Характеристики материалов экранов

Материал	Удельное сопротивление ρ, Ом∙м	Относительная магнитная проницаемость μ
Алюминий	0,28. 10^-7	1
Медь	0,17. 10^-7	1
Сталь	1,5. 10^-7	150

 

Если Э_экр >Э_тр, то экран заданной толщины уменьшает величину ЭМП ниже допустимой.

 

Пример расчета

Таблица 2.4.4

Исходные данные

Мощность Р ист, кВт	Частота f, ГГц	Расстояние до источника r, м	Время работы t, час	Толщина экрана  h, мм	Материал экрана
3,1	210	1,2	2,5	0,5	Сталь

 

Плотностью потока энергии на рабочем месте без применения способов защиты:

ППЭ=171,4 Вт/м²

 

Рассчитаем предельно допустимое значение плотности потока энергии на рабочем месте для времени работы оператора 2,5 ч.

Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 допустимая энергетическая нагрузка на человека в день составляет 2 Вт ч/м².

 

ППЭ_пду=2/2,5=0,8 Вт/м²

 

Плотностью потока энергии на рабочем месте без применения способов защиты превышает ПДУ.

 

Требуемая эффективность экрана:

 

Э тр = 171,4/ 0,8 = 214,2

 

Эффективность металлического сплошного экрана из стали толщиной 0,5 мм:

Э_экр=9425377> Э_тр= 214,2

 

Вывод: экран из листовой стали толщиной 0,5мм уменьшает плотность потока ЭМП ниже допустимой.

 

2.5. Защитное заземление

 

Выполнить расчет защитного заземления. Варианты заданий приведены в табл. 2.5.1.

Исходные данные для расчета:

- вид грунта;

- удельные сопротивления грунтов ρ, Ом×м;

- вид заземлителя - вертикальный трубчатый, заглубленный в грунте;

- длина заземлителя L, м;

- диаметр заземлителя d, м;

- глубина заложения заземлителя Н, м;

- ширина соединительной полосы b, м;

- расстояние между заземлителями, а, м.

Привести расчетную схему.

 

Таблица 2.5.1

Варианты заданий

Вариант	Грунт	Мощность трансфор- маторов, кВА	Размеры заземлителя и соединительной полосы
			Дли- на L, м	Диаметр d, м	Глубина заложе- ния Н 0, м	Расстоя- ние между заземлителями а,м	Ширина соединительной полосы b, м
1	Глина	1250	3	0,02	0,5	3	0,020
2	Суглинок	1000	4	0,025	0,6	4	0,025
3	Песок	630	5	0,03	0,7	5	0,030
4	Супесок	400	6	0,035	0,7	12	0,035
5	Торф	250	7	0,04	0,6	14	0,040
6	Чернозём	160	7	0,045	0,5	14	0,040
7	Садовая земля	63	6	0,05	0,5	18	0,035
8	Каменистый	40	5	0,055	0,6	15	0,030
9	Скалистый	25	4	0,060	0,7	12	0,025
0	Глина	16	3	0,065	0,6	9	0,020

 

Порядок расчёта

- Определить допустимое сопротивление заземляющего устройства – R _з.;

- Определить величину удельного сопротивления грунта ρ _ГР по таблице 2.5.2;

- Определить сопротивления одиночного заземлителя (вертикального заглублённого в грунте);

- Определить количество заземлителей и выбрать способ расположения – в ряд или по контуру;

- Определить коэффициент использования η_в заземлителей из труб по таблице 2.5.3;

- Определить коэффициент использования η_пол соединительной полосы по таблице 2.5.4;

- Определить полное сопротивление заземляющего устройства;

- Сделать вывод.

 

Пояснения к решению задачи

Заземление и защитные меры электробезопасности выбираются согласно правил устройств электроустановок (ПУЭ). Согласно ПУЭ используют следующие термины.

Косвенное прикосновение - электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Защита при косвенном прикосновении - защита от поражения электрическим током при прикосновении к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции.

Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Искусственный заземлитель - заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

Естественный заземлитель - сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.

Замыкание на землю - случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.

Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении: защитное заземление; автоматическое отключение питания; уравнивание потенциалов; выравнивание потенциалов; двойная или усиленная изоляция; сверхнизкое (малое) напряжение; защитное электрическое разделение цепей; изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы: металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений; металлические трубы водопровода, проложенные в земле. Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления.

В качестве искусственного заземлителя применяют стальные трубы, стержни, уголки, расположенные в грунте горизонтально или вертикально. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Требования защиты при косвенном прикосновении распространяются на: корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.; приводы электрических аппаратов; каркасы распределительных щитов, щитов управления, металлические конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников; электрооборудование, установленное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

Назначение защитного заземления - это устранение опасности поражения электрическим током при прикосновении человека к корпусу электрической установки, находящемуся под напряжением в случае пробоя изоляции фаз. Защитное заземление применяется в электрических сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением более 1000 В с любым режимом нейтрали.

