3. Вопросы к практическому занятию

1. Какие инженерно-технические мероприятии можно предусмотреть для защиты персонала от неблагоприятного воздействия ЭМП?

2. Какими средствами достигается снижение интенсивности воздействия ЭМП на персонал?

3. Какими способностями должно обладать защитное устройство?

4. От каких параметров зависит эффективность экрана?

5. Какие нематериалоемкие средства инженерной защиты персонала от воздействия ЭМП можно использовать?

6. Какие исходные данные необходимы для оценки эффективности запроектированного защитного устройства?

7. Каким образом уменьшают прохождение электромагнитной энергии через вентиляционные люки, оконные проемы?

8. Приведите классификацию коллективных средств защиты от ЭМИ РЧ.

9. Какие виды экранирования применяют для защиты персонала от ЭМИ? От каких факторов зависит эффективность экранирования?

10. Перечислите индивидуальные средства защиты от ЭМИ.

11. Какие средства защиты целесообразно использовать при эксплуатации лазеров?

12. Перечислите методы обеспечения радиационной безопасности.

13. Охарактеризуйте средства защиты от внешнего облучения.

14. Охарактеризуйте средства защиты от внутреннего облучения.

15. Какие средства общего применения используют для обеспечения радиационной безопасности?

16. Перечислите виды защитных экранов от ионизирующего излучения? Из каких материалов они изготовляются?

4. Список рекомендуемой литературы [3, 9, 10, 11, 12].

Практическое занятие 11 Выбор и расчет систем электробезопасности в сетях переменного тока с напряжением до 1000 в

1. Теоретическая часть

Зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия зануления в следующем: превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т. е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, которая селективно отключит поврежденную электроустановку от сети). Чем больше ток однофазного короткого замыкания I_к, тем быстрее и надежнее произойдет отключение поврежденного потребителя. Кроме того, заземление корпусов через нулевой защитный проводник снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия – быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

Область применения зануления – трехфазные, четырехпроводные сети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника тока, в том числе, наиболее распространенные сети 380/220 В, а также, сети 220/127 В и 660/380 В.

Для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник (НЗ), глухое заземление нейтрали (R_o), повторное заземление нулевого защитного проводника (R_n).

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления – обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания (I_к) путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000 В – снижение напряжения зануленных корпусов (а, следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника – снижение напряжения относительно земли зануленных корпусов в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника.

Полный расчет зануления имеет целью – определить условия, при которых оно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает поврежденную установку от сети и, в то же время, обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим, зануление рассчитывают на отключающую способность, а также, на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Порядок расчета защитного зануления на отключающую способность.

1. По таблице 11.1 находим основные технические характеристики электродвигателя.

2. Зная мощность электродвигателя (P, кВт), рассчитываем номинальный ток электродвигателя (J _{ном. эл. дв} ):

,

(11.1)

где U_н – фазное напряжение, В;

cos α – коэффициент мощности, показывающий, какая часть тока используется на получение активной мощности и какая на намагничивание (таблица 11.1).

Таблица 11.1 – Характеристика закрытых обдуваемых двигателей единой серии 4А (основное исполнение)

Тип	Мощность Р, кВт	cos α	Jпуск /Jном.эл. дв
4А71В2	1,1	0,87	5,5
4А80А2	1,5	0,85	6,5
4А80В2	2,2	0,87	6,5
4А90L2	3,0	0,88	6,5
4А1002	4,0	0,89	6,5
4А100 L2	5,5	0,89	7,5
4А112М2	7,5	0,88	7,5
4А132М2	10,0	0,90	7,5
4А1602	15,0	0,91	7,5
4А160М2	18,5	0,92	7,5
4А1802	22,0	0,91	7,5
4А200М2	30,0	0,90	7,5
4А220 L2	37,0	0,89	7,5
4А225М2	45,0	0,90	7,5

3. Зная номинальный ток электродвигателя, определяем пусковой ток. Из отношения (таблица 11.1) определяем I _пуск.

4. Определяем номинальный ток плавкой вставки

,

(11.2)

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя, А;

γ – коэффициент режима работ (для асинхронных двигателей 1,6 – 2,5).

5. По величине номинального тока плавкой вставки I_{ном.пл.вст}, А, подбираем ближайший стандартный предохранитель или автоматический выключатель для сетей напряжением 380/220 В, пользуясь данными таблиц 11.2, 11.3.

Таблица 11.2 – Технические параметры предохранителей

Тип	Номиналь-ное напря-жение, В	Номинальный ток, А		Предельный отключающий ток, кА, при напряжении переменного тока, В
		Предохранителя	плавкой вставки	220	380	500	660
1	2	3	4	5	6	7	8
ПН2-100 ПН2-250 ПН2-400 ПН2-600	380…220	100 250 400 600	30, 40, 50, 60, 80, 100 80, 100, 120,150, 200, 250 200, 250, 300, 400 300,400, 500, 600	- - - -	100 100 40 25	50 50 25 25	- - - -
ПП17-39	380…440	1000	500,630, 800, 1000	-	110	64	-
ПП18-33 ПП18-34 ПП18-39 ПП18-41 ПП18-37	660…440	160 250 630 1000 400	50, 63, 80, 100, 125, 160 125, 160, 200, 250 400, 500, 630 630, 800, 1000 250, 320, 400	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -

6. Рассчитываем наименьшее значение тока короткого замыкания, при котором выполняется условие срабатывания защиты

,

(11.3)

где I_{ном.пл.вст} – номинальный ток плавкой вставки, А;

k – коэффициент кратности тока КЗ по отношению к номинальному току аппарата защиты:

k=3 – при защите предохранителями или автоматическими выключателями с тепловым расцепителем;

k=1,4 – при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями с номинальным током I_н<100А;

k=1,25 – при защите автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями и номинальным током I_н>100А.

Таблица 11.3 – Технические данные автоматических выключателей серии А 3700

Тип	Число полюсов	IНОМ, А	Пределы регул номинального тока, А	Пределы регул времени срабатывания, с	Расцепитель, уставка трогания, А
1	2	3	4	5	6
Исполнение токоограничивающее с полупроводниковыми и электромагнитными расцепителями максимального тока
А 3713Б	2	40 80	20, 25, 32, 40 40, 50, 63, 80	4, 8, 16	1600
А 3714Б	3	160	80, 100, 125, 160
А 3723Б	2	250	160, 200, 250		2500
А 3724Б	3	250	160, 200, 250
А 3733Б	2	250	160, 200, 250		4000
А 3734Б	2, 3	400	250, 320, 400		6300
А 3744Б	3	630	400, 500, 630
Исполнение селективное с полупроводниковыми расцепителями максимального тока
А 3733С	2	250	160, 200, 250	4, 8, 16	Электромаг.
А 3734С	3	250 400	160, 200, 250 250, 320, 400	Защиты в зоне перегрузки нет	расцепителя нет
А 3743С	2	400 630	250, 320, 400 400, 500, 630	4, 8, 16	То же
А 3744С	3	400 630	250, 320, 400 400, 500, 630	Защиты в зоне перегрузки нет	То же
Исполнение с термобиметаллическими и электромагнитными расцепителями
1	2	3	4	5	6
А 3716Б	3		40, 50, 63, 80 100, 125, 160	Регулировки уставок по току и времени нет
А 3725Б	2	250	160, 200, 250
А 3726Б	3
А 3735Б	2	400	250, 320, 400		4000
А 3736Б	3
А 3745Б	2	630	400, 500, 630		6300
А 3746Б	3

7. Определяем активное и индуктивное сопротивления фазного провода. Значения активных сопротивлений проводников из цветных металлов R_ф, Ом, определяют по формуле:

,

(11.4)

где ρ_ф – удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м, равное для меди 0,018, для алюминия 0,028;

l_ф – длина проводника, м;

S_ф – сечение проводника, мм².

Значения индуктивных сопротивлений медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь.

8. Определяем активное и индуктивное сопротивления нулевого защитного провода.

Если нулевой защитный провод выполнен из стали, то находим ожидаемую плотность тока в нем δ, А/мм², по формуле:

,

(11.5)

где S_н – сечение нулевого защитного проводника, мм².

Затем по таблице 11.4 находят активное и индуктивное сопротивления 1 м стального провода.

Таблица 11.4 – Активные R и индуктивные X сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц)

Длина, м	Площадь сечения, мм2	Активные/индуктивные сопротивления, Ом/км при плотности тока, А/мм2
Полоса прямоугольного сечения
		0,5	1,0	1,5	2,0
20x4	80	5,24/3,14	4,20/2,52	3,48/2,09	2,97/1,78
30x4	120	3,66/2,20	2,91/2,75	2,38/1,43	2,04/1,22
40x4	160	2,80/1,68	2,24/1,34	1,81/1,08	1,54/0,92
50x4	200	1,77/1,06	1,34/0,80	1,08/0,65	-
60x4	240	3,88/2,03	2,55/1,54	2,08/1,25	-
30x5	150	2,10/1,26	1,60/0,96	1,28/0,77	-
50x5	250	2,02/1,33	1,51/1,89	1,15/0,70	-
Проводник круглого сечения
5	19,63	17,0/10,2	14,4/8,65	12,4/7,45	10,7/6,4
6	28,27	13,7/8,2	11,2/6,7	9,4/5,65	8,4/8,0
8	50,27	9,6/5,75	7,5/4,5	6,4/3,84	5,3/3,2
10	78,54	7,2/4,32	5,4/3,24	4,2/2,52	-

Активное сопротивление, R_h., и индуктивное сопротивление, Х_н, нулевого защитного проводника длиной l_н, выполненного из стали, определяют по формулам

,	(11.6)
,	(11.7)

где R_w и X_w – активные и индуктивные сопротивления стальных проводников при переменном токе 50 Гц, Ом/км (таблица 11.4).

Если нулевой защитный провод выполнен из цветных металлов (алюминий, медь), то для определения значений активного и индуктивного сопротивлений пользоваться рекомендациями п. 7.

9. Определяем полное сопротивление петли «фаза – нуль»:

,

(11.8)

где R_ф, R_h – активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводника, соответственно, Ом;

Х_ф, Х_н – индуктивное сопротивление фазного и нулевого защитного проводника, соответственно, Ом;

Х_и – внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза – нуль».

Значение Х_и определяют по формуле:

,

(11.9)

где Х_и.уд — удельное сопротивление петли «фаза — нуль». Для внутренней проводки обычно принимают 0,3 Ом/км;

1_п – длина петли «фаза – нуль», м

,

(11.10)

где 1_ф – длина фазного провода, м;

1_н – длина нулевого защитного провода, м.

Нулевые защитные проводники в целях уменьшения Х_и прокладывают совместно с фазными или в непосредственной близости о них.

10. Действительные значения (модули) токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле «фаза — нуль» определяют по формуле:

,

(11.11)

где Z_т – сопротивление питающего трансформатора, Ом (таблица 11.5);

Z_п – сопротивление электрической цепи, по которой течет ток J_кз (петля «фаза – ноль»), Ом.

Таблица 11.5 – Расчетные полные сопротивления Z_т масляных трансформаторов

Мощность трансформатора, кВА	Номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, кВ	Zт при схеме обмоток, Ом
		«звездой»	«треугольником»
40	6 – 10	1,949	0,562
63	6 – 10	1,237	0,360
100	6 – 10	0,799	0,226
160	6 – 10	0,487	0,141
250	6 – 10	0,312	0,090
400	6 – 10	0,195	0,056
630	6 – 10	0,129	0,042
1000	6 – 10	0,081	0,027
1600	6 – 10	0,034	0,017

11. Проверяем условие надежного срабатывания защиты:

.

(11.12)

Если условие выполняется, то система защитного зануления рассчитана верно.