3. Предложить меры для защиты человека в зоне шагового напряжения.

Литература: 2, 8, 9, 13, 19, 23, 27, 34, Приложение 1, 4, 5.

ЗАДАЧА № 9

По заданным исходным данным в соответствии с ПОТ РМ заполнить на- ряд-допуск для производства работ в ЭУ со снятием напряжения.

Исходные данные принять в соответствии с вариантом, номер которого

совпадает с последней цифрой по списку журнала.

Исходные данные		Варианты
		1		2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ответственный руко-	назн.		нет	нет	назн.	нет	нет	нет	назн.	назн.	нет
водитель работ
Наблюдающий	нет		назн.	назн.	нет	назн.	назн.	назн.	нет	нет	назн.
Количество членов
бригады	2		2	3	2	4	3	2	2	3	4
№ технологической
карты на вывод в	1		2	3	4	5	6	1	2	3	4
ремонт ЭУ

Указания к решению задачи

1. Ознакомиться с организационно-техническими мероприятиями при про- изводстве работ ЭУ.

2. Выписать обязанности ответственных за производство работ в ЭУ и возможное совмещение обязанностей.

3. Рассмотреть технические мероприятия при выводе в ремонт ЭУ на осно-

ве технологической карты в соответствии с вариантом.

4. Для всех вариантов принять, что вывод в ремонт оборудования осущест- вляется для проведения межремонтных (профилактических) испытаний.

5. Все недостающие данные принять самостоятельно. Литература: 11, 14, 15, 23, 26, 30, 32, 34, Приложение 6, 7, 8.

ЗАДАЧА № 10

Оценить опасность электромагнитного влияния тяговой сети (ТС) пере- менного тока 50 Гц с номинальным напряжением в контактной сети 27,5 кВ на воздушные линии низкого напряжения и проводной связи (ЛС) при параллель- ной трассе сближения с электрифицированной линией (рис. 6).

Исходные данные принять в соответствии с вариантом, номер которого совпадает с последней цифрой по списку журнала.

Рис. 6. Расчетная схема для определения опасных напряжений в ЛС

Исходные данные		Варианты
		1		2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ширина сближения линии и	40		60	50	40	30	25	40	30	10	16
тяговой сети a, м
Длина сближения линии и тяговой сети lЭ, км	1		2	3	4	5	6	3	4	2	1
Высота эквивалентного кон-	5,25		5,50	5,75	6,00	6,25	6,50	6,75	7,00	7,25	7,50
тактного провода h, м
Высота подверженной влия-
нию линии K, м	1,75		2,00	2,25	2,50	2,75	3,00	3,25	3,50	3,75	4,00
Эквивалентный диаметр кон-	0,010		0,011	0,012	0,013	0,014	0,015	0,014	0,013	0,012	0,011
тактного провода d, м
Влияющий ток IВ, А	100		200	300	500	350	250	400	150	550	600
Проводимость земли σ, См/м	2		5	10	20	25	8	6	5	4	2

Указания к решению задачи

1. 

   Начертить разрез зоны электромагнитного влияния тяговой сети в мас- штабе в соответствии с заданными размерами.

2. Определить:

- величину напряжения от электрического влияния, относительно земли в подверженной линии

⎛

ln_⎜1 +

4hK _⎞

⎟

_{⎝ a} 2

+ h ²

+ K ²

− 2hK _⎠

u = U

;

2 ln( ^4h _d )

- величину тока, проходящего через тело человека при прикосновении к

подверженной влиянию линии, приняв сопротивление тела человека R_h= 1000

Ом.

3. ЭМП тяговой сети за счёт магнитной составляющей ЭМП наводит в лю- бых параллельных контурах, образуемых протяжёнными электрическими со- оружениями (ВЛ, ЛС, протяжённые металлические конструкции), опасное на-

пряжение. Это напряжение можно определить из соотношения:

U _M =

ω ⋅ M

• k _ф

• I _B

• s ⋅ l_Э , В _.

