Villamosság biztonsága

A tárgy tematikája

Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet   

Biztonságtechnika helye és szerepe Villamos veszélyforrások és hatásai, megelőzésük, elhárításuk, kezelésük Létesítés és létesítmények villamos biztonságtechnikája

Villamosság biztonsága Ajánlott irodalom: 

Novothny Ferenc: Villamosság biztonsága



Arató Csaba: Érintésvédelmi Felülvizsgálók kézikönyve



Vonatkozó jogszabályok

(Óbudai Egyetem, Bp., 2011.)

Dr. Novothny Ferenc jegyzete alapján,

(Magyar Elektrotechnikai Egyesület, Bp., 2010.) (lásd melléklet: vonatkozó jogszabályok)

Összeállította: Nagy István

Félévi követelmények: Félévi követelmények:



2 zárthelyi dolgozat megírása legalább elégséges (50 %) eredményre Méréseken eredményes részvétel és a mérési jegyzőkönyvek leadása

– –

Félévközi jegy megszerzése:



– –

A megírt ZH-k alapján Javítási lehetőségek: Pót ZH, Gyak. i.v.

Kapcsolat más tárgyakkal: •Komplex számok

Elektrotechnika

Villamosság biztonsága

•Integrálás, deriválás

Matematika Egy- és háromfázisú rendszer

Biztonságtechnikai alapok

Fizika

Transzformátor

Elektrotechnikai alapok

•Villamosság

Villamos gépek

Életvédelmi alapismeretek

•Mágnesesség

Villamos biztonságtechnika

Elsősegélynyújtás Műszaki jogszabályok

Jogi ismeretek

Jogi ismeretek

•Törvény

Vonatkozó törvények

•Szabványok

Szabványok

•Rendeletek

Rendeletek

Egészségügyi ismeretek

Egészségügyi ismeretek

•Elsősegély

Áramkörből kiszabadítás Mentés Lélegeztetés

Közvetett érintésvédelem Közvetlen érintésvédelem Felülvizsgálat és ellenőrzés 1000[V] alatti

biztonságtechnika

1000[V] feletti biztonságtechnika Létesítmények villamos

biztonságtechnikája

Villamos berendezések

üzemeltetése

1

Villamosságtani alapismertek

Aktív elemek eredője:

Villamos hálózatok felépítése

Az elemek tulajdonságai: 1. 2. 3.

Koncentrált paraméterűek (kiterjedésük pontszerű) Lineárisak (értékük feszültségtől és áramtól függetlenül állandó) Invariánsak (időben állandóak)

Aktív elemek (generátorok) 1.

Ideális feszültséggenerátor +

2.

Ellenállás R [Ω] u=R·i

u 3.

+

u1

R1

R2

Rn

=

Re

u2

i1

+

i2

i=i1+i2

di(t) dt

Villamos hálózatok: Több generátort és fogyasztót tartalmazó elágazó

Párhuzamos kapcsolás R1

-

u=u1+u2

Passzív elemek eredője 

- +

1 i(t)dt C

uL

Soros kapcsolás

Párhuzamos kapcsolás

Tekercs L [H]

-





+

+

Kondenzátor C [F]

Ideális áramgenerátor i [A]

Soros kapcsolás

Passzív elemek (fogyasztók) 1.

u [V]

2.



R2

Rn

=

Re

áramkörök

Passzív hálózat: csak fogyasztókat tartalmaz Aktív hálózat: generátor(oka)t és fogyasztókat tartalmaz Pólusok: A villamos áramkörök vagy részáramkörök azon csatlakozópontjai, amelyekhez újabb áramköri elemet vagy részáramkört csatlakoztathatunk

Kétpólus: olyan részáramkör, amely két csatlakozóval kapcsolódhat az Re= R1+ R2+.... +Rn

1 1 1 1    ...  Re R1 R2 Rn

áramkör többi részéhez

Re  R1  R1  ...  Rn Le= L1+ L2+.... +Ln

1 1 1 1    ...  Ce C1 C2 Cn

1 1 1 1    ...  Le L1 L2 Ln Ce  C1 C 2 C3  ...

