Основные характеристики грозовой деятельности

Задачи

1 Заземление электрооборудования в линии электропередач с глухозаземлекной нейтра­лью выполнено с грубым нарушением ПУЭ: часть оборудования занулена, часть -заземлена. Со­противление нулевой точки трансформатора равно сопротивлению заземления незануленного оборудования и равно 4 Ом. Линейное напряжение в сети равно 380 В, сопротивлением фазного и нулевого провода пренебрегаем. Рассчитайте величину тока, протекающего через человек прикоснувшегося к запуленному оборудованию при пробое изоляции заземленного оборудования, если известно, что сопротивление человека 1000 Ом. Оцените степень опасности.

2 В момент включения ПЭВМ бухгалтер была поражена электрическим током Вследствие пробоя фазы на корпус. Определите ток через человека и оцените опасность поражения при условиях: а) человек стоит на деревянном полу; б) в момент включения касается трубы отопления. Сопротивление тела человека 1000 Ом, сопротивление обуви 50000 Ом, пола 100000 Ом.

3 Дать заключение об опасности поражения электрическим током при касании к элек­трической установке с пробоем изоляции на корпусе, если человек: стоит на земле; стоит на деревянном полу; одновременно касается трубы отопления. Сопротивление тела человека – 1000 Ом, пола – 10⁵, обуви –6·10⁴ Ом.

4 Произошел обрыв на землю высоковольтного провода, ток замыкания равен 6А. Че­ловек находится в поле растекания потенциалов на расстоянии 1 м от упавшего провода. Ширина шага 0,8 м, грунт – супесь. Найти напряжение шага и оценить опасность поражения.

5 Работница прикоснулась к ножу рубильника при включении электроустановки. Напря­жение в сети 200/380 В.Нейтраль сети заземлена, сопротивление заземления R₃ =18 Ом. Сопро­тивление тела человека R_ч = 1500 Ом, обуви R_o = 350 Ом, пола R_п = 80 Ом Определить вели­чину напряжения прикосновения и оценить опасность поражения

6 Определить, сработает ли предохранитель с номинальным током плавