Основы электротехники

Выбор сечения проводов производят по следующим двум факторам:

а) по допустимому нагреву проводов током (иными словами по их пропускной способности);

б) по допустимой величине потери напряжения. Из двух величин сечения, определенных подвум у казанным факторам, выбирают большее с округлением его до ближайшего стандартного сечения, При этом для воздушных линий решающим фактором оказывается, как правило, допустимая потеря напряжения, а для переносных шланговых кабельных линий, электропроводок и подземных кабельных линий небольшой протяженности определяющим признаком является их пропускная способность (по допустимому нагреву).

Поэтому выбор сечения рекомендуется вести в таком порядке: для проводов воздушных линий определять сечение по допустимой потере напряжения и потом проверять по допустимому нагреву; для установочных, изолированных проводов, шланговых и других кабелей - сначала определять сечение по допустимому нагреву и затем проверять на допустимую потерю напряжения.

По пропускной способности или допустимый нагрев проводов определяется по специальным справочным таблицам.

Величина расчетного тока для линии, питающей отдельный трехфазный электродвигатель, например подвод электроэнергии к той или иной строительной машине с однодвигательным приводом, определяется по формуле:

I_р = (1000Р_нk_з) / (1,73U_ндcos)

где I_р - расчетный ток в А; Р_н - номинальная мощность электродвигателя в кВт; k_з - коэффициент загрузки двигателя, принимаемый равным 0,8 - 0,9; U_н - номинальное напряжение двигателя (380 В); _д - к.п.д. двигателя (принимается равным 0,85 - 0,92, для крановых двигателей - 0,8 - 0,85); cos - коэффициент мощности двигателя (принимается равным 0,8 - 0,9, для крановых двигателей - 0,7 - 0,75).

Потерей напряжения в трехфазовой линии называют арифметическую разницу между линейными напряжениями в начале и в конце линии.

Норма допустимой потери напряжения при передаче электроэнергии Правилами не установлена. Установлены лишь допустимые отклонения напряжения от номинального у различных электроприемников. Так, на зажимах электродвигателей эти отклонения от номинального напряжения, как правило, должны быть не более +5%, снижение напряжения у наиболее удаленных ламп освещения промышленных предприятий и общественных зданий, а также прожекторных установок должно быть не более 2,5% номинального напряжения, а у наиболее удаленных ламп светильников наружном освещения и освещения жилых зданий не более 5%.

Напряжения холостого хода источников питания (силовых трансформаторов и генераторов) установлены более высокими, чем напряжения приемников энергии. Так, в сетях 380/220 в у трансформаторов (или генераторов), питающих эти сети, напряжение холостого хода составляет 400/230 В. Учитывая это обстоятельство и указанные выше нормы возможного понижения напряжения у потребителей энергии, допустимую потерю напряжения от источника питания до - электроприемника в сетях 380/220 В обычно принимают в размере 5,5 - 6,5%. При этом, если питание к строительному механизму подается шланговым кабелем, присоединенным к воздушной линии, то допустимую потерю напряжения обычно принимают: для воздушной линии в размере 5 - 5,5%, а для шлангового кабеля - 0,5 - 1,5% (в зависимости от его длины) с тем, чтобы суммарная потеря напряжения не превышала указанных выше пределов.

Потеря напряжения в трехфазовой линии определяется формулой:

U=1,73I1(г₀ соs + х₀ sin )

где U - потеря напряжения, В; I - ток в линии,А; l -длина линии, км; г₀ и х₀ - активное и индуктивное сопротивление одного провода, Ом/км; cos - коэффициент мощности электрической нагрузки; sin - тригонометрическая функция по величине, соответствующая значению коэффициента мощности cos .

Таким образом, потеря напряжения зависит как от активного, таки от индуктивного сопротивления проводов линии.

Индуктивное сопротивление проводника не зависит от его материала (за исключением стали) и определяется главным образом его формой, в данном случае взаимным расположением проводов линии: чем меньше расстояние между проводами различных фаз, тем меньше их индуктивное сопротивление. Отсюда следует, что индуктивное сопротивление ВЛ составляет значительную величину, вполне сопоставимую с активным сопротивлением, и поэтому его необходимо учитывать. В кабельных же линиях и в электропроводках с малыми расстояниями между фазными жилами и проводами индуктивное сопротивление мало - много меньше активного сопротивления - и поэтому в расчете кабельных линий (шланговых и других) небольшой длины и электропроводок величиной х₀ можно пренебречь, что значительно упрощает приведенную выше формулу

Типы трансформаторных подстанций применяемых на строительных площадках

Трансформаторные подстанции (ТП) служат для преобразования и распределения электроэнергии. Оборудование ТП состоит из одного или нескольких силовых трансформаторов, распределительных устройств первичного и вторичного напряжения и устройств управления, защиты и сигнализации.

Наиболее простыми и несложными в эксплуатации являются потребительские ТП с одним трансформатором. Трансформатор присоединен к линии через высоковольтный разъединитель (РВ) и высоковольтные плавкие предохранители. Разъединитель РВ предназначен для отключения ТП от сети высокого напряжения при, ремонте трансформатора, а плавкие высоковольтные предохранители - для автоматического отсоединения трансформаторной подстанции (ТП) от сети при повреждениях на ТП или в трансформаторе. Плавкие предохранители в цепи вторичного напряжения служат для защиты трансформатора от значительных перегрузок, а также от коротких замыкании на стороне низкого напряжения.

Высоковольтный разъединитель предназначен только для отключения трансформатора после снятия с него нагрузки рубильником.

