Способ определения напряжения прикосновения

Способ определения напряжения прикосновения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: испытания заземляющих устройств. Сущность изобретения: последовательно с помехой включают дополнительное стабилизированное напряжение , измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, затем изменяют фазу дополнительного напряжения и повторяют предыдущие измерения, после чего по расчетной формуле вычисляют напряжение прикосновения . 5 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРbITNSM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799300/21 (22) 05.03,90 (46) 07.04,92. Бюл, %13 (71) Завод-ВТУЗ при Норильском горно-металлургическом комбинате им, А.П.Завенягина (72) А,И,Сажин и lO,В.Шевцов (53) 621.317.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 148455, кл. G 01 R 19/00, 1960.

2. Целебровский Ю. В. идр. Измерение параметров заземляющих устройств.: Обзор.—

М.: Информэнерго, 1978, с.76. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения напряжения прикосновения при испытании заземляющих устройств.

Известен способ определения напряжения прикосновения в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью при коротком замыкании фазы на корпус приемника, осуществляемый в условиях присоединения корпуса к одной из фаз сети через дополнительное сопротивление. С целью устранения помехи, обусловленной наличием напряжения на зануленном оборудовании, за счет протекания токов однофазных потребителей по зануляющей цепи, между двумя другими фазами сети включают делитель напряжения, его промежуточную точку и рисоеди ня ют через электроизмерительный прибор к корпусу приемника и зануляющему электроду и определяют разность напряжений корпуса и электрода относительно указанной точки, затем повторяют эти операции при отключенном дополни(57) Использование: испытания заземляющих устройств. Сущность изобретения: последовательно с помехой включают дополнительное стабилизированное напряжение, измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения йри однофазном замыкании, затем изме1(яют фазу дополнительного напряжения и повторяют предыдущие измерения, после чего по расчетной формуле вычисляют напряжение прикосновения. 5 ил., 1 табл. тельном сопротивлении и искомое напряжение его определяют как разность между указанными напряжениями (1).

Недостатками этого способа являются низкая точность и невозможность измерений в однофазной электрической сети, Низ- . кая точность обусловлена тем, что измеряемые величины напряжений имеют достаточно большие значение, в несколько раз превышающие разности между ними, пересчитываемые в напряжения прикосновения. Измерение действующих значений напряжений и расчет напряжения прикосновения без учета векторного характера реальных напряжений не позволяют повысить точность измерений и в случае повышения точности измерительного прибора. Невозможность определения напряжения прикосновения в однофазных сетях обусловлено самой сущностью способа, для которого необходимы все три фазы электрической сети.

1725136

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения напряжения прикосновения, использующий измерение сумматорной величины помехи и напряжения при двух противоположных фазах напряжений 01 и U1 и отдельное измерение напряжения помехи U22 при отсутствии однофазного замыкания (21. Тогда искомую величину напряжения прикосновения определяют по выражению

Ux=

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при измерениях проводится имитация однофазного замыкания, при которой токораспределение, а значит, и наводимое напряжение прикосновения значительно отличаются от реальных величин при однофазном замыкании. При использовании способа необходимо знать величину потенциалоповышающего тока, что устанавливается расчетом или дополнительными измерениями, вносящими дополнительную погрешность.

Целью изобретения является повышение точности определения напряжения прикосновения при наличии помех в электрических сетях.

Указанная цель достигается тем, что при способе определения напряжения прикосновения, включающем измерение действующих значений напряжения помехи U(2, U1 — суммарного напряжения помехи 0О и искомого напряжения прикосновения Ux npu однофазном замыкании в электрической сети, подают дополнительное стабилизированное напряжение промышленной частоты U2 и измеряют сумму 0з напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму U4 напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, после чего изменяют фазудополнительного стабилизированного напряжения на угол а в интервале 10 < а <

<170 и -170 < а < -10О, измеряют сумму

U з напряжения помехи и дополнительного напряжения с измененной фазой, затем при однофазном замыкании измеряютсумму U 4

I напряжения помехи, дополнительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения, прикосновения, а искомое напряжение прикосновения определяют по формуле

2 2 я 2 (("s (((+I+((is1 я 2 я 2

u.- Iu.-U,-,+u,I+I . ., „,<..-,.,,Г 1)*. (1) Подача дополнительного напряжения

U2 дает возможность измерения напряжений 03= l Qo+Ц2 l U3= 90+02

; U4= 1 QO+ 02+@x l; U4 = l ЦО+Ц2 +

+ Qx 1, в которые дополнительные напряжения U2 и U2 входят как слагаемые. Это поI зволяет определить искомое напряжение прикосновения с учетом векторности величин напряжения помехи и напряжения при10 косновения.

