apsaugos transformatoriumi

Šiame bandyme 2 apkrovos sujungtos su atskiriamuoju apsaugos transformatoriumi. Abiejose apkrovose pagal schemą, parodytą 3 pav., įvyko trumpasis susijungimas.

3 užduotis

5. Pakeisti 1 pav. schemą, pagal 3 pav. pavaizduotą trumpąjį su-sijungimą įtaiso apkrovos grandinėje.

6. Išaiškinti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das) ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

57

L1N

RLoad

RLoad

150 330

V

apsaugos

transformatorius

3 pav. Trumpojo susijungimo dviejų apkrovų grandinėje schema

Rezultatas

Įtampa tarp dviejų apkrovų siekia 23V (230V). Jeigu žmogus prisiliečia prie abiejų apkrovų vienu metu, tai jį veikia sistemos fazi-nė įtampa ir jo gyvybei gresia didelis pavojus.

Esant šiam trumpajam susijungimui, atskiriamojo apsaugos transformatoriaus darbas nesutrinka. Jis gali būti aptiktas ir pašalin-tas reguliarių apžiūrų metu. Jeigu tokios apžiūros nevykdomos, tai šis gedimas gali tęstis ilgą laiką, keldamas pavojų žmogaus gyvybei. Todėl būtina laikytis šios taisyklės: atskiriamieji apsaugos transfor-matoriai naudojami tik su viena apkrova.

Jeigu reikalinga prijungti keletą apkrovų, tai gali būti atlikta tik tuomet, jeigu bus laikomasi specialių nurodymų.

4. Apkrova su dvigubu trumpuoju susijungimu

Esant dvigubam trumpajam susijungimui, galima ši situacija: maitinimo kabelis suspaustas tarp metalinių durų, pažeista jo izolia-cija ir vienas laidas susijungęs su žeme, o antrasis laidas susijungęs su kilnojamosios lempos metaliniu gaubtu, kurį liečia žmogus (žr. 4 pav.).

58

RP

2,4 k

RLoad

150

apsaugos

transformatorius

4 pav. Dvigubo trumpojo susijungimo schema

4 užduotis

7. Pakeisti 1 pav. schemą, pagal 4 pav. pavaizduotą dvigubą trumpąjį susijungimą įtaiso apkrovos grandinėje.

8. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Žmogų, liečiantį kilnojamosios lempos metalinį gaubtą, veikia 23V (230V) įtampa ir jo gyvybei gresia didelis pavojus. Šis pavyz-dys rodo, kokį pavojų kelia dvigubas trumpasis susijungimas. Todėl elektros įtaisų įzoliacija turi būti reguliariai tikrinama, norint išvengti šio dvigubo trumpojo susijungimo sukelto pavojaus.

5. Ekvipotencialiniai (vienodo potencialo) sujungimai

Sujungimai, kurie suvienodina srovei laidžių dalių potencialus, vadinami ekvipotencialiniais (vienodo potencialo) sujungimais. Šie

59

sujungimai padeda išvengti dvigubo trumpojo susijungimo įtaiso apkrovos grandinėje ir su juo susijusio pavojaus.

5 užduotis

9. 1 pav. schemoje nešiojamosios lempos metalinį gaubtą su-jungti su žeme, paliekant 4 pav. pavaizduotą dvigubą trum-pąjį susijungimą įtaiso apkrovos grandinėje.

10. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio- das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT

11. Užrašyti savo pastebėjimus.

Rezultatai

Jeigu schema sujungta teisingai, tai prisilietimo įtampa turi būti lygi 0, todėl kad lempos metalinio gaubto ir žemės potencialai yra vienodi.

Automatinis fazinis išjungiklis L1 linijoje išjungia įtampą po ke-lių sekundžių. Šis bandymas parodė, kad ekvipotencialinis sujungi-mas (metalinio gaubto ir žemės) padėjo išvengti pavojaus dėl dvigu-bo trumpojo susijungimo.

Ekvipotencialiniai sujungimai būtini, dirbant ypač pavojingose patalpose, pavyzdžiui, metalinių sijų konstrukcijose, laivų korpusuo-se, triumuose, katiluose, boileriuose ir pan.

Kabelis (pvz., tipo H07RN-F) skirtas ekvipotencialiniams su-jungimams, turi būti kruopščiai paruoštas ir prijungtas išorėje, o jo skerspjūvio plotas turi būti ne mažesnis kaip 4 mm2.

Atskiriamasis apsaugos transformatorius turi būti paliktas elekt-ros srovei laidžios darbo aplinkos išorėje.

5 pav. pateiktas pavyzdys, kuriame parodyta apsaugos transfor-matoriaus vieta ir vienodo potencialo sudarymas, prijungiant ekvipo-tencialinio sujungimo kabelį tarp įrenginio (elektrinio gręžtuvo) ir srovei laidžios aplinkos (boilerio), dirbant plieniniame boileryje.

60

ekvipotencialinis

sujungimas

maitinimo kabelis

apsaugos

transformatorius

5 pav. Ekvipotencialinis sujungimas uždaroje metalinėje ertmėje

61

5 LABORATORINIS DARBAS

Apsauginės ir darbinės (labai žemos) įtampos tyrimas

Darbo tikslas

Ištirti įtaisų, naudojančių labai žemą įtampą, pavojų ir ištirti įvai-rių faktorių įtaką pavojaus dydžiui.

Įtaisuose be PE įžeminimo gnybto dažnai naudojama apsauginė

labai žema įtampa (angl. SELV-Safety Extra-Low Voltage). Ap- sauginė labai žema įtampa yra apsaugos priemonė, kai elektros gran-dinėse naudojamos nominaliosios įtampos: kintamoji (AC) iki 50 V arba nuolatinė (DC) iki 120 V be įžeminimo. Esant šioms įtampų vertėms, prisilietimo įtampa, pažeidus izoliaciją, neišauga iki neleis-tinos ribos. Kaip ir visos apsaugos priemonės be įžeminimo, ši ap-saugos priemonė taip pat apsaugo nuo pernelyg aukšto prisilietimo įtampos padidėjimo.

Apsauginė labai žema įtampa 50 V AC arba 120 V DC yra nau-dojama:

– siaurose patalpose, tokiose kaip boileriai, vandentiekio šu- liniai;

– nešiojamuose šviestuvuose, orkaitėse, plytoms džiovinti kros- nyje ir pan.

Apsauginė labai žema įtampa mažiau kaip 25 V AC arba kaip 60 V DC yra naudojama:

– pieninėse; – pieno mašinose; – gyvūnų gydymo įrenginiuose; – miniatiūriniuose transformatoriuose. Apsauginė labai žema įtampa iki 12 V AC naudojama: – dušo įrenginiuose; Apsauginė labai žema įtampa iki 6 V AC naudojama: – kai kuriuose medicinos aparatuose, tokiuose kaip zondai. Labai žemos įtampos ir miniatiūrinių transformatorių ženk-

linimas pateiktas 1 pav.

62

a b

1 pav. Transformatorių ženklinimas: a – labai

žemos įtampos; b – miniatiūrinis

Darbinė labai žema įtampa (angl. FELV-Functional Extra-Low Voltage) – tai apsaugos priemonė, kuri atitinka apsauginės labai žemos įtampos principą. Tačiau ši įtampa neatitinka visų apsauginės labai žemos įtampos sąlygų. Darbinė labai žema įtampa gali būti naudojama tik tam tikrais atvejais. Galima išskirti dvejopą darbinę labai žemą įtampą:

– su elektros izoliacija; – be elektros izoliacijos. Įrenginiuose su įžeminimu darbinės labai žemos įtampos turi tas

pačias nominaliąsias vertes, kaip ir apsauginės labai žemos įtampos atveju.

Darbo eiga

1. Įtaiso su apsaugine (labai žema) įtampa tyrimas

Elektrinis įtaisas yra rankinė lempa, sujungta su nešiojamuoju transformatoriumi, kuris kuria labai žemą 5 V (tikroji 50 V) įtampą. Šis transformatorius turi būti visiškai izoliuotas.

Tokios eksperimento schemos pavyzdys pateiktas 2 pav.

1 užduotis

1. Sujungti 2 pav. schemą, naudojant labai žemos įtampos trans-formatorių. Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos auto-matinius išjungiklius (automatus).

63

2,2

RF

1,5 A (15 A)

RP

2,4 k

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RLoad

1 k21

RC

5,1

metalas izoliacija

UT

lempa

apsaugos

transformatorius

2 pav. Eksperimento schema, kai naudojama labai žema įtampa

2. Patikrinti, ar gaunama labai žema įtampa, matuojant ją ap-

krovos rezistoriuje:

URload?

Rezultatas

Jeigu išmatuota įtampa yra apie 5 V (tikroji 50 V), tai schema sujungta teisingai.

2. Apkrovos trumpasis sujungimas su neapsaugota laidžiąja

įtaiso dalimi

2 užduotis

3. Pagal 3 pav. parodytą schemą rankinėje lempoje imituoti trumpąjį susijungimą, atliekant atitinkamą sujungimą 2 pav. schemoje.

4. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

64

RLoad

asmuo

apsaugos

transformatorius

3 pav. Trumpasis sujungimas su laidžiąja neapsaugota dalimi

Rezultatas

Šiuo atveju tariamam žmogui pavojus negresia, o prisilietimo įtampos vertė artima nuliui.

3. Apkrovos grandinės įžemėjimas išliekant trumpajam

sujungimui su laidžiąja neapsaugota įtaiso dalimi

3 užduotis

5. Pagal 4 pav. parodytą schemą rankinėje lempoje imituoti įže-mėjimą, atliekant atitinkamą sujungimą 2 pav. schemoje.

L1N

RLoad

apsaugos

transformatorius

asmuo

4 pav. Apkrovos grandinės įžemėjimas išliekant trumpajam

sujungimui su laidžiąja neapsaugota įtaiso dalimi

65

6. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Prisilietimo įtampos vertė turi būti artima antrinės transformato-riaus grandinės įtampai, kuri apytiksliai lygi 5 V (tikroji 50V), todėl žmogui pavojus negresia. Tačiau žmogus gali nukentėti nuo elektros srovės poveikio, esant kitoms nepalankioms sąlygoms. Todėl naudo-jant labai žemą įtampą, antrinė grandinė neturi būti sujungta su žeme arba su kitomis aukštos įtampos dalimis.

4. Trumpasis sujungimas su laidžiąja neapsaugota

transformatoriaus dalimi

4 užduotis

7. Transformatorius turi nehermetišką metalinį gaubtą, kurį už-liejo vanduo, patekdamas į neizuoliuotas pirminės ir an- trinės apvijų dalis ir jas sujungė tarpusavyje. Šią situaciją vaizduoja 5 pav. schema. Pagal 5 pav. parodytą schemą ran-

L1N

RLoad

apsaugos

transformatorius

asmuo

5 pav. Trumpasis susijungimas su laidžiąja

neapsaugota transformatoriaus dalimi

66

kinėje lempoje imituoti trumpąjį sujungimą, atliekant atitin-kamą sujungimą 2 pav. schemoje.

8. Išsiaiškinti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT

Rezultatas

Prisilietimo įtampa turi būti tokia pati, kaip ir sistemos pirminėje grandinėje, t. y. 23 V (tikroji 230 V), todėl žmogaus gyvybei yra pavojus. Šio atvejo turi būti išvengta bet kokia kaina. Transformato-rius turi būti labai patikimas ir atitikti griežtus standartų reikalavi-mus. Jis taip pat turi būti prijungtas taip, kad nesugestų.

Būtina atsiminti, kad dėl išnagrinėtų priežasčių labai žemos įtampos šaltiniu negali būti naudojamas autotransformatorius, kuria-me pirminė ir antrinė apvijos yra sujungtos elektra.

67

6 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas: apsauga atjungiant

maitinimą maksimalios srovės apsaugos įtaisu

Darbo tikslas

Ištirti apsaugos TT elektros tinkle, atjungiant įtampą maksimalios apsaugos įtaisu, ypatybes ir išsiaiškinti atskirų faktorių įtaką apsaugai.

TT elektros tinkluose apsaugai naudojamas įžeminimas jungiamas prie PE išvado, kaip parodyta 1 pav. Automatinis išjungiklis per tam tikrą laiką išjungia maitinimą, kai apkrovos srovė viršija nustatytą vertę.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

RP

2,4 k

L2

L2

2,2

L3

L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE L1 L2 L3N PE

UT

T T sistema

1 pav. TT elektros tinklo schema

Darbo eiga

1. Elektros tinklas su nutrauktu

darbiniu įžeminimu (EF) ir viena apkrova

1 užduotis

1. Sujungti 2 pav. schemą, kurioje trifazio asinchroninio variklio U1 statoriaus fazėje įvyko trumpasis sujungimas per nedidelę

68

varžą (RC = 330 Ω) su neįžemintu variklio korpusu. Stende pa-vaizduotą FI išjungiklį sujungti trumpai. Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

2. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Gaunama prisilietimo įtampa artima nuliui, todėl žmogui pa-vojus negresia. Kodėl taip yra? Žmogus prisilietęs prie variklio korpuso, kuris yra susijungęs per nedidelę trumpojo sujungimo varžą (RC = 330 Ω) su linijos L1 laidu. Pagal 2 pav. schemą matyti, kad sugedusi elektros grandinė neužsidaro per žmogų. Atrodo, kad neįžeminta sistema suteikia daugiau saugumo.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

RP

2,4 k

UT

RC

330

T - (-I) T sistema

2 pav. Elektros tinklo su nutrauktu darbiniu įžeminimu (EF)

ir neįžemintu vienu įrenginiu bandymo schema

69

2. Elektros tinklas su nutrauktu darbiniu įžeminimu

(EF) ir dviem apkrovomis

2 užduotis

3. Pagal 3 pav. schemą prijungti antrąją apkrovą – elektros kros-nelę. Dėl ant krosnelės išsiliejusio verdančio vandens fazėje L2 įvyko trumpasis susijungimas. Žmogus tuo pačiu metu pri-siliečia prie srovei laidaus variklio gaubto (pvz., indaplovės) ir prie krosnelės korpuso.

4. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

N

L1

RE

RP

2,4 k

L2

L3

M

PE

3

EF

U1 V1 W1 PE L1 L2 L3N PE

UT

RC

330

RC

510

3 pav. Elektros tinklo su nutrauktu darbiniu įžeminimu (EF) ir

dviem prijungtais įrenginiais bandymo schema

Rezultatas

Šioje situacijoje žmogui gresia mirtinas pavojus, kadangi apy-tiksliai prisilietimo įtampa yra 30 V (tikroji 300 V). Šį pavojų sukelia

70

variklio ir krosnelės apvijų laidininkų trumpasis sujungimas, atsitik-tinai susijęs su dviem skirtingomis fazėmis (L1 ir L2). Kad keleto neapsaugotų laidininkų trumpieji sujungimai vyktų tuo pačiu metu, nėra taip neįtikėtina, kaip gali atrodyti iš pradžių. 1 užduotyje paro-dyta, kad vieno laidininko trumpasis sujungimas pavojaus nesukelia, todėl sunkiai aptinkamas. Kai nutrauktas darbinis įžeminimas (EF), taip bus tol, kol antrasis gedimas padarys pavojų akivaizdų, todėl būtina imtis priemonių žmonėms apsaugoti.

3. Elektros tinklas su darbiniu įžeminimu (EF)

TT elektros tinkle maitinimo transformatoriaus sujungimo žvaigžde bendras taškas (neutralė) yra įžemintas. Teisinga trifazio asinchroninio variklio prijungimo prie TT elektros tinklo schema parodyta 4 pav.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1

N

L1

EF

N

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

RP

2,4 k

UT

T T sistema

4 pav. Įžeminto trifazio asinchroninio variklio prijungimo

prie TTelektros tinklo schema

71

3 užduotis

5. 4 pav. schemoje įjungti varžas RF = RE = 0 Ω. Kai schemos grandinėse nėra gedimų, šviesos diodas nedega.

6. Sudaryti visišką trumpąjį sujungimą tarp variklio U1 išvado ir jo korpuso. Užrašyti savo pastebėjimus.

7. Ištirti situaciją, kai darbinio įžeminimo varža RF = 1 Ω, o va-riklio korpuso įžeminimo varža RE = 2,2 Ω. Užrašyti savo pastebėjimus.

Rezultatas

Šiuose dviejuose bandymuose turėtų būti gauti šie pastebėjimai: – kai elektros tinklo darbinio įžeminimo RF ir variklio įžemini-

mo RE varžos lygios nuliui, įjungus sistemos įtampą, automa-tinis išjungiklis (automatas) paveikia akimirksniu. Tai reiškia, kad automatas, atsiradus visiškam trumpajam sujungimui, at-jungtų sistemos maitinimą. Žmogus, palietęs korpusą, gautų elektros šoką, tačiau labai trumpą laiko tarpą. Tiesiogiai žmo-gui pavojus negrėstų.

– kai įžeminimo varžos RF = 1 Ω ir RE = 2,2 Ω, praeina kelios minutės, kol automatas išjungia maitinimo įtampą. Per šį laiko tarpą prisilietimo įtampa viršija leistiną dydį ir žmogui gresia pavojus. Tikrovėje darbinis ir apkrovos įžeminimas visada tu-rės keleto omų varžą, netgi tuo atveju, kai sistema yra labai gerai sumontuota.

72

7 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas:

įžeminimo elektrodas (įžemiklis)

Darbo tikslas

Ištirti TT elektros tinklo įžemėjimo vietos įtampos pasiskirsty-mą, prisilietimo ir žingsnio įtampų susidarymą, išmokti suskaičiuoti įžemiklius.

1. Varžos srities apibrėžimas

Pirmajame eksperimente tiriama elektros grandinė, kurioje trifa-zio asinchroninio elektros variklio su trumpai sujungtu rotoriumi korpusas sujungtas su žeme per 1 m ilgio įžeminimo strypą. Elektros variklyje įvyko visiškas trumpasis susijungimas (U1 gnybtas susi-jungė su srovei laidžiu korpusu), kaip parodyta 1 pav.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

U1 V1 W1 PE

3

a

a5 10 15 20 25 3051015202530

E

įžeminimo

elektrodas

įžeminimo varžaRE

T T sistema

1 pav. Tiriamoji grandinė

73

Susidariusioje trumpojo jungimo elektros grandinėje yra įžemi-nimo imitatorius. Tarp įžeminimo E vietos ir įžemintos tinklo neutra-lės EF vietos susidaro tam tikra elektrinė varža. Žemės grunto rūšis yra priemolis. Įžeminimo imitatorius imituoja šios varžos kitimą, judant a kryptimi nuo E įžeminimo vietos. Taip yra modeliuojama matavimo situacija, kai papildomas matavimo elektrodas įkalamas už 5 m, 10 m, ... 30 m nuo E vietos ir tarp šio elektrodo bei įžeminimo elektrodo matuojama varža. Įžeminimo imitatorius turi lizdus, pažy-mėtus 5 m, 10 m ir t.t. Varža tarp įžeminimo E vietos (0) ir kito lizdo (5 m, 10 m... 30 m) atitinka tikrąją varžą, išmatuotą 5 m, 10 m ... 30 m atstumu nuo įžeminimo strypo įkaltos vietos, esant nurodytai grunto rūšiai.

V

aa

EF

U

E

matavimo

elektrodas

įžeminimo

elektrodas

2 pav. Matavimo principas

Pagal 1 pav. schemą galima išmatuoti įtampą, kuri atsiranda tarp

įžeminimo strypo E vietos ir matavimo elektrodo, įvykus trumpajam sujungimui elektros variklyje. Matavimo principas pavaizduotas 2 pav. Šios U įtampos priklausomybė nuo a atstumo, kuris matuoja-mas tarp E vietos ir matavimo elektrodo, pateikta 3 pav.

1 užduotis

1. Sujungti schemą su trifaziu asinchroniniu varikliu ir įžemi-nimo imituokliu, kaip parodyta 1 pav. Prijungti laboratorinio

74

stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šalti-nio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

a a

5 10 15 20 25 300

U

51015202530

3 pav. Bendroji įtampos kreivė

2. Išmatuoti įtampą tarp E ir matavimo elektrodų lizdų. Gautą-sias įtampos vertes įrašyti į 1 lentelę.

1 lentelė. Įžeminimo elektrodo įtampa, išmatuota įžeminimo imituoklyje

Atstumas a, m

0 (įžeminimo elektrodas)

5 10 15 20 25 30 EF

Įtampa U, V

2 užduotis

3. Pagal 1 lentelės duomenis, atidedant realios sistemos įtampų vertes 4 pav. grafike į kairę ir į dešinę nuo 0 vertės, nubrėžti įtampos kreivę, kaip parodyta 3 pav. Realios sistemos įtam-pos vertės yra 10 kartų didesnės už išmatuotas įžemiklio imi-tatoriuje.

75

15 5 10 20 25 30 15 510202530

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

U, V

a, ma, m 0

4 pav. Įtampos kreivės grafikas

3 užduotis

4. Panaudojant gautą įtampos grafiką, nustatyti įtampą tarp įžeminimo vietos ir taško, kuris nutolęs per 7,5 m nuo įžemi-nimo vietos:

UT = .......... V ( .......... V)

Atidėti šios įtampos vertę 4 pav. grafike.

Rezultatas

4 pav. pavaizduotoje diagramoje turėtų atsispindėti įžeminimo elektrodo sritis su maksimalia, apytikriai 230 V, įtampa. Įtampa tarp įžeminimo elektrodo ir 7,5 m taško turi būti apytikriai 160 V.

Eksperimentas parodė, kad atsiradus trumpajam susijungimui tarp įžemiklio E vietos ir sistemos neutralės EF įžeminimo vietos atsiranda 230 V įtampa. Ši įtampa „kelyje“ tarp įžemiklio ir neutralės

76

pasiskirsto netolygiai. 99 % visos įtampos tenka 25 m diametro ap-skritimui aplink įžeminimo elektrodo įkalimo E vietą.

Kaip visa tai galima būtų paaiškinti?

2. Prisilietimo įtampa

Esant didelei įžeminimo varžai, kai atsiranda nepalankios sąly-gos, gali būti gaunama didelė prisilietimo įtampa.

Kai įžemiklis yra greta įžeminto elektros variklio korpuso, o įžemiklio jungiamojo laido varža labai maža, tai, atsiradus trumpa-jam susijungimui ir prisilietus žmogui prie įžeminto korpuso, įtampa nesusidaro.

Kitu atveju, pavyzdžiui, dirbant darbininkui (staliui) su staciona-riomis elektrinėmis medžio pjovimo staklėmis, kurios yra įžemintos, tačiau kai įžemiklis yra 15 m nuo pjūklo trifazio elektros variklio, kai trumpajam susijungimui (variklio fazė susijungė su srovei laidžiu metaliniu variklio ir staklių korpusu), esant gerai izoliuotoms nuo žemės staklėms, tačiau darbininkui stovint ant srovei laidaus grunto ir jam prisilietus prie staklių korpuso, susidaro didelė prisilietimo įtampa (žr. 5 pav.).

4 užduotis

5. Nustatyti įtampą ant variklio korpuso atžvilgiu įžeminimo E vietos ir darbininko prisilietimo įtampą:

UT = .......... V ( .......... V).

Rezultatas

Prisilietimo įtampa, kurios atsiradimo priežastis yra trumpasis susijungimas, yra apytikriai 20 V (tikroji 200 V). Kodėl prisilietimo įtampa tokia didelė?

77

L1

L2

L3

M

PE

3

U1 V1 W1 PE

15 m

E

2,4 k

RP

UT

TT sistema

5 pav. Prisilietimas prie įtampą turinčių srovinių dalių

Darbininkas liečia įtampą turintį korpusą, būdamas 15 m atstu-mu nuo įžemiklio, šuntuodamas beveik visą įžeminimo varžą, todėl prisilietimo įtampa atitinkamai yra didelė.

3. Žingsnio įtampa

Darbininkas stovi 4,5 m nuo įžeminimo vietos, kai įvyksta trum-pasis susijungimas ir variklio korpuse atsiranda įtampa, tačiau jis neliečia metalinio staklių korpuso. Atstumas tarp darbininko kojų yra 1 m. Tekant srovei žeme, atsiranda sumažėjusi įtampa tarp pėdų, vadinama žingsnio įtampa, kurios susidarymas pavaizduotas 6 pav.

78

15 5 10 20 25 30 a, m

1 mŽingsnio įtampa

U, V

6 pav. Žingsnio įtampos susidarymas

5 užduotis

6. Nustatyti žingsnio įtampą pagal 4 pav. diagramą, esant 1 m žingsniui, kaip įtampų skirtumą, gautą prie 4 m ir 5 m nuoto-lio nuo įžeminimo vietos:

UStep = .......... V ( .......... V).

Rezultatas

Žingsnio įtampa 1 m atstumu, esant 4 m ir 5 m nuotoliui nuo įžeminimo vietos, apytikriai siekia 16 V. Darbininkui rimtas pavo-jus negresia.

Eksperimentas parodė, kad elektros variklio korpuso įžeminimas neapsaugo nuo didelių prisilietimo įtampų atsiradimo. Įžeminimo elektrodo vieta ir jo matmenys turi didelę reikšmę apsaugai.

4. Įžeminimo elektrodų parinkimas

Įžeminimo varža priklauso nuo grunto savitosios varžos ir įže-miklio strypo ilgio. Dažniausiai skaičiuojama, koks turi būti strypo ilgis, kad būtų pasiekta reikalinga įžeminimo varža. Apytikriai įže-minimo varžą galima apskaičiuoti pagal šią formulę:

79

E

ER ;

l

ρ=

čia E

R – įžeminimo varža, Ω; E

ρ – grunto savitoji varža, Ω m;

l – strypo ilgis, m. Esant normaliam priemolingam gruntui, molingam ir ariamam

dirvožemiui savitoji grunto varža apytikriai lygi 100 Ω · m.

6 užduotis

7. Suskaičiuoti 1 m ilgio strypo įžeminimo varžą pagal apytikrę formulę:

RE = ……….. Ω.

Rezultatas

1 m ilgio įžeminimo strypo varža apytikriai lygi 100 Ω. Šią var-žos vertę turi ir įžeminimo imitatorius laboratoriniame stende.

7 užduotis

Suskaičiuoti, kiek reikia vienodų 5 m ilgio įžeminimo strypų su-jungti lygiagrečiai, kad būtų gauta RE = 4 Ω įžeminimo varža.

Vieno 5 m ilgio įžeminimo strypo varža suskaičiuojama pagal apytikrę formulę:

E

E1R .

l

ρ=

Lygiagrečiai sujungtų n strypų skaičius:

E1

E

Rn .

R=

Rezultatas

Turi būti lygiagrečiai sujungti 5 įžeminimo strypai. Greta įžeminimo strypų naudojamos ir kitokios formos įžemini-

mo elektrodai – įžeminimo juostos. Tai plieninės juostos, kurių pa-

80

viršius padengtas cinku karštojo cinkavimo būdu. Įžeminimo strypas yra giluminis įžeminimo elektrodas, turintis taip vadinamą pilnutinį įžeminimo paviršių. Įžeminimo juostos sudaro tik pusę pilnutinio įžeminimo paviršiaus, todėl įžeminimo varžos skaičiavimo apytikrėje

formulėje naudojamas l

2 ilgis ir gaunama:

E

E

2R .

l

⋅ρ=

81

8 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos priemonių TT tinkle tyrimas: įžeminimo varža

Darbo tikslas

Ištirti TT elektros tinklo įžeminimo varžos vertės įtaką elektros srovės pavojaus dydžiui.

1. Įžemintas trifazis asinchroninis elektros variklis, esant

trumpajam susijungimui, kai į korpusą patenka įtampa

1 pav. pavaizduotoje schemoje yra įžemintas trifazis asinchroni-nis variklis, kuriame įvyko gedimas ir susijungė U1 variklio gnybtas su metaliniu korpusu, prie kurio prisilietė žmogus.

Įžeminimo varža RE = 5,1 Ω, linijinė varža RLine = 2,2 Ω ir si-stemos neutralės įžeminimo varža RF = 2,2 Ω.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

RP

2,4 k

UT

5,1

T T sistema

1 pav. Bandymo schema

82

Darbo eiga

1 užduotis

1. Sujungti 1 pav. schemą, kurioje trifazio asinchroninio varik-lio U1 statoriaus fazėje įvyko visiškas trumpasis sujungimas su įžemintu variklio korpusu. Stende pavaizduotą FI išjungik-lį trumpai sujungti. Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos auto-matinius išjungiklius (automatus).

2. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Rezultatas

Žmogui gresia pavojus, o prisilietimo įtampa siekia daugiau kaip 10 V (100 V). Ilgiau palaukus, automatinis išjungiklis išjungia elekt-ros variklio maitinimo įtampą.

Kodėl galėjo atsirasti tokia aukšta prisilietimo įtampa, kai varik-lis yra įžemintas?

2 pav. pateikta trumpojo jungimo grandinė, kuri susidaro įvykus trumpajam susijungimui 1 pav. schemoje.

RE

5,1UT

RLine

2,2

2,2

RF

EF

UN

220 V

L1

gruntas

2 pav. Trumpojo jungimo grandinė

83

Didelė prisilietimo įtampa atsiranda dėl didelės įžeminimo var-žos vertės. Didelė įžeminimo varža lemia šiuos du neigiamus padari-nius:

– padidėja prisilietimo įtampa; – sumažėja trumpojo jungimo srovė, todėl užtrunka įtampos iš-

jungimas. Efektyvi apsauga gali būti pasiekta, tik esant pakankamai mažai

įžeminimo varžos vertei, kuri gali būti surasta pagal šią formulę:

L

E

D

UR ;

I≤

čia E

R – įžeminimo varža, esant įkaltam įžemikliui (įžeminimo

elektrodo varža);

LU – limituota IEC ir VDE leistina prisilietimo įtampa – 50 V

AC arba 120 V DC ar 25 V AC bei 60 V DC;

DI – maksimalios srovės apsaugos įtaiso (automato) poveikio

srovė, kuriai esant maitinimo įtampa išjungiama ne vėliau, kaip po 5 sekundžių.

Paprastai įžeminimo varža turi būti maža. Didelė prisilietimo įtam-pa atsiranda dėl didelės įžeminimo varžos. Įžeminimo varžos skaičiavi-mo formulėje naudojama ID poveikio srovė yra didesnė už nominaliąją įtaiso srovę. Ji priklauso nuo maksimalios srovės apsaugos įtaiso išjun-gimo charakteristikos, vadinamos ampersekundine įtaiso charakteristika. Ši charakteristika gali būti pateikta lentelės pavidalu.