Защита тупиковой ТП от атмосферных перенапряжений осуществляется трубчатыми разрядниками, устанавливаемыми на ближайшей к подстанции опоре воздушной линии. При присоединении подстанции к кабельной линии установка разрядников не требуется.

В зависимости от конструктивного выполнения ТП подразделяют на закрытые, электрооборудование которых устанавливается в зданиях, и открытые с электрооборудованием, устанавливаемым на открытом воздухе. Те и другие типы ТП можно выполнять с монтажом оборудования на месте установки или в виде комплектного устройства (КТП), которое изготовляют на заводе и доставляют на место установки в собранном виде. По принципу обслуживания ТП могут быть сетевые или абонентские. В первом случае ТП обслуживает персонал энергосистемы, во втором случае - персонал потребителя.

По местоположению на территории строительства различают: отдельно стоящие ТП, внутрицеховые ТП, присоединенные к зданию цеха или встроенные в него ТП и КТП. Применение КТП на строительных площадках дает большую экономию времени по вводу в действие временных сетей электроснабжения; позволяет устанавливать подстанции в непосредственной близости к центрам нагрузки - работающим строительным механизмам и при необходимости перемещать их на новое место.

При выборе числа и мощности трансформаторов для отдельных ТП необходимо, чтобы были обеспечены: надежность питания в зависимости от категории потребителя; наименьшие капитальные затраты; минимальные потери электроэнергии в процессе эксплуатации.

Категории приемников электрической энергии

Каждая система электроснабжения должна бесперебойно подавать электрическую энергию предприятию в необходимом количестве и надлежащего качества, отличаться высокой надежностью и экономичностью по первоначальным и эксплуатационным затратам, простотой, удобством и безопасностью обслуживания.

Приемники электрической энергии, использующие электрическую энергию для технологических процессов, разделяют по напряжению на две группы: до 1000 В и выше 1000 В, а по степени обеспечения надежности электроснабжения их относят к одной из трех категорий. К 1-й категории принадлежат ответственные приемники, для которых не допустим перерыв в подаче электрической энергии, за исключением времени автоматического ввода резервного питания, обеспечиваемого двумя, а иногда и тремя независимыми источниками электрической энергии. Ко 2-й категории относят приемники, для которых перерыв в электроснабжении связан с ремонтом или заменой поврежденного элемента, что приводит к серьезным растройствам технологического процесса, а к 3-ей категории - остальные приемники, которые не подходят под определение 2-й категорий и допускают перерыв в электроснабжении для необходимого ремонта не более одних суток.

Качество электрической энергии

Электрическая энергия, производимая на электростанциях, должна иметь строго определенные параметры. О качестве электроэнергии судят в основном по уровню напряжения и частоты электрического тока. Только при питании с номинальными напряжением и частотой потребители электроэнергии работают в оптимальном режиме. Для получения электрической энергии с номинальными параметрами на электростанциях и распределительных устройствах вводят автоматическое регулирование напряжения и частоты.

Стандарты допускают следующие отклонения этих величин:

1.Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускается в пределах 0,1 Гц. Допускается временная работа энергосистемы с отклонением частоты в пределах 0,2 Гц.

2.На зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения допускаются отклонения напряжения в пределах от -2,5 до +5% номинального.

3.На зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления допускаются отклонения напряжения в пределах от - 5 до + 10% номинального.

4.На зажимах остальных приемников электроэнергии допускаются отклонения напряжения в пределах 5% номинального.

Классификация приемников на категории по бесперебойности снабжения электрической энергией является основанием для выбора соответствующей схемы электроснабжения.

Большинство предприятий noлучают электрическую энергию от районных понизительных трансформаторных подстанций (ТП) энергосистем с напряжением 6, 35, 110 или 220 кВ.

Электрическое освещение на строительных площадках

Общие сведения. Правильная организация электрического освещения на строительной площадке имеет существенное значение для успешного выполнения строительно-монтажньтх работ, особенно в осеннезимний период при сокращении светлого времени суток. Недостаточная освещенность рабочего места снижает производительность труда, ухудшает качество работы и, кроме того, во многих случаях является причиной травматизма. Поэтому каждому инженерно-техническому работнику на стройке необходимо знать, как целесообразнее устроить хорошее электрическое освещение в условиях строительства.

Освещение может быть общим, местным и комбинированным. При этом общее освещение подразделяется на равномерное и локализованное.

При общем равномерном освещении освещается все помещение или наружная площадка в целом (без выделения рабочих поверхностей); светильники устанавливаются равномерно, на равных расстояниях один от другого. При общем локализованном освещении на отдельных участках помещения или наружной территории создается большая освещенность. На таких участках устанавливаются дополнительные светильники или они размещаются более часто. При местном освещении освещаются только рабочие поверхности. При комбинированном - применяются и общее и местное освещение.

В условиях строительства применяется как общее (равномерное и локализованное), так и комбинированное освещение мест работы.

Кроме обычного, рабочего, освещения, на тех участках строительства, где людей в темноте грозит для них опасностью, устраивается аварийное освещение, обеспечивающее минимальную освещенность в случае аварийного погасания основного освещения. Для аварийного освещения устраивается отдельное надежное питание.

Источники света. В качестве источников света на строительстве и в промышленности применяют лампы накаливания и газоразрядные лампы, которые в свою очередь подразделяются на ртутные лампы низкого давления - люминесцентные и ртутные лампы высокого давления. Из этих типов источников света лампы накаливания являются наименее экономичными - обладают наименьшей светоотдачей и поэтому постепенно вытесняются более экономичными газоразрядными лампами.

В лампах накаливания световая энергия получается за счет нагревания тонкой вольфрамовой нити проходящим по ней электрическим током. Нить помещена в стеклянную колбу, заполненную инертным газом. Раскаленная (при температуре порядка 3000° С) нить ярко светится. Колба лампы укреплена на металлическом резьбовом цоколе, с помощью которого лампа ввертывается в патрон, служащий для ее подсоединения к проводам электросети. Лампы накаливания выпускают на напряжения 220 и 127 В, а также на малые напряжения - 36 и 12 В. На стройках, как правило, применяют лампы на 220 В. Их выпускают мощностью от 15 до 1500 Вт. Светоотдача таких ламп возрастает с увеличением мощности. Лампы на напряжение 127 В несколько экономичнее, примерно на 10 15%. Лампы накаливания для напряжений 36 и 12 В выпускают мощностью от 11 до 100 Вт.

Действие газоразрядных ламп основано на электрическом разряде, в среде разреженного газа. Люминесцентная лампа представляет собой длинную (длиной порядка 450 - 1500 мм) стеклянную трубку с двумя цоколями на концах, заполненную разреженным газом - аргоном - и небольшим количеством паров ртути. На внутреннюю поверхность трубки нанесен слой специального состава - люминофора. В цоколи лампы впаяны вольфрамовые электроды. При включении лампы в электрическую сеть между ее электродами в парах ртути в трубке возникает газовый разряд и невидимое ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого люминофор начинает светиться - дает яркий видимый свет. Люминесцентные лампы включаются в сеть с помощью специальных пуско-регулирующих устройств. Гlараллельно с лампой включается особый пускатель (стартер), обеспечивающий зажигание лампы. Люминесцентные лампы выпускают мощностью в 15, 20, 30, 40 и 80 Вт.

Ртутная лампа высокого давления по внешнему виду похожа на крупную лампу накаливания. В отличие от люминесцентной лампы в ней электрический разряд в ртутных парах происходит не во всей колбе, а в маленькой трубке («горелке») из кварцевого стекла, прозрачного для ультрафиолетовых лучей. Под влиянием ультрафиолетового излучения горелки специальный люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы, дает яркий, слегка зеленоватый свет (близкий к белому). Лампы в сеть они включаются, так же как и люминесцентные, по особой схеме с помощью специальных пуско-регулирующих аппаратов, содержащих дроссель, конденсаторы, разрядник и др. Выпускают лампы мощностью, значительно большей, чем люминесцентные - 250, 500, 750 и 1000 Вт.

Осветительная арматура Правильно организованное освещение прежде всего должно создавать достаточную освещенность для того, чтобы глаз человека мог легко, не утомляясь, различать все детали, необходимые при данной работе. Кроме того, освещение должно быть по-возможности равномерным, без резких теней; источник света не должен быть непосредственно виден глазом (для того чтобы не было слепящего действия).

Для создания необходимых условий освещения, удовлетворяющих указанным требованиям, служит осветительная арматура. Осветительная арматура вместе с помещенной в нее лампой называется светильником.

Светильники служат для освещения предметов, расположенных на относительно небольших расстояниях. В качестве осветительных приборов дальнего действия применяют прожекторы различных типов.

Для освещения строительных площадок служат прожекторы заливающего света, работающие с обычными лампами накаливания мощностью от 200 до 1000 Вт. Благодаря специальному отражателю параболической формы прожекторы дают узкий, направленный вдоль оптической оси прибора световой поток о очень большой силой света.

Устройство электрического освещения на строительных площадках Наружное освещение территории строительных площадок осуществляется преимущественно прожекторами заливающего света. Прожекторы устанавливают группами по 3 - 4 и более на мачтах, высота которых зависит от силы света и мощности прожекторов. Чем больше сила света прожектора, тем выше он должен быть установлен (для ограничения слепящего действия). При этом оптическая ось прожектора устанавливается почти горизонтально: под углом 8⁰ 15⁰ вниз по горизонтали.

Практически принимается следующая минимальная высота установки прожекторов над уровнем земли: с лампой 1000 Вт - 21 м, с лампой 500 Вт - 13 м. Целесообразно применять инвентарные переносные прожекторные мачты. Расстояние между прожекторными мачтами выбирается обычно от 80 - 100 до 200 - 250 м (меньшие цифры относятся к прожекторам меньшей мощности).

Для дополнительного освещения рабочих зон применяются инвентарные переносные стойки с прожекторами малой мощности (с лампами 200 Вт) или со светильниками. Кроме того, на экскаваторах и других крупных строительных машинах также обычно устанавливаются прожекторы малой мощности, дополнительно освещающие зону работы.

Освещение дорог, не попадающих в зону, освещенную прожекторами, осуществляется светильниками с арматурой наружного с лампами мощностью 200 - 300 Вт. Светильники подвешивают на кронштейнах к опорам (столбам) питающей их воздушной линии на высоте около 6 м от земли и на расстоянии 25 - 35 м один от другого. Для этой же цели, а также и для освещения отдельных площадок территории строительства с успехом могут применяться светильники с более экономичными ртутными лампами.

Общее освещение производственных предприятий строительства осуществляется или лампами накаливания, или люминесцентными при помощи светильников.

Для сухих производственных помещений применяют светильники с лампами накаливания или светильники с люминесцентными лампами. Сырые и пыльные помещения освещают уплотненными светильниками с лампами накаливания. Светильники подвешивают обычно на высоте 2,5 - 3,5 м над рабочими поверхностями, расстояние между ними принимают примерно равным удвоенной высоте подвеса. Местное освещение рабочих мест в мастерских выполняется при помощи светильников с лампами накаливания.

