Задача № 1

При выполнении задачи возникают трудности в составлении электрических схем, иллюстрирующих условие задачи, и выводов по результатам расчетов.

Поэтому прежде чем приступить к решению первой задачи необходимо тщательно проработать материал по системам питающих сетей, изложенный в Приложении 3. Затем, если представится такая возможность, проработать материал [5 и 6 п. 1.7.1 ¸ 1.7.48] из списка дополнительной литературы, где даются подробно характеристики систем заземлений питающих сетей.

Для решения задачи можно использовать следующую методику.

1. Выбираем систему питающей сети, например TN-C-S. Принципиальная схема, которой должна содержать электроустановку, плавкие предохранители, зануление, повторное заземление нулевого защитного проводника (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1

Зануление превращает замыкание на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключается поврежденный участок сети. Ток короткого замыкания протекает по петле фаза-нуль.

Величина I_кз тока короткого замыкания определяется по формуле:

А

где Z_п – сопротивление фаза-нуль, учитывающее величину сопротивления вторичных обмоток трансформатора, фазного проводника L, нулевого защитного проводника PE, Ом;

U_ф – фазное напряжение, В.

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

U_з = I_кз*Z_н, В,

где Z_н – сопротивление нулевого защитного проводника, Ом.

3. Напряжение корпуса относительно земли с повторным заземлением нулевого защитного проводника РЕ

В

где R_п и R_о – соответственно сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника и заземления нейтрали, причем R_о = 4 Ом.

4. Проверим условие на быстрое перегорание плавкой вставки I_кз³3I_н.

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

В

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).

7. Следующая схема отличается от рисунка 1.1 тем, что не содержит повторного заземления нулевого защитного проводника, а одна из фаз замыкается на землю через сопротивление растеканию тока Rзм.

Для этого случая напряжение прикосновения равно:

В

где R₀ – сопротивление заземления нейтрали трансформатора;

R_зм – сопротивление в месте замыкания на землю фазного проводника.

8. Сопротивление одиночного трубчатого заземлителя, забитого в землю на глубину t определяется по формуле:

, Ом,

где r - удельное сопротивление грунта, Ом*м;

l – длина трубы, м;

d – диаметр трубы, м

t – расстояние от поверхности земли до середины трубы, м.

Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования h_з

где R_з = 4 Ом – требуемое сопротивление заземляющего устройства.

В выводах следует по результатам расчетов оценить

- эффективность применения защитного зануления;

- эффективность действия повторного заземления нулевого защитного проводника;

- опасность электропоражения в электроустановке.

Оценивая возможность электропоражения по рассчитанным величинам, следует иметь в виду, что результат воздействия электрического тока на организм человека зависит не только от значения тока, но и от продолжительности его протекания,

Для сравнения рассчитанных величин напряжений и токов с предельно допустимыми значениями можно воспользоваться [7, таблица 1, 2].

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов установлены для путей тока от одной руки к другой и от руки к ногам.

Таблица 1 - Допустимые значения напряжений прикосновения и токов при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки,

Род тока	U, В	I, мА
	не более
Переменный, 50 Гц	2,0	0,3
Переменный, 400 Гц	3,0	0,4
Постоянный	8,0	1,0
Примечания: 1 Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействий не более 10 мин в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения. 2 Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25°С) и влажности (относительная влажность более 75%), должны быть уменьшены в три раза.

Таблица 2 - Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью

Род тока

Нормируемая величина

Предельно допустимые значения, не более, при продолжительности воздействия тока t, с

0,01-0,08

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Св.1,0

Переменный 50 Гц

U, B

I, мА

Переменный 400 Гц

U, B

I, мА

Постоянный

U, B

I, мА

Выпрямленный двухполупериодный

U ампл, B

-

I ампл, мА

Выпрямленный однополупериодный

U ампл, B

-

I ампл, мА

Примечание - Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия более 1 с, приведенные в табл.2, соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам.

Наибольшее время автоматического отключения не должно превышать значений приведенных в [6 п. 1.7.79, таблица 1.7.1].

Таблица 1.7.1 – Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения для системы TN

Номинальное фазное напряжение Uф, В	Время отключения, с
более 380	0,8 0,4 0,2 0,1