Методика розв’язання задач на напругу кроку та напругу дотику

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 12Следующая ⇒

Задача 4.1.Визначити напругу дотику і силу струму, який пройшов через тіло людини у випадку, коли людина торкається проводу при відсутності замикання на землю.Вказівка. Прийняти опір опори, на якій стоїть людина, а також ємність проводів відносно землі, рівними нулю.

Вихідні дані: Напруга між проводами U = 660 В, опір замикання проводу на землю r_з= 60 Ом, опір тіла людиниR_h= 1000 Ом, r₁ = r₂= r =30 Ом (див. рис. 4.3).

Розв’язання.При нормальному режимі роботи мережі напругу дотикуU_д, під якою знаходиться людина, можна визначити так

= 20,625 В. (4.13)

Рис. 4.3.Доторкання людини до проводу при відсутності замикання на землюта при його наявності

Струм, який проходить через людину має вираз закону Ома, а саме такий:

= 0,021 А.

Задача 4.2.Визначити силу струму, який пройшов через тіло людини у випадку, коли людина торкається проводу з непошкодженою ізоляцією при замиканні на землю.Вказівка. Прийняти опір опори, на якій стоїть людина, а також ємність проводів відносно землі, рівними нулю.

Вихідні дані: Напруга між проводами U = 660 В, опір замикання проводу на землю r_з= 60 Ом, опір тіла людини R_h= 1000 Ом, r₁ = r₂= r =30 Ом (див. рис. 4.3).

Розв’язання.При аварійному режимі, коли один з проводів мережі (другий) замкнутий на землю через опірr_зм, струм дотику, що проходить через людину, буде визначатися виразом (4.13), де r₂має бути замінений на еквівалентний опір паралельно включених опорів r₂і r_зм:

(4.14)

Остаточно будемо мати: = 0,62 А (4.15)

Задача 4.3. Визначити значення сили струму, що пройшов через тіло людини, при:

1) нормальній роботі мережі;

2) замиканні між проводами.

Вихідні дані: Напруга між проводами U = 220 В (див. рис. 4.4). Опір тіла людини R_h= 1000 Ом. Сумарна довжина обох проводів L = 100 м. Поперечний переріз мідних проводів S = 10мм². Питомий опір міді r = 0,017 Ом ×мм²/м. Опір заземлення проводу x_з = 4 Ом. Довжина ділянки а—b заземленого проводу m = 30 м. Втрата напруги, встановлена при виборі проводів мережі під час проектування DU = 5 В. Активна потужність, яка споживається електродвигуном Р = 18 кВт. Коефіцієнт потужності двигуна, який живиться від мережі cos j = 0,8.

Вказівка. Провідності ізоляції і ємності проводів відносно землі незначні, тому ними можна знехтувати.

Рис. 4.4. Струм, який проходить через тіло людини при нормальній і аварійній роботі мережі

Розв’язання.Етапи розв’язку задачі:

1.При нормальному режимі роботи напруга на двигуні з урахуванням втрати напругив кожному проводі (5%) дорівнюватиме

U_дв = U (1 – 0,05) = 209 В.

2. Номінальний струм у мережі:

3. Опір ділянки кола а—b:

4.Опір ділянки кола а—с:

5.Падіння напруги на ділянці а—b (напруга дотику в точці b):

6.Падіння напруги на ділянці а—c (напруга дотику в точці с):

7. Струм, який проходить через тіло людини, яка торкається мережі в точці b:

(невідпускаючий струм).

8.Струм, який проходить через тіло людини, яка торкається мережі в точці с:

(фібриляційний струм).

9. При короткому замиканні (КЗ) опір обох проводів

10. Струм КЗ:

11.Напруга дотику в точці b:

(невідпускаючий струм).

12.Напруга дотику в точці c:

(фібріляційний струм).

Задача 4.4.Людина торкнулася обірваного і лежачого на землі проводу повітряної лінії електропередач (ЛЕП), що знаходиться під напругою живлення (див. рис. 4.6).

1. Визначити напругу дотику U_д_.,якщо довжина ділянки проводу , який лежить на землі L= 10 м; відстань від людини до цієї ділянки s = 2м; поперечний переріз проводу S= 120 мм²; сила струму замикання на землю І_з = 40 А; питомий опір грунту r = 80 Ом × м ; опір тіла людини Ом. Розглянути два варіанти: а) ступні ніг знаходяться на відстані кроку; б) ступні ніг знаходяться разом.

2. Визначити напругу кроку U_кр_.,якщо відстань між ногами людини а = 0,8 м.

Розв’язання.

Знайдемо діаметр проводу (дроту) відповідно до формули площі поперечного перерізу:

мм= 0,0124 мº 12,4 см.

Рис. 4.6. Доторкання людини до обірваного проводк під напругою

Модель проводузі струмом, який лежить на землі, можна уявити як протяжний заземлювач круглого перерізу (електрод), довжина в якому Lочевиднозначнобільша діаметру d(L>>d) (рис. 4.7). Опір стіканню струму з проводу в землю визначається формулою (див. Додаток 1):

(9.16)

Рис. 4.7. Протяжний заземлювач круглого перерізу

Потенціал проводу визначаємо як добуток струму замикання в землю на опір стіканню струму з проводу R_з , а саме:

(4.17)

Знаходимо відстань від середини електроду до місця, де стоїть людина:

Звідси

U_д= j_k – j_x = U_к×a₁×a₂ , (4.18)

де a₁–коефіцієнт напруги дотику, який враховує форму потенційної кривої і залежить від типу заземлювача і відстані від людини до заземлювача:

a₁= 1 – j_k / j_x£ 1. (4.19)

Потенціали точок ґрунтуj_k і j_x визначаються за таблицею [43, С. 19-23], або [7, С. 201-202].

З Додатку 1 для протяжного заземлювача круглого перерізу, розташованого вздовж осі ОХ, маємо:

. (4.20)

Другий коефіцієнт a₂–коефіцієнт напруги дотику, який враховує падіння напруги на опорі опорної поверхні ніг. Він має вигляд [7, с. 81; 8, с. 122]:

(4.21)

де опір розтіканню струму основи, на якій стоїть людина.

Підошви взуття людини, що створюють контакт з основою, можна уподібнити дисковому заземлювачу, який лежить на поверхні землі.

Якщо площа підошви однієї ноги прийняти рівноюF₁ = 225 см², то діаметр еквівалентного їй диска буде дорівнювати D = = 0,17 м, а опір розтікання струму за Додатком 1 (див. «кругла пластина»):

(4.22)

Вважаючи, що ступні ніг відстоять одна від одної на відстань кроку, і вважаючи тому, що їх електричні поля розтікання струмів не впливають одне на інше (відсутня суперпозиція) отримаємо шуканий опір розтікання основи, а саме опір розтіканню обох ніг людини:

(4.23)

Підставимо цей вираз у формулу (4.21) отримаємо :

(4.24)

Підставляючи числові дані умови задачі, маємо

Шукана напруга дотику, тобто напруга, під яку попадає людина, що доторкається до корпусу обладнання, яке виявилося під напругою, або ж до провідника (дроту) зі струмом обчислюється за формулою:

U_д . (4.25)

Підставляємо дані: U_д = 253 ×0,88 ×0,89 =590 В.

Знаходимо силу струму, що проходить через тіло людини:

(4.26)

Згідно табл. 4.2, отримана сила струму є смертельна для людини, яка попала під вказану напругу дотику.

Якщо ступні ніг стоять рядом, то їх можна моделювати, як дисковий заземлювач, діаметр якого буде рівний D₁ = 0,25 м.

Тоді відповідно (4.22), маємо:

Підставимо цей вираз у (4.24):

Напруга дотику визначається за формулою:

(4.27)

Підставляємо дані:

Знаходимо струм, що проходить через тіло людини:

Висновок: У випадку, коли ступні ніг стоять рядом, струм смертельно уражає людину.

У другій умові задачі треба визначити напругу кроку U_кр_.,якщо відстань між ногами людини а = 0,8 м.

Напруга кроку визначається за формулою, яка аналогічна формулі напрузі дотику (4.25), а саме:

(4.28)

де:

b₁– коефіцієнт напруги кроку, який враховує форму потенційної кривої і залежить від виду заземлювача, відстані від місця замикання на землю;

b₂–коефіцієнт напруги кроку, який враховує падіння напруги на опорній поверхні ніг. Зазначимо числову обмеженість цих коефіцієнтів: b₁< 1; 0 £b₂£ 1.

З Додатку 2записуємо вираз для протяжного заземлювача круглого поперечного перерізу, який розташований вздовж осі ОX:

(4.29)

де a= 0,8 м – середня відстань між ногами людини.

Знаходимо значення b_{1 :}

Знайдемо опір розтіканню струму основи, на якій стоїть людина, підошви якої моделюються дисковим заземлювачем, який лежить на землі.

Якщо площа підошви однієї ноги S₁ = 225 см², то діаметр еквівалентного їй диска буде дорівнювати D = = 0,17 м, а опір розтікання струму за Додатком 1 (див. «кругла пластина»):

Знаходимо коефіцієнт напруги кроку, який враховує падіння напруги на опорі розтіканню з ніг людини:

(4.30)

Підставляємо дані:

Шукана напруга кроку знаходиться за формулою (4.28):

Знаходимо силу струму, який проходить через людину:

(4.31)

Висновок: Напруга кроку невелика, проте струм, який викликаний нею (10,2 мА –пороговий невідпускаючий струм) може викликати судомні скорочення м’язів і падіння людину на землю, в результаті чого струм, що проходить через тіло людини, може зрости багатократно.

Завдання 4.Людина доторкається обірваного і лежачого на землі проводу повітряної ЛЕП, що знаходиться під фазною напругою U_ф,В (див. рис. 4.6).

Дано:

ü довжина ділянки проводу , який лежить на землі, L, м ;

ü відстань від людини до цієї ділянки, s, м;

ü поперечний переріз проводу, S, мм²;

ü сила струму замикання на землю, І_з, А;

ü питомий опір грунту, r, Ом × м;

ü опір тіла людини, Ом;

ü площу підошви однієї ноги прийняти рівною F₁ = 225 см².

Ступні ніг знаходяться:

a) на відстані кроку, а;

b) разом.

Визначити напругу дотику U_д. і напругу крокуU_кр. Знайти силу струму, який проходить через людину, , та оцінити ступінь небезпеки отриманого значення сили струму. Варіанти даних надані в табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Варіанти даних до завдання 9

Варіанти, №	L, м	s, м	S, мм²	І_з, А	r, Ом×м	Ом	a , м
1	3,5	1,0	95	30	20	1000	0,7
2	4	1,2	120	30	30	1000	0,7
3	4,5	1,4	150	35	40	1100	0,8
4	5	1,5	95	35	50	1200	0,8
5	5,5	1,6	120	40	60	1300	0,8
6	6	1,8	150	40	70	1400	0,9
7	6,5	1,9	95	45	80	1300	0,8
8	7	2,0	120	45	90	1200	0,8
9	7,5	2,2	150	50	100	1100	0,7
10	8	2,4	95	50	90	1000	0,7
11	8,5	2,5	120	45	95	1000	0,7
12	9	2,6	150	45	80	950	0,8
13	9,5	2,7	95	40	75	1000	0,8
14	10	2,8	120	40	70	900	0,7
15	10,5	2,9	150	35	60	900	0,9
16	6,5	1,9	95	45	80	1300	0,8
17	7	2,0	95	45	90	1000	0,8
18	7,5	2,2	120	50	100	1000	0,7
19	8	2,4	150	50	90	1000	0,7
20	8,5	2,5	95	45	95	1000	0,7
21	5	1,5	95	35	50	1000	0,8
22	5,5	1,6	120	40	60	900	0,8
23	6	1,8	150	40	70	950	0,9
24	6,5	1,9	95	45	80	1100	0,8
25	7	2,0	120	45	90	1200	0,8
26	3,5	1,0	95	30	20	1000	0,7
27	4	1,2	120	30	30	1000	0,7
28	4,5	1,4	150	35	40	1100	0,8
29	5	1,5	95	35	50	1200	0,8
30	5,5	1,6	120	40	60	1300	0,8

ТЕМА 5. Оцінювання захисної дії заземлення(2 год.)

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Нова редакція розділу 1.7 “Заземлення та захисні заходи електробезпеки” ПУЕ під терміном “система” розуміє зв’язані між собою джерело живлення (генератор електростанції або силовий трансформатор), повітряна або кабельна ЛЕП, приймачі (споживачі) електроенергії (електрообладнання, електродвигуни, електричні джерела світла, електротермічне обладнання тощо), а також елементи заземлення. Декомпозиція раціональних способів заземлення в різних мережах визначає певний тип заземлення системи [40]. Розглянемо живлення електроустановок напругою до 1 кВ у системі заземлення ІT[див. Правила улаштування електроустановок (ПУЕ)]. У розглянутій системі заземлення трифазних електроустановок змінного струму напругою до 1кВ прийняті умовні позначення, які зображені на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема виконання системи заземлення, типу IT

де: ДЖ – джерело живлення (ДЖ) трьохфазної мережі, обмотки якого мають з’єднання за схемою “зірка” ; L₁, L₂, L₃ – лінійні (фазні) провідники трифазної мережі (літера Lвід англ. linе – лінія); 2 – відкриті провідні частини; 3 – заземлювач відкритих провідних частин; 4 – захисний заземлюючий провідник (заземлення системи показано потовщеними лініями). РЕ –захиснийпровідник (від англ. protective earthing – захисне заземлення).