Pagal DIN VDA 0641 išjungimo (poveikio) srovė, maksimalios srovės apsaugos įtaisui (automatiniam išjungikliui), turinčiam B tipo išjungimo charakteristiką, koks panaudotas laboratorinio darbo ma-kete, yra ID = 50 A, esant UL = 50 V (žr. 1 lentelę). Jeigu realaus trumpojo jungimo srovė yra mažesnė, tai išjungimas trunka ilgiau.

2. Didžiausios leistinos įžeminimo varžos nustatymas

2 užduotis

3. Surasti didžiausią leistiną įžeminimo varžą panaudotam ma-kete automatiniam išjungikliui:

84

RE = …......…

RE = ………Ω

4. Suskaičiuotą įžeminimo varžą įjungti 1 pav. schemoje ir, at-likus bandymą, nustatyti: Ar žmogui gresia pavojus?

Rezultatas

Gautoji įžeminimo varžos vertė turi būti lygi 1 Ω. Įjungus šios vertės įžeminimo varžą, automatinis išjungiklis turi paveikti aki-mirksniu, t. y. ne vėliau, kaip po 5 sekundžių. Esant kitokiai trumpo-jo jungimo grandinei, gali susidaryti nepakankamo dydžio trumpojo jungimo srovė, kad automatinis išjungiklis paveiktų akimirksniu. Kadangi įžeminimo varžos vertė buvo nustatyta pagal galiojančių normų reikalavimus, tai asmuo, prisilietęs prie įtampą turinčio srovei laidaus elektros variklio korpuso, yra saugus.

3 užduotis

5. Sujungti 3 pav. schemą, kurioje trumpojo susijungimo vietoje susidaro kontaktinė varžą RC = 5,1 Ω, esant ne visiškam trumpajam susijungimui, o įžeminimo varža išlieka nepakitu-si – RE = 1 Ω.

6. Nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos dio-das), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT? Užrašyti savo pastebėjimus.

Rezultatas

Išmatuota prisilietimo įtampa gaunama apie 2,2 V (22 V), todėl nėra pavojinga. Įtampa išjungiama per tam tikrą nedidelį laiko tarpą. Apibendrinus tyrimo rezultatus, galima padaryti šias išvadas:

1. Parinkus įžeminimo varžą pagal galiojančius normų reikala-vimus, gaunamas įtampos išjungimas mažiau nei per 5 s, to-

85

dėl asmuo bus apsaugotus nuo didelės prisilietimo įtampos dėl trumpo jos išjungimo laiko.

2. Jeigu trumpojo jungimo srovė yra maža, tai įtampos išjungi-mas gali tęstis ilgai, tačiau limituotos leistinos prisilietimo įtampos – 50 V AC arba 120 V DC ar 25 V AC bei 60 V DC yra mažesnės ir žmonės bei gyvūnai bus saugūs.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

RP

2,4 k

UT

RC

5,11

T T sistema

3 pav. Trumpojo susijungimo schema, esant kontaktinei varžai

3. Įžeminimas panaudojant metalinius vandens vamzdžius

Įžeminimo varžos skaičiavimo formulė rodo, kad įžeminimo varžos vertė yra gaunama pakankamai maža, kai maksimalios srovės apsaugos įtaiso vardinė srovė yra didelė. Esant didelėms elektrinėms galioms, apsauginis įtampos išjungimas TT elektros tinkluose yra pakankamai komplikuotas, nes turi būti užtikrinta labai maža įžemi-nimo varža. Mažą įžeminimo varžą galima gauti, naudojant kaip įžeminimo įrenginį metalinius vandens vamzdynus. Vandens vamz-džio panaudojimas įžeminimui pavaizduotas 4 pav., kuriame maiti-nimo transformatoriaus neutralė ir variklio korpusas sujungti su me-taliniu vandens vamzdžiu.

86

Vandens vamzdžio varža tarp EF neutralės prijungimo taško ir E variklio korpuso sujungimo su vamzdžiu taško yra 2,2 Ω. Žmogus liečia variklio korpusą greta PE įžeminimo varžto. Atstumas tarp vamzdžio ir variklio korpuso paprastai nedidelis, todėl įžeminimo varža maža ir siekia 1 Ω.

4 užduotis

7. Sujungti 4 pav. schemą, nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos diodas), ir išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT?

Užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Asmuo nenukentės, nes trumpojo jungimo varža yra didelė, o prisilietimo įtampa mažesnė nei 2 V (20 V). Automatinis išjungiklis paveikia po ilgo laiko, išjungdamas įtampą.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

RP

2,4 k

UT

RC

5,11

RP

2,2

N

N

TT sistema

4 pav. Įžeminimas naudojant metalinį vandens vamzdį

87

5 užduotis

8. Ištirti atvejį, kai automatinis išjungiklis nepaveikia, esant vi-siškam trumpajam sujungimui (RC = 0 Ω), didelei vamzdžio varžai, lygiai 22 Ω, ir nustatyti, ar žmogui gresia pavojus (ar šviečia šviesos diodas), bei išmatuoti prisilietimo įtampos vertę: Ar žmogui gresia pavojus? Prisilietimo įtampa UT? Užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Žmogui pavojus negresia, nes prisilietimo įtampa neviršija 1 V (10 V). Tačiau pastebėta, kad gedimas išlieka, nes įtampa patenka į variklio korpusą, kadangi automatinis išjungiklis nepaveikia.

4. Trumpojo jungimo (įžeminimo elektrodo) kontūro apžvalga

Pagal 1 lentelėje pateiktus duomenis galima nustatyti maksima-lios srovės apsaugos įtaiso (automatinio išjungiklio su B tipo charak-teristika, saugiklio), turinčio nurodytą IN nominaliąją srovę, ID išjun-gimo (poveikio) srovę ir įžeminimo varžą.

Laboratorinio stendo automatinis išjungiklis, kurio IN = 10 A, esant trumpojo jungimo (poveikio) srovei ID = 50 A, išsijungs greičiau negu per 5 s. Kad šis laikas būtų užtikrintas, RE įžeminimo varža, esant UL = 50 V turi būti ne didesnė kaip 1 Ω, o esant UL = 25 V – 0,5 Ω. Lygiai taip pat nustatoma poveikio srovė ir įžeminimo varža žemos įtampos saugikliui su lydžiuoju įdėklu (tirptuku).

6 užduotis

9. Pasinaudojant įžeminimo varžos formule, suskaičiuoti leisti-ną didžiausią įžeminimo varžos vertę:

RE ≤ …....……

RE ≤ ………Ω.

88

10. 4 pav. schemoje grafiškai pavaizduoti uždarą trumpojo jun-gimo kontūrą.

1 lentelė. Išjungimo srovė ir įžeminimo varža, esant išjungimo laikui < 5 s, kai UL yra 50 V arba 25 V

Automatas su B (ankstesne L) charakteristika

Žemos įtampos saugiklis

Nominalioji

srovė, A

ID, A

RE (Ω), kai

UL yra 50 V

RE (Ω), kai

UL yra 25 V

ID, A

RE (Ω), kai

UL yra 50 V

RE (Ω), kai

UL yra 25 V

6 30 1,7 0,83 28 1,8 0,9 10 50 1,0 0,50 47 1,1 0,54 16 80 0,63 0,32 72 0,69 0,36 20 100 0,50 0,25 88 0,57 0,29 25 125 0,40 0,20 120 0,42 0,21 32 160 0,31 0,16 156 0,32 0,17 35 175 0,29 0,14 173 0,29 0,14 11. Suskaičiuoti bendrąją trumpojo jungimo kontūro varžos ver-

tę pagal formulę:

Loop Line F E P CR R R R R R= + + + + .

12. Suskaičiuoti trumpojo jungimo srovės vertę pagal šią for- mulę:

Loop

ULI∆= .

R

13. Suskaičiuoti prisilietimo įtampą pagal šią išraišką:

T E

U I R .∆

= ⋅

Rezultatas

Didžiausia leistina įžeminimo varžos vertė panaudotam automa-tiniam išjungikliui yra 1 Ω. Tai garantuoja elektros energijos tiekimo atjungimą per nustatytą maksimalų 5 s laiką. Tuo atveju, kai naudo-

89

jamas 6 A nominaliosios srovės automatinis išjungiklis, turintis B ar L tipo charakteristiką, maksimali leistina įžeminimo varžos vertė yra 1,7 Ω, ir taip pat užtikrinamas išjungimas per 5 s (žr. 1 lentelę).

Kai maitinimas nėra nutraukiamas, pavojus nekyla, nes įtampa išlieka mažesnė už

LU (50V) vertę.

Praktiškai įžeminimo varžos konkrečiuose įrenginiuose turi būti matuojamos, naudojant specialius matavimo prietaisus ir laikantis tam tikrų normatyvinių taisyklių reikalavimų.

Nors objektai yra įžeminti teisingai, tačiau reikia atsižvelgti ir į vandens vamzdynų sistemoje atsirandančius pakitimus, pavyzdžiui, dalis vamzdynų pertvarkyta metalinius vamzdžius pakeičiant plast- masiniais.

90

9 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos priemonių TN tinkle tyrimas: apsauga išjungiant

maitinimą maksimalios srovės apsaugos įtaisu

Darbo tikslas

Ištirti TN elektros tinklo apsaugą, išjungiant maitinimo įtampą maksimalios srovės apsaugos įtaisu, ir įvertinti įvairių faktorių įtaką apsaugai.

1. Eksperimentinė grandinė su trifaziu asinchroniniu varikliu

Pradžioje tiriama eksperimentinė schema, pavaizduota 1 pav., kurioje nėra trumpojo jungimo.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

N

PEN

∆U

RE

100 mm2 CU

TN - C TN - S

2,2

1 pav. Eksperimentinė schema

91

Darbo eiga

1 užduotis

1. Sujungti 1 pav. schemą, kurioje trifazio asinchroninio varik-lio maitinimo U1 gnybtas jungiamas prie variklio per RL = 22 Ω laidų varžą. Taip pat PE laide įjungta RL = 22 Ω varža. Stende pavaizduotas FI išjungiklis sujungiamas trumpai. Pri-jungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

2. Išmatuoti įtampas tarp variklio fazių gnybtų (U1, U2, U3) ir N laido bei U∆ gedimo įtampą tarp E žemės ir PE gnybto, su-jungto su variklio korpusu:

UU1N = .......... V (.......... V) ;

UV1N = .......... V (.......... V);

UW1N = .......... V (.......... V) ;

U∆ = .......... V (.......... V).

Rezultatas

Variklio žvaigždės jungimo schemoje fazinės įtampos gaunamos lygios 23 V (230 V). Gedimo įtampa lygi E žemės potencialui ir lygi 0 V, nes variklyje nėra gedimo.

2. Eksperimentinė grandinė su apkrova

2 užduotis

3. Eksperimentinėje stendo schemoje sudaryti visiško trumpojo jungimo grandinę, sujungiant lizdą po RL varžos prie variklio U1 gnybto su variklio korpusu ir išmatuoti U∆ gedimo įtampą bei stebėti, ar automatinis išjungiklis išjungs maitinimo įtampą:

92

U∆ = .......... V (.......... V).

Užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Išmatuota gedimo įtampa siekia apie 11,5 V (115 V). Automati-nis išjungiklis nepaveikia, todėl gedimas gali tęstis neribotą laiką. Taigi apsauga nėra gera, nes neleistina gedimo įtampa išlieka.

3. Trumpojo jungimo kontūro ZL varžos nustatymas

Didelė gedimo įtampa atsiranda dėl didelės trumpojo jungimo kontūro pilnutinės varžos. Maksimaliai leistinai trumpojo jungimo kontūro varžai skaičiuoti taikoma ši formulė:

0

L

T

UZ ;

I≤

čia 0

U – įžemėjimo įtampa, dažniausiai 230 V;

TI – išjungiklio poveikio srovė, nustatoma pagal jo išjungimo

charakteristikas.

Ši formulės sąlyga garantuoja, kad, esant visiškam trumpajam jungimui, gaunama pakankama trumpojo sujungimo srovė, užtikri-nanti greitą išjungiklio poveikį.

3 užduotis

4. Suskaičiuoti didžiausią leistiną trumpojo jungimo kontūro pilnutinę varžą 1 pav. schemoje. U0 = 230 V, esant IN = 10 A nominaliajai maksimalios srovės apsaugos įtaiso srovei ir IT poveikio srovei, surandamai pagal 1 lentelės duomenis (B ti-po išjungimo charakteristika):

ZL ≤ .........

93

4 užduotis

5. Suskaičiuoti visas galimas leistinas trumpojo jungimo kontū-ro pilnutinių varžų vertes ir jas įrašyti 1 lentelėje.

1 lentelė. Automatinio išjungiklio B, L, C charakteristikos

B L C

Nominalioji

srovė

Vertės tarp 0,2 s ir 5 s < 5 s < 0,2 s

IN, A

IT = 5

A IN,

A

ZL, Ω

IT =

5.25 A

IN, A

ZL, Ω

IT =

6.5 A

IN, A

ZL, Ω

IT =

10 A

IN, A

ZL, Ω

6 30 32 39 60

10 50 53 65 100

13 65 – – 85 130

16 80 – – 104 160

20 100 – – 130 200

Pilnutinė kontūro varža susideda iš: – ZL (RL) – fazės linijos laido varžos; – ZT (RT) – fazės linijos laido, prijungiamo prie gnybto, kon-

takto varžos; – ZPE (RPE) – PE apsauginio laido varžos; – ZI (RI) – atitinkamos (prijungtos) transformatoriaus apvijos

varžos.

5 užduotis

5. Žiūrint į 1 lentelę, palyginti IT poveikio srovių vertes kartu su jas atitinkančiomis maksimaliomis nustatytomis ZL varžų vertėmis, esančiomis skirtingose išjungimo charakteristikose.

6 užduotis

6. Suformuluoti esminius pastebėjimus pagal 5 užduoties paly- ginimo rezultatus ir juos užrašyti.

94

Rezultatas

Maksimali leistina trumpojo jungimo kontūro pilnutinė varža ZL ≤ 4,6 Ω. Išjungimo sąlygos gerėja, kai trumpojo jungimo srovė kyla, o trumpojo jungimo kontūro pilnutinė varža mažėja. Išjungimo (poveikio) srovės vertė priklauso nuo išjungimo charakteristikos tipo bei išjungimo laiko verčių.

7 užduotis

7. Palyginti išjungimo srovių vertes 1 lentelėje su gautomis B, C charakteristikose ir užrašyti savo pastebėjimus.

8 užduotis

8. Palyginti 1 pav. schemą, kurioje nėra trumpojo jungimo su situacija, aptarta 2 užduotyje, kai sudaromas visiško trumpo-jo jungimo kontūras, ir nubrėžti šį kontūrą schemoje.

9 užduotis

9. Pagal skaičiavimus, atliktus 3 užduotyje, parinkti pageidauti- nas linijos varžų vertes:

L

L

Z 4,6R 2,3

2 2≤ = = Ω, parenkama 2,2 Ω.

10. Gautąsias linijų varžas įjungti eksperimentinėje schemoje ir atlikti bandymus, kai vienas variklio fazės gnybtas sujungtas su korpusu ir du gnybtai sujungti tarpusavyje. Abiem atve-jais turi akimirksniu paveikti automatinis išjungiklis, kuris išjungs maitinimo įtampą.