для временного освещения строящихся зданий используют те же перечисленные выше светильники с лампами накаливания. В дополнение к общему освещению применяют, как правило, местное освещение рабочих зон, для чего используют инвентарные переносные стойки и подвесные устройства со светильниками. По требованиям техники безопасности временное освещение зданий рекомендуется устраивать на пониженном напряжении (36 В), получаемом от понижающих трансформаторов. Если же временное освещение имеет напряжение 220 и 127 В, светильники, согласно правилам, должны быть подвешены на высоте не менее 2,5 м от пола или настила; при этом должно быть обращено особое внимание на состояние изоляции проводов временной проводки, целость изолирующей оболочки патронов и т. п.

Защитное заземление на строительных площадках

Условия работы электроустановок на строительных площадках - под открытым небом, сырость, атмосферные осадки, передвижные механизмы с электроприводом, временные электросети - создают повышенную опасность поражения людей электрическим током. Одним из наиболее важных мероприятий, значительно повышающих электробезопасность работающих на стройках, является правильное устройство защитного заземления.

Причиной поражения людей электрическим током может быть не только прикосновение к токоведущим частям. При повреждении изоляции корпусы электродвигателей или пусковой аппаратуры и - самое главное - связанные с ними металлические части строительных машин и механизмов оказываются под напряжением. Прикоснувшись к ним, человек при отсутствии защитных мер поражается электрическим током. Такие случаи особенно опасны тем, что рабочие, обслуживающие машины, не ожидая опасности, постоянно соприкасаются с ее металлическими частями. Защитой от поражения током при переходе напряжения на конструктивные металлические части служит защитное заземление.

Заземлением какой-либо части электроустановки называют преднамеренное электрическое соединение ее с землей при помощи провода (заземляющего проводника), присоединенного к металлическому заземлителю, имеющему непосредственное соприкосновение с землей. Заземлитель и заземляющие проводники носят название заземляющего устройства.

Заземлению подлежат металлические части строительных машин и механизмов с электроприводом, корпуса электроинструментов, корпуса электрооборудования и пускорегулирующих аппаратов, конструкции, каркасы и кожухи электротехнических устройств и другие металлические части, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Защитное заземление выполняется различно в зависимости от напряжения и системы электроснабжающей сети.

Сети напряжением до 1000 В (сети 380/220 В) на строительных площадках сооружаются по четырехпроводной системе - звезда с нулем. В таких сетях согласно Гlравилам в обязательном порядке заземляется нейтраль (нулевая точка) силовых трансформаторов (система с глухозаземленной нейтралью). Для этого у каждого ТП устраивают заземляющий контур, к которому подсоединяют вывод нулевой точки трансформатора, а следовательно, в нулевой провод сети. Сопротивление заземляющего устройства ТП согласно Правилам должно быть не более 4 Ом (для трансформаторов мощностью до 100 кВА эта норма повышается до 10 Ом).

Нулевой провод воздушных линий повторно заземляют через каждые 250 м, а также на концах линий и ответвлений, в том числе обязательно в зоне работы строительных механизмов - башенных кранов, экскаваторов и т. д.

В сетях с глухозаземленной нейтралью защитное заземление выполняют присоединением заземляемых частей установки к заземленному нулевому проводу электросети. Действие такого заземления (ранее оно называлось занулением) состоит в том, что в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе оборудования создается короткое замыкание в одной из фаз трансформатора через нулевой провод, в результате чего поврежденная часть установки автоматически отключается, так как под действием тока короткого замыкания немедленно перегорает плавкая вставка предохранителя или отключается автомат. Выполнять защитное заземление в сетях с глухозаэемленной нейтралью при помощи местного заземляющего устройства, не присоединенного к нулевому проводу запрещается, так как оно не обеспечивает безопасность людей.

Заземление корпусов строительных машин осуществляется с помощью заземляющей жилы шлангового кабеля, питающего электропривод машины. Один конец заземляющей жилы присоединяется к заземляющему болту на корпусе (или металлоконструкциях) машины, а другой конеu - к заземляющему болту на корпусе пускового ящика или подключательного пункта, через который подается питание к машине. Корпус пускового ящика присоединяется к нулевому проводу сети.

Некоторые особенности имеет заземление башенных кранов. Помимо заземления металлической конструкции и корпусов электрооборудования крана, которое производят посредством четвертой жилы шлангового кабеля, обязательно заземляют подкрановые рельсовые пути. При этом перемычки между всеми стыками рельсов, а также между двумя нитками рельсов выполняются сваркой; рельсы присоединяются (отдельными проводниками) к повторному заземлению нулевого провода и к заземляющему болту подключательного пункта крана.

При устройстве заземляющих контуров впервую очередь рекомендуется использовать

так называемые естественные заземлители, а именно: проложенныё в земле водопроводные трубы, не имеющие изоляции, металлические конструкции зданий и сооружении, имеющие надежное соединение с землей, и др. При их отсутствии выполняется искусственное заземляющее устройство.

В качестве искуственных заземлителей применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали сечением 50 х 50 мм, длиной 2 - 2,5 м или стальные стержни из круглой стали диаметром 12 - 14 мм, длиной до 4 - 5 м (прутковые заземлители). Стержни ввертывают в грунт при помощи имеющегося для этого специального приспособления. Отдельные заземлители связывают между собой в общий заземляющий контур стальными полосами сечением 40 х 4 мм; соединение выполняют на сварке. Заземляющие проводники присоединяют к заземляющему контуру (к стальной полосе) также сваркой, а к корпусам аппаратов и машин - болтами. Необходимое количество заземлителей в контуре определяется расчетом. Чем меньше должно быть электрическое сопротивление заземляющего устройства, тем больше требуется заземлителей. При этом большое значение имеет характер грунта, в котором выполняется заземление. Более благоприятные грунты глинистые, наименее благоприятные - песчаные и скалистые.

