Способ определения напряжения прикосновения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

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 присоединяют через электроизмерительный прибор к корпусу приемника и зануля- ющему электроду и определяют разность напряжений корпуса и электрода относи тельно указанной точки, затем повторяют эти операции при отключенном дополнительном 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. Низкая 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.

ЁVI

Ю

ел

со о

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 Ui и Ui и отдельное измерение напряжения помехи Do при отсутствии однофазного замыкания 2. Тогда искомую величину напряжения прикоснове- ния определяют по выражению

и.-Р У-|Я

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 U0, Ur - суммарного напряжения помехи Uo и искомого напряжения прикосновения Ux при однофазном замыкании в электрической сети, подают дополнительное стабилизированное напряжение промышленной частоты U2 и измеряют сумму Us напряже- ния помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму U4 напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, после чего изменяют фазу дополнительного стабилизированного напряжения на угол а в интервале 10° а$ 4170° и -170° Ј а 4 -10°, измеряют сумму и з напряжения помехи и дополнительного напряжения с измененной фазой, затем при однофазном замыкании измеряют сумму U 4 напряжения помехи, дополнительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения, прикосновения, а искомое напряжение прикосновения определяют по формуле

v u;-utgVu K- H 0)

5

Подача дополнительного напряжения U2 дает возможность измерения нэп ряжений Уз I Цо + Ш I ;и з 1Цо + Ц 2 I; ;U4 I Uo + Uz + JJx i ;U4 i Uo + U2f + Ux I , в которые дополнительные напряжения U2 и IJ21 входят как слагаемые. Это позволяет определить искомое напряжение прикосновения с учетом векторности величин напряжения помехи и напряжения прикосновения.

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

Если вектор дополнительного напряжения У2(фиг.1) расположить на действительной оси так, что его начало находится в точке с координатами (-U2,0), конец - в точке (0,0), а вектор дополнительного напряжения с измененной фазой на угол а в точках с координатами -cos a ,-U2sina ) и(0,0),то по трем измеренным величинам напряжения Uo, Us и Us1 определяется координата начала вектора (xi, yi) искомого напряжения прикосновения, как пересечение трех окружностей в искомой точке. Математически это можно представить в виде системы трех уравнений

| (Х1 + U2f + У22

xi2 + yi2 2

Uo

U3

,2.

(2.)

хг + уг ист;. w

(xi + U2COS а Г + (У-, + U2Sina) - (U)

Аналогично по трем напряжениям Ui, U4 и определяется координата (Х2, У2) конца вектора напряжения прикосновения в виде системы трех уравнений

Г (x9 + U2)2 + y22 U42; . J Х2Ь + (3)

| (х2 + U2cos а Г + (у2 + Uasina) (.

По найденным координатам модуль вектора искомого напряжения определяется по формуле

1уле

«. - tp rt 44i-i.f

ч,

Анализ методической погрешности способа определения напряжения прикосновения показал, что его точность не зависит от угла а приО° « 180°и-180° а 0° Ограничение, накладываемое на угол, связано с тем, что выполнение измерений при а 0° (фиг.2) и а 180° (фиг.З) дает неоднозначные результаты. Это связано с тем, что по измеренным значениям Uo, Ui, Us и U4 из соответствующих им уравнений (сие517251366

темы уравнений (2) и (3)) получают два зна-где А U02 - Ui2 - Us2 + U42;

ченияВ Ui2 - U02 - (U41)2 + (U31)2.

Использование: испытания заземляющих устройств. Сущность изобретения: по- следовательно 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.

Если относительную погрешность от,дельных измерений Do, Ui, U2, Us, U4, из и

um-te M,±2W-uM-u bxSF, (4) 5 U4 принять одинаковый и равной ди , а

угла а-да , то (7) принимает вид

гдео о /иУ(е. + Асо5й6)(Всо5( д. (8)

uS-uS-u2 .иЗ-и2-. ft Чв9Ь +rw). X1 %X2 2U2 , 10

При изменении фазы дополнительногоКак видно из этого выражения, относистабилизированного напряжения на угол 0° тельная погрешность зависит от угла а . а 180°или-180° « 0° по измеренной Проведенные расчеты по обработке экспе- величине можно определить какое зна- риментальных данных показали, что относи- чение Uxi или UX2 является истинным. Для 1Ь тельная погрешность определения этого рассчитывают значения Usi1 U321, U411 напряжений прикосновения в интервале и U421 по выражениям10 4 а 170° и-170° а -10ине превышает 5%, а при-10° а 10° и 170° а 190°

, .-,относительная погрешность резко возраU}1H(x,+ U2cosoc)a+(-Y,+ U2.s;no6) з20 стает.