На фиг.1 — 4 даны векторные диаграммы; на фиг.5 — схема для осуществления способа.

Если вектор дополнительного напряже15 ния «02(фиг.1) расположить на действительной оси так, что его начало находится в точке с координатами (-02, О), конец — в точке (0,0), а вектор дополнительного напряжения с измененной фазой на угол а в точках с коор20 динатами(-U2 cos a, -U2sln a ) и(0,0), то по трем измеренным величинам напряжения Uo, 0з и 0з определяется координата начала вектора (х1, у1) искомого напряжения прикосновения, как пересечение трех ок25 ружностей в искомой точке. Математически это можно представить в виде системы трех уравнений

30 х1 +у1 =Uo;

< (х1 + 02) + У2 = 03; (2) (х1+ U2COS Q ) + (у1+ U2slllQ) =- фЗ

Аналогично по трем напряжениям 01, U4 и 04 определяется координата (х2, у2)

35 конца вектора напряжения прикосновения в виде системы трех уравнений (х24 Ug + УР = Ua;

x2 +yz =Ui (3j (xz+Uzcosa p+(yz+Uzsina) =«(U4j.

По найденным координатам модуль вектора искомого напряжения определяется по формуле

Анализ методической погрешности спо50 соба определения напряжения прикосновения показал, что его точность не зависит от угла а при 0 < а< 180 и -180 < а < 0 .

Ограничение, накладываемое на угол, связано с тем, что выполнение измерений при

55 а=0 (фиг.2) и а =180 (фиг.З) дает неоднозначные результаты. Это связано с тем, что по измеренным значениям Uo U1 Оз и

U4 из соответствующих им уравнений (сис1725136 (4) где

1Я вЂ” Up — Ul 03 — 01 — 03

1 202: 2 20

При изменении фазы дополнительного стабилизированного напряжения на угол Оо<

<а <180о или-180 <а < 0 по измеренной величине 0 4 можно определить какое знаI чение Ux1 или Ux2 является истинным. Для этого рассчитывают значения 031, U32, U41

I ! и 042 по выражениям

) (5) «» гдеу1= U, -xP: yz=IUi -хг.

Тогда искомое напряжение прикосновения определяется из условия

max(Ux1 Охг),если 04 = 042 и 03I !

I I !, "U31 или 04 = 041 и 03 = 032

О = min(Ux1, Ux2),Если 04 =

I х—

=042 И U3 = 032 Или U4 =

I l l

041 И 03 = U31 (6)

Таким образом, если U4 = 042 и 03 = ! !

I !

- U31! или 04! = U41 и 03 = U32 то за истинную величину напряжения прикосновения Ох принимается максимальная из двух величин

Ux1и Ux2,аесли U4 =042 и 03 =Озг или 04! ! I

l l, = U41 и 03 = 031 то принимается минимальная из двух величин Ux1 I4 Ux2.

Как видно, 4 не зависит от угла а в диапазоне 0 < a < 180 и -180о < a < 0о поэтому можно сделать вывод, что этот угол не влияет на методическую погрешность способа определения напряжения прикосновения.

Определение напряжения прикосновения с помощью (1) значительно проще, чем по формулам (4) и (5), которые также требуют соответствующих логических рассуждений (6).

Относительная погрешность определения напряжения прикосновения предлагаемым способом по формуле (1) может быть оценена как

IoodU» юо (ац, ац, и4 а!!»

3 = L du + — д!!+ — dS+ — х!К !! = u„u„lsu, ° as as S

35 х

Для измерения на заземлении электрооборудования, например трехфазного элек45 тродвигателя 1, включенного в сеть через выключатель 2 по схеме на фиг.5, где корпус двигателя 1 подключен через амперметр 3 и короткозамыкатель 4 с автоматическим регулируемым отключением короткого замыкания к одной из фаз электрической сети до выключателя 2, к заземлению 5 корпуса двигателя 1 подключен контакт входа вольтметра 6 и сопротивление 7, эквивалентное сопротивлению человека. Вторые концы вольтметра 6 и сопротивления 7 подключены к подвижному контакту переключателя 8.