4. Коэффициент формы принимается для вынужденного режима (k_ф=1,15), а коэффициент экранирующего действия s = 1. Величину взаимной индуктив- ности ТС и ЛС определить по формуле

M = 10 ^{− 4}

• ln 1 +

6 ⋅ 10 ⁵

_, Гн _.

a ² ⋅ σ ⋅ f км

5. Определив напряжение в подверженных влиянию линиях по отношению к земле, сравнить их с предельно допустимыми уровнями напряжений прикос-

новения по ГОСТ 12.1.38-82 и сделать вывод об опасности влияния магнитной и электрической составляющей ЭМП.

6. Предложить меры по снижению электромагнитного влияния ТС на смежные линии и воздействия электрического тока на организм человека, дать

оценку эффективности предлагаемых решений.

Литература: 2, 7, 8, 21, 23, 28, 31, 39, Приложение 4.

ЗАДАЧА № 11

Оценить вредное влияние ЛЭП высокого или сверхвысокого напряжения на окружающую среду и человека. ЛЭП проходит вблизи железной дороги, пе- ресекая ее в отдельных местах (рис. 7). Персонал ж/д и население, находившие- ся вблизи ЛЭП, подвергается вредному воздействию напряженности электриче- ского поля (ЭП).

Исходные данные принять в соответствии с вариантом, номер которого совпадает с последней цифрой по списку журнала.

Исходные данные	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Напряжение линей- ное, кВ	330			500				750
Напряжение фазовое, кВ	190			289				434
Расстояние между осями фаз Д, м	8,5	9,0	9,5	12	12,5	13	13,5	17	17,5	18
Радиус провода r0, мм	7,6	9,4	10,8	9,4	10,8	12	12	10,8	10,8	12
Количество проводов в фазе n, шт.	2	2	2	3	3	3	3	4	4	4
Радиус расщепленной фазы rp, м	0,2	0,2	0,2	0,25	0,25	0,25	0,25	0,3	0,3	0,3
Высота подвески про- вода под опорой, м	19	19,5	20	20,5	21	21,5	22	22,5	23	23,5
Габарит линии в се- редине пролета, м	6,5	7	7,5	7,5	8,0	8,5	9	9	9,5	10

Рис. 7. К вычислению напряженности ЭП ТФ ЛЭП в точке М

Указания к решению задачи

1.Для трехфазной линии сверхвысокого напряжения рассчитать напряжен- ность ЭП в плоскости, перпендикулярной ЛЭП, на различном расстоянии от ее оси (от средней фазы) под опорой и в середине пролета на уровне головы чело- века (h = 1,8 м) без учета влияния напряженности КС.

2. Построить кривые зависимости напряженности ЭП от удаления от оси ЛЭП по результатам расчета в пункте 1.

3. Приняв за допустимое значение в производственных условиях напря- женности ЭП Е = 5 кВ/м, определить безопасную зону длительного нахождения

персонала вблизи ЛЭП и возможное время пребывания.

2. Приняв за допустимое значение в непроизводственных условиях напря- женности ЭП Е = 1 кВ/м, определить безопасную зону длительного нахождения

населения вблизи ЛЭП и сравнить ее с охранной (санитарно-защитной) зоной для ЛЭП заданного напряжения.

2. Предложить мероприятия по защите человека от вредного воздействия ЭП как в производственных, так и в непроизводственных условиях.

Литература: 4, 8-10, 13, 21, 23, 25, 26, 37, 38.

ЗАДАЧА № 12

Контактная сеть переменного тока напряжением 27,5 кВ электрифициро- ванных железных дорог создает в окружающем пространстве ЭП, которое ока- зывает вредное влияние на персонал ж/д и население. Определить уровень ЭП вблизи участка ж/д в зависимости от расстояний в сторону от оси пути и по длине пролета (рис. 8). Принять, что контактный провод не имеет стрелу прове- са, а влияние оказывает и контактный провод, и несущий трос.