4. Papildomas įžeminimas panaudojant PE gnybtą

Pirmajame eksperimente gedimo įtampa trumpojo jungimo metu buvo apytikriai 11,5 V (115 V). Ši įtampa sudarė pusę sistemos fazi-nės įtampos, nes visų linijų varžos buvo vienodos. 1 pav. schemoje gedimo įtampos vertė lygi įtampos kryčiui PE linijos varžoje (PE

95

gnybte) arba PEN gnybte. Gedimo įtampa gali būti sumažinta papil-domai įžeminus PE gnybtą, kaip parodyta 2 pav.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

N

PEN

∆U

RE

100 mm2 CU

TN - C TN - S

RE

15

2,2

2 pav. Papildomas PE laido įžeminimas

10 užduotis

11. Sujungti 2 pav. schemą ir išmatuoti U∆ gedimo įtampą tarp variklio korpuso ir E žemės elektrodo:

U∆ = ......... V (.......... V).

Rezultatas

Gedimo įtampa dėl papildomo PE laido įžeminimo žymiai su-mažėjo (beveik per pusę). Papildomas įžeminimas sumažino trumpo-jo jungimo kontūro pilnutinę varžą.

96

5. Pavojus, kylantis dėl sugedusio PE laido

Apsauginis įtampos išjungimas TN elektros tinkle yra gerai funkcionuojanti apsaugos priemonė, kai trumpojo jungimo kontūro pilnutinė varža yra nustatyta. Kad nekiltų apsaugos problemų atlikus visus sujungimus, reikia išmatuoti trumpojo jungimo kontūro pilnu-tinę varžą.

Vienintelis pavojus gali kilti dėl nutraukto PE arba PEN laido, todėl būtina ištirti pavojų.

11 užduotis

12. 2 pav. schemoje išjungti papildomą įžeminimą (RE varžą), atjungti PE gnybtą nuo linijos ir išmatuoti gedimo įtampą tarp variklio korpuso bei E žemės elektrodo bei nustatyti, ar suveikia automatinis išjungiklis:

U∆ = ......... V (.......... V).

Užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Gedimo įtampa – įtampa ant variklio korpuso yra 23 V (230 V), todėl žmogui, prisilietusiam prie variklio, gręsia mirtinas pavojus. Esant nutrauktiems PE arba PEN laidams, nesusidaro vientisas trum-pojo jungimo kontūras ir automatinis išjungiklis gali nepaveikti. Ge-dimo įtampa išlieka ant variklio korpuso, nuolat keldama pavojų, todėl būtina visada labai kruopščiai prijungti PE laidą ir tinkamai parinkti jo skerspjūvį.

6. Apsauga TN elektros tinkle išjungiant maitinimą,

esant prijungtai įžemintai apkrovai

Šiame, paskutiniame, eksperimente tiriama įžeminto įtaiso ap-sauga maitinimui naudojant TN elektros tinklą.

3 pav. schemoje antroji trifazė apkrova – kaitinimo krosnis ne-prijungta prie PE ar PEN linijų, tačiau jos korpusas yra įžemintas.

97

12 užduotis

13. Sujungti 3 pav. pavaizduotą schemą, įjungti maitinimo įtampą ir išmatuoti abiejų apkrovų fazines įtampas. Jos apytikriai turi būti lygios 23 V (230 V). Išmatuoti taip pat abiejų apkrovų ge-dimo įtampas tarp apkrovų prijungimo gnybtų (L1, L2, L3) ir E žemės elektrodo. Šios įtampų vertės turi būti lygios nuliui.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

1 A (10 A)

L2L2

L3L3

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

N

PEN

∆U

RE

100 mm2 CU

TN - C TN - S

RE

L1 L2 L3N PE

15

3 pav. Apkrovos įžeminimas TN–C–S elektros tinkle

14. 3 pav. schemoje įjungti RE = RF = 10 Ω. Sudaryti visiško trumpojo jungimo grandinę, sujungiant antrosios apkrovos vienos fazės prijungimo L1 gnybtą su korpusu ir išmatuoti variklio gedimo įtampą:

U∆ = .......... V (.......... V).

Rezultatas

Variklio gedimo įtampa sudaro maždaug pusę įžemintos apkro-vos maitinimo fazinės įtampos vertės ir lygi 11,5 V (115 V). Kaip ši gedimo įtampa susidaro?

98

Tekant I∆ gedimo srovei uždaru kontūru (L1 fazė, antrosios ap-krovos korpusas, RE, RF varžos ir sistemos neutralė), susidaro įtam-pos krytis tarp variklio korpuso ir žemės, lygus U∆ gedimo įtampai. Kadangi sistemos ir apkrovos įžeminimo varžos apytikriai vienodos, o kitos kontūro varžos palyginti mažos, tai gaunama U∆ gedimo įtampa apytikriai lygi pusei fazinės įtampos. Ši įtampa patenka į vi-sus įžemintus įrenginius TN elektros tinkle, o tai yra labai pavojinga.

TN elektros tinkle galima užtikrinti apsaugą atjungiant maitini-mo įtampą tik tuo atveju, kai kiekvieno įrenginio PE gnybtas sujung-tas su PE linija.

13 užduotis

15. 3 pav. schemoje nubrėžti visus reikalingus PE gnybtų sujun-gimus, kurie užtikrintų tinkamą apsaugą, ir patikrinti apsau-gos, atjungiant maitinimo įtampą, veikimą. Tai įmanoma pa-siekti, kai visų apkrovų PE gnybtai sujungti atskirais laidais su PE linija ir yra įžeminti. Šių sujungimų naudą rodo 10 užduotis.

99

10 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos TT tinkle testavimas: kontūro varža

Darbo tikslas

Išmokti matuoti TT elektros tinklo apsaugos trumpojo jungimo kontūro varžą ir ištirti bei įvertinti įvairių faktorių įtaką šiai apsaugai.

9 laboratoriniame darbe aptartos TN elektros tinklo apsaugos priemonės, kurios išjungia maitinimo įtampą, naudojant maksimalios srovės apsaugos įtaisus. Šios apsaugos priemonės veikia tik tada, kai trumpojo jungimo kontūro varža neviršija tam tikros leistinos mak-simalios vertės.

Varžos maksimali vertė yra ribojama tam, kad įvykus trumpajam susijungimui neapsaugotoje srovei laidžioje dalyje ar fazėje, trumpo-jo jungimo srovės, tekančios per nuosekliai sujungtus srovės apsau-gos įtaisus, stiprumas būtų pakankamas patikimam įtaiso poveikiui užtikrinant nustatytos trukmės išjungimo laiką.

Testuojant apsaugos priemones, būtina nustatyti uždarojo trumpojo jungimo kontūro ZL pilnutinę varžą. Tai daroma specialiu matavimo prietaisu, kuris čia neaptarinėjamas. Taip pat varžą įmanoma išaiškinti ampermetro ir voltmetro metodu, matuojant srovę bei įtampą.

Toliau smulkiai aptariama, kaip tai daroma ir į kokias detales būtina atkreipti dėmesį.

1. Uždarojo kontūro pilnutinės varžos nustatymas

1 pav. pateikta trifazė elektros grandinė, kurios maitinimo išjun-gimo sąlygos yra nustatytos specialiuoju matavimo metodu, suran-dant kilpos tarp L1 fazės ir PE arba PEN laidų varžą. Išjungimo są-lygoms patikrinti reikia išmatuoti ZL kontūro pilnutinę varžą ir nustatyti didžiausią jos vertę.

Stende pavaizduotas FI išjungiklis turi būti trumpai sujungtas.

100

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine

1 A (10 A)2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

PE

N

PEN100 mm2 CU

TN - C TN - S

RLine

RLine

RLine

5,1

1 pav. Testavimo grandinė kontūro pilnutinei varžai matuoti

Darbo eiga

1 užduotis

Surasti ZL vertę automatiniam išjungikliui, turinčiam B tipo iš-jungimo charakteristiką, kurio IN = 1 A (10 A), o ID išjungimo srovė lygi 50 A:

ZL ≤ .... .......

ZL ≤........Ω.

Rezultatas

Lygiai taip pat kaip ir TN elektros tinkle, naudojant apsauginį maitinimo išjungimą maksimalios srovės įtaisu, kontūro varža neturi viršyti tam tikros maksimalios vertės. Kontūro trumpojo jungimo srovė arba ID išjungimo srovė atsiranda, įvykus visiškam trumpajam susijungimui neapsaugotoje srovei laidžioje įrenginio dalyje arba fazėje. Kontūro pilnutinė varža skaičiuojama taip:

101

0

L

D

UZ ;

I≤

čia 0

U = 230 V.

Gaunama didžiausia leistinoji varža yra 4,6 Ω.

2. Varžos matavimo principas

Prieš pradedant nagrinėti smulkiau, pirmiausia reikia išsiaiškinti kontūro varžos matavimo principą.

Kontūro varža netiesiogiai nustatoma, naudojant du voltmetrus ir ampermetru matuojant srovę sistemoje. Sistema neatjungiama nuo maitinimo šaltinio. Ji gali būti visiškai normaliai eksploatuojama ir prijungta prie likusios sistemos dalies. Matavimai turi būti atliekami atsakingai, kad nekeltų pavojaus aplinkiniams. Vėliau tai bus aptarta smulkiau.

Matavimai atliekami taip: 1. Matuojama įtampa tarp L1 fazės ir PE (PEN ≥ 10 mm2, CU)

laidininko, kai, pvz., variklis dirba be apkrovos. Išmatuojama U1 neapkrauto variklio įtampa, o srovė grandinėje laikoma lygi nuliui.

2. Tarp L1 fazės ir PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) laidininko įjungia-ma nedidelė varža, kurios dydis turi būti toks, kad pradėtų te-kėti nominalioji maksimalios srovės apsaugos įtaiso srovė. Išmatuojama ši srovė ir įtampa tarp L1 ir PE. Matavimų re-zultatas yra U2 įtampa ir IT apkrovos srovė.

Kontūro pilnutinė varža suskaičiuojama pagal šią formulę:

1 2

L

T T

U U UZ .

I I

− ∆≤ =

Ši lygtis gauta tokiu principu: dėl IT apkrovos srovės kontūre at-siranda įtampos krytis IT ZL kontūro varžoje. ∆U įtampos pokytis ir yra įtampos krytis darbinėje dalyje.

102

3. Kontūro ZL pilnutinės varžos matavimas

2 pav. pateikta schema, naudojama kontūro ZL pilnutinei varžai matuoti.

L1

L2

L3

PE

R1

510

A

V

U1

RT

22

U2

IT

S1 S2

2 pav. ZL matavimo schema

Matavimo grandinėje yra V voltmetras, skirtas U1 tuščiosios

veikos ir U2 darbinei įtampoms, bei A ampermetras IT apkrovos sro-vei matuoti. Taip pat turi būti schemoje grandinė RT varžai susidaryti ir apkrovos srovei gauti.

Matavimai atliekami taip: 1. Mygtukai nėra paspausti. Voltmetras rodo U1 tuščiosios vei-

kos įtampą. 2. Paspaudžiamas S1 mygtukas. Pradeda tekėti nedidelė apkro-

vos srovė, įtampa truputį sumažėja. Jei ši įtampa sumažėja tik keliais voltais, vadinasi, sistema sujungta teisingai ir galima tęsti eksperimentą.

3. Paspaudžiamas S2 mygtukas ir sistema apkraunama RT var-ža. Dabar išmatuojama U2 įtampa ir IT apkrovos srovė.

2 užduotis

2. Sujungti schemą, kaip parodyta 1 pav. PE laido kontūre įjungti 5,1 Ω varžą.

3. Sujungti matavimo grandinę (žr. 2 pav.) su L1 ir PE.

103

4. Nustatyti kontūro varžą trimis etapais. 1. Kai mygtukai nepaspausti:

U1 = …….V (…..V).

2. Paspaustas S1 mygtukas:

U2 = …….V (…..V).

Pastaba: U2 turi būti keliais voltais (2...5 V) mažesnė už U1.

3. Paspaustas S2 mygtukas:

U2 = …….V (…..V);

IT = …….A (…..A).

Suskaičiuoti ZL kontūro varžą:

ZL = ........;

ZL = .......Ω.

Rezultatas

Pirmuojo matavimo metu turi būti gauta apytiksliai 23 V (230 V) įtampa.

Antruoju matavimu įtampa turėtų sumažėti apytiksliai 0,4 V (4 V), tai reiškia, kad sistema matavimo schema sujungta teisingai.

Trečiuoju bandymu įtampa turėtų sumažėti apytiksliai nuo 7,6 V (76 V) iki 15,4 V (154 V). Apkrovos srovė IT apytiksliai 0,7 A (7 A). Kontūro varža ZL gaunama apie 11 Ω.

Analizuojant 1 pav. sistemos grandinę, matomos tik L1 fazės linijos ir laidininko PE arba PEN varžos, kurios yra RL = 2,2 Ω ir RL = 5,1 Ω. Šių varžų suma sudaro 7,3 Ω. Schemoje nematoma au-tomatinio išjungiklio vidinė 2 Ω varža. Todėl suminė varža yra 9,3 Ω. Taigi skirtumas tarp išmatuotos vertės yra 1,7 Ω.

Iš dalies šis skirtumas gali būti aiškinamas elementų varžų nomi-naliųjų verčių paklaidomis. Tačiau šios paklaidos sudaro tik 5 %, todėl negali būti tokio skirtumo priežastimi. Viena varža dar liko neaptarta, tai vidinė sistemos varža. Iš esmės ją sudaro transformatoriaus antrinės apvijos ir vidinė maitinimo šaltinio varžos.

104

Atsižvelgiant į laboratorines sąlygas, gali susidaryti skirtingos vidinių varžų vertės. Tačiau jos turi būti apytikriai 1,5 Ω.

Matavimo priemonės kontūro varžai matuoti turi atitikti DIN VDE 0413 standartą. Šiuolaikiniai matavimo prietaisai su skaitmeniniais monitoriais atlieka daug matavimų (įtampos, trumpo-jo jungimo srovės, kontūro varžos, laiko trukmės).

Kontūro varžos matavimai modelyje yra labai artimi varžos ma-tavimo reikalavimams ir matavimams tikroje sistemoje. Dėl patikimų šiuolaikinių apsaugos priemonių yra įmanomi stiprūs saugos reikala-vimai.

TN sistemose kontūro varžai skaičiuoti naudojamas k koeficien-tas. Kai k = 2,5 saugikliui, turinčiam gl charakteristiką ir 10 A nomi-naliąją srovę ZL, varža yra 8,8 Ω. Jeigu reikalingas k = 3,5 koeficien-tas, tai kontūro varža bus tik 6,3 Ω, esant 220 V įtampai.

Dėl pakilusių reikalavimų bei šiuolaikinės techninės įrangos ga-limybių, apsaugos priemonės gali būti parinktos ir įdiegtos dar nau-dingiau. Dažnai pasitaikančiam 10 A automatiniam išjungikliui su B tipo išjungimo charakteristika, kontūro varža yra tik 4,6 Ω, o esant C charakteristikai ir išjungimo laikui < 0,2 s, tik 2,3 Ω.

4. Pavojai matuojant kontūro ZL pilnutinę varžą

3 užduotis

5. 1 pav. schemoje laidininko PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) grandi-nėje vietoje varžos 5,1 Ω įjungti 150 Ω varžą ir pakartoti kontūro varžos matavimus: 1. Kai mygtukai nepaspausti:

U1 = …….V (…..V).

2. Paspaustas S1 mygtukas:

U2 = …….V (…..V).

3. Paspaustas S2 mygtukas:

U2 = …….V (…..V).

IT = …….A (…..A).