При устройстве заземлений и во время эксплуатации электрооборудования требуется проведение ряда измерений (проверка соответствия заземляющего устройства нормам). Для этой цели служат специальные приборы - измерители эаземлений.

В сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо периодически проверять надежность защитного действия заземления (зануления) оборудования; для этой вели проводят измерения сопротивления петли фаза - нуль (то есть суммарного сопротивления одного из фазных проводов и нулевого провода до самого отдаленного электроприемника), результаты измерения сопоставляют с имеющимися нормативными данными.

Такие измерения выполняют специалисты электрики в соответствии с имеющимися инструктивными указаниями.

Защита зданий и сооружении от действия молнии

Линейная молния в виде электрического разряда между заряженными облаками и землей длительностью от десятых долей до нескольких секунд, сопровождаемого обычно громом, возникает при напряжении порядка нескольких десятков миллионов Вольт и сопровождается внезапным появлением ярко светящегося зигзагообразного канала белого, светло-голубогоили ярко-розового цвета с разветвлениями, раскаленного в основной своей части - главном канале - до температуры свыше 25000°С. диаметр канала молнии бывает от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, длина его - от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров, а кратковременный ток измеряется десятками или сотнями тысяч ампер.

Прямой удар линейной молнии в здания и сооружения, возвышающиеся над уровнем земли, сопровождается соответстующими механическими, тепловыми и электромагнитными явлениями, вызывающими значительные разрушения, пожары, поражение близ находящихся людей, животных и птиц, в особенности в тех случаях, если удары молнии приходятся в объекты с малой электропроводностью. Для защиты этих объектов от прямых ударов молнии применяют различные устройства молниезащиты, которые ориентируют на себя разряд молнии и образуют пространство, защищенное от ее поражения, называемое зоной защиты.

Устройство молниезащиты, или молниеотвод, состоит из onopы, молииеприемника, токоотвода и заземлителя.

Опоры отдельно стоящих молннеотводов выполняют из железобетона, стали и дерева, а, кроме того, в соответствующих случаях в качестве опор используют сами здания и сооружения.

Молниеприемник изготовляют в виде стального или иного металлического вертикального стержня различного профиля сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200мм и располагают его на высоте, обеспечивающей необходимую зону защиты более низких объектов. Молниеприемник нужно предохранить от коррозии оцинкованием, лужением или покраской. При зданиях и сооружениях, отличающихся значительной протяженностью, применяют несколько стержневых молниеприемников, которые соединяют между собой.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой 150 м, установленного на защищаемом сооружении или вблизи его на железобетонной, металлической или деревянной опоре, представляет собой круговой конус с вершиной, находящейся на высоте h₀ < h, в основании которого находится круг радиусом г₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте h_x представляет собой круг радиусом г_x.

Габариты зоны защиты определяют по следующим формулам:

h₀ = 0,92h;

r₀ = 1,5h;

r_x = 1,5 ( h - h_x / 0,92 ).

Прямой удар молнии в линии электропередачи вызывает перенапряжениия, междуфазные перекрытия, разрушение изоляторов и опор. Это вынуждает подвешивать над проводами линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше с железобетонными и металлическими опорами стальные многопроволочные оцинкованные молниезащитные тросы сечением не менее 35 мм², которые на воздушных линиях с напряжением 35 кВ применяют только на подходах к подстанциям длиной 1...2 км, а иногда вместо них используют отдельностоящие стержневые молниеотводы, располагаемые в шахматном порядке по обе стороны трассы.

Железобетонные и металлические опоры, а также молниезащитные тросы должны быть заземлены.

На воздушных линиях с напряжением 6 и 10 кВ для ограничения перенапряжений, представляющих опасность для изоляции электрооборудования и самих линий, вместо молниезащитных тросов применяют трубчатые разрядники, которые крепят на опорах вдоль трассы и включают через внешний регулируемый искровой промежуток между проводом и землей.

Открытые подстанции на напряжение 20 кВ и выше защищают стержневыми молниеотводами с установкой молниеприемников, как правило, на конструкциях подстанций, а иногда прибегают к отдельно стоящим стержневым молниеотводам. Здания закрытых подстанций защищают заземлением железобетоннных несущих конструкций кровли или ее металлического покрытия, а если такое решение неприемлимо, то используют стержневые молниеприемннки, устанавливаемые на крыше здания.

Прямой удар молнии сопровождается вторичными явлениями, обусловленными электростатической и электромагнитной индукцией. Так, в проводящих телах не исключена возможность наведения высоких потенциалов относительно земли с возникновением искрообразования в том или ином месте, для борьбы с которым необходимо заземлять крыши, металлические конструкции и прочее проводящее ток оборудование. Кроме того, магнитное поле молнии может в различных разомкнутых витках, концы которых находятся в непосредственной близости, навести такую э.д.с., которая приведет к искрообразованию, достаточному для взрыва производственной пыли, если она имеет опасную концентрацию. В замкнутых контурах под действием наведенных э.д.с. возникающие токи могут вызвать в местах плохого контакта сильный нагрев, что опасно в особенности в пожаро- и взрывоопасных помещениях.



Литература

1.Электротехника. Под ред. А.Я.Шихина. М.”Высшая школа”, 1991, 336с.

2.Электротехника. И.И.Иванов, В.С.Равдоник. М.”Высшая школа”, 1984, 376с.

3.Общая электротехника. Под ред. А.Т.Блажкина. Л.”Энергоатомиздат”, 1986, 592с.

4.Электротехника, электроника и импульсная техника. А.Т.Морозов.М.”Высшая школа”, 1987, 448с.