Kétpólusok

Négypólus: olyan részáramkör, amely négy csatlakozóval kapcsolódhat az áramkör többi részéhez

Vezetékpár mint négypólus

2

Példa – az emberi testen átfolyó áram számolására

Kirchoff törvények 1. Csomóponti törvény Egy villamos hálózat csomópontjába befolyó áramok összege megegyezik a csomópontból kifolyó áramok összegével. I3

I1

I1  I3  I 2  I 4  I5

I4

I2

R2 - az emberi test belső ellenállása. R1, R4 és R3, R5 az érintkezési felület érdességétől függő ellenállások C1, C2 a bőrfelület nedvességétől függő értékek

I

I5

be

R1

  Iki

R3 R2

R4

2. Hurok törvény

C1

C2

R5

Bármely zárt hurokban a feszültségek aritmetikai összege nulla. I2

UR2

 UR1  Ug1  Ug2  UR 2  UR 3  UR 4  0

R2

Ug1 UR1

Ug2

R3

I1 UR4

R1

I4

UR3

U  0

I3

Számoljuk ki (220[V,AC]) az átfolyó áram nagyságát kéz-láb érintési pontokkal. Az áram útján található ellenállások százalékosan vannak megadva az egész test ellenállásához képest, ahol az emberi test ellenállása legyen 1000[]. Ennek következtében az átfolyó áram:

I

R4

220  0,22[ A] 264  109  99  13  51  141  323

Három fázisú rendszerek - 

Három fázisú rendszerek - Y

1.

1.

Uv= Uf

U12= Uv

U2

3.

L1 (R)

L1 (R)

R1

U1

U12

Ami halálos is lehet, főleg ha 0,75[s]-nál hosszabb ideig hat.

U1= Uf

2.

2. L2 (S) L3 (T) N

3.

L2 (S) L3 (T)

R23

PEN

PE

U v  3.U f

I v  3. I f

Iv  I f

Uv  U f

3

Delta-csillag átalakítás

R23

3.

2.

3.

2  R1 

R1 

2.

(1)

R 1  R 2  R 12  (R 23  R 13 )

(2)

R 2  R 3  R 23  (R 12  R 13 )

(3)

R 1  R 3  R 13  (R 12  R 23 )

Csillag-delta átalakítás

1.

(1)

R 1  R 2  R 12  (R 23  R 13 )

(2)

R 2  R 3  R 23  (R 12  R 13 )

(3)

R 1  R 3  R 13  (R 12  R 23 )

(1)+(3)- (2)

R1

Nem minden kapcsolás bontható fel soros és párhuzamos kapcsolások sorozatára. Ilyen esetben segítséget jelenthet a delta-csillag vagy a csillag-delta átalakítás: a hálózat egy részét kicseréljük más ellenálláskombinációra oly módon, hogy a hálózat többi részében semmi változás ne történjen. Ezt a hálózat impedanciahű átalakításának nevezzük. 1. 1.

R12  ( R13  R23 ) R13  ( R12  R23 ) R23  ( R13  R12 )   R12  R13  R23 R12  R13  R23 R12  R13  R23

R 12  R 13 , R 12  R 13  R 23

2  Y12 

R1

Ez a k ép most nem jeleníthető meg.

(1)

Y

1 R

3.

R23

Y12  Y23  Y2  ( Y1  Y3 )

(3)

Y13  Y23  Y3  ( Y1  Y2 )

R 13  R 23 R 12  R 13  R 23

Y1  Y2 Y1  Y2  Y3

1 1 1 1  1 1      R 12  R 1 R 2 R 3  R 1 R 2 1 R 2R 3  R 1R 3  R 1R 2 1   R 12 R 1R 2R 3 R 1R 2

2.

R 2R 3  R 1R 3  R 1R 2  R 12 R3

Y12  Y13  Y1  ( Y2  Y3 )

(2)

R3 

Y1  (Y2  Y3 ) Y2  (Y1  Y3 ) Y3  (Y1  Y2 )   Y1  Y2  Y3 Y1  Y2  Y3 Y1  Y2  Y3 Y12 

2.

R 12  R 23 , R 12  R 13  R 23

(1)+(2)-(3)

1.

3.

R2 

R 12  R 1  R 2 

R 1R 2 , R3

R 13  R 1  R 3 

R 1R 3 , R2

R 23  R 2  R 3 

R 2R 3 R1

4

Nevezetes passzív hálózatok

Az áramosztás törvénye

A feszültségosztás törvénye

Ez a k ép most nem jeleníthető meg.