105

Per antrąjį bandymą įtampa turi smarkiai sumažėti, o per trečiąjį ji turi būti apytiksliai 3 V (30 V). Šie rezultatai rodo, kad likusi įtam-pos dalis krito PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) laidininke. Vadinasi, tarp PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) laidininko ir žemės yra didelis potencialų skir-tumas.

Tai patikrinti 4 užduotyje matuojant įtampą.

4 užduotis

6. Pakartoti matavimus su apkrova, esant R1 arba RT varžoms. U∆ gedimo įtampą matuoti tarp laidininko PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) ir žemės: 1. Paspaustas S1 mygtukas (R1 varža):

U∆ = …….V (…..V).

2. Paspaustas S2 mygtukas (RT varža):

U∆ = …….V (…..V).

Rezultatas

Esant R1 apkrovai išmatuota gedimo įtampa apytiksliai yra apie 5 V (50 V), o su apkrova RT – apie 18 V (180 V). Vadinasi, matuo-jant kontūro varžą, atsiranda pavojinga įtampa tarp PE (PEN ≥ 10 mm2, CU) laidininko ir žemės. Kitaip tariant, kontūro varžų ma-tavimai sukelia didelį pavojų. Šio pavojaus būtina išvengti. Kaip? Prieš eksperimentą reikia atlikti sistemos testavimą, matuojant didele R1 apkrovos varža. Matavimo rezultatai parodo, kad, kai PE laidi-ninkas yra nutrauktas, gaunama neleistinai aukšta gedimo įtampa.

Praktiškai kontūro varža matuojama tokia tvarka: 1. Išmatuojama U1 sistemos be apkrovos įtampa. 2. Sistema apkraunama didele varža. Kuomet įtampa kritiškai

padidėja, kontūro varžos matavimai nutraukiami. Pirmiausia turi būti surastas ir pašalintas gedimas sistemoje. Šiuolaiki-niai matavimo prietaisai nutraukia matavimus automatiškai, įvykus gedimams, ir juos užfiksuoja, pvz., mirksinčiu simbo-liu monitoriuje.

106

3. Sistema apkraunama mažesne bandymo varža RT ir išmatuo-jama U2 įtampa ir IT apkrovos srovė.

Kontūro varža yra suskaičiuojama pagal išmatuotų dydžių (U1, U2, IT) vertes arba tiesiogiai rodoma automatinio matavimo prietaiso ekrane. Dažniausiai tikroji išmatuotoji varža yra mažesnė už suskai-čiuotą didžiausią leistinąją kontūro varžos vertę. Kai išmatuotoji ver-tė yra mažesnė nei leistinoji vertė, nurodyta norminiuose reikalavi-muose, grandinės išjungimo sąlyga yra patenkinta. Vadinasi,

L T 0Z I U .⋅ ≤

107

11 LABORATORINIS DARBAS

Apsaugos TT tinkle testavimas: įžeminimo varža

Darbo tikslas

Išmokti tikrinti TT elektros tinklo apsaugos įžeminimo varžą ir įvertinti įvairių faktorių įtaką šiai apsaugai.

6 laboratoriniame darbe, tiriant TT elektros tinklo apsaugą, at-jungiant maitinimo įtampą maksimalios srovės apsaugos įtaisu, paro-dyta, kad apsaugos priemonės, remiantis norminiais reikalavimais, veikia tik tuomet, kai RE įžeminimo varža yra maža ir gedimo įtampa tarp įžemintų laidininkų ir žemės elektrodo, tekant išjungimo (gedi-mo) srovei maksimalios srovės įtaiso grandinėje, turi būti mažesnė už maksimalią leistiną (limituotą) UL įtampą. Vadinasi, turi būti vyk-domos šios sąlygos:

.E L

R I U∆

⋅ ≤

7 ir 8 laboratoriniuose darbuose parodyti specialieji afektai, atsi-randantys įžeminimo elektrode, atsižvelgiant į žemės grunto savybes, ir bendrieji apsaugos metodai. Apžvelgiant į galimus pavojus gedimo atveju, atsirandančius uždarojo kontūro atitinkamų rezistorių (pvz., laikant vandens vamzdį, kaip įžeminimo elektrodą, įterptus plastma-sinius vamzdžius ar didelės išjungimo srovės išjungiklius), yra svar-bu turėti atitinkamus šios grandinės laidininkus.

Būtinos apsaugos sąlygos nustatomos standartiniais matavimais. Kaip tai daroma, kaip matuojamos varžos, smulkiau nagrinėjama šiame laboratoriniame darbe.

1. Didžiausios leistinos RE įžeminimo varžos nustatymas

1 pav. parodytoje schemoje pavaizduotas įžemintas trifazis asin- chroninis elektros variklis, prijungtas prie elektros tinklo. Variklis įžemintas, prijungiant jo korpusą prie vandens vamzdžio. Schemoje panaudoti automatiniai išjungikliai, turintys šiuos pagrindinius para-metrus: B tipo išjungimo charakteristika, 1 A (10 A) nominalioji srovė, 50 A išjungimo srovė, išjungimo laikas ne daugiau kaip 5 s.

108

Atliekant eksperimentus, stende pavaizuotas FI išjungiklis turi būti trumpai sujungtas.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

RE

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

1

RR

2,2

N

N

TT sistema

1 pav. Testavimo schema

Darbo eiga

1 užduotis

1. Nustatyti didžiausią leistinąją RE įžeminimo varžos vertę ap-skaičiuojant:

RE ≤ .........

RE ≤ .....Ω.

2. RE įžeminimo varžos matavimas

Naudojama keletas RE įžeminimo varžos matavimo metodų. Daugiausiai naudojami šie:

109

1. Įžeminimo varžos nustatymas, matuojant įtampą ir srovę (voltmetro ir ampermetro metodas).

2. Dviejų dalių testas (su įžeminimo matavimo tilteliu) pagal BEHREND.

Matavimo schema RE įžeminimo varžai nustatyti, matuojant įtampą ir srovę, pateikta 2 pav. Schemoje visi kiti elementai, nesusiję tiesiogiai su matavimais, yra nepavaizduoti.

2 užduotis

6. Sujungti 2 pav. pavaizduotą matavimo schemą. Prijungti la-boratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz mai-tinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automa-tus). Nustatyti RL kontūro varžą lygiai taip pat, kaip ir buvo nustatyta ZL kontūro pilnutinė varža 10 laboratorinio darbo 2 užduotyje: 4. Kai mygtukai nepaspausti:

U1 = …….V (…..V).

5. Paspaustas S1 mygtukas:

U2 = …….V (…..V).

Pastaba: U2 turi būti keliais voltais (2...5 V) mažesnė už U1. 6. Paspaustas S2 mygtukas:

U2 = …….V (…..V).

IT = …….A (…..A).

Apskaičiuoti RL kontūro varžą:

RL = …....….

RL = …….Ω.

110

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

RE

PE

E

1

RR

2,2

L1

R1

510

A

V

U1

RT

22

U2

IP

S1 S

2

2,2

2 pav. Matavimo schema

Rezultatas

Maksimali leistina RL kontūro varžos vertė skaičiuojama pagal šią formulę:

0

L

D

UR .

I≤

Esant U0 fazinei įtampai 23 V (230 V), 1 A (10 A) nominalio-sios srovės automatiniam išjungikliui su B tipo išjungimo charakte-ristika ID išjungimo srovė yra 50 A ir gaunama didžiausia leistinoji kontūro varža RL = 4,6 Ω.

Matuojant įtampas ir srovę, tikroji kontūro varža gaunama apy-tiksliai lygi 9 Ω. RE įžeminimo varža dabar gali būti gauta iš kontūro varžos. Kontūro varža sudaryta iš RF, RE, RR, RL automatinio išjun-giklio varžos ir vidinės sistemos varžos, kuri apytiksliai yra 1,5 Ω. Akivaizdu, kad tikroji kontūro varža yra per didelė. Prieš pradedant dirbti su sistema turi būti padaryti kai kurie pakeitimai.

Atsargiai! Pavojus! Matuojant kontūro varžą, ant atskirų siste-mos apkrovos objektų tarpusavyje sujungtų metalinių dalių gali atsi-

111

rasti maksimali 230 V įtampa, esant pavojingoms matavimo sąlygoms, kai yra didelė įžeminimo varža arba įžeminimo laidas nutrauktas.

Šiuolaikiškų elektroninių matavimo prietaisų gamintojai pašalino šią problemą, naudodami labai trumpą matavimo laiką (< 200 ms).

Jeigu matavimo sąlygos neatitinka elektrosaugos reikalavimų, tai naudoti įtampos ir srovės (voltmetro ir ampermetro) matavimo metodą draudžiama.

3. RE įžeminimo varžos testavimas

Esant įžemintai sistemos apkrovai, įžeminimo kontūro varža ne-turi viršyti tam tikros maksimalios leistinos vertės. Ši sąlyga yra tam, kad ribinė 50 V įtampa PE laidininke neišliktų per ilgai.

Įžeminimo varžos vertė turi būti kontroliuojama (testuojama), atliekant matavimus. 7 laboratoriniame darbe parodyta, kad praktiš-kai visos įžeminimo varžos vertė svarbi (reikšminga) tik 25 m spin-duliu aplink įžeminimo elektrodą.

Tai lemia įžeminimo varžos matavimo metodą, pavaizduotą 3 pav.

L1

RF

RE

RT

A

V

UE

RS

25 m

3 pav. Įžeminimo varžos matavimo metodas

Schemoje yra kintamasis RT rezistorius, kuriuo galima keisti srovę, tekančią per įžeminimo elektrodą ir žemę. Papildomas (mata-vimo, bandymo) elektrodas (zondas) kalamas 25 m atstumu nuo įže-minimo elektrodo. Tekant srovei žeme, gaunamas UE įtampos krytis žemėje tarp įžeminimo ir matavimo elektrodų.

112

3 užduotis

7. Sujungti 4 pav. parodytą matavimo schemą, kurioje įjungtas kintamasis rezistorius RT = 1 kΩ ir nustatyti įžeminimo varžą:

1. Paspausti S mygtuką ir RT kintamuoju rezistoriumi nu-statyti IT = 0,05 A (0,5 A) bandymo srovę, tekančią per įžeminimo elektrodą.

2. Išmatuoti UE įtampą tarp įžeminimo ir matavimo (for-maliai perkelto įžeminimo) elektrodo, kuris yra nutolęs 25 m atstumu nuo įžeminimo elektrodo:

UE = ......V (......)

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

5 10 15 20 25 3051015202530

E

žemė, įžeminimo varža RE

1k

RT

V

UE

S2

IT

nurodytas potencialas

A

22

4 pav. Įžeminimo varžos matavimo schema

3. Suskaičiuoti įžeminimo varžą:

E

E

T

UR

I= = ......Ω.

113

Rezultatas

Įtampa, išmatuota tarp įžeminimo ir matavimo elektrodų, turi būti apytikriai 5 V (50 V). Suskaičiuota įžeminimo varža lygi 100 Ω.

4. Klaidos matuojant įžeminimo varžą

Viena klaida gali būti lengvai padaroma, matuojant RE įžemini-mo varžą, ir gaunami neteisingi rezultatai, kai matavimo zondas įka-lamas nedideliu atstumu nuo įžeminimo elektrodo.

Pvz., matavimo zondas yra įkaltas 10 m atstumu nuo įžeminimo elektrodo. Kokie bus matavimo rezultatai?

4 užduotis

Pakartoti bandymą, matuojant UE įtampą tarp 10 m ir įžeminimo elektrodo lizdų, esant IT = 0,05 A (0,5 A):

UE = .....V (......).

RE = …..=......Ω.

Rezultatas

Įtampa, išmatuota 10 m atstumu nuo įžeminimo elektrodo, yra tik 4 V (40 V), kai turėtų būti 5 V (50 V). Atitinkamai įžeminimo varža pasikeis ir bus apytikriai lygi 80 Ω.

Kai atstumas iki įžeminimo elektrodo yra nepakankamas, išma-tuojama tik įžeminimo varžos dalis ir rezultatas bus per mažas.

Neteisingas matavimo zondo išdėstymas sukels mažą įžeminimo varžą ir tuo pačiu sumažins saugumą.

Bandomojo zondo (pagalbinio įžeminimo elektrodo) įrengimas, neatsižvelgiant į konkrečias aplinkybes, gali sukelti nemažai testavi-mo problemų. Tai, pvz., galėtų būti atstumo problemos, kitų įžemi-nimo elektrodų, požeminių tinklų (vamzdynų), požeminių kabelių, metalinių tvorų ir pan. įtaka matavimams.

Šiuolaikiškoje, daugiausia elektroninėje matavimo įrangoje sten- giamasi kiek įmanoma nenaudoti pagalbinių įžeminimo elektrodų ar testavimo zondų.

114

Patikimi įžeminimo varžos matavimai reikalauja šiek tiek prak-tinės patirties. Jeigu, pavyzdžiui, metaliniai tvoros stulpai pastatyti lygiagrečiai įžeminimo matavimo kelio yra atsikišę žemiau nei ce-mentinis ar betoninis pagrindas ir sujungti viršuje tarpusavyje meta-line tvora, tai žemėje atsiras „trumpasis susijungimas“.

Panašus efektas gali pasireikšti su metaliniais dujų ar vandentie-kio vamzdžiais, išdėstytais lygiagrečiai įžeminimo matavimo sekci-jos bei su kitais metaliniais vamzdžiais, esančiais įžeminimo plote, kurie, pvz., nutiesti greta transformatorinės.

5 užduotis

Išbandyti šį „trumpojo susijungimo“ poveikį, esant 10 m ir 20 m atstumams trumpam sujungus matavimo ir įžeminimo elektrodų liz-dus. Stebėti, kaip keičiasi UE įtampa:

10 m atstumas

UE = ......V (......).

20 m atstumas

UE = ......V (......).

Rezultatas

Trumpasis susijungimas žemėje turi įtakos bandymo rezultatams ir gaunama neteisinga įžeminimo varžos matavimo vertė.

Pagrindinės išvados: 1. Matuojant įžeminimo varžą, testavimo elektrodas turi būti įkal-

tas ne arčiau kaip 25 m nuo pagrindinio įžeminimo elektrodo; 2. Dideliame plote aplink įžeminimo elektrodą elektrinis poten-

cialas pasiskirsto nevienodai, mažėdamas didėjant atstumui; 3. Elektrinis potencialas (įtampos vertė) praktiškai nesikeičia,

kai atstumas yra didesnis nei 25 m, todėl įžeminimo varžos srities savybių (grunto rūšis, drėgmė, temperatūra ir t.t.) svarba pasireiškia tik šiuo atstumu.

4. Veiksniai, darantys įtaką įžeminimo varžos sričiai, yra dažni gyvenime, todėl juos būtina atidžiai įvertinti.

115

12 LABORATORINIS DARBAS

Maitinimo išjungimas naudojant skirtuminės srovės įtaisus

Darbo tikslas

Susipažinti su apsauga, išjungiant maitinimo įtampą skirtuminės srovės įtaisais ir ištirti šių įtaisų specifines charakteristikas.

Laboratoriniame darbe detaliai nagrinėjamas ryšys tarp įprasti-nių apsaugos priemonių ir apsaugos priemonių, kuriose naudojami RCD (angl. Residual Current Device) skirtuminės srovės įtaisai. Įvy-kus gedimui ir pasikeitus srovei taip, kad gaunama didesnė už nuro-dytą nominaliosios srovės I∆N nuokrypa, skirtuminės srovės įtaisas greitai (< 0,2 s) atjungia visus kontaktus nuo šaltinio.