Cистема заземлення IT(від англ. Isolated , лат. terra– земля) – система, в якій система живлення ізольована від землі або заземлена через прилади або (і) пристрої, які мають великий опір, а відкриті провідні частини електроустановки приєднані до заземленого РЕ– провідника (рис. 5.1).

Обмотки джерела живлення (ДЖ) електрично з’єднані зіркою або трикутником. Перша буква Iсистеми IT означає, що всі струмопровідні частини джерела живлення ізольовані від землі або одна точка заземлена через великий опір (наприклад, через опір приладів контролю ізоляції).

РЕ-провідник(від англ.protective–захисний,еarth– земля) – захисний провідник в електроустановках напругою до 1 кВ, призначений для захисту від ураження електричним струмом.

Зазначимо, щотип системи заземлення – показник, що характеризує пристрій нейтрального провідника (N-провідника) або провідника середньої точки (М - провідника) і з’єднання з землею струмопровідних частин джерела живлення (генератора, силового трансформатора) і відкритих частин в електроустановках напругою до 1 кВ.

Живлення електроустановок напругою до 1 кВ з використанням системи заземлення ІT – це традиційна мережа з ізольованою нейтраллю.

У вказаній мережі здійснюється захисне заземлення – виконання електричного з’єднання між певною точкою системи, установки або обладнання і локальною землею з метою забезпечення електробезпеки.

Систему заземлення ІTрекомендується виконувати при підвищених вимогах до безпеки та безперебійного живлення електроприймачів.

В електроустановках з використанням системи заземлення ІT захист від непрямого дотикання (рос. термін “косвенного прикосновения”) при першому замиканні на землю належить здійснювати захисним заземленням в поєднанні з неперервним контролем ізоляції мережі з дією на сигнал або в випадку необхідності – на відключення.

Перше замикання на землю слід усувати в найкоротший час. У випадку подвійного замикання на землю відкриті провідні частини захист від непрямого дотикання слід здійснювати шляхом застосування автоматичного відключення живлення.

Захисна дія заземлення ґрунтується на зниженні напруги дотику U_д при переході напруги на неструмоведучі частини та досягається зменшенням потенціалу корпусу відносно землі за рахунок малого опору виносного заземлення R_з , як це показує формула 72. Для забезпечення безпеки необхідно виконувати заземлення з малим опором. Відповідно ПУЕ, опір заземлювального пристрою, що використовується для захисного заземлення відкритих провідних частин в електроустановках з ізольованою нейтраллю, повинен відповідати умові:

R_з£U_д.д. / І , (5.1)

де І – загальний струм замикання на землю, U_д.д. – допустима напруга дотику, значення якої в приміщеннях без підвищеної небезпеки приймається рівною 50 В змінного струму, а в приміщенні з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і в зовнішніх установках – 25 В або 12 В при наявності вимог відповідних розділів ПУЕ та інших нормативних документів.

Виконання умови (5.1) може не перевірятися, якщо опір заземлювального пристрою не перевищує:

Ø 4 Ом, якщо потужність джерела живлення (генератора або силового трансформатора) вище 100 кВ × А;

Ø 10 Ом, якщо потужність джерела живлення або паралельно працюючих джерел живлення не більше 100 кВ × А.

На кожний заземлювальний пристрій, який знаходиться в експлуатації, повинен бути паспорт, який включає схему заземлення, технічні дані, а також дані про результати періодичної перевірки стану заземлення, можливі зміни, внесені в результаті ремонтів тощо. Технічна перевірка стану заземлювального пристрою полягає в огляді видимої частини на відсутність обривів, надійності з’єднань природних і штучних заземлювачів, а також вимірювання опору заземлювального пристрою.

Для вимірювання опору струму розтікання заземлювачів застосовують схему амперметра – вольтметра, а також схему зі спеціальними вимірювачами заземлень.

До вимірювачів заземлень відносяться прилади МС-08, М1103, М 416, ЭКЗ-01, ЭКО-200, АНЧ-3, ИС-10, КТИ-10, MRU-100 (MRU-101) та ін. Найчастіше використовують омметр М416. Ці прилади занесені в державний реєстр засобів вимірювання України.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 185; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!