Основы физики

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАЧА №1

В данной задаче необходимо начертить схему трехфазной четырех проводной питающей сети системы ТN с подключенной электроустановкой (выбрать вариант типа системы заземления TN-C или TN-C-S).

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 (PEN в системе TN-C или PE в системе TN-C-S).

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 (PEN в системе TN-C или PE в системе TN-C-S).

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 таблицах 1.1 и 1.2.

Rп, Ом	10
Zп, Ом	4,5
Zн, Ом	2,8
Rзм, Ом	100
L, м	3,0
D, м	0,05
t, м	2,5
з	0,79

U_ф = 220 В.

Вид грунта	Супесок
, Ом*м	300

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



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

а) Напряжение корпуса относительно земли без повторного заземления нулевого защитного проводника РЕ

U_з = I_кз*Z_н, В

U_з =

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

В

В

2: Величина I_кз тока короткого замыкания определяется по формуле:

А

IКЗ=А ток короткого замыкания

Проверим условие на быстрое перегорание плавкой вставки I_кз3I_н.

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

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

3: 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

4: 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).

5. 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,

где - удельное сопротивление грунта, 300Ом*м;

l - длина трубы, 3м; d - диаметр трубы, 0.05м

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



Необходимое число заземлителей при коэффициенте экранирования 0,79

где R_з = 4 Ом - требуемое сопротивление заземляющего устройства.

В выводах по результатам расчетов следует оценить

- эффективность применения защитного зануления напряжение падает до 137В

- повторного заземление нулевого защитного проводника снижает до 98В и подстраховывает пред идущее заземление

- опасность электропоражения в электроустановке .

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	550	340	160	135	120	105	95	85	75	70	60	20
	I, мА	650	400	190	160	140	125	105	90	75	65	50	6
Переменный 400 Гц	U, B	650	500	500	330	250	200	170	140	130	110	100	36
	I, мА												8
Постоянный	U, B	650	500	400	350	300	250	240	230	220	210	200	40
	I, мА												15
Выпрямленный двухполупериодный	Uампл, B	650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180	-
	Iампл, мА
Выпрямленный однополупериодный	Uампл, B	650	500	400	300	250	200	190	180	170	160	150	-
	Iампл, 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.

Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения для системы TN

Номинальное фазное напряжение Uф, В	Время отключения, с
127 220 380 более 380	0,8 0,4 0,2 0,1



ЗАДАЧА 2

сеть электроустановка напряжение замыкание

Определить кратность воздухообмена по избыткам тепла (тепловыделениям) и вредных выделений газа и пыли.

Исходные данные для решения задачи №2 приведены в таблицах:

V, м3	450
Qп, кДж/ч	3*104
Qотд, кДж/ч	6*103
Т, К	7

СО	5,0
Пыли Pb*10 -3	5
Нетоксичные пыли П	-

Для решения задачи можно использовать следующую методику.

Подлежащие удалению теплоизбытки определяются по формуле:

Q_изб = Q_п - Q_отд, кДж/ч,

Q_изб = 3*10⁴ кДж/ч - 6*10³ кДж/ч 24* кДж/ч,

где Q_п - количество тепла, поступающего в воздух помещения от производственных и осветительных установок, в результате тепловыделений людей, солнечной радиации и др., кДж/ч;

Q_отд - теплоотдача в окружающую среду через стены здания, кДж/ч.

Количество воздуха, которое необходимо удалить за 1ч из производственного помещения при наличии теплоизбытка, определяется по формуле:



м³/ч,

теплоизбыток

где с - теплоемкость воздуха, с = 1 кДж/кг*К;

T - разность температур удаляемого и приточного воздуха, ⁰К;

Г_пр - плотность приточного воздуха, Г_пр = 1,29 кг/м³

При наличии в воздухе помещения вредных газов и пыли, количество воздуха, которое необходимо подавать в помещение для уменьшения концентраций вредных выделений до допустимых норм, рассчитывается по формуле:

м³/ч

м³/ч

при выделении СО (Самое высокое показание)

м³/ч - при выделении Pb

где W - количество поступающих вредных выделений, г/ч;

C_д - предельно допустимая концентрация вредных выделений в воздухе помещения, г/м³, причем:

- для СО - C_д = 2*10^-2 г/м³;

- для пыли Pb - C_д = 1*10^-5 г/м³;

С_п - концентрация вредных примесей в воздухе, поступающих в производственное помещение, г/м³ С_п = 0

Теперь самое высокое показание вводим в эту формулу:



к = L_max/V, 1/ч

к = м³/ч /450 м³ ? ч

кратность воздухообмена в помещении = 1/2ч

Вывод: в моём примере самое токсичное выделение в помещении это СО



ЗАДАЧА № 3

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 Т часов. Определить минимальную толщину экрана и длину трубки, при помощи которой выводят ручку управления из экранирующей камеры (диаметр ручки управления - D), обеспечивающих на рабочем месте допустимую для оперативного персонала плотность потока СВЧ энергии облучения. При этом R - расстояние от катушки до рабочего места.

Схема для расчёта защиты от электромагнитного поля приведена на рисунке, требуемые данные в таблицах.

W	15
I, A	300
f, Гц	4*108
Т, ч	2
D, м	2*10-2
R, м	2
r, м	10-1

	200
а, Гн/м	2,5*10-4
, 1/Ом*м	1*10-7
	7



Материал экрана: сталь - = 200; медь - = 1; материал стержня: гетинакс - = 7; текстолит - = 8; эбонит - =3.0; стеклотекстолит - =7.5.

Решение задачи:

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

где _m - коэффициент, определяемый соотношением R/r (при R/r10 значение _m=1)==20

Определяем, удовлетворяет ли значение R условиям:

И R

2м=0,12 И 2м=0,013

где - длина волны, м, = 3*10⁸/f, м =м

условия выполняются, то имеет место волновая зона, оценку эффективности поля, в которой производят по плотности энергии (ППЭ) излучения

, Вт/м²

Вт/м²

Допустимая величина ППЭ определяется по формуле:



_доп = N/T,

_доп = 2 Вт*ч/м²/2ч=1Вт/м²,

где N = 2 Вт*ч/м².

Требуемое ослабление электромагнитного поля L можно определить по формуле:

L = / _доп

L = Вт/м² / 1Вт/м²98,88Гн

Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана , обеспечивающая заданное ослабление электромагнитного поля L.

=

==12,98

где - угловая частота, = 2f, 1/с; 2Гц=2512* с

_а - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м;

- электрическая проницаемость., 1/Ом*м

_а = ₀, где ₀ = 4*10^-7 Гн/м - магнитная постоянная, относительна магнитная проницаемость среды.

_а =4*10^-7 Гн/м200 Гн/м Гн/м

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, насажанной на диэлектрический стержень 1, который находится внутри металлической трубки 2. Такая конструкция может рассматриваться как волноводная линия.

Ослабление энергии в трубке - волноводе на 1 м длины определяем по формуле:

где D =2*10^-2 диаметр, м; - относительная диэлектрическая постоянная стержня текстолит - = 8

Определяем длину трубки по формуле:

Вывод: длина трубки L=17,35м

толщина экрана =12,98

Размещено на Allbest.ru