Расчет защитной арматуры электрических устройств

Контрольная работа

Расчет защитной арматуры электрических устройств

Задача 1

Задача 2

Задача 1

В данной задаче необходимо начертить схему трехфазной четырех проводной питающей сети системы с подключенной электроустановкой.

Требуется:

1. Согласно выбранному варианту питающей сети определить напряжение на корпусе электроустановки относительно земли в момент замыкания фазы на корпус:

а) без повторного заземления нулевого защитного проводника;

б) с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

2. Определить ток короткого замыкания и проверить, удовлетворяет ли

он условию для перегорания плавкой вставки предохранителя:

I_кз 3I_н ,

где I_н — ток плавкой вставки (проверить для следующих значений тока I_н = 20, 30,50, 100 А).

3. Определить напряжение на корпусе электроустановки относительно земли при замыкании фазы на корпус и неисправности нулевого рабочего PEN проводника (до и после места обрыва).

4. Определить ток, проходящий через тело человека по п.3:

а) без повторного заземления нулевого защитного проводника;

б) с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

.5. Определить напряжение прикосновения на корпусе электроустановки при замыкании одной из фаз на землю и без применения повторного заземления нулевого защитного проводника (начертить схему).

6. Рассчитать заземляющее устройство, состоящее из n индивидуальных заземлителей, так, чтобы R_з не превышало 4 Ом.

7. Сформулировать выводы.

Исходные данные для решения задачи № 1 приведены в таблице:

U_ф = 220 В.

Решение:

1. Выбираем систему питающей сети, TN-C-S. Принципиальная схема, которой должна содержать электроустановку, плавкие предохранители, зануление, повторное заземление нулевого защитного проводника.

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: Величина I_кз тока короткого замыкания определяется по формуле:

IКЗ=А — ток короткого замыкания

Определяем напряжение на корпусе электроустановки относительно земли в момент замыкания фазы на корпус:

2: Напряжение корпуса относительно земли без повторного заземления нулевого защитного проводника РЕ

U_з = I_кз*Z_н, В

U_з =

3: Напряжение корпуса относительно земли с повторным заземлением нулевого защитного проводника РЕ где R_о = 4 Ом

В

4: Проверим условие на быстрое перегорание плавкой вставки

I_кз3I_н.

где I_н — ток плавкой вставки = 20, 30,50, 100 А

Удовлетворяет условию для перегорания плавкой вставки так как ток короткого замыкания меньше

Не удовлетворяет условию для перегорания плавкой вставки так как ток короткого замыкания меньше.

5: При обрыве нулевого рабочего проводника PEN и замыкания фазы на корпус за местом обрыва напряжения корпусов относительно земли

без повторного заземления нулевого защитного проводника РЕ для:

а) корпусов, подключенных к нулевому рабочему проводнику за местом обрыва U₁ = U_ф ;

б) корпусов, подключенных к нулевому рабочему проводнику перед местом обрыва U₂ = 0;

с повторным заземлением нулевого защитного проводника РЕ для:

в) корпусов, подключенных к нулевому рабочему проводнику за местом обрыва

В

г) корпусов, подключенных к нулевому рабочему проводнику перед местом обрыва

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

а) А; б) I₂ = 0;

в) А; г). А,

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

а) А б) I₂ = 0;

в) г).

Следующая схема отличается от рисунка 1 тем, что не содержит повторного заземления нулевого защитного проводника, а одна из фаз замыкается на землю через сопротивление растеканию тока R_зм.

Для этого случая напряжение прикосновения равно:

В

где R₀ — сопротивление заземления нейтрали трансформатора;

R_зм — сопротивление в месте замыкания на землю фазного проводника

6: Сопротивление одиночного трубчатого заземлителя, забитого в землю на глубину 2.5м определяется по формуле:

Ом,

напряжение замыкание облучение экран

где — удельное сопротивление суглинка, 80 Ом*м;

l — длина трубы, 3 м;

d — диаметр трубы, 0.03м

t — расстояние от поверхности земли до середины трубы, 2.5м.

Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования 0,71

где R_з = 4 Ом — требуемое сопротивление заземляющего устройства.

Принцип действия зануления превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ), то есть между фазным проводом и нулевым защитным проводником, с целью получить большой ток, способный вызвать срабатывание токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые перед потребителями энергии для защиты от токов и перегрузок.

Чтобы снизить напряжение корпуса относительно земли на период от момента замыкания на корпус до момента отключения поврежденной установки, а также на случай обрыва нулевого защитного проводника, необходимо повторное заземление нулевого провода, которое работает по типу классического защитного заземления.

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), обеспечивающие допустимую мощность облучения. При этом R — расстояние от катушки до рабочего места.

Исходные данные для решения задачи № 2 приведены в таблице

Решение:

Схема для расчета приведена на рисунке:

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

где — коэффициент, определяемый соотношением

R/ r= 2/10^-1=20, 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 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, = 3,0.

Материал:

— экрана — сталь =200,

— стержня — гетинакс =3

Требуемая длина трубки:

Вывод: минимальная толщина экрана равна 1,55*10^-6, Материал: экрана — сталь =200, — стержня — гетинакс =3. Требуемая длина трубки — 0,036 м.

1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / М. В. Графкина, Б. Н. Нюнин, В. А. Михайлов. — М.: Форум: НИЦ Инфра-М, 2013. — 416 с.

2. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / И. С. Масленникова, О. Н. Еронько. — М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. — 304 с.

3. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие / Е. О. Мурадова. — М.: ИЦ РИОР: НИЦ Инфра-М, 2013. — 124 с.

4. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Л. Л. Никифоров, В. В. Персиянов. — М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. — 297 с.

5. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / В. Н. Коханов, Л. Д. Емельянова, П. А. Некрасов. — М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. — 400 с.

6. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Гайдар А. П. — М.: НИЦ ИНФРА-М, 2011. — 326 с.