5.Електротехніка. Курс лекцій для студентів будівельних спеціальностей. М.Д.Самсоненко, М.І.Носанов, С.М.Самсоненко, Макіївка, 1997, 246с.

6.Справочник по электротехнике. А.А.Иванов. К.”Вища школа”, 1984, 304с.

7.Основы электротехники. А.С.Касаткин. М.”Энергия”, 1966, 712с.

8.Електротехніка. В.Є.Китаєв. Київ, “Будівельник”, 1994, 238с.

9. Электротехника. Касаткин А.С., Немцов М.В. -М: Энергоатомиздат, 1983, 480 с.

10.Электротехника, Под редакцией Герасимова В.Г. М: Высшая школа, 1985, 480 с.

11.Электроснабжение строительно-монтажных работ. Глушков Г.Н. М: Стройиздат, 1982, 232с.

12.Методические указания к лабораторным работам по курсу “Электротехника”, Макеевка, МакИСИ, 1984, 56 с.

13.Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по курсу “Электротехника”, Макеевка, МакИСИ, 1991, 52 с.

14. Электротехника. Волынский Б.А. и др. М., Энергоатомиздат, 1987, 525с.

15.Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатоиздат, 1985, 640с.

16.Основы электроснабжения промышленных предприятий. Ермилов А.А. М.: Энергоатомиздат., 1983, 208с.

17.Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. под ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. М.: Энергия, 1980, 576с.

18. Энергоснабжение городов. Таги-заде Ф.Г. М.: Стройиздат, 1980, 280с.

19.Основы электроснабжения промышленных предприятий. Федоров А.А., КаменеваВ.В. М.: Энергоатомиздат, 1984, 472с.

20.Электротехника и электрооборудование.Н.Н.Лебедев,С.С.Леви, М.:Высшая школа, 1970,304с.

21.Электрооборудование строительных машин и энергоснабжение строительных площадок. Д.С.Чукаев, М.Д.Федуркина, М.: Стройиздат, 1981,224с.

Приложение № 1. Электроизмерительные приборы и электрические измерения

Электроизмерительные приборы

Для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования используются различные электроизмерительные приборы. Объектами электрических измерения являются являются все электрические и магнитные величины : сила тока, напряжение, мощность, электрическая энергия, электрическое сопротивление и другие. Для измерения каждой величины используются соответствующие электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями измеряемых величин, называются аналоговыми. Измерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, называются цифровыми.

В аналоговых приборах электрическая энергия преобразуется в механическую, под действием которой подвижная часть прибора поворачивается на некоторый угол. Аналоговые электроизмерительные приборы являются электромеханическими. Они состоят из двух основных частей: измерительного механизма и измерительной цепи. Назначение измерительного механизма - преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Следовательно, измерительный механизм должен содержать подвижную часть, перемещающуюся под действием вращающего момента, возникающего в механизме и не подвижную часть. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Так, например, в вольтметре измерительная цепь состоит из добавочного сопротивления и катушки измерительного механизма. Благодаря постоянству сопротивления этой измерительной цепи через измерительный механизм вольтметра проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению.

Принцип действия измерительных приборов независимо от их назначения заключается в следующем: электрический ток проходя через прибор вызывает появление вращающего момента и подвижная часть прибора поворачивается на определенный угол. При этом стрелочный указатель перемещаясь по неподвижной шкале, связанной с неподвижной частью прибора, покажет значение измеряемой величины. Когда прибор отключается, вращательный момент исчезает и возвратные пружины возвращают подвижную часть в исходное положение. В состав аналоговых приборов обязательно входят успокоители.

Измерительные приборы различают: по назначению, роду измеряемого тока, принципу действия, классу точности, положению корпуса, по климатическим условиям в которых можно применять приборы.

По назначению приборы делятся: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики, частотомеры, фазометры и другие.

Измерительные приборы можно применять в цепях переменного и постоянного тока. Существуют приборы предназначенные для измерения в цепях как переменного, так и постоянного тока.

Для определения измеряемой величины измерительные приборы снабжаются отсчетным устройством, состоящим из шкалы и указательной стрелки. По своему характеру шкалы приборов бывают равномерными, у которых расстояние между двумя смежными отметками равны по всей шкале, и неравномерными, имеющими разные расстояния между отметками одинаковых величин в разных частях шкалы.

По конструкции шкалы подразделяются на обыкновенные у которых деления нанесены на гладкую белую поверхность, и зеркальные, имеющие дугообразный вырез ниже делений. С внутренней стороны против выреза укреплено зеркало. Такие шкалы применяются у приборов высокого класса точности, снабженных ножевидной стрелкой. Отсчет измеряемой величины производится в таком положении глаза, при котором ножевидная часть стрелки закрывает свое изображение в зеркале. Благодаря этому устраняется погрешность, вызываемая неправильным положением глаза наблюдателя. Лабораторные приборы также имеют ножевидную стрелку, а зеркальной шкалы у них может и не быть. Технические и учебные приборы имеют копьеподобную стрелку и обычную шкалу.

Ценой деления шкалы прибора называется количество электрических единиц, приходящихся на одно деление шкалы. Цену деления прибора можно определить, поделив наибольшую измеряемую им величину на количество делений шкалы. Например, если шкала амперметра расчитанного на 5А, поделена на 100 делений, то цена деления равна:

С = I/n = 5/100 = 0,05 А/дел

Промышленность выпускает пять групп измерительных приборов в зависимости от условий эксплуатации. Эти пять групп различаются по диапазону рабочих температур и относительной влажности.

А : + 10 С - + 35 С, относительная влажность - 80 % - закрытые. сухие отапливаемые помещения;

Б : - 30 С - + 40 С, относительная влажность - 90 % - закрытые не отапливаемые помещения;

В₁ : - 40 С - + 50 С, относительная влажность - 95 %;

В₂ : - 50 С - + 60 С, относительная влажность - 95 %;

В₃ : - 50 С - + 80 С, относительная влажность - 98 %.

В₁, В₂, В₃ - в полевых, морских условиях и передвижных установках.

Принадлежность прибора к одной из эксплуатационных групп отмечается на шкале прибора. Приборы группы А отметки на шкале не имеют.

Приборы предназначенные для измерений в цепях переменного тока показывают действующие значения.

В зависимости от физического явления, используемого для целей измерения, измерительные приборы классифицируют по системам: электромагнитная, магнитоэлектрическая, электродинамическая, ферродинамическая, электростатическая, индукционная, термоэлектрическая, вибрационная.

Приборы магнитоэлектрической системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии постоянного магнитного поля и проводника с током. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы : приборы с подвижной катушкой и приборы с подвижным магнитом. Приборы с подвижной катушкой применяются значительно чаще, чем приборы с подвижным магнитом. В приборах этой системы вращающий момент пропорционален силе тока протекающего через измерительную цепь.

Достоинства: равномерность шкалы, высокая точность, высокая чувствительность, малое потребление энергии ( 10^-4 - 10^-6 Вт ), низкая чувствительность на внешние магнитные поля, быстрое успокоение подвижной части.

Недостатки: только для цепей постоянного тока, сложны в изготовлении и высокая стоимость, высокая чувствительность к перегрузкам.

Приборы электромагнитной системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях как переменного, так и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки и сердечника из магнитного материала. Вращающий момент приборов этой системы зависит квадратично от силы тока, протекающего через измерительную цепь прибора.

Достоинства: очень просты в изготовлении, предназначены для цепей переменного и постоянного тока, надежны в эксплуатации, способны выдерживать кратковременные перегрузки.

Недостатки: неравномерность шкалы, низкая точность (класс точности 1; 1,5; 2,5), относительно большое потребление энергии (2 - 8 Вт), малая чувствительность, незащищенность от внешних полей.

Приборы электродинамической системы. Приборы этой системы используются для измерений силы тока, напряжений, мощности в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитных полей, создаваемых подвижной и неподвижной катушками. Вращающий момент приборов этой системы зависит от произведения силы токов притекающих через обе катушки прибора.

Достоинства : возможность измерения в цепях переменного и постоянного тока, высокая точность, равномерность шкалы.

Недостатки: большое потребление энергии, чувствительность на внешние магнитные поля, боятся перегрузок, чувствительны к механическим воздействиям, высокая стоимость.

Приборы ферродинамической системы. Приборы этой системы являются разновидностью приборов электродинамической системы. Для увеличения вращающего момента и уменьшения влияния внешних магнитных полей внутрь подвижной катушки таких приборов иногда вставляют стальной сердечник, а неподвижную катушку наматывают на стальной магнитопровод. Однако показания начинают зависеть от частоты, поэтому класс точности, как правило, не высокий (1,5; 2,5 ).

Приборы электростатической системы. Принцип действия основан на взаимодействии между двумя электрически заряженными металлическими телами, разделенными диэлектриком. При подключении прибора к источнику постоянного напряжения неподвижные пластины заряжаются одноименным зарядом, а подвижная - зарядом противоположного знака. Между пластинами возникает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижная пластина, притягиваясь к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между неподвижными пластинами.

Достоинства : равномерная шкала, применяются в цепях переменного и постоянного тока, нечувствительны к внешним магнитным полям, малое энергопотребление.

Недостатки : чувствительны к внешним электрическим полям, низкая точность ( 1,5 и ниже ).

Приборы индукционной системы. Приборы этой системы используются только для цепей переменного тока. Они построены на принципе использования электромагнитной индукции. Вращающий момент в подвижной части - диске создается двумя переменными магнитными потоками, взаимодействующими с вихревыми токами, индуктированными этими же магнитными потоками в подвижной части прибора. Если одну индукционную катушку включить в цепь тока ( последовательно с нагрузкой ), а другую катушку - в цепь напряжения (то есть параллельно нагрузке ), то частота вращения диска будет пропорциональна мощности потребляемой в нагрузке. Число оборотов диска, пропорциональное энергии потребляемой нагрузкой за некоторое время, фиксируется счетным механизмом. Индукционные приборы используются в качестве счетчиков электрической энергии в цепях переменного тока.

Каждый электроизмерительный прибор рассчитан на определенные условия, в которых им можно пользоваться: на определенный ток (переменный или постоянный), установку, класс точности и так далее. Поэтому на шкале каждого электроизмерительного прибора имеются соответствующие условные обозначения.

Условное обозначение	Значение условного обозначения
	Прибор постоянного тока
	Прибор переменного тока
	Прибор переменного и постоянного тока
	Прибор трехфазного тока
	Прибор магнитоэлектрической системы
	Прибор электромагнитной системы
	Прибор электродинамической системы
Условное обозначение	Значение условного обозначения
	Прибор ферродинамической системы
	Прибор индукционной системы
	Прибор вибрационной системы
	Прибор электростатической системы
	Рабочее положение шкалы вертикальное
	Рабочее положение шкалы горизонтальное
	Рабочее положение шкалы, под углом 450 к горизонту
	Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 3 кВ
	Защита от внешних магнитных полей 3 мТл
	Защита от внешних электрических полей 10 кВ/м
400 Гц	Номинальное значение частоты
	Класс точности прибора
А	Амперметр
V	Вольтметр
W	Ваттметр
Wh	Электрические счетчики
Hz	Частотомеры
cos	Фазометры
, М	Омметры и мегомметры

Кроме этих обозначений на шкалах приборов иногда ставят в начале и в конце шкалы, а иногда только в начале или только в конце точки. Эти точки означают следующее, что если значение измеряемой величины находится между точками или между точкой (если точка одна) и большей части шкалы, то точность данного измерения соответствует классу точности указанному на шкале электроизмерительного прибора.

Перед каждым измерением необходимо внимательно рассмотреть обозначения на шкале прибора, определить, пригоден ли он для данного измерения, правильно установить его и только после этого производить измерение.

Электрические измерения

Результат измерения, полученный с помощью любого измерительного прибора, всегда отличается от действительного значения измеряемой величины.

Разность между показанием прибора и действительным значением, взятая по модулю называется абсолютной погрешностью прибора.

А = А_изм - А_д

Обычно в качестве действительного значения здесь берут среднеарифметическое значение измеряемой величины. Для данного прибора считается, что его абсолютная погрешность постоянна и не изменяется с изменением измеряемой величины. Эта погрешность представляет собой сумму погрешностей от влияния различных факторов: неправильной градуировки шкалы прибора, внешней температуры, самонагрева, частоты переменного тока и так далее.

Для оценки погрешности измерения используется понятие относительной погрешности. Относительная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, умноженное на 100%:

= А/ А_изм 100%

Из определения относительной погрешности видно, что относительная погрешность в начале шкалы больше, чем в конце. Считается, что измерения желательно проводить в последней трети шкалы, в этом случае относительная погрешность будет наименьшей.

Оценить качество прибора по значению абсолютной и относительной погрешности невозможно. Поэтому было введено понятие приведенной погрешности: отношение абсолютной погрешности к максимальному показанию прибора умноженное на 100 %.

= А/ А_макс 100%

Величина приведенной погрешности определяет класс точности прибора.

По степени точности измерительные приборы делятся на 8 классов :

0,05; 0,1 - контрольные приборы;

0,2; 0,5 - лабораторные приборы;

1; 1,5; 2,5 - технические приборы;

4 - учебные приборы.

Для измерения силы тока собирают электрическую цепь:

Напряжение измеряют при помощи следующей электрической цепи:

Активную мощность измеряют ваттметрами. Ваттметр включается в цепь следующим образом:

Для расширения пределов измерения амперметров применяются шунты, а по напряжению - добавочные резисторы. Шунт представляет собой резистор сопротивление которого значительно меньше сопротивления катушки прибора. Шунт включают последовательно в измеряемую цепь. Параллельно шунту присоединяют измерительный прибор.

Сопротивление шунта рассчитывают по формуле:

R_ш=R_пр/( n - 1 ),

где n - шунтирующий множитель, показывающий во сколько раз расширяется предел измерения прибора по току.

Для измерения напряжений, превышающих напряжение, на которое рассчитан измерительный прибор, последовательно с ним включают добавочный резистор.

Величину добавочного резистора определяют по формуле:

R_д=R_пр(m-1),



m - множитель добавочного резистора, показывает во сколько раз увеличивается предел измерения прибора по напряжению.

При измерении переменных токов шунты не применяют. Это объясняется тем, что распределение токов между шунтом и амперметром определяется не только их активным сопротивлением, но и реактивным сопротивлением прибора, которое зависит от частоты. Поэтому для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока.

Элементы техники безопасности

Опасность поражения электрическим током. Тело человека является хорошим проводником электрического тока. Электрический ток проходя, через тело человека, в зависимости от его величины, может вызывать ряд специфических, как обратимых так и необратимых явлений.

В зависимости от многих причин воздействие электрического тока может проявиться от легкого, едва ощутимого покалывания до полного прекращения жизнедеятельности. Опасность воздействия электрического тока зависит от величины тока, проходящего через тело человека, длительности его воздействия, пути прохождения, рода и частоты тока, состояния кожного покрова.

Различают три предельных значения тока, протекающего по пути рука - рука: ощутимый, неотпускающий и фибриляционный.

Ощутимый ток: 0,6 - 1,5 мА вызывает легкое покалывание. Он не является опасным.

Неотпускающий ток: 10 - 15 мА вызывает непереносимую боль, при этом судорожное сокращение мышц приводит к тому, что пострадавший не может разжать руку, в которой находится проводник с током.

Фибриляционный ток: 100 мА и более, проникает глубоко в грудь, раздражает мышцы сердца. Через 1 - 2 с начинаются частые сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), прекращается движение крови в сосудах, наступает смерть.

Ток более 5 А (как переменный, так и постоянный) приводит к немедленной остановке сердца. До сих пор имелся ввиду переменный ток промышленной частоты (50 Гц). При повышении частоты, начиная с 1000 Гц, опасность электрического тока снижается и при 400кГц полностью исчезает (кроме ожегов). Это обьсняется поверхностным эффектом : ток высокой частоты проходит по нечувствительной поверхности кожи.

При напряжениях 250 - 300 В постоянный ток в 4 - 5 раз безопаснее переменного. При более высоких напряжениях постоянный ток оказывается опаснее переменного.

Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека, являясь проводником электрического тока, обладает вместе с тем электрическим сопротивлением, однако значение этого сопротивления различно у разных людей. Так, при сухой и чистой неповрежденной коже сопротивление тела человека колеблется от 3 - 100 кОм, причем основную часть сопротивления создает кожа человека, тогда как ткани тела имеют сопротивление 300 - 500 Ом. На сопротивление кожи сильно влияет ее состояние : наличие царапин, ссадин, загрязнение, увлажнение.