БЖ КР 1а

Федеральное агентство связи Федеральное Государственное Образовательное БЮДЖЕТНОЕ Учреждение ВысшегоСОМОВ Профессионального Образования Московский Технический Университет Связи и Информатики (МТУСИ)

Контрольная работа по Безопасности жизнедеятельности Вариант 5

Выполнил: студент группы ИТ-1051 ЗОТФ А.С. Сомов Проверила: Е.В. Костюк

Москва 2014

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. ≥ 3 I_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 зануленной 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 для решения задачи приведены в табл. 1. 1.

Табл. 1. 1.

Rп, Ом	Zп, Ом	Zн, Ом	RЗМ, Ом	L, м	d, м	t, м	ηз	вид грунта	ρ, Ом ∙ м
10	2.4	1.2	60	2.0	0.05	2.0	0.73	глина	60

Рис. 1. 1. Схема зануления.

A, B, C, – фазные провода, N – нулевой рабочий проводник, PE – нулевой защитный проводник,

ПП1, ПП2, ПП3 – плавкие предохранители, ЭУ – электроустановка.

R₀ – сопротивление заземления нейтрали, R_п – сопротивление повторного заземления.

Решение.

При занулении, корпусá 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. Определим ток короткого замыкания А,

где Z _П – сопротивление петли фаза – нуль, учитывающее величину сопротивления вторичных обмоток трансформатора, фазного провода, нулевого провода, Ом;

U _Ф – фазное напряжение, В.

I_к.з = 91.7 А.

Условие ПУЭ (Правила устройства электроустановок) для перегорания плавкой вставки предохранителя:

I_к.з. ≥ 3 I_Н ,

где I_Н – ток плавкой вставки (номинальное значение тока, при котором происходит срабатывание элемента защиты), проверить для I_Н = 20; 30; 50; 100 А.

I_H1 = 20 A; I_к.з. ≥ 3 ∙ 20 А; I_к.з. ≥ 60 А; 91.7 A > 60 A, I_к.з. > 3 I_Н1; защитное устройство сработает.

I_H2 = 30 A; I_к.з. ≥ 3 ∙ 30 А; I_к.з. ≥ 90 А; 91.7 A > 90 A, I_к.з. > 3 I_Н2; защитное устройство сработает.

I_H3 = 50 A; I_к.з. ≥ 3 ∙ 50 А; I_к.з. ≥ 150 А; 91.7 A < 150 A, I_к.з. < 3 I_Н3; защитное устройство не сработает.

I_H4 = 100 A; I_к.з. ≥ 3 ∙ 100 А; I_к.з. ≥ 300 А; 91.7 A < 300 A, I_к.з. < 3 I_Н4; защитное устройство не сработает.

2. Определим напряжение корпуса относительно земли:

а) без повторного заземления

U _з = I _к.з. ∙ Z _н , В.

U _з = 91.7 А ∙ 1.2 Ом = 110 В.

U _з = 110 В.

б) с повторным заземлением нулевого провода

В,

где R ₀, R _П – соответственно сопротивления заземления нейтрали и повторного заземления нулевого провода, причем R ₀ = 4 Ом.

U _з.п. = 78.6 В.

4. При обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус напряжения корпусов отноительно земли:

А. без повторного заземления нулевого провода для

а) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва,

U ₁ = U _Ф , U ₁ = 220 В.

б) корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва,

U ₂ = 0.

Б. с повторным заземлением нулевого провода для:

в) корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва,

В. В.

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

В. В.

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

а) , А; б) I₂ = 0, A; в) , А; г) , А,

где R _h – сопротивление тела человека (обычно принимают R _h = 1000 Ом).

а) А; б) I₂ = 0 A; в) А; г) А.

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

, В

где R₀ – сопротивление заземления нейтрали, R₀ = 4 Ом;

R_ЗМ – сопротивление в месте замыкания на землю фазного провода.

В.

Рис. 1. 2. Схема замыкания фазы С на землю.

A, B, C, – фазные провода, N – нулевой рабочий проводник, PE – нулевой защитный проводник,

ПП1, ПП2, ПП3 – плавкие предохранители, ЭУ – электроустановка.

R₀ – сопротивление заземления нейтрали.

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

, Ом,

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом ∙ м (ссопротивление образца грунта объемом 1 м³);

ℓ - длина трубы, м;

d – диаметр трубы, м;

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

Ом

8. Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования η_э ,

Э

где R _З – требуемое сопротивление заземляющего устройства. R _З = 4 Ом.

Выводы.

1. Так же как не всякое заземление обеспечивает безопасность, не всякое зануление пригодно для обеспечения безопасности. Зануление должно быть выполнено так, чтобы ток короткого замыкания в аварийном участке достигал значения, достаточного для расплавления плавкой вставки ближайшего предохранителя или отключения автомата. Для этого сопротивление цепи короткого замыкания должно быть достаточно малым.

