Описание лабораторной установки. Методические указания по выполнению лабораторной работы №2

Методические указания по выполнению лабораторной работы №2

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Для всех специальностей и направлений подготовки ВоГТУ

Вологда, 2011

УДК 658.382.3;378.147

Безопасность жизнедеятельности:

Методические указания по выполнению лабораторной работы №2. -Вологда: ВоГТУ, 2011.-18 с.

Дано описание лабораторной работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для всех специальностей и направлений подготовки ВоГТУ. В работе изложены цель, содержание работы, применяемое оборудование и приборы, порядок выполнения работы, требования к отчету и контрольные вопросы. Кроме того, приведены теоретическая часть и требования безопасности работ.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составители: Н.Э.Дымов, ст.преподаватель; В.А.Раков, ассистент

Рецензенты: И.Ю.Сергиевская, к.т.н., доцент.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение курса «Безопасность жизнедеятельности» предусматривает проведение лабораторных работ, содержание которых направлено на приобретение студентами навыков в осуществлении контроля над безопасностью труда. В процессе выполнения лабораторной работы студенты знакомятся с соответствующими нормативными материалами, оборудованием, контрольно-измерительными приборами, что дает возможность глубже изучить теоретический курс и увязать его с практической работой в производственных условиях.

1. Требования техники безопасности

1.1. При проведении работ в учебной лаборатории должна быть исключена возможность образования взрывоопасных концентраций газо-, паро- и пыле-воздушных смесей, пожаро- и электроопасность как во всем помещении, так и на рабочих местах.

1.2. Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ только после прохождения инструктажа по безопасности работ, пожарной безопасности в лаборатории в целом и на каждом рабочем месте с обязательной фиксацией инструктажа в контрольном листе инструктажа с подписью как инструктируемого, так и инструктирующего, и после изучения настоящих требований.

1.3. Перед включением электроприборов необходимо убедиться в том, что прибор (установка) подсоединены к сети заземления (зануления) и получить разрешение на включение от преподавателя (лица ведущего занятия).

1.4. Запрещается вскрытие аппаратов, приборов, установок и др. электрооборудования и замены предохранителей без разрешения преподавателя.

1.5. При обнаружении неисправности приборов (установок) необходимо немедленно отключить их от сети и сообщить преподавателю.

1.6. Запрещается измерение электрического сопротивления изоляции в сетях, находящихся под напряжением.

1.7. При вращении рукоятки мегаомметра не касаться зажимов, клемм и оголенных проводов, присоединенных к зажимам мегаомметра.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Цель работы

Ознакомить студентов с таким средством электробезопасности как изоляция: принципом её работы, видами, причинами ухудшения, требованиями к изоляции, с методикой контроля и измерения сопротивления изоляции электрических цепей, приборов и машин.

Теоретическая часть

Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием его под разность потенциалов, а также значением протекающего через тело человека тока.

Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опасных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов, находящихся под напряжением.

Изоляция электрическая (и.э) предназначена для предотвращения образования электрического контакта или электрического пробоя между частями электротехнической установки, находящимися под различными электрическими потенциалами то есть для разделение проводников с током слоем диэлектрика или вакуумным промежутком обеспечивающими такое разделение. Изоляция электрическая характеризуется электрической прочностью, объёмным и поверхностным электрическими сопротивлениями, диэлектрическими потерями, короностойкостью, нагрево- и морозостойкостью, механической прочностью и др.

Различают электроизоляционные материалы твердые (бумаги, слюды, лакоткани и т. д.), жидкие (напр., трансформаторные масла) и газообразные (воздух, элегаз и др.).Выбор диэлектриков для изоляции электрической (И.э.) зависит от условий её эксплуатации. Например, для изоляции электрических машин (генераторов, двигателей) определяющее значение имеет нагревостойкость; в этом случае И. э. чаще всего изготавливают из Слюды. Для изоляции воздушных линий электропередачи особенно важны влагостойкость и механическая прочность, наиболее подходящие материалы — Фарфор и Стекло. В радиотехнических устройствах И. э. выполняется обычно из материалов, обладающих минимальными диэлектрическими потерями и максимальным объёмным и поверхностным электрическими сопротивлениями. В трансформаторах, электрических конденсаторах и кабелях применяют комбинированную И. э., состоящую из минерального масла и пропитанной им целлюлозы (бумаги, электрокартона, прессшпона).

Габариты изоляционной конструкции определяются рабочим напряжением установки и длительной прочностью И. э. при заданном сроке службы. Если на установке могут возникать перенапряжения, то конструкция и габариты И. э. определяются также амплитудой возможных перенапряжений и кратковременной электрической прочностью.

Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей электроустановок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов.

К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, конденсаторов, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии, т.е. изоляция герметически изолированная от воздействия окружающей среды корпусом, оболочкой, баком и т.д. Внутренняя изоляция как правило представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидких и твердых, газообразных и твердых).

Важной особенностью внешней изоляции является ее способность восстанавливать свою электрическую прочность после устранения причины пробоя. Однако электрическая прочность внешней изоляции зависит от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки влияют также загрязнения их поверхности и атмосферные осадки.

Особенностью внутренней изоляции электрооборудования является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик в процессе эксплуатации. Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. Может произойти чрезмерный нагрев изоляции, который приведет к ее тепловому пробою. Под действием частичных разрядов, возникающих в газовых включениях, изоляция разрушается и загрязняется продуктами разложения.

Пробой твердой и комбинированной изоляции - явление необратимое, приводящее к выходу из строя электрооборудования. Жидкая и внутренняя газовая изоляция самовосстанавливается, но ее характеристики ухудшаются. Необходимо постоянно контролировать состояние внутренней изоляции в процессе ее эксплуатации, чтобы выявить развивающийся в ней дефекты и предотвратить аварийный отказ электрооборудования.

Внешняя изоляция электроустановок.

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков относительно невелика (в однородном поле при межэлектродных расстояниях около 1 см ≤ 30 кВ/см). В большинстве изоляционных конструкций при приложении высокого напряжения создается резконеоднородное электрическое поле. Электрическая прочность в таких полях при расстоянии между электродами 1-2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при расстояниях 10-20 м снижается до 2,5-1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных ЛЭП и РУ при увеличении номинального напряжения быстро возрастают.

Целесообразность использования диэлектрических свойств воздуха в энергетических установках разных классов напряжения объясняется меньшей стоимостью и сравнительной простотой создания изоляции, а также способностью воздушной изоляции полностью восстанавливать электрическую прочность после устранения причины пробоя разрядного промежутка.

Для внешней изоляции характерна зависимость электрической прочности от метеорологических условий (давления p, температуры Т , абсолютной влажности А воздуха, вида и интенсивности атмосферных осадков), а также от состояния поверхностей изоляторов, т.е. количества и свойства загрязнений на них. В связи с этим воздушные изоляционные промежутки выбирают так, чтобы они имели требуемую электрическую прочность при неблагоприятных сочетаниях давления, температуры и влажности воздуха.

Электрическую прочность вдоль изоляторов наружной установки измеряют в условиях, соответствующих разным механизмам разрядных процессов, а именно, когда поверхности изоляторов чистые и сухие, чистые и смачиваются дождем, загрязнены и увлажнены. Разрядные напряжения, измеренные при указанных состояниях, называют соответственно сухоразрядными, мокроразрядными и грязе- или влагоразрядными.

Основной диэлектрик внешней изоляции - атмосферный воздух - не подвержен старению, т.е. независимо от воздействующих на изоляцию напряжений и режимов работы оборудования его средние характеристики остаются неизменными во времени.

Регулирование электрических полей во внешней изоляции

При резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд у электродов с малым радиусом кривизны. Появление короны вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи. В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить возможность возникновения короны, а также несколько увеличить разрядные напряжения внешней изоляции.

Регулирование электрических полей во внешней изоляции осуществляется с помощью экранов на арматуре изоляторов, которые увеличивают радиус кривизны электродов, что и повышает разрядные напряжения воздушных промежутков. На воздушных ЛЭП высоких классов напряжений используются расщепленные провода.

Внутренняя изоляция электроустановок.

Внутренней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

Целесообразность или необходимость применения внутренней изоляции, а не окружающего нас воздуха обусловлена рядом причин. Во-первых, материалы для внутренней изоляции обладают значительно более высокой электрической прочностью (в 5-10 раз и более), что позволяет резко сократить изоляционные расстояния между проводниками и уменьшить габариты оборудования. Это важно с экономической точки зрения. Во-вторых, отдельные элементы внутренней изоляции выполняют функцию механического крепления проводников, жидкие диэлектрики в ряде случает значительно улучшают условия охлаждения всей конструкции.

Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе эксплуатации подвергаются сильным электрическим, тепловым и механическим воздействиям. Под влиянием этих воздействий диэлектрические свойства изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и утрачивает свою электрическую прочность.

Механические нагрузки опасны для внутренней изоляции тем, что в твердых диэлектриках, входящих в ее состав, могут появиться микротрещины, в которых затем под действие сильного электрического поля возникнут частичные разряды и ускорится старение изоляции.

Особая форма внешнего воздействия на внутреннюю изоляцию обусловлена контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения и увлажнения изоляции при нарушении герметичности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту диэлектрических потерь.

Внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической прочности, чем внешняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробой полностью исключаются в течение всего срока службы.

Необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых крупных изоляционных конструкций оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.

Диэлектрические материалы должны также:

• обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. должны быть пригодными для высокопроизводительных процессов изготовления внутренней изоляции;

• удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны содержать или образовывать в процессе эксплуатации токсичные продукты, а после отработки всего ресурса они должны поддаваться переработке или уничтожению без загрязнения окружающей среды;

• не быть дефицитными и иметь такую стоимость, при которой изоляционная конструкция получается экономически целесообразной.

В ряде случаев к указанным выше требованиям могут добавляться и другие, обусловленные спецификой того или иного вида оборудования. Например, материалы для силовых конденсаторов должны иметь повышенную диэлектрическую проницаемость, материалы для камер выключателей - высокую стойкость к термоударам и воздействиям электрической дуги.

Длительная практика создания и эксплуатации различного высоковольтного оборудования показывает, что во многих случаях весь комплекс требований наилучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих несколько различные функции.

Так, только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую прочность изоляционной конструкции. Обычно они имеют и наиболее высокую электрическую прочность. Детали из твердого диэлектрика, обладающего высокой механической прочностью, могут выполнять функцию механического крепления проводников.

Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счет естественной или принудительной циркуляции изоляционной жидкости. Согласно ГОСТ 12.1.009 электрическая изоляция подразделяется на следующие виды:

- рабочая изоляция - обеспечивает нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током;

- дополнительная изоляция - предусматривается дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения

рабочей изоляции;

- двойная изоляция - изоляция частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, или наличие рабочей и дополнительной изоляции;

- усиленная изоляция - улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражений электрическим током, как и двойная

изоляция.

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. В процессе эксплуатации электроустановок изоляция оборудования стареет, в результате чего изменяются ее наиболее важные свойства. Основными причинами, вызывающими старение изоляции, являются:

- нагревание рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания, теплотой от посторонних источников, от солнечного излучения и т.д.;

- динамические усилия, которым подвергается изоляция в результате электромагнитного взаимодействия между проводниками с током;

- коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Ухудшение изоляции также может быть в результате механических повреждений (изгибы, растягивание, вибрации), загрязненности, повышенной температуры, влажности и наличия агрессивных сред в помещениях.

Для обеспечения надежности изоляции осуществляется контроль изоляции: периодический и постоянный [4]. Под периодическим контролем изоляции понимают измерение ее сопротивления в установленные правилами сроки. Измерение проводится на отключенной электроустановке или сети. Определяется сопротивление изоляции отдельных участков сети, электрических аппаратов, трансформаторов, электродвигателей и т.п.

Измеряется сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке сети.

Под участком сети подразумевается участок цепи (сети) между двумя последовательно установленными аппаратами защиты или за последним защитным аппаратом (автоматическим выключателем, плавким предохранителем). Нормы на сопротивление изоляции и сроки измерений регламентированы в Правилах устройства электроустановок, Правилах эксплуатации электроустановок потребителей и Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПУЭ, ПЭЭП и ПТБ). Сопротивление изоляции каждого участка в сетях напряжением до 1000 В должно быть не ниже 0,5 МОм на фазу [Приложение2].В качестве примера изоляции до 1000 в на рисунке 1 приведён пример конструкции кабельной линии напряжением до 1000в.

Рисунок 1. Конструкция кабельной линии напряжения до 1000 в.