Принцип действия защитного заземления заключается в снижении напряжения на корпусе электроустановки до безопасного значения.

Величиной, характеризующей степень опасности прикосновения человека к корпусу электрической установки, находящейся под напряжением, является напряжение прикосновения, которое представляет собой разность потенциалов заземлителя φ_з и основания φ_ос:

(3.5.1)

 

где α- коэффициент прикосновения;

r - радиус заземлителя;

х - расстояние от электрооборудования до заземлителя.

Потенциал заземлителя определяется величиной тока, замыкания на землю I _з и величиной сопротивления заземляющего устройства R_з:

 

φз = I з R з

(3.5.2)

 

 

Величина потенциала основания, т.е. места, на котором установлено электрооборудование, зависит от расстояния его до заземлителя. В случае, когда заземлитель расположен непосредственно под защищаемым электрооборудованием, (х = r), потенциал основания равен потенциалу заземлителя и напряжение прикосновения равно нулю. Если же заземлитель удален от электроустановки на расстояние более 20 м (х ≥20), то потенциал основания можно считать равным нулю, а напряжение прикосновения будет максимальным и равным напряжению на корпусе электроустановки, которое соответствует потенциалу заземлителя φ_з.

Величина тока замыкания на землю зависит от режима нейтрали сети. В случае трехфазной сети с изолированной нейтралью (рис.2.5.1) ток замыкания на землю:

(2.5.3)

 

где U _ф~ фазное напряжение сети. В;

z - полное сопротивление фазных проводов относительно земли

(2.5.4)

 

r и с - соответственно активное сопротивление изоляции провода и емкость провода относительно земли;

j - оператор комплексной величины;

ω - угловая частота тока, с^-1.

Минимальное сопротивление изоляции согласно ПУЭ составляет 0,5 МОм.

 

L3 L2 L1

 

Рис.2.5.1 Схема защитного заземления электроустановки (ЭУ)

1 - заземляющий проводник; 2 - заземлитель стержневой; 3 - кривая растекания тока в земле; I _З - ток замыкания на заземлитель, А; R _З - сопротивление заземляющего устройства, Ом; I_h - ток, проходящий через человека, А; R_h - сопротивление человека (активное), Ом; U _пр - напряжение прикосновения, В; U _З - напряжение на заземлителе, В; j_ос - потенциал основания в помещении; a - коэффициент прикосновения, зависит от расстояния х между местом основания, на котором стоит человек и заземлителем и изменяется от 0 до 1.

 

     Согласно “Правилам устройства электроустановок” допустимые значения сопротивления заземляющих устройств для электроустановок до 1000 В следующие:

- R _з = 4 Ом;

- R _з = 10 Ом, если мощность трансформаторов не превышает 100 кВ×А.

 

Сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя (вертикального заглублённого в грунте) определяется по формуле:

(2.5.5)

где L – длина заземлителя, м,

d - диаметр заземлителя, м,

H – глубина заложения середины электрода от поверхности грунта, м.      Глубина заложения определятся по формуле:

(2.5.6)

где  - глубина заложения, м.

 

Если сопротивление R _ОБ меньше или равно допустимому сопротивлению R _з, то принимаем один заземлитель.

Если общее сопротивление R _ОБ больше допустимого сопротивления R _з, то необходимо принять несколько заземлителей.

 

Количество заземлителей определяется по формуле:

(2.5.7)

где η_в  - коэффициент использования вертикальных заземлителей, определяемый из таблицы 2.5.3.

 

Сопротивление соединительной полосы заземлителей в грунте определяется по формуле:

(2.5.8)

где L _пол - длина соединительной полосы, м,

b - ширина соединительной полосы, м,

H ₀- глубина заложения, м.

 

Длина соединительной полосы рассчитывается:

- при расположении заземлителей в ряд L _пол =1,05 а (n – 1);

- при расположении заземлителей по контуру L _пол =1,05 а n;.

где а – расстояние между заземлителями,

n – количество заземлителей, принимаемое из расчёта.

 

Полное сопротивление заземляющего устройства (заземлителей и соединительных полос) определяется по формуле

(2.5.9)

 

где η_пол - коэффициент использования соединительной полосы, (таблица 2.5.4),

η_г  - коэффициент использования заземлителей. (таблица 2.5.3).

 

Полученное значение полного сопротивления защитного заземления должно быть меньше допустимого сопротивления.

 

Таблица 2.5.2