Пластина 9, имитирующая стопы человека, подключена к первому неподвижному кон(7) такту переключателя 8 и к одному из контактов выхода стабилизированного источника темы уравнений (2) и (3)) получают два значения

0 2= (х +О со5!к) + (Yz < 02 sin м ) ) ГДЕ А = Uo - 01 -, 03 + U ;

2 2 2 2.

В = 01 - Оо -(04) +(03)

Если относительную погрешность отДЕльных иэмЕРЕний Uo, U1, 02, U3, 04, U3 и

5 04 принять одинаковый и равной д !1, а угла а — да, то (7) принимает вид !! g, (+ А СО5 04 j(8 CO50C+ A) (8)

Ок ц 7 ро!! !! 5 1п ( а х

Как видно из этого выражения, относительная погрешность зависит от угла а .

Проведенные расчеты по обработке экспериментальныхданных показали, что относительная погрешность определения напряжений прикосновения в интервале

10 <а <170 и-170о< а<-10 непревышает5%,а при-10 <а <10 и170 <а <190 относительная погрешность резко возрастает.

При угле а = 90 выражение (8) приводится к виду! ( х !! о(А®+ Ь/А) 04 (9) X

ПосколькУ 2 A B «! B A < 1,57, то при д!! =да= 1% максимальная относи30 тельная погрешность предлагаемого способа не превысит 4,57%. При угле а = 90 исходное выражение (1) упрощается и принимает вид

Векторная диаграмма при этом соответствует фиг.4.

Способ осуществляется следующим образом.

1725136

10 дополнительного напряжения с фазовращающим устройством, второй контакт которого подключен к второму неподвижному контакту переключателя 8.

Измеряют действующее напряжение помехи U<, для чего переключателем 8 замыкают его подвижный контакт с первым неподвижным, при этом показание вольтметра 6 соответствует 14, затем измеряют суммарное напряжение помехи и искомого напряжения прикосновения 1U>+U l =U> при однофазном замыкании в электрической сети, для чего включают короткозамыкатель 4 и записывают показание вольтметра 6, соответствующее Ui. Под воздействием релейной защиты короткозамыкатель 4 автоматически отключается. Затем подвижный контакт переключателя 8 замыкают с вторым неподвижным контактом, тем самым подают дополнительное напряжение

Uz от стабилизированного источника 10 и измеряют напряжение 0з, равное показанию на вольтметре 6, после чего снова включают короткозамыкатель 4, при этом измеряют напряжение Up, соответствующее показанию вольтметра 6, после чего короткозамыкатель 4 автоматически отключается.

На стабилизированном источнике 10 дополнительного напряжения изменяют фазу напряжения Uz на угол а, где 10 < а < 170 или -170 < а «< -10 (например, а = к /2)и измеряют напряжение 0з вольI тметром 6. Затем включают короткозамыкатель 4 и измеряют напряжение U4 вольтметром 6, Используя полученные результаты, по формуле (1) определяют реальное (действительное) напряжение прикосновения.

Сравнение предлагаемого и известного способов проводилось на основании измерений на модели, Выбор модели обусловлен тем, что для определения погрешности этих способов на модели можно создать условия отсутствия помехи или искусственно создать помеху. При этом на модели возможна реализация различного сочетания как по модулю, так и по фазе помехи и напряжения прикосновения. Последнее при отсутствии помех измеряется с высокой точностью, Моделирование проводилось в электролитной ванне. Заземлители представляли собой сетки из проводящего материала с различными размерами ячеек. Напряжения прикосновения измерялись между сеткой и пластиной, имитирующей стопу человека. В качестве дополнительного электрода, необходимого при измерении по известному

50 способу, использовался электрод, удаленный от заземляющей сетки на две ее диагонали.

Проводилась серия замеров.

В таблице приведены наиболее характерные.

Представленные результаты показывают, что измеренные значения напряжения прикосновения с помощью известного и предлагаемого способов значительно отличаются друг от друга. При обработке полученных результатов определяли математическое ожидание напряжения прикосновения Uxm, абсолютную погрешность Ох и относительную погрешность (ь Ux/Uxm).100о .

Поскольку при моделировании определяли действйтельное значение напряжения прикосновения, то рассчитывали относительную погрешность каждого из способов.