г--,При угле а 90° выражение (8) привоUJ2 |(x,-t-Ueco506)2+(Y1 + U2einc lZ (5) дитсяквиду

Ји,.. (9)

OiH(.U..«««4SПоскольку 2(А//+вуд) , ,.57.,о

гдеу1 j/U02-xi2; У2 i Ui2-x22.при 1% максимальная относиТогда искомое напряжение прикосно-„ тельная погрешность предлагаемого спосовения определяется из условияба не превысит 4,57%. При угле а 90°

max(Uxi, их2Хесли U4 U42 и Us исходное выражение (1) упрощается и или U4 U41 и Us U32;нимает вид

Ux

min(Uxi, уХ2),если U4J

И U31 U321

U321 ИЛИ U41

U42 И U3 U32 или U4 -„.-/ IГ7

u4iW u3i - (6)35 ).

Таким образом, если Щ1 U421 и Us

Usi1 или U41 U411 и Us1 U321, то за истиннуюВекторная диаграмма при этом соответвеличину напряжения прикосновения Uxствуетфиг.4.

принимается максимальная из двух величинСпособ осуществляется следующим об- Uxi и UX2, а если U41 U421 и Us U32 или U4-ци разом. U411 и Us1 Usi1 то принимается минимальная из двух величин Uxi и Ux2.Для измерения на заземлении электроКак видно, Ux не зависит от угла а воборудования, например трехфазного элекдиапазоне 0° а 180° и -180° а 0°,45 тродвигателя 1, включенного в сеть через

поэтому можно сделать вывод, что этот уголвыключатель 2 по схеме на фиг.5, где корпус

не влияет на методическую погрешностьдвигателя 1 подключен через амперметр 3 и

способа определения напряжения прикос-короткозамыкатель 4 с автоматическим реновения.гулируемым отключением короткого замыОпределение напряжения прикоснове-5Q кания к одной из фаз электрической сети до

ния с помощью (1) значительно проще, чемвыключателя 2, к заземлению 5 корпуса двипо формулам (4) и (5), которые также требуютгателя 1 подключен контакт входа вольтметсоответствующих логических рассужденийра 6 и сопротивление 7, эквивалентное

(6).сопротивлению человека. Вторые концы

Относительная погрешность определе-„ вольтметра 6 и сопротивления 7 подключения напряжения прикосновения предлагав-ны к подвижному контакту переключателя 8. мым способом по формуле (1) может бытьПластина 9, имитирующая стопы человека, оценена какподключена к первому неподвижному кон- . , JUjjeJ j,,,(7) такту переключателя 8икодному из контак- и их Ux Uuj. ЭА +зв 8об выхода стабилизированного источника

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

Измеряют действующее напряжение помехи Uo, для чего переключателем 8 замыкают его подвижный контакт с первым неподвижным, при этом показание вольтметра 6 соответствует Uo, затем измеряют суммарное напряжение помехи и искомого напряжения прикосновения lUo + Ux I Ui при однофазном замыкании в электрической сети, для чего включают короткозамы- катель 4 и записывают показание вольтметра 6, соответствующее Ui. Под воз- действием релейной защиты короткозамы- катель 4 автоматически отключается. Затем подвижный контакт переключателя 8 замыкают с вторым неподвижным контактом, тем самым подают дополнительное напряжение U от стабилизированного источника 10 и измеряют напряжение Уз, равное показанию на вольтметре 6, после чего снова вклю- чают короткозамыкатель 4, при этом измеряют напряжение Щ, соответствую- щее показанию вольтметра 6, после чего короткозамыкатель 4 автоматически отключается.

На стабилизированном источнике 10 дополнительного напряжения изменяют фазу напряжения 1)2 на угол а , где 10° а . 170° или -170° Ј а 4 -10° (например, а л /2).и измеряют напряжение 1)з вольтметром 6. Затем включают короткозамыка- тель 4 и измеряют напряжение U4 вольтметром 6. Используя полученные результаты, по формуле (1) определяют реаль- ное (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 со- здать 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

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 лUx и относительную погрешность (A Ux/Uxm)-100%. Поскольку при моделировании определяли действительное 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°

и -170° г а -10°, измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения 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:

(.

где Uo - напряжение помехи, В;

Предлагаемый способ (U-- 5В)

Ui - сумма напряжения помехи и искомого напряжения прикосновения, В;

U2 - дополнительное напряжение. В;

Уз - сумма напряжения помехи и допол- нительного напряжения, В;

Щ - сумма напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения, В;

Уз1 - сумма напряжения помехи и до- полнительного напряжения с измененной фазой, В;

uV - сумма напряжения помехи, дополнительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения прикосновения, В;

а -угол сдвига фазы дополнительного напряжения.