Рис. 8. Схема размещения эквивалентного провода и распространения ЭП КС

Исходные данные принять в соответствии с вариантом, номер которого совпадает с последней цифрой по списку журнала.

Исходные данные	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Напряжение в кон- тактной сети U, кВ.	25	26	27	28	29	29	29	28	27	26
Высота подвеса КП., hК, м.	5,7	5,8	5,9	6,0	6,1	6,2	6,1	6,0	5,9	5,8
Радиусы КП (числи-	5 , 6	5 , 8	6 , 0	6 , 2	6 , 0	5 , 8	5 , 6	5 , 4	6 , 0	5 , 6
тель) и НТ (знамена-
тель), r0, мм.	6 , 0	6 , 2	6 , 0	6 , 0	5 , 8	6 , 0	6 , 6	5 , 8	6 , 2	6 , 0
Конструктивная вы- сота h0, м	1,5	1,6	1,7	1,8	2,0	2,2	1,5	1,6	1,7	1,8
Длина пролета l, м	50	55	60	65	70	55	50	60	70	65

Указания к решению задачи

1. Рассчитать для заданного варианта радиус эквивалентного провода кон- тактной сети r_Э и высоту подвеса эквивалентного провода h_Э.

2. Для однопутного участка рассчитать напряженность ЭП Е, кВ/м на

уровне головы человека (К = 1,8 м) по оси пути по всей длине пролета.

3. .Для этого же участка рассчитать Е, кВ/м на уровне подвески КП К = h_К

по оси пути по всей длине пролета. Произвести такие же расчеты Е, кВ/м для К

= 1,8 м и К = h_К, в зависимости от расстояния a = 0÷10 м от оси пути в обе сто- роны.

3. .По результатам расчета построить кривые зависимости Е, кВ/м от a и l, м для случаев К = 1,8 м и К = h_К.

5. Сравнить расчетные значения напряженности ЭП Е, кВ/м в пространст-

ве, окружающем линию КС на высоте h_К = 6,24 м с допустимой нормой напря- женности ЭП для человека.

5. Сделать вывод о возможности длительной работы персонала под напря-

жением с изолированной вышки и на высоте К = 1,8 м с нормами для профес- сиональных работников, работников, профессионально не связанных с обслу- живанием электроустановок и населения.

5. Предложить мероприятия по защите человека от вредного влияния ЭП. Литература: 4, 7, 8-10, 13, 21, 23, 25, 26, 38, 39.

ЗАДАЧА № 13

Контактная сеть переменного тока напряжением 27,5 кВ электрифициро- ванных железных дорог создает в окружающем пространстве МП, которое ока- зывает вредное влияние на персонал ж/д и население. Определить уровень МП вблизи однопутного участка ж/д в зависимости от расстояний в сторону от оси пути и от величины тягового тока.

Принять, что провод эквивалентной контактной подвески проходит точно посередине между контактным проводом и несущим тросом.

Необходимые исходные данные принять по задаче № 12. Величина тока для всех вариантов: 300, 500, 700, 1000, 1500 А.

Тяговая подстанция

Тяговая подстанция

^Iоф1

^Ip1

H_K

^Ik1

^Iтн

Контактная сеть

^Ik2

^Ip2

^Iоф2

H_Р

Рельсовая линия

Рис. 9. Общая схема протекания тяговых токов в рельсовой линии и КС, обуславливающее возникновение магнитного поля

+L

I_k z

- L

r₂ y

h_Э

_r1 М

I_p z

x

Рис. 10. Схема распространения МП вблизи участка тяговой сети

Указания к решению задачи

1. Рассчитать для заданного варианта высоту эквивалентной контактной подвески h_Э.

2. Для однопутного участка рассчитать напряженность МП H, A/м на

уровне головы человека (К = 1,8 м) для всех токов и в зависимости от расстоя-

ния в сторону от оси пути х.