Gedimo atveju, kai galimas tiesioginis kontaktas su gyvybiškai svarbiomis dalimis, neleistinai didelė prisilietimo įtampa turi būti išjungta kiek tik įmanoma greičiau. Taip išvengiama bet kokio pavo-jaus arba pavojaus, kuris kyla žmonėms bei gyvūnams.

Šiuolaikiniai, modernūs izoliavimo metodai, junginėjimo tech- nologijos, matavimų ir apsaugos priemonės leidžia profesionaliai pasirinkti. Ankščiau, elektros sistemose gedimų apsauga dažniausiai būdavo pasiekiama, naudojant saugiklius, įžeminimą ir TN sistemas.

Griežtėjant apsaugos reikalavimams, buvo atrasti geresni išjun-gimo metodai, pasiektas reikiamas apsaugų jautrumas bei detalus jų pritaikymas.

1. Apsaugos įtaisų palyginimas

Pramonės siūlomi atitinkamoms sistemoms apsaugos įtaisai yra šie: TN sistema: – Maksimalios srovės; – Skirtuminės srovės (RCD). – TT sistema: – Maksimalios srovės; – Skirtuminės srovės (RCD); – Gedimo įtampos (specialiais atvejais). IT sistema: – Maksimalios srovės;

116

– Skirtuminės srovės (RCD); – Izoliacijos kontrolės (monitoringo); – Gedimo įtampos (specialiais atvejais). Maksimalios srovės apsaugos įtaisai yra šie: – saugikliai (DIAZED, NEOZED, NH ir kt.); – miniatiūriniai saugikliai; – saugikliai su miniatiūriniais išjungikliais, pasirenkami specifi-

niais atvejais, atsižvelgiant į charakteristikas; – automatiniai išjungikliai (automatai); – skirtuminės srovės įtaisai, pasirenkami atsižvelgiant į sąlygas; – sudėtiniai skirtuminės srovės įtaisai, RCD su maksimalios

srovės atkabikliu, RCD automatiniai išjungikliai RCCB (angl. Residual Current Circuit Breaker).

Skirtuminės srovės įtaisai gali būti naudojami saugiai išjungiant ne-leistinai dideles prisilietimo įtampas TN, TT, IT elektros tinklų sistemo-se. Keliose panaudojimo srityse RCD įtaisai yra absoliučiai būtini.

RCD gali būti naudojama ne tik kaip gedimo, bet ir kaip papil-doma apsauga. Tai reiškia, kad sugedus pagrindinei ir/arba gedimo apsaugai, suveikia papildoma apsauga. Taigi pagrindinė ir gedimo apsaugos padidėja. Tačiau papildoma apsauga negali būti vienintelė, ji turi būti paskutinė priemonė blogiausiu atveju.

1 lentelė. Apsaugos įtaisų palyginimas

< 5 s < 0.2 s Išjungimas maksimalios

srovės įtaisais ID, A ZL, Ω ID, A ZL, Ω

Saugiklis D tipo, 16 A, gl

charakteristika 70 3,3 160 1,44

Automatas, 16 A, C (G)

išjungimo charakteristika

104 2,2 160 1,44

Automatas, 16 A, B (L)

išjungimo charakteristika

– – 80 2,88

Skirtuminės srovės įtaisas, RCD

I∆N = I∆N 0.01 A (10 mA);

I∆N = 0.03 A (30 mA);

I∆N = 0.3 A (300 mA);

I∆N = 0.5 A (500 mA).

–

–

–

–

–

–

–

–

0,01

0,03

0,3

0,5

23 000

7 666

766

460

Pastaba: I∆N atitinka ID

117

Apsaugos įtaisų techninių parametrų palyginimas pateiktas 1 lentelėje.

Būtina žinoti apsaugos įtaisų tikslius skirtumus ir naudojimo są-lygas, kad būtų galima profesionaliai ir atsakingai pasirinkti maiti-nimo įtampos išjungimo būdą.

Darbo eiga

1 užduotis

1. Išanalizuoti 1 lentelėje pateiktus apsaugos įtaisų parametrus. Palyginti išjungimo srovių vertes. Sudaryti apsaugos įtaisų sąrašą, pradedant didžiausiomis ir baigiant mažiausiomis iš-jungimo srovių vertėmis.

Rezultatas

Pagal 1 lentelės duomenis mažiausią išjungimo srovę turi RCD įtaisas. Jautriausias yra 10 mA išjungimo srovės RCD įtaisas.

Maitinimo išjungimo laiko trukmė užtikrinama, kai varžos tarp PE gnybto ir įžeminimo elektrodo vertė yra ne didesnė už 1 lentelėje nurodytą maksimalią leistiną ZL gedimo kontūro pilnutinės varžos vertę.

Praktikoje dažnai susiduriama su sistemomis, kai daug kartų vir-šijama gedimų kontūro pilnutinė varža. Ir todėl kyla nemažai pro-blemų.

2 užduotis

2. Kokią apsaugos priemonę galima panaudoti, kad užtikrintu-me gedimų grandinių varžų vertes lengviausiai ir praktiškiau-siai? Užrašyti apsaugos priemonės pavadinimą.

Rezultatas

RCD įtaisai dirba su gana didelėmis gedimų grandinės varžomis, o reikiama išjungimo sparta yra 200 ms. Šios varžos vertės pasiekiamos lengviau nei naudojant saugiklius ar automatinius išjungiklius.

118

3 užduotis

3. Užduoties tikslas yra pasiekti didelį apsaugos lygį kiekvieno-je elektros instaliacijoje (TT, TN, IT). Naudojantis 1 lentele paaiškinti, kurį apsaugos įtaisą reikėtų pasirinkti praktiškai kiekvienu atveju. Pateikti apsaugos įtaiso pavadinimą ir paaiškinimą.

Rezultatas

Pagal 1 lentelės parametrus aukščiausią apsaugos, išjungiant maitinimą, lygį garantuoja RCD įtaisai.

2. Apsaugos lygiai

4 užduotis

4. Pateikti situacijų pavyzdžius, kuriuose gali sutrikti pagrindi-nių apsaugos priemonių darbas, esant tiesioginiam kontaktui, ir užrašyti jas. Užrašyti galimų papildomų apsaugų pavadinimus.

Rezultatas

Pavyzdžiai situacijų, kuriose dėl tiesioginio kontakto gali sutrikti pagrindinių apsaugos priemonių darbas, yra:

– pažeistas paviršius; – nėra gaubto, apsauginių dangtelių; – vinys kabeliuose; – izoliacijos nebuvimas; – neatsargumas ir t.t.

Priežastys, dėl kurių gali kilti gedimas, yra: – neleistinai didelė įžeminimo varža; – pažeistas PE gnybtas; – pažeistas įžeminimo elektrodas; – atsisukęs PE gnybtas, – pakliuvo vanduo į įrenginį ir t.t. Galima rasti ir daugiau pavyzdžių.

119

Kaip papildoma apsauga gali būti naudojamas 10 mA, 30 mA iš-jungimo srovių RCD automatinis išjungiklis.

3. Specialios charakteristikos naudojant skirtuminės

srovės įtaisus

Apsaugos priemonės, naudojančios maitinimo išjungimą RCD įtaisais, reikalauja apsauginio laido. TN sistemose prieš įjungtą RCD įtaisą nuo bendrojo PEN laido turi būti atsišakoję atskiras PE ir N neutralės laidai, kaip parodyta 1 pav.

PEN

L1

L2

L3

PE

N

L1

L2

L3

TN - C TN - S

TN - C - S sistema

skirtuminės srovės įtaiso valdomas

automatinis išjungiklis

1 pav. RCD įtaiso prijungimo schema

5 užduotis

5. Palyginti keturių laidų RCD įtaiso valdomą automatinio iš-jungiklio schemą, pateiktą laboratoriniame stende su 1 pav. pavaizduota. Ar yra skirtumų?

Taip Ne

6. 2 pav. įrašyti atitinkamus įėjimo ir išėjimo linijų pavadinimus aukščiau ir žemiau RCD valdomo automatinio išjungiklio.

120

TN - S sistema

1 3 5 7 N

2 4 6 8 N

RT

TP

(L1, L2, L3, N, PE)5

5

skirtuminės srovės įtaiso

valdomas

automatinis išjungiklis

į įrenginį

2 pav. Keturių linijų RCD valdomo automatinio išjungiklio schema

7. Kaip reikėtų įjungti įtaisą, esant dviejų laidų sujungimams? Įrašyti gnybtų pavadinimus į langelius schemoje, pateiktoje toliau.

2 - laidis įrenginys 3

8. Kaip reikėtų įjungti įtaisą, esant trijų laidų sujungimams? Įra-

šyti gnybtų pavadinimus į langelius schemoje, pateiktoje to-liau.

121

3 - laidis įrenginys 4

9. Apsukus 2 pav. schemą 1800 kampu, gaunama 3 pav. apvers-

ta schema. Taip gaunamas praktinis atvejis, kai automatinis išjungiklis sumontuotas atvirkščiai. Nustatyti, ar RCD val-domas automatinis išjungiklis vis dar atlieka apsaugines funkcijas.

Taip Ne

10. Įrašyti įėjimų ir išėjimų gnybtų pavadinimus į langelius 3 pav. schemoje.

į 4 - laidį įrenginį

iš TN - S sistemos

1 357N

2468N

RT

TP

(L1, L2, L3, N, PE)

5

5

3 pav. RCD valdomas automatinis išjungiklis,

pasuktas 1800 kampu

122

Rezultatas

Funkciniu požiūriu atvirkščios schemos maitinimo išjungimo principas nepasikeitė. Praktiškai RCD įtaisas gali būti jungiamas ir atvirkščiai, nes apsaugos funkcijos nesikeičia. Tik reikėtų įvertinti sąlygą, kai veikimo testas valdomas testavimo mygtuku, t. y. atkreip-ti dėmesį į tai, kad atitinkamų srovių keliai nesusikirstų.

TN sistemoje visi apsaugos laidų gnybtai turi būti sujungti labai kruopščiai, nes, įvykus gedimui įrenginyje, sugedęs PE arba PEN gnybtas gali sukelti pavojingą gyvybei prisilietimo įtampą.

Kai TN sistema neturi atskiro apsauginio gnybto, tada galima vi-są įrangą, kuri yra apsaugota RCD su PE laidu, prijungti prie įžemi-nimo elektrodo (bet tik ne su prijungtu PEN laidu prie sistemos mai-tinimo).

Pastaba: Jeigu TN sistemoje RCD įtaisas prijungtas prie savo įžeminimo elektrodo, tai elektros grandinė išlieka apsaugota, kaip ir TT sistemoje.

Perspėjimas: Elektros sistemoje po TN elektros tinklo drau-džiama naudoti TT elektros tinklą, kuris neturi apsaugos su RCD įtaisu. Šis draudimas konkrečiai taikomas statybos arba žemės ūkio darbo vietose.

Daugiau žinių apie RCD įtaisus ir jų valdomus automatinius iš-jungiklius galima gauti iš specialios literatūros.

6 užduotis

11. Perbraižyti laboratorinio darbo stende esančio RCD valdomo automatinio išjungiklio RCCB schemą ir pateikti kiekvieno schemos simbolio detalų aprašymą su paaiškinimais.

123

13 LABORATORINIS DARBAS

Maitinimo išjungimas TT sistemoje naudojant

skirtuminės srovės įtaisus

Darbo tikslas

Ištirti apsaugas, išjungiant maitinimo įtampą skirtuminės srovės įtaisais TT elektros tinkle ir įvertinti įvairių faktorių įtaką šiai apsaugai.

Šiame laboratoriniame darbe tiriama apsauga, išjungiant maiti-nimo įtampą skirtuminės srovės įtaisu RCD (angl. Residual Current Device) arba RCD įtaiso valdomu automatiniu išjungikliu (angl. re-sidual – current – operated circuit breaker) arba tiesiog RCD automa-tiniu išjungikliu RCCB (angl. Residual Current Circuit Breaker). Apsauga išjungiant maitinimo įtampą nagrinėjama 6, 11 ir 14 labora-toriniuose darbuose. Šis apsaugos būdas neapsaugo nuo didelės prisi-lietimo įtampos.

Įvykus trumpajam susijungimui neapsaugotuose laidininkuose, RCD įtaisas tuoj pat atjungia sistemos įtampą visuose laidininkuose. Lyginant su kitais apsaugos įtaisais, RCD turi šiuos privalumus:

– įtampa sistemoje išjungiama, kol skirtuminė srovė dar nepa-siekė trumpojo jungimo srovės vertės. RCD skirtuminės po-veikio srovės gali siekti 10 mA;

– gedimo vietoje (taške) yra maža trumpojo jungimo galią (že-ma elektros lanko galia), todėl sumažėja gaisro pavojus. Pa-vyzdžiui, esant 300 mA nominaliajai skirtuminei srovei ir iš-jungimo laikui mažesniam kaip 40 ms, elektros lanko galia sudaro tik 69 W, o 16 A nominaliosios srovės automatinio iš-jungiklio siekia net 3680 W.

1. Eksperimento schema su I∆N = 0.03 A srovės RCD

1 pav. pavaizduota elektros grandinė su simetrine apkrova, kurią sudaro trifazis asinchroninis variklis, sujungtas su sistema per RCD įtaisą. Variklis yra taisyklingai sujungtas su žeme (įžemintas). RCD automatinis išjungiklis RCCB laboratoriniame stende pavaizduotas kaip FI blokas.

124

Darbo eiga

1 užduotis

1. Sujungti schemą, kuri parodyta 1 pav., su RCCB ir trifaziu varikliu. Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjun-giklius (automatus).

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1 PE

N

RCD

RE

22

N

1 3 5 N

2 4 6 N

2,2

∆IN = 0,03 A

Sujungimas su įžeminta

sistemos neutrale

Sujungimas su

įžemintu įrenginiu

TT system

TT

1 pav. Eksperimento schema

2. Išmatuoti variklio apvijų, sujungtų žvaigžde, įtampas:

UU1N = ……….V(..........V);

UV1N = ……….V(..........V);

UW1N = ……….V(..........V).

125

Rezultatas

Visų trijų žvaigždės apvijų įtampų vertės turi būti vienodos, apy-tikriai 23 V (230 V). Jeigu būtų išmatuota 0 V įtampa, RCD įtaisas neįjungtas.

2. Trumpasis susijungimas neapsaugotoje variklio dalyje

Kitame eksperimente tiriamos RCD funkcijos.

2 užduotis

3. Sudaryti visiško trumpojo jungimo grandinę, sujungiant L1 lini-ją su variklio neapsaugota dalimi – metaliniu korpusu. Trumpąjį L1–PE jungimą galima sudaryti tiesiog variklyje, sujungiant U1 ir PE gnybtus. Įjungti maitinimą ir užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Galima pastebėti, kad RCD akimirksniu išsijungia. RCD įtaisas tu-ri srovių sumos transformatorių ir kol srovių sumų vertės vienodos, jis nesuveikia. Kai nėra gedimo, tai įtekančių ir ištekančių RCD įtaiso srovių sumos visada lygios nuliui. Kai variklio srovių suma nelygi nu-liui, pradeda tekėti tam tikra RCD skirtuminė srovė ir jis išsijungia.

Kai neapsaugotoje apkrovos dalyje atsiranda trumpasis jungi-mas, pradeda tekėti srovė ne per transformatorių, bet per įžeminimo elektrodą, ir srovių suma, kurias matuoja transformatorius, nėra lygi nuliui. RCD įtaisas paveikia, kai I∆ skirtuminės srovės vertė yra tarp visos ir pusės I∆N skirtuminės nominaliosios srovės vertės.

