Расчет защитной арматуры электрических устройств

Задача 1

Начертить схему трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью и подключенным оборудованием. Показать на схеме: пробой на корпус оборудования; защиту от этого пробоя с помощью зануления корпуса; повторное заземление нулевого провода; токовую защиту оборудования.

• 1. Определить напряжение на корпусе оборудования при замыкании фазы на корпус:
  • а) при занулении оборудования (подключении корпусов к нулевому проводу);
  • б) с повторным заземлением нулевого провода.
• 2. Определить ток короткого замыкания и проверить, удовлетворяет ли он условию ПУЭ для перегорания плавкой вставки предохранителя:

I_к.з > 3I_н

где I_н - ток плавкой вставки, проверить для I_н= 20, 30, 50, 100 А.

• 3. Определить потенциал корпусов при замыкании фазы на корпус и обрыве нулевого провода (до и после места обрыва).
• 4. Определить ток, проходящий через тело человека, касающегося оборудования при замыкании фазы на корпус:
  • а) без повторного заземления нулевого провода;
  • б) с повторным заземлением нулевого провода.
• 5. Определить напряжение прикосновения на корпусе запуленной установки при замыкании одной из фаз на землю (дать схему).
• 6. Рассчитать заземляющее устройство, состоящее из n индивидуальных заземлителей так, чтобы R_з не превышало 4 Ом.
• 7. Сформулировать выводы.

Исходные данные:

R_П = 4 Ом; Z_П = 6,3 Ом; Z_Н = 4,0 Ом; R_ЗМ = 100 Ом; l = 3,0 м;

d = 0,03 м; t = 2,5 м; = 0,83 м;

Для всех вариантов U_ф = 220 В.

Вид грунта — Песок влажный,

Решение

На рисунке 1,1 показана схема при пробое фазы. (А) на корпус электроустановки (ЭУ); зануление корпуса (ЗН); повторное заземление нулевого провода (); токовая защита на каждой фазе (ТЗ).

При занулении корпуса электрооборудования соединяются с нулевым проводом. Зануление превращает замыкание на корпус, в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключается поврежденный участок сети. Зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на корпус или землю.

При замыкании фазы на зануленный корпус ток короткого замыкания протекает по петле фаза-нуль.

1. Ток короткого замыкания:

где Z_n — сопротивление петли фаза-нуль, учитывающее величину сопротивления вторичных обмоток трансформатора, фазного провода, нулевого провода, Ом;

U_ф=220В — фазное напряжение.

I_к.з > 3I_н

где I_н - ток плавкой вставки, проверить для I_н= 20, 30, 50, 100 А.

I_кз =34,92<60.

Ток плавкой вставки предохранителя I_н =20 (А) не удовлетворяет условию ПУЭ.

2. Напряжение корпуса относительно земли без повторного заземления:

где Z_н — сопротивление нулевого провода, Ом.

3. Напряжение корпуса относительно земли с повторным заземлением нулевого провода:

где R₀, R_П — соответственно сопротивления заземления нейтрали и повторного заземления нулевого провода, причем R₀ = 4 Ом.

Повторное заземление нулевого провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода.

• 4. При обрыве нулевого провода и замыкании на корпус за местом обрыва напряжения корпусов относительно земли:
  • — без повторного заземления нулевого провода для:
    • а) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва — U₁= U_ф=220 В;
    • б) корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва — U₂= 0 В;
  • — с повторным заземлением нулевого провода для:
    • в) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва,

г) корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва,.

5. Определим напряжение прикосновения на корпусе зануленной установки при замыкании одной из фаз на землю (схема указана на рисунке 1.2).

Ток через тело человека в указанных случаях будет определяться следующим образом:

а); б) I₂ = 0 (A);

в); г) ;

где R_h — сопротивление тела человека (принимают R_h = 1000 Ом).

6. Напряжение на корпусе зануленного оборудования при случайном замыкании фазы на землю (без повторного заземления нулевого провода)

где R_o — сопротивление заземления нейтрали, R_o =4 Ом;

R_ЗМ — сопротивление в месте замыкания на землю фазового провода.

7. Сопротивление одиночного заземлителя, забитого в землю на глубину t:

где — удельное сопротивление грунта, Ом (сопротивление образца грунта объемом 1 м³); l — длина трубы, м; d — диаметр трубы, м; t — расстояние от поверхности земли до середины трубы, м.

Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования.

где R_з — требуемое сопротивление заземляющего устройства, R_з = 4 Ом.

Выводы:

Для повышения безопасности необходимо занулять ЭУ, проводить повторное заземление нулевого провода.

Задача 2

В СВЧ передатчике имеется выходной контур, содержащий катушку с переменной индуктивностью. Радиус катушки равен r, число витков W, сила тока в катушке и его частота равны I и f соответственно. В течение рабочего дня суммарное время регулировок с помощью ручки управления не превышает T часов.

Определить минимальную толщину экрана и длину трубки, при помощи которой выводят ручку управления из экранирующей камеры (диаметр ручки управления D), обеспечивающих допустимую мощность облучения. При этом R — расстояние от катушки до рабочего места.

Требуемые данные: W = 3; I = 150 A; f = Гц; Т = 4 ч; D = м;

R = 2 м; r = м;

= 200; Гн/м;; = 7,0;

Решение.

Схема для расчета приведена на рисунке 2,1.

Напряженность магнитной составляющей поля катушки Н на расстоянии R от нее (без экрана):

где — коэффициент, определяемый соотношением.

R/ r= 13,3, так как R/r > 10 значение = 1.

R = 3 м, удовлетворяет условиям R >>, R >>(м) (= 1м — длина волны), то имеет место волновая зона, оценку эффективности поля в которой производят по плотности потока энергии (ППЭ) излучения:

Допустимая величина ППЭ:

где N = 2 Вт, Т = 4 ч — время облучения.

Требуемое ослабление электромагнитного поля:

Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана , обеспечивающую заданное ослабление электромагнитного поля L:

где — угловая частота, ;

• — абсолютная магнитная проницаемость, =2,5 Гн/м;
• — электрическая проводимость, ;

где — магнитная постоянная, Гн/м;

— относительная магнитная проницаемость среды.

Ручки управления выводят через стенки экранирующей камеры при помощи трубок, впаянных в стенки и представляющих собой волноводные (при диэлектрическом стержне) или коаксиальные (при металлическом стержне) линии. На рисунке 2.2 показан вывод ручки управления, насаженной на диэлектрический стержень 1, который находится внутри металлической трубки 2. Такая конструкция может рассматриваться как волноводная линия.

Ослабление энергии в трубке-волноводе на I м длины определяется по формуле:

где D — диаметр, D = м; - относительная диэлектрическая постоянная стержня, = 7,0.

Материал:

• — экрана — сталь =200,
• — стержня — гетинакс =7

Требуемая длина трубки:

короткое замыкание заземление экран облучение.

• 1. Баклашов Н. И., Китаева Н. К., Терехов В. Д. Охрана труда и охрана окружающей среды на предприятиях связи. — м.: Радио и связь, 1989.
• 2. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. -М.: Энергоиадат, 1984.
• 3. Система стандартов безопасности труда. Ч. I, 2 / Госстандарт СССР. — М., 1983.
• 4. Правила техники безопасности при сооружении и эксплуатации радиопредприятий. — М.: Радио и связь, 1984.
• 5. Правила техники безопасности при работах на кабельных линиях связи и радиофикации. — м.: Радио и связь, 1984.
• 6. Правила техники безопасности при работе на телефонных и телеграфных станциях. — М.: Радио и связь, 1984.