Как видно из представленных в таблице результатов, погрешность предлагаемого способа не превышает 5, а известного достигает 16,5%. Это можно объяснить тем, что при известном. способе используются разделительный от сети трансформатор и дополнительный токовый электрод. который существенно изменяет характеристики электрического поля в зоне заземления. Поэтому при равном для обоих способов вводимом в заземляющую сетку токе результат оказывается различным.

Анализ экспериментальных данных показал, что предлагаемый способ обладает большей точностью определения напряжения прикосновения.

Внедрение предлагаемого способа позволит повысить точность определения напряжения прикосновения, что обеспечит достоверность результатов оценки условий электробезопасности, Формула изобретения

Способ определения напряжения прикосновения, заключающийся в измерении действующих значений напряжения помехи, суммарного напряжения помехи и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании в электрической сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряжения прикосновения, подают дополнительное стабилизированное напряжение и измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжений помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, после чего изменяют фазу дополнительного стабилизированного напряжения на угол а в интервале 10 «<а< 170

1725136

Параметр

Опыт 1

Опыт 3 — -"г — — -

4 1 2 (3

L..i

Предлагаемьй способ (Ов 5B) 5 0

13 ° 5

8,8

18,4

9,4 !

5,8

10,4

5,0 5,0 5,0

5,3 5>5 5,4

2,8 3,6 2,9

1,8 1г3 1 >9

4,5 3,7 4,3

8,4 8,3 8,5

4,8 5,3 5,0

5,0 5,0 5,0 5,0

1 1 8 13 5 13 6 7 8

8 ° 0 7,9 9,0 5,9

16 5 18 2 18 4 12

9,9 9,8 9,5 8,0

14,2 16,0 15,8 6,1

9,4 11,2 9,8 9,6

Известный способ

U„,И

U< >B

V „B

0„0 (Оь,н у«в

5,0

7,7

5,6

11,7

8,1

5,5

10,0

5 0

8,2

4,8

12,8

7,9

7,4 !

1,0

5,0 5,0

7,9 5,1

5,2 3,4

12,4 1,5

7,9 3,8

6,5 Е,!

10,6 5,1

5>0 5,0 5,0

4,6 4,8 4,5

8,2 8 ° 3 8,8

4>4 4>6 4>9

5,0

12,4

6,1

8,4

5>0

10,4

6,3

7,0

5>0 5>0 !

2 1 12>3

7,9 8,0

Е,9

Првдлагаемьй

10,2

0,26

5,0

5 7

11,4

7,5 способ

5,0 5,0

7,1 7,4

12>3 13 0

Е,7 9.3

5,0 5,0

7,2 5,2

12,5 8,3

8,9 4,8

U B

UÄB

Ur>0 цье> В

iB

AU> — 2

Оь(н

5,05

0,07

10,3

0,21

2,5

Известньй способ

8,35

0>32

3,Е

1,4

2,0

Е,6

0,26

3,0

4,7

0 i 07

1 5

10,0

5 ° О

10,0

Относительная погрешность Д (предлагаемьй способ) 2,0

1,0

3,0

Известный спо" соб

16,5

14,0

6 ° О

55 и -170 <а < -10О, измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряже-. ния с измененной фазой, затем при однофазном замыкании измеряют сумму напряжений помехи, дополнительного напряжения с измененной фазой с искомого напряжения прикосновения, а искомое напряжение прикосновения определяют по формуле:

Q < <

u . — и -u -o +v+1 (...,, 10,-u.-(u,l.(u,!

>(ы -o, o>>U<)<<9<(j ь

< >0 > < (,ь(с

2 где U

Отм. 0

BVr,В

BU

2 цт>»

Действительная величина напряжения при носнове" ния, 0

U3 — сумма напряжения помехи и искомого напряжения прикосновения, В;

Uz — дополнительное напряжение, В;

Оз — сумма напряжения помехи и допол5 нительного напряжения, В;

U4 — сумма напряжения помехи; дополнительного напряжения.и искомого напряжения прикосновения, В;

0з — сумма напряжения помехи и до(10 полнительного напряжения с измененной фазой, В;

U4 — сумма напряжения помехи, дополI нительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения прикосновения, 15 В; а — угол сдвига фазы дополнительного напряжения.

1725136

1725136

Уг

1725136

30

40

50

Составитель А.Сажин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О.Ципле

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5