Esant I∆N = 30 mA, RCD įtaisas paveiks, kai jo I∆ skirtuminės srovės vertė bus tarp 15 mA ir 30 mA.

Toliau tiriama ši RCD įtaiso savybė.

3. RCD su I∆N = 30 mA jautrumo nustatymas

RCD jautrumas matuojamas nustatant, kokiai skirtuminei srovei esant RCD paveikia. Sudaromas apkrovos neapsaugotos dalies didelės varžos trumpojo jungimo kontūras ir didinama suminė skir- tuminė srovė tol, kol suveikia RDC įtaisas (žr. 2 pav.).

126

A M

3

U1 V1 W1

U1

R1

RP

IP

1 k 1 k

PE

2 pav. Didelės varžos trumpojo jungimo kontūro schema

3 užduotis

4. Tarp U1 ir PE variklio gnybtų įjungti ampermetrą ir du R1 bei RP (kintamasis) rezistorius, kaip parodyta 2 pav. sche- moje.

5. Nustatyti didžiausią RP rezistoriaus varžos vertę ir įjungti maitinimą. RCD turi išlikti nesuveikęs.

6. Mažinti RP varžą ir stebėti IP srovę. Išmatuoti skirtuminės srovės vertę, kuriai esant RCD suveikia:

I∆ = .......... mA.

Rezultatas

RCD suveikia, esant mažesnei nei 22 mA skirtuminės srovės ver-tei. Naudojamo RCD įtaiso nominalioji skirtuminės srovės vertė I∆N = 0,03 A. Tačiau tikrovėje šis įtaisas yra toks jautrus, kad suveikia jau pasiekus beveik pusę nominaliosios skirtuminės srovės vertės.

Tikruose įrenginiuose galima rasti skirtuminės srovės įtaisų, ku-rių galios grandinės nominaliųjų srovių eilei 16 A, 25 A, 40 A,... atitinka šios nominaliosios skirtuminės srovės I∆N = 0,5 A / 0,3 A / 0,1 A / 0,03 A ir netgi 10 mA.

4. Nesimetrinė apkrova

Ankstesniame eksperimente ištirta simetrinė apkrova, kurioje vi-sų trijų fazių srovių vertės yra vienodos. Fazių srovių suma lygi nu-liui ir nuliniame laide srovė neteka.

127

Tolesniame eksperimente tiriama, ar RCD įtaisas yra naudingas, kai apkrova nesimetrinė ir fazėse teka skirtuminės srovės.

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

PE

E

N

RCD

RE

22

N

1 3 5 N

2 4 6 N

2,2

∆IN = 0,03 A

Sujungimas su įžeminta

sistemos neutrale

Sujungimas su įžemintu

įrenginiu

TT sistema

TT

L1 L2 L3N PERC

510

150

330

510

3 pav. Nesimetrinės apkrovos eksperimento schema

4 užduotis

7. Trifazį asinchroninį variklį pakeisti kaitinimo krosnimi, kaip pa-rodyta 3 pav. Įjungti tris skirtingus rezistorius 150 Ω, 330 Ω ir 510 Ω, imituojančius kaitinimo krosnį, kaip nesimetrinę trifazę apkrovą. Įsitikinti, ar krosnies korpusas tikrai per PE gnybtą su-jungtas su žeme. Sudaryti didelės varžos trumpojo jungimo grandinę, sujungiant L1 gnybtą per didelę 510 Ω kontaktinę varžą su PE gnybtu. Įjungti maitinimą ir užrašyti pastebėjimus.

128

Rezultatas

Jeigu schema sujungta teisingai, RCD įtaisas suveikia, tai reiš-kia, jog RCD gali būti naudojami, esant nesimerinei apkrovai. Esant nesimetrinei apkrovai fazių srovių suma nelygi nuliui, todėl pradeda tekėti srovė neutralės laide. Tačiau visų keturių srovių (trijų fazių ir nulinio laido) suma lygi nuliui. Kai nėra gedimo (trumpojo jungimo), sumavimo transformatorių įtekančios ir ištekančios srovės yra vieno-dos, skirtuminės srovės lygios nuliui.

Visų keturių srovių suma pasidaro nelygi nuliui, kai atsiranda trumpasis sujungimas ir įžeminimo elektrodu prateka skirtuminė srovė. Kai šios skirtuminės srovė stiprumas yra pakankamai didelis, kad siekia I∆N nominaliosios skirtuminės srovės vertę, RCD įtaisas išjungia sistemos maitinimą visose fazėse, įskaitant ir nulinį laidą.

Galimi gedimai

RCD įtaisas, kaip visapusiškos apsaugos priemonė, tik tada vei-kia gerai, kai jis teisingai, t. y. profesionaliai sumontuotas.

Toliau atliekamas tyrimas, esant didelei RE ižeminimo varžai ar-ba nutrauktam įžeminimui.

5 užduotis

8. 3 pav. schemoje pakeisti įžeminimo varžą kita RE = 2,4 Ω varža. Sudaryti kaitinimo krosnies neapsaugotoje dalyje dide-lės kontakto RC = 150 Ω varžos trumpojo jungimo grandinę. Įjungti maitinimo įtampą ir užrašyti pastebėjimus.

9. Išmatuoti gedimo įtampą tarp kaitinimo krosnies korpuso ir žemės:

U∆ = .......... V (.......... V).

Rezultatas

Esant didelei RE įžeminimo varžai, I∆ skirtuminė srovė yra maža, todėl RCD įtaisas nesuveikia. Gedimo įtampa ant kaitinimo krosnies korpuso gaunama apytikriai 21,6 V (216 V). Dėl didelės įžeminimo varžos kyla grėsminga gyvybei situacija.

129

5. Maksimalios leistinos įžeminimo varžos skaičiavimas

Paskutiniojo eksperimento rezultatas parodė, kad įžeminimo varžos vertė akivaizdžiai per didelė. Pagal norminių taisyklių reikalavimus esant normalioms sąlygoms 50 V AC kintamoji įtampa yra nepavojinga žmogui. Todėl maksimali leistina įžeminimo varžos vertė skaičiuojama pagal šią formulę:

L

E

N

UR .

I∆

≤

Jeigu skirtuminės srovės vertė yra mažesnė už I∆N, tai suminė gedimo įtampa mažesnė negu 50 V AC ir žmogaus gyvybei pavojaus nėra.

Kai skirtuminė srovė yra didesnė už I∆N, tai RCD įtaisas tuoj pat išjungia suminę gedimo įtampą.

6 užduotis

10. Suskaičiuoti maksimalią leistiną RE įžeminimo varžos vertę, paskutiniojo eksperimento schemai. Skaičiavime imama skirtuminės srovės vertė 10 kartų didesnė už I∆N nomi- naliąją, kuri yra lygi 0,03 A:

RE ≤ …..= ….Ω.

Rezultatas

Kai nominalioji skirtuminė I∆N srovė yra 0,03 A, tai tekant tikrajai skirtuminei srovei, gaunama maksimali leistina įžeminimo varža yra 166,6 Ω.

7 užduotis

11. 3 pav. schemoje sudaryti neapsaugotoje dalyje trumpojo jungimo grandinę su kintamaja varža, kaip parodyta 2 pav. (nenaudojant ampermetro). Schemoje įjungti kitas galimas mažesnes (150 Ω) varžas.

130

12. Nustatyti didžiausią RP rezistoriaus varžos vertę ir įjungti maitinimą. RCD turi išlikti nesuveikęs.

13. Mažinti RP varžą ir stebėti U∆ gedimo įtampą tarp kaitinimo krosnies korpuso ir žemės. Išmatuoti gedimo įtampos vertę, kuriai esant RCD suveikia:

U∆ = .......... V.

Rezultatas

RCD įtaisas suveikia, esant gedimo įtampai mažesnei kaip 3 V (30 V). Tikrovėje gedimo įtampa nebūna didesnė kaip 30 V, kadangi įžeminimo varža yra nežymiai mažesnė, bet RCD įtaiso jautrumas išlieka pakankamai aukštas.

Kaip buvo nustatyta 3 užduotyje, RCD įtaisas suveikia pasiekus skirtumines sroves, esančias 0,5 I∆N ... 1,0 I∆N ribose. Beveik niekada RCD įtaiso poveikio srovė nesiekia I∆N vertės.

Reikšmingos pastabos

Rekomenduotina įžeminimo varža yra RE ≤ 30 Ω, tačiau kai gedi-mai vienu metu įvyksta keliose grandinėse, neleistina prisilietimo įtam-pa gali atsirasti anksčiau už suminę skirtuminę srovę. Taip gali įvykti, kai keletas RCD įtaisų sujungti su tuo pačiu įžeminimo elektrodu.

Vienam įžeminimo elektrodui didžiausia leistina prisilietimo įtampa 50 V AC blogiausiu atveju gali išaugti daugiau negu 80 V.

Laboratorinio darbo pavyzdžiai (ypač 2 pav. schema) rodo didelį apsaugos, išjungiant maitinimo įtampą, RCD įtaisų pranašumą paly-ginti su maksimalios srovės apsauga, naudojama automatiniuose išjungikliuose. Pavyzdžiui, LS tipo, 16 A nominaliosios srovės au-tomatinis išjungiklis greitai išjungia maitinimą, kai pasiekiama 50 A poveikio srovė. Tuo tarpu RCD įtaiso poveikiui reikalinga tik labai maža šios srovės dalis – 30 mA. Ypač jautrūs RCD įtaisai, valdantys automatinius išjungiklius, gali suveikti pasiekus tik 10 mA srovę.

131

14 LABORATORINIS DARBAS

Skirtuminės srovės įtaisų testavimas TT sistemoje

Darbo tikslas

Išmokti kontroliuoti skirtuminės srovės įtaisų veikimą TT elekt-ros tinkle ir įvertinti įvairių faktorių įtaką kontrolei.

13 laboratoriniame darbe ištirta apsauga, išjungiant maitinimo įtampą RCD įtaisu TT elektros tinkle. RCD įtaisai patikimai veikia, kai RE įžeminimo varža neviršija tam tikros nustatytos vertės. Ši ver-tė priklauso nuo RCD įtaiso valdomo automatinio išjungiklio (RCD automatinio išjungiklio) gedimo (išjungimo) nominaliosios srovės dydžio. Ši srovė apibrėžia gedimo įtampą ant RE varžos, kuri nega-li viršyti 50 V AC ir specialiais atvejais 25 V AC.

Kad RCD automatinis išjungiklis tinkamai veiktų, jis turi būti nuolat kontroliuojamas (testuojamas). Tolesnis pratimas parodys, kaip testuojamas RCD įtaisas.

1. Testavimo schemos nagrinėjimas

1 pav. pateiktoje testavimo schemoje trifazis asinchroninis elekt-ros variklis per RCD automatinį išjungiklį prijungtas prie TT elektros sistemos. Panaudojant PE gnybtą, variklis įžemintas. RCD valdomas automatinis išjungiklis (RCCB) laboratoriniame stende pavaizduotas FI bloku.

Darbo eiga

1 užduotis

1. Sujungti 1 pav. schemą, kurioje testavimo objektas yra RCD automatinis išjungiklis. Prijungti laboratorinio stendo maiti-nimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power, žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjungiklius (automatus).

132

2,2

RF

1,5 A (15 A)

L1L1

EF

RLine1 A (10 A)

2,2

L2L2

2,2

L3L3

2,2

M

PE

3

E

U1 V1 W1

N

RCD

RE

510

N

1 3 5 N

2 4 6 N

2,2

∆IN = 0,03 A

Neutralės įžeminimas Įrenginio įžeminimas

TT systemTT

1 pav. Testavimo schema

2. Išmatuoti variklio žvaigžde sujungtų fazinių apvijų įtampas tarp U1, V1, W1 gnybtų ir neprijungto N neutralės laido:

UU1N = .......... V (.......... V);

UV1N = .......... V (.......... V);

UW1N = .......... V (.......... V).

Rezultatas

Visų trijų fazių įtampos vienodos ir apytikriai lygios 23 V (230 V). Jeigu matuojant gaunama 0 V įtampa, tai RCD automatinis išjungiklis neįjungtas.

133

2. RCD automatinio išjungiklio testavimas

RCD automatinis išjungiklis turi T raide pažymėtą testavimo mygtuką (žr. ant RCCB korpuso).

2 užduotis

3. Įjungti RCD automatinį išjungiklį. 4. Paspausti testavimo mygtuką ir užrašyti pastebėjimus. 5. Nutraukti variklio įžeminimą, atjungiant PE gnybtą nuo RE

įžeminimo varžos. 6. Įjungti RCD automatinį išjungiklį. 7. Paspausti testavimo mygtuką ir užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Galima pastebėti, kad abiem atvejais RCD automatinis išjungik-lis suveikia.

3 užduotis

8. Visiškai atjungti variklį nuo RCD automatinio išjungiklio. 9. Paspausti testavimo mygtuką ir užrašyti pastebėjimus.

Rezultatas

Galima pastebėti, kad ir šiuo atveju RCD automatinis išjungiklis suveikia. Tai reiškia, kad testavimo mygtukas yra skirtas tik vidiniam RCD automatinio išjungiklio veikimui testuoti, tačiau netestuojamas visas įtaisas. Šis rankinis testas turi būti kartojamas tam tikrais laiko tarpais. Jis leidžia nustatyti automatinio išjungiklio išjungimo gebė-jimus. Rekomenduojama testą atliktį kartą per mėnesį.

3. Matavimo metodas testuoja visos RCD schemos veikimo

efektyvumą

13 laboratoriniame darbe parodyta, kad per RCD įtaisą įjungtos apkrovos įžeminimo varža turi būti pakankami maža, kad avariniu

134

atveju gedimo įtampa ant įžeminimo varžos nepasiektų 50 V AC arba specialiais atvejais 25 V AC vertės.

13 laboratoriniame darbe paaiškinta, kaip atliekami matavimai. Gedimo įtampa patenka į įžeminimo elektrodą per kintamąjį rezisto-rių ir matuojamas įtampos krytis. Jeigu įtampa mažesnė už 50 V AC arba specialiais atvejais 25 V AC, tai RCD automatinis išjungiklis suveikia ir įžeminimo elektrodas veikia gerai.

Įžeminimo varžos matavimas reikalauja testavimo zondo (papil-domo įžeminimo elektrodo), kuris įkalamas į žemę 25 m atstumu nuo įžeminimo elektrodo, kad būtų galima išmatuoti įtampos krytį įžemi-nimo varžoje (galimi matavimai ištirti 11 laboratoriniame dabe). Šis matavimo būdas yra sudėtingas bei rizikingas ir nenaudojamas. To-dėl tikslinga sukurti kitą matavimo metodą, pagristą RCD automati-nio išjungiklio gedimo įtampos nustatymu. 2 pav. parodyta matavimo schema su visais būtinais elementais.

RT

L1

L2

L3

M

PE

3

E

U1 V1 W1

N

RE

510

V

U0

∆U

S

L1

L2

L3

N

PE

TT sistema

2 pav. Matavimo schema

Matavimo elementai įjungti tarp linijos laido variklio korpuso ir

veikia taip:

135

1. Kai S mygtukas išjungtas (atviras), voltmetras rodo U0 siste-mos įtampą, nes jo vidaus varža yra didelė.

2. Kai S mygtukas įjungtas (uždaras), gaunama gedimo įtampa RT testavimo ir RE įžeminimo varžose. Voltmetras rodo ∆U įtampos krytį.