3. .Для этого же участка рассчитать H, A/м на уровне подвески КП К = h_К в зависимости от расстояния х = 0÷10 м от оси пути в обе стороны.

4. .По результатам расчета построить кривые зависимости H, A/м от х и I, м для случаев К = 1,8 м и К = h_К.

5. Сравнить расчетные значения напряженности МП H, A/м в пространст- ве, окружающем линию КС на высоте h_К = 6,24 м с допустимой нормой напря- женности МП для человека и сделать вывод о возможности длительной работы персонала под напряжением с изолированной вышки.

6. На высоте К = 1,8 м сравнить уровни МП с нормами для профессио- нальных работников, работников, профессионально не связанных с обслужива- нием электроустановок и населения.

7. Предложить мероприятия по защите или снижению воздействия МП на человека.

Литература: 7, 10, 23, 26, 38.

ЗАДАЧА № 14

Рассчитать устройство и выбрать конструкцию молниезащиты здания тя- говой подстанции.

Необходимые данные для расчёта молниезащиты приведены в таблице. Исходные данные принять по варианту, номер которого совпадает с по-

следней цифрой учебного шифра.

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Длина здания, м	40	50	60	70	60	50	40	50	60	70
Ширина здания, м	10	12	14	16	18	16	14	12	10	8
Высота защищаемого	15	20	25	30	25	20	15	20	25	30
объекта, hX

Указания к решению задачи

1. Вычертить здание тяговой подстанции (вид сбоку и сверху) с нанесе- нием размеров.

2. Определить предварительное количество молниеотводов. Для условий задачи рекомендуется не менее двух.

3. Рассчитать зоны защиты молниеотводов и показать их на плане и на разрезе.

Литература: 1, 16, 13, 23, 28, 35.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ФАКУЛЬТАТИВНОГО РЕШЕНИЯ

1. Экспериментально установлено, что после дождя сопротивление зазем- ляющего устройства уменьшается, теоретически поясните это явление.

2. При каких относительных размерах заземляющих устройств, располо- женных в однородном грунте с равным удельным электрическим сопротивле- нием, один из которых выполнен в виде круглой пластины, лежащей на земле, а

второй в виде полусферы (рис.11), напряжения относительно нулевого потен- циала земли на них при одинаковом токе будут равны?

R_{1 R2}

Рис. 11. Заземляющие устройства в виде пластины и полусферы

3. Через полусферическое заземляющее устройство протекает ток I . Один конец вольтметра присоединён к заземляющему устройству, а другой к метал- лическому заземляющему электроду (штырю), погружаемому в землю через каждые 10 м от заземляющего устройства. Начертить график показаний вольт- метра в относительных единицах. Чему равно максимальное показание вольт- метра, если радиус полусферы R?

4. Два заземляющих электрода длиной l и диаметром d каждый соединены между собой проводом, электрическое сопротивление которого ничтожно мало

и им можно пренебречь, образуют заземляющее устройство. Нарисуйте качест- венную картину изменения сопротивления такого ЗУ в относительных едини- цах в зависимости от расстояния между заземляющими электродами L при из-

менении его от минимального, равного d, до бесконечности, (рис. 12).

I

d l

d ≤ L < ∞

L

Рис. 12. Заземляющее устройство, состоящее из двух электродов

5. Нарисуйте схему, используя которую можно было бы измерить сопро- тивление заземляющего устройства, показанного на предыдущем рисунке.

6. Сопротивление растеканию заземляющего электрода 1 в виде стержня длиной 3 м равно R . На расстоянии 1 м от заземляющего электрода по кругу

устанавливают ещё три заземляющих электрода 2, 3, 4 и соединяют их с 1.

7. Справедливо ли утверждение, что суммарное сопротивление заземляю- щего устройства, образованного из 4-х заземляющих электродов будет в 4 раза

ниже, т.е. равно R/4. Если нет, то в какую сторону ожидается отклонение этой величины и почему?