Если отключения не произойдет, то ток замыкания будет длительно протекать по цепи и по отношению к земле возникнет напряжение не только на поврежденном корпусе, но и на всех зануленных корпусах (так как они электрически связаны). Это напряжение равно по величине произведению тока замыкания на сопротивление нулевого провода сети или зануляющего проводника и может оказаться значительным по величине и, следовательно, опасным особенно в местах, где отсутствует выравнивание потенциалов. Чтобы предупредить подобную опасность, необходимо точно выполнять требования ПУЭ к устройству зануления.

Для надежного отключения аварийного участка необходимо, чтобы ток в короткозамкнутой цепи значительно превосходил номинальный ток плавкой вставки, т. е. I_к.з. ≥ 3 I_Н. Расчеты тока короткого замыкания показали, что I_к.з = 91.7 А. Следовательно номинальный ток плавкой вставки I _н должен быть ≤ 30 А.

2. Повторное заземление нулевого провода снижает напряжение на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. U _З = 110 В, U _ЗП = 78.6 В.

3. При обрыве нулевого провода и замыкании на корпус

	корпусов, подключенных к нулевому проводу за местом обрыва		корпусов, подключенных к нулевому проводу перед местом обрыва
	без повторного заземления нулевого провода	с повторным заземлением нулевого провода	без повторного заземления нулевого провода	с повторным заземлением нулевого провода
напряжения корпусов отноительно земли	220 В	157.1 В	0 В	62.9 В
ток, проходящий через тело человека, касающегося оборудования	0.22 А	0.16 А	0 А	0.06 А

Обрыв нулевого провода при повторном его заземлении не обеспечивает надежной защиты от поражения электрическим током. Но при отсутствии повторного заземления обрыв нулевого провода представляет еще большую опасность.

4. Напряжение на корпусе зануленного оборудования при случайном замыкании фазы на землю (без повторного заземления нулевого провода) U_ПР = 3.44 В.

5. Для того, чтобы R _З не превышало 4 Ом, зазамляющее устройство должно состоять из 8 индивидуальных заземлителей.

С новой страницы.

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.

Схема для расчета приведена на рис. 2. 1, требуемые данные в табл. 2. 1 и 2. 2.

Рис. 2. 1.

Табл. 2. 1.

W	I, А	f, Гц	T, ч	D, м	R, м	r, м
3	40	3 ∙ 10^8	6	5 ∙ 10 ^- 2	3	2.0 ∙ 10 ^- 1

Табл. 2. 2.

μ	μ а , Гн/м	γ, 1/Ом ∙ м	ε
1	1.2 ∙ 10 ^- 6	5.7 ∙ 10 ^7	7.5

Решение.

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

, А/м,

где β_м – коэффициент, определяемый соотношением R/r (при R/r > 10 значение β_м = 1).

> 10, значит β_м = 1.

.

Если R удовлетворяет условиям R >> λ , R >> r²/λ (λ – длина волны, м), то имеет место волновая зона, оценку эффективности поля в которой производят по плотности потока энергии (ППЭ) излучения

ϭ = 377 Н ²/2, Вт/м².

Найдем длину волны λ

, где с = 3 ∙ 10⁸ м/с – скорость света.

, 3 м >> 1 м.

Теперь найдем , 3 м >> 0.04 м.

т. к. R удовлетворяет условиям R >> λ, R >> r²/λ то находим ППЭ излучения ϭ = 377 Н ²/2, Вт/м².

.

Допустимая величина ППЭ ϭ_доп = N/T,

где N = 2 Вт ∙ ч/м², Т – время облучения, ч.

Требуемое ослабление электромагнитного поля

.

Зная характеристики металла (см. табл. 2. 2), можно рассчитать толщину экрана ϭ , обеспечивающую заданное ослабление электромагнитного поля L

,

где ω – угловая частота, ω = 2πf; f = 3 ∙ 10 ⁸ Гц.

μ_а – абсолютная магнитная проницаемость, μ_а = 1.2 ∙ 10 ^-6 Гн/м,

γ – электрическая проводимость, ;

где μ ₀ – магнитная постоянная, μ ₀ = 4π ∙ 10 ^{– 7} Гн/м;

μ – относительная магнитная проницаемость среды. Медь μ =1.

Подставим

,

Найдем толщину экрана δ

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

Ослабление энергии в трубке – волноводе на 1 м длины определяется по формуле

,

где D – диаметр, м; ε – относительная диэлектрическая постоянная стержня (см. табл. 2. 2).

Требуемая длина трубки , м. .

Ответ: минимальная толщина экрана δ = 3.5 ∙ 10 ^-7 м, длина трубки, при помощи которой выводят ручку управления из экранирующей камеры, ℓ = 3.4 ∙ 10 ^-3м.