Visų linijos varžų, PE laido ir RE įžeminimo elektrodo suminė varža yra žymiai mažesnės už RT testavimo varžą, todėl U∆ gedimo įtampa įžeminimo elektrode yra gaunama, kaip skirtumas tarp U0 sistemos įtampos ir ∆U įtampos kryčio RT testavimo varžoje:

U∆ = U0 – ∆U.

Testuojant RCD automatinį išjungiklį, RT testavimo varža maži-nama tol, kol automatinis išjungiklis suveikia. U∆ gedimo įtampa nustatoma, matuojant U0 sistemos įtampą ir ∆U įtampos krytį RT testavimo varžoje prieš pat automatinio įšjungiklio suveikimą. Jeigu gedimo įtampa yra mažesnė nei 50 V AC, tai skirtuminės srovės įtai-sas veikia gerai:

U∆ ≤ UL.

4. Skirtuminės srovės įtaiso testavimas

4 užduotis

10. 1 pav. testavimo schemoje įjungti 2 pav. matavimo schemą, kurioje RT yra kintamoji varža, turinti 1 kΩ vertę, o nuosek-liai su ja įjungta varža lygi 510 Ω. Laboratoriniame stende naudoti S2 mygtuką su nuosekliai įjungta maža 22 Ω varža.

11. Nustatyti U∆ gedimo įtampą prieš pat suveikiant RCD auto-matiniam išjungikliui:

1. S mygtukas nepaspaustas (kontaktas atviras):

U0 = .......... V (.......... V).

2. S mygtukas paspaustas (kontaktas uždaras): Prieš pat suveikiant RCD automatiniam išjungikliui:

∆U= .......... V (.......... V).

136

3. Gedimo įtampa:

U∆ = U0 – ∆U = ………. V (.......... V).

Rezultatas

U0 sistemos įtampa gaunama apytikriai 23 V (230 V). ∆U įtam- pa nuosekliai įjungtuose rezistoriuose, kai RCD automatinis iš- jungiklis suveikia, yra apytikriai nuo 10 V iki 12 V (tikrovėje nuo 100 V iki 120 V). Taigi U∆ gedimo įtampa yra lygi 10 V (100V).

Gedimo įtampa yra didesnė už UL leistinąją 50 V AC įtampą, todėl skirtuminės srovės automatinis išjungiklis veikia blogai, įže- minimo varža yra per didelė.

5. Maksimalios leistinos įžeminimo varžos nustatymas

5 užduotis

12. Suskaičiuoti maksimalią leistiną įžeminimo varžą pagal šią išraišką:

L

E

N

UR

I∆

≤ =…..Ω.

13. Įjungti kitą galimą mažesnę įžeminimo varžą ir pakartoti bandymą:

1. S mygtukas nepaspaustas:

U0 = .......... V (.......... V).

2. S mygtukas paspaustas: Prieš pat suveikiant RCD automatiniam išjungikliui:

∆U= .......... V (.......... V).

3. Gedimo įtampa:

U∆ = U0 – ∆U = ………. V (.......... V).

137

Rezultatas

Maksimali leistina įžeminimo varžos vertė RCD automatiniam išjungikliui, kurio nominalioji skirtuminė srovė I∆N = 0,03 A, yra 166 Ω.

Ši varžos vertė nėra pastovi. Varža priklauso nuo pasirinkto skirtuminės srovės įtaiso poveikio srovės vertės. Čia buvo pasirinkta įžeminimo varža RE = 150 Ω.

Kai RCD automatinis išjungiklis suveikia, ∆U įtampos krytis testavimo varžoje yra apie 20 V (200 V), todėl gedimo įtampos vertė yra apytikriai 3 V (30V).

Gedimo įtampa yra daug mažesnė už leistinąją 5 V (50 V) įtampą todėl, kad pasirinkta įžeminimo varža yra mažesnė ir RCD automatinis išjungiklis suveikia pasiekus tik pusę nominaliosios gedimo srovės vertės.

Todėl visada reikalingas saugus įžeminimo varžos rezervas, kai ji suskaičiuojama pagal formulę. Rezervas nėra visiška išeitis, tačiau jis padidina įtaiso poveikio saugumą.

138

15 LABORATORINIS DARBAS

IT sistemos apsaugos priemonės: izoliacijos būsenos

signalizacija naudojant izoliacijos kontrolės

(monitoringo) prietaisus

Darbo tikslas

Ištirti IT elektros tinklo apsaugos priemones ir įvertinti įvairių faktorių įtaką apsaugai.

Laboratoriniame darbe tiriamos apsaugos priemonės, signalizuo-jančios apie izoliacijos būseną IT elektros tinkle su izoliuota neutra-le. IT sistemos apsaugoje naudojamas PE laidas. Įvykęs vienas trumpasis susijungimas neapsaugotoje apkrovos dalyje nesukelia pavojingos prisilietimo įtampos. Todėl sugedęs įrenginys gali būti tuojau pat nestabdomas, bet toliau veikti tol, kol įmanoma, kol jis bus pataisytas. Tai labai svarbu ten, kur įrenginio sustabdymas gali su-kelti nenumatytą efektą. Pavyzdžiui, sudėtingas plieno gamybos pro-cesas negali būti pertrauktas, negali būti uždaryta ventiliacijos anga darbo metu ir t. t. Šios apsaugos priemonės naudojamos plieno ga-myboje, chemijos įmonėse, kasybos pramonėje, nepertraukiamos gamybos sistemose, avarinių darbų atveju, ligoninėse ir pan. Ligoni-nių operacinėse ši priemonė yra privaloma.

1. Eksperimento schema

1 pav. parodyta schema, kurioje variklis ir kaitinimo krosnis pri-jungti prie IT elektos tinklo. Ši sistema turi atskirą PE laidą, sujungtą su žeme. Šis PE laidas apkrovos pusėje įžemintas, tačiau transforma-toriaus žvaigžde sujungtos apvijos neutralė nėra įžeminta.

139

1,5 A (15 A)

L1L1

E

1 A (10 A)

L2L2

L3L3

M

PE

3

U1 V1 W1 PE

N

IT system

Įžemintas įrenginys

RE

L1 L2 L3N PE

10

N

PE

Izoliuota neutralėI T

1 pav. IT sistemos su dviem apkrovomis eksperimento schema

Darbo eiga

1 užduotis

1. Sujungti schemą su trifaziu asinchroniniu elektros varikliu ir kaitinimo krosnimi, kaip parodyta 1 pav. Patikrinti, ar tik PE laidas yra įžemintas, o sistemos N laidas izoliuotas nuo žemės.

2. Trumpasis susijungimas neapsaugotoje

vienos apkrovos dalyje

2 užduotis

2. Sudaryti visiško trumpojo jungimo grandinę neapsaugotoje variklio dalyje, sujungiant U1 gnybtą su korpusu (PE gnyb-tu). Prijungti laboratorinio stendo maitinimo laidą prie ~ 220 V, 50 Hz maitinimo šaltinio. Įjungti stendo (Netz/power,

140

žalias) jungiklį ir pagrindinį bei schemos automatinius išjun-giklius (automatus).

3. Išmatuoti gedimo įtampą tarp korpuso ir žemės:

U∆ = .......... V (.......... V).

Rezultatas

Galima pastebėti, kad visiškas trumpasis jungimas neapsaugotoje apkrovos dalyje nesukelia pavojingos įtampos ant korpuso. Todėl įrenginys neprivalo tuojau pat būti stabdomas. Jis gali tęsti darbą. Kodėl tai yra įmanoma?

1 pav. schemoje matome, kad nesusidaro uždaras trumpojo jungimo kontūras, nes maitinimo sistema yra neįžeminta. Šiuo prin-cipu ir pagrista tokia apsaugos priemonė.

Būtina įsiminti

Nei vienas maitinimo sistemos taškas neturi būti įžemintas. Įžeminus maitinimo sistemą, naudingo izoliavimo principo nebūtų galima taikyti.

3. Trumpasis susijungimas neapsaugotose

dviejų apkrovų dalyse

3 užduotis

3. Papildyti 1 pav. schemą kita visiško trumpojo jungimo gran-dinę neapsaugotoje kaitinimo krosnies dalyje tarp N gnybto ir korpuso.

4. Įjungti maitinimą ir išmatuoti gedimo įtampą:

U∆ = ......... V (.......... V).

Užrašyti pastebėjimus. Rezultatas

Išmatuota prisilietimo įtampa yra 0 V. Po trumpo laiko tarpo atitinkamos fazės automatinis išjungiklis turėtų suveikti. Dvigubas

141

gedimas IT sistemoje nesukelia personalui pavojaus. Iš dalies pavo-jus yra.

Dėl atitinkamo įrenginio išjungimo gali būti didelis netiesioginis pavojus (rizika). Didelis vieno gedimo pranašumas yra galimybė dirbti įrenginiui tol, kol kitas bus baigtas remontuoti, esant dvigubam gedimui. Todėl dvigubas gedimas nėra joks išsigelbėjimas. Ši priemonė vieno gedimo atveju leidžia greičiau nustatyti ir pašalinti gedimą. Gedimui aptikti galima atlikti įrenginio izoliacijos patik-rinimą (kontrolę), trumpai tariant, tiesiog izoliacijos monitoringą.

4. Monitoringas ir signalizacija IT sistemoje

Sistemos neapsaugotos dalies trumpasis susijungimas yra ap- tinkamas ir signalizuojamas izoliacijos monitoringo būdu.

Tai pasiekiama matuojant sistemos izoliacijos varžą tarp žemės ir išorinės dalies. Kai izoliacija blogesnė už nustatytą ribinę vertę, įjungiama signalizacija.

Tolesniame darbe bus reikalingas toks izoliacijos monitoringas.

4 užduotis

5. Įjungti į schemą sistemos monitorių, atliekant šiuos veiksmus: – monitoriaus L1 lizdą sujungti su L1 linija, N lizdą su N

linija; – pašalinti visus trumpuosius sujungimus schemoje; – monitoriaus PE lizdą sujungti su PE linija; – izoliacijos monitoriuje nustatyti 40 kΩ jautrio vertę.

6. Sudaryti didelės kontaktinės varžos RC = 10 Ω trumpojo su-jungimo grandinę neapsaugotoje variklio dalyje.

7. Įjungti maitinimo įtampą ir užrašyti pastebėjimus izoliacijos monitoriuje.

Rezultatas

Esant trumpojo sujungimo grandinei neapsaugotoje dalyje, galima pastebėti, kad izoliacijos monitorius signalizuoja mažą izolia-cijos varžą. Kai izoliacijos varžos vertė krenta žemiau nustatytos

142

40 kΩ ribos, pradeda šviesti pavojaus (angl. Alarm) šviesos diodas (LED).

5 užduotis

8. Panaikinti sudarytą anksčiau trumpojo sujungimo grandinę. 9. Trumpai spustelėjus pradinio nustatymo (angl. Reset)

mygtuką izoliacijos monitoriuje ir išjungti gedimo indikato-rių.

10. Pakartoti bandymą, sudarant naują didelės kontaktinės varžos RC = 100 kΩ trumpojo sujungimo grandinę neap-saugotoje variklio dalyje ir užrašyti pastebėjimus izoliacijos monitoriuje.

Rezultatas

Esant trumpojo sujungimo grandinei neapsaugotoje dalyje, galima pastebėti, kad izoliacijos monitorius signalizuoja didelę izo- liacijos varžą. Kadangi izoliacijos varžos vertė yra didesnė už nustatytą 40 kΩ ribą, tai gedimo nėra ir pavojaus šviesos diodas (LED) nešviečia.

6 užduotis

11. Izoliacijos monitoriuje nustatyti 120 kΩ jautrumo vertę. 12. Pakartoti bandymą, esant tai pačiai kontakto varžai RC =

100 kΩ trumpojo sujungimo grandinėje neapsaugotoje variklio dalyje ir užrašyti pastebėjimus izoliacijos monito-riuje.

Rezultatas

Galima pastebėti, kad izoliacijos monitoriaus indikatorius dabar signalizuoja gedimą. Taip atsitinka todėl, kad kontakto varža trum-pojo sujungimo grandinėje neapsaugotoje dalyje yra mažesnė už nustatytą izoliacijos monitoriuje vertę.

Eksperimentai parodė, kad izoliacijos monitorius yra gera priemonė matuoti ir signalizuoti sistemos izoliacijai žemės atžvilgiu.

143

Trumpasis sujungimas neapsaugotoje dalyje aptinkamas taip pat greitai, kaip ir izoliacijos sumažėjimas.

Tiesiogiai keičiant izoliacijos monitoriaus nustatymo vertes, jis prisitaiko (adaptuojasi) prie pakitusių dydžių.

Nedidelėse sistemose, tokiose, kaip ligoninė, didžiausia izoliaci-jos vertė turi būti nustatyta, pavyzdžiui, 100 kΩ. Matavimo srovė neturi viršyti 1 mA.

Didelėse sistemose, tokiose kaip visų pirma plieno gamyba, izoliacijos varža yra dar mažesnė, todėl yra mažesnė izoliacijos monitoriaus nustatymo vertė.

Abiem atvejais izoliacijos monitorius aptinka reikšmingą izolia-cijos sumažėjimą žemiau normalios vertės ir signalizuoja pavojų. Įsijungus pavojaus signalui, įjungiamas kontaktas, tačiau per labora-torinio darbo bandymus jis nenaudojamas,

Izoliacijos monitorius turi testavimo mygtuką, skirtą jo darbo kontrolei. Paspaudus šį mygtuką, imituojama trumpojo jungimo grandinė fazinio laido su žeme su maža testavimo varža. Izoliacijos monitorius turi parodyti gedimą, kai varžos vertė mažesnė už ribinę.

144

LITERATŪRA

1. Lietuvos Respublikos energetikos įstatymas Nr. IX-884. Valstybės

žinios, 2002, Nr. 56-2224.

2. LR elektros energetikos įstatymas Nr. IX-2307. Valstybės žinios,

2004, Nr. 107-3964.

3. Elektros tinklų kodeksas. LR ūkio ministerijos 2001-12-29 įsaky-

mas Nr. 398 (Valstybės žinios, 2002, Nr. 3-88);

4. Elektros įrenginių eksploatavimo saugos taisyklės. LR ūkio ir ap-

linkos apsaugos ministerijų 2004-11-26 įsakymas Nr. 4-432.

5. Elektros įrenginių įrengimo taisyklės. LR ūkio ministerijos 2000-

12-28 įsakymas Nr. 433/547.

6. Elektros energijos tiekimo ir naudojimo taisyklės. LR ūkio minis-

terijos 2005-10-07 įsakymas Nr. 4-350. Valstybės žinios, 2005, Nr.

120-4328.

7. Elektrotechninių gaminių saugos techninis reglamentas. LR ūkio

ministerijos ir Standartizacijos departamento 1999-10-19 įsakymas

Nr. 351/61.

Edvardas Matkevičius, Lionginas Radzevičius

ŽMONIŲ SAUGA Laboratorinių darbų metodikos nurodymai Redaktorė Giedra Ribokienė

2007 04 26. 9 sp. l. Tiražas 100 egz.

Vilniaus Gedimino technikos universiteto leidykla „Technika“,

Saulėtekio al. 11, 10223 Vilnius

Spausdino UAB „Biznio mašinų kompanija“,

J. Jasinskio g. 16A, 01112 Vilnius