Конструкция:

1. Токопроводящая жила, скрученная из медных или медных лужённых проволок

2. Обмотка из полиэтилентерефталатной плёнки

3. Изоляция из резины на основе натурального и бутадиенового каучуков маркировка жил: цифровая 1,2,3,4,5, жила заземления -0; цветовая голубой, чёрный, коричневый, жила заземления жёлто-зеленоватая

4. Обмотка из полиэтилентерефталатной плёнки

5. Оболочка из резины на основе изопренового и бутадиенового каучуков

Измерение сопротивления изоляции производится мегаомметром. Ранее

выпускались мегаомметры М 1101 и МС-06, в настоящее время они заменены на мегаомметры М 4100/1 - М 4100/5 с диапазоном измерений 0 - 2000 кОм, 0 -1000 МОм и на напряжения 100, 250, 500, 1000, 2500 В, которые выбираются в зависимости от рабочего напряжения сети [Приложение 2]. Указанные мегаомметры имеют встроенный генератор, приводимый во вращение от руки.

Выпускается мегаомметр М 4101, который не имеет встроенного генератора, а питается от сети переменного тока напряжения 220 и 127 В.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из пульта, имитирующего различные участки сети, мегаомметра и соединенных проводников. Участки сети выведены на соответствующие клеммы, как и "земля" (заземленные оболочки кабелей). Данные мегаомметра, входящего в комплект установки, приведены в его паспорте. 2.4. Порядок проведения работы и обработки результатов измерений.

2.4.1. Ознакомьтесь с устройством, схемой и характеристиками мегаомметра

по его паспорту. Заполните метрологическую карту средств измерения (см. Приложение I).

2.4.2. Перед началом измерений необходимо убедиться в отсутствии напряжения в испытуемых электрических цепях, тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и на 2-3 минуты заземлить объект для снятия с него возможных остаточных зарядов.

2.4.3. Убедитесь в исправности мегаомметра как указано в паспорте. Получите задание у преподавателя, и, в соответствии с ним, подготовьте установку к измерениям. Согласно паспорту подготовьте прибор для измерения со- , противления в килооммах, подсоедините соединительные провода от прибора к фазам (клеммам) участка сети и производите замер.

Измерения следует производить при устойчивом положении стрелки прибора: для этого нужно быстро, но равномерно вращать ручку генератора. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки мегаомметра. Если стрелка прибора установится на отметке "∞", то подготовьте прибор для измерения сопротивления в мегаоммах и повторите замер.

Результаты изменений вносятся в протокол измерения по нижеуказанной форме, где А, В, С, 3 - обозначение фаз и "земли". При этом результаты записываются последовательно без корректировки показаний прибора, ошибочные записи аккуратно перечеркиваются. Делаются выводы по участкам сети.

2.4.4. Произвести аналогичные исследования на выданном преподавателем образце кабеля напряжением 0,4 кв.

ПРОТОКОЛ

измерения сопротивления изоляции участков сети

"___"___________200 г.___час. мин…..

мегаомметром _№……………

Наименование участков сети	Результаты измерений	Выводы
А - В	А - С	В - С	А - З	В - З	С - З

Требования к отчету

Отчет составляется индивидуально каждым студентом в соответствии со стандартом ВоГТУ. Сдача отчета и допуск к следующей работе осуществляется в соответствии со стандартом ВоГТУ.

Литература

1. Седельников, Ф.И. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда): учебное пособие. – Вологда: ВоГТУ, 2001.-388 с.

2. Сафронов, В.В. Безопасность производственных процессов на предприятиях машиностроения: учеб./В.В. Сафронов, Г.А. Харламов, А.Г. Схиртладзе, В.Г. Еремин. – М.: Новое издание, 2006. – 461с.

3. Сергеев, В.С. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: учебное пособие / В.С. Сергеев. – 3-е изд.– М.: Академический Проект, 2003. – 432с.

4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – Изд.4-е.-Ростов н/Д: Феникс, 2006.-315с.:табл.

5. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок: [ПОТ РМ-016-2001: РД 153-34.0-03.150-00].-М.: Эксмо, 2007.-160с.-(Законодательство Российской Федерации).

Контрольные вопросы

1. Дайте определение, что такое изоляция, требования к материалам, применяемым при изготовлении изоляции.

2. Назначение изоляции в электрических сетях, принцип её действия.

3. Какие существуют виды изоляции.

4. Какие материалы применяются при изготовлении изоляции.

5. Что такое старение изоляции.

6. Назовите причины старения изоляции.

7. Какое влияние оказывает старение изоляции на уровень электробезопасности?

8. Что такое пробой изоляции.

9. Особенности пробоя различных видов диэлектриков.

10. Кто осуществляет периодический контроль изоляции и как?

11. Дайте определение участка сети.