2

1 ₃

1 м

4

Рис. 13. Заземляющее устройство из четырёх заземляющих электродов

8. При опыте короткого замыкания вольтметром с высоким внутренним электрическим сопротивлением измерили напряжение между заземлённым корпусом оборудования 1 и заземляющим электродом 2 длиной 0,25 м и диа- метром 0,02 м на расстоянии l_пр (рис. 14, а).

Равно ли измеренное напряжение напряжению прикосновения, под кото-

рое попадёт человек, касающийся оборудования и стоящий на земле на рас- стоянии l_пр от оборудования (рис. 14, б)?

А А

^а В ^б В

С С

1 1

3

V

2

^lпр ^lпр

Рис. 14. Напряжение прикосновения

9. Электрическое сопротивление растеканию одной части контура зазем- ляющего устройства равно 2 Ом, а другой, примыкающей к ней, 3 Ом (рис.15).Оцените, чему будет равно суммарное сопротивление заземляющего устройства, составленного из обеих частей контура?

2 Ом

а б

3 Ом

Рис. 15. Заземляющее устройство, состоящее из двух частей

10. Заземляющее устройство 1 расположено в верхнем слое земли с двух- слойной проводящей структурой. Удельное электрическое сопротивление слоёв

земли ρ₁ и ρ₂, причём ρ₁ ≠ ρ₂ (рис. 16). В каком случае и почему сопротивле-

ние растеканию заземляющего устройства, размеры которого соизмеримы с

толщиной верхнего слоя проводящего пространства земли h, будет больше, ко- гда большее удельное сопротивление имеет верхний слой или когда нижний?

^I 1

^h1 1 слой, ρ₁

2 слой, ρ₂

Рис. 16. Заземляющее устройство при двухслойной структуре земли

11. В трехфазной сети с изолированной нейтралью произошло замыкание фазы L3 на корпус ЭУ, имеющий защитное заземление. Одновременно с этим произошел обрыв фазного провода L1.

Оценить опасность поражения человека электрическим током для сле-

дующих исходных данных: напряжение сети U_Л = 660 В, сопротивление защит- ного заземления r_ЗЗ = 45 Ом; сопротивления изоляции фаз относительно земли r₂ = 450 Ом, r₃ = 500 Ом, в качестве грунта принять суглинок, расстояние от че- ловека до заземлителя L ≥ 20 м. Сопротивление тела человека принять R_h = 1000 Ом.

12. Оценить опасность прикосновения человека к одному из проводов од- нофазной двухпроводной электрической сети, изолированной от земли при нормальном режиме ее работы (рис. 17).

Заданы параметры сети: r₁ = 100 кОм, r₂ = 10 кОм, напряжение сети 380 В (между проводами), сопротивление тела человека принять R_h = 1000 Ом. До- полнительные сопротивления на пути протекания токов принять равными ну- лю.

Рис. 17. Прикосновение человека к проводу однофазной двухпроводной электросети

13. 

    

    Вблизи ЭУ высокого напряжения возникает интенсивное ЭП промыш- ленной частоты, оказывающее вредное воздействие на персонал. На основании существующих норм по ограничению воздействия ЭП необходимо определить допустимое время нахождения в зоне с заданной напряженностью.

Допустим, что работа производится без применения средств защиты, ее продолжительность зависит от объема и составляет: 60 мин. на первом участке,

где E = 10 кВ/м, 90 мин. yа втором участке, где E = 8 кВ/м. Определить допус- тимое время выполнения работ на третьем участке, где E = 7 кВ/м.

14. 

    Определить напряженность МП промышленной частоты, возникающую вблизи ЛЭП высокого напряжения 220 кВ на основании закона полного тока:

H = ^I

2πR

; где R – расстояние от фазного провода до точки, в которой определя-

ется напряженность МП.