I

I R1

U1=IR1

R2

U2=IR2

R3

U3=IR3

Bármely két feszültség aránya megegyezik a hozzájuk tartozó fogyasztók ellenállásainak arányával, más szóval a soros ellenálláslánc a rákapcsolt feszültséget az ellenállások arányában

leosztotta. U

I1 R 2  I2 R 1 U  I1  R 1  I2  R 2

R1 Ube

Uki  Ube 

R2

U=IR2

R2 R1  R 2

R1 Ube

Uki  Ube 

R2

Uki

I  I1  I2  I2 

Terhelt feszültségosztó

I

Rt

R2  R t R1  (R2  R t )

I2  I 

Számolási módszerek:

Több generátorból és ellenállásból álló hálózat minden áramának meghatározására a Kirchoff csomóponti és hurokegyenletekből álló egyenletrendszer megoldása szolgál. Pl. I3 U3 I1 I5 Felírható 3 hurok, 2 csomóponti egyenlet I2

R1 Is1

R2

R3

U2

R4 Is3

Is2 I4

U5

(1)  U1  I1  R 1  I 2  R 2  U 2  0 (2) I 3  R 3  U 3  I 4  R 4  U 2  I 2  R 2  0 (3) I  R  U  I  R  0 5

5

5

4

Pl. I1

R1

(R1  R2 )  Is1  R2  Is2  U2  U1  0

(2)

(R1  R2  R4 )  Is2  R2  Is1  R4  Is3  U3  U2  0

(3)

(R4  R5 )  Is3  U5  R4  Is2  0

R2 R1  R 2

UA I2

R2

I3

Ágak száma: 5, csomópontok száma: 3, hurkok száma: 3

U3

I5

UB

R3

R4

Csomóponti potenciálok: UA, UB, UC R5

U2 I4

U5

UC

A csomóponti egyenletek:

I1  I s1

(A)

I1  I 2  I 3  0

I3  Is2

(B)

I3  I4  I5  0

I5  Is3

(A)

U1  U A U A  U 2 U A  U B  U 3   0 R1 R2 R3

(B)

U A  UB  U 3 UB UB  U 5   0 R3 R4 R5

I 2  I s1  I s 2 I4  Is3  Is2

Legyen UC=0 Az ágáramok a csomóponti potenciálokkal kifejezve:

U1

4

(5) I 3  I 4  I 5

(1)

I1  I 

Csomóponti potenciálok módszere

(4)  I 3  I1  I 2  0

Ugyanez hurokáramok módszerével:

R1 R1  R 2

Valamely hálózatban folyó ágáramok nagysága független attól, hogy a hálózat egy tetszőleges csomópontja mekkora potenciálon van egy külső, a hálózattól független ponthoz képest. Ezért a hálózat egy csomópontjának potenciálját önkéntesen felvehetjük pl. nullának.

5 ismeretlen: I1, I2, I3, I4, I5 R5

 R R2 R  R2  I2  I2   2  1   I2  1 R1 R1   R1

Uki

Hurokáramok módszere

U1

U  I1  R 1  I2  R 2

R2

U2 R2  U23 R 2  R 3

U2 R 2  , U3 R 3

Terheletlen feszültségosztó

I

I2

R1

U1 R 1  , U2 R 2

U23

Egy áramelágazás párhuzamos ágaiban folyó áramok fordítottan arányosak az ágak ellenállásaival.

I1

U1  U A R1

(1)

U A  U 1  I 1  R 1  I1 

(2)

U A  U 2  I2  R 2  I2 

(3)

U A  UB  U3  I3  R 3  I3 

(4) (5)

UB  I4  R 4

U A  U2 R2 U A  UB  U3 R3

U  I4   B R4

UB  I5  R 5  U5   I5 

UB  U5 R5

5

Egyenáramú teljesítmény, hatásfok

Váltakozó áramú teljesítmény, hatásfok Villamos teljesítmény:

Villamos teljesítmény:

Egy villamos hálózati elem feszültségének és áramának a szorzata a fázistolás függvényében.

Egy villamos hálózati elem feszültségének és áramának a szorzata.

P  U I 

U2 2  I R R

1W  1V 1A

Hasznos teljesítmény:

P=U.I. cos [W]; Meddő teljesítmény:

Q=U.I. sin [VAr];

Villamos munka/ villamos energia:

Látszólagos teljesítmény:

W  E  P  t  U I  t

S=U.I [VA];

1Ws  1V 1A 1s

Három fázisú rendszerekben

Hatásfok:



Phasznos Pösszes

Hasznos teljesítmény: Meddő teljesítmény: Látszólagos teljesítmény:

vonali összetevőkkel:

fázis összetevőkkel:

P=3.UI. cos [W]; Q= 3.UI. sin [VAr]; S= 3.UI[VA];

P=3.UI cos [W]; Q= 3.UI sin [VAr]; S= 3.UI[VA]

6