Рассмотреть вариант расположения проводов ЛЭП в вершинах равно- стороннего треугольника и на одной горизонтальной линии. Величина тока, протекающего в каждой фазе, составляет 500 А, высота подвеса проводов h = 10 м. Определить напряженность МП под проводами ЛЭП и на расстоянии 5 м от крайней фазы, если расстояние между фазами Д = 3 м.

Построить кривые напряженности МП в зависимости от места нахождения вблизи ЛЭП.

15. На воздушной ЛЭП с металлическими опорами круглого сечения про- изошло замыкание фазного провода на тело опоры. Воздействию электрическо- го тока подверглись два человека (рис. 18).

Известно, что ток, стекающий с опоры в землю, составляет I=50 А, L=2 м, d = 0,2 м, удельное сопротивление грунта ρ = 100 Ом·м, R_h = 1000 Ом, длина шага а = 1м, расстояния: х₁ = 2 м, х₂ = 4 м, b = 1,0 м, х₃ = 50 м.

Определить напряжение шага для первого человека и напряжение при-

косновения для второго человека, учитывая сопротивления оснований, на кото- рых находились люди. Определить показания вольтметра и потенциал стойки.

Рис. 18. Воздействие электрического тока на людей, оказавших вблизи металлической опоры, на которую произошло замыкание провода:

1 – опора линии круглого сечения; 2 – металлическая стойка забора

16. 

    

    

    В ванной комнате жилого дома произошло смертельное поражение человека электрическим током. Расследование показало, что пострадавший приготовился принять душ и, стоя в ванне с небольшим количеством воды, взялся рукой за металлический кран водоподводящей трубы 3 и был поражен током. Установлено также, что электрическое напряжение возникло на водо- подводящей трубе 3 в результате повреждения изоляции фазного электропро- вода 2 L1 системы TN-C и контакта его с трубой 3 за пределами ванной комна- ты. Кроме того, ванна, не имела контакта с водоподводящей трубой 3, зазем- ленной через малое сопротивление R₂, что и обусловило наличие напряжения между ванной и водоподводящей трубой 3, которое воздействовало на постра- давшего. Эти обстоятельства явились следствием низкого качества монтажа и неудовлетворительной эксплуатации электропроводки и водопроводной сети.

Задана мощность и напряжение трансформатора, питающего электропро- водку, Р = 63 кВА, U = 6/0,4 кВ; сопротивление заземления нейтрали транс- форматора R₀ = 8 Ом; сопротивление заземления сливной трубы R₁ = 200 Ом; сопротивление заземления водоподводящей трубы R₂ = 4 Ом.

27

Определить ток, поразивший человека, если сопротивление тела человека

R_h = 1000 Ом.

Рис. 19. Смертельное поражение человека электрическим током при пользовании ванной:

1 – ванна; 2 – фазный провод; 3 – водопроводная труба; 4 – сливная труба;

17. Произвести расчёт напряжений на заземлённых конструкциях однопут- ной контактной сети переменного тока 25 кВ (опоры №№ 1…10) при замыка- нии на групповое заземление металлических опор контактной сети, присоеди- нённого к рельсу (рис. 20).

Величины сопротивлений растеканию фундаментов металлических опор контактной сети приведены в таблице в качестве исходных данных, переходное

сопротивление «рельс-земля» принимается активным и однородным

r_п= 1 Ом·км, продольное сопротивление однопутной рельсовой линии z_р = 0,11

+ j0,252, электрическое сопротивление одного полёта (l_пр = 60 м) троса АС-70

группового заземления опор составляет z_гр = 0,0276 + j0,0264.

Рис.20. Схема замыкания на групповое заземление опор

Исходные данные принять по таблице.

Величина сопротивлений, Ом	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10
	5,8	6,5	12,3	14,0	8,4	12,5	20,1	16,5	8,7	7,4

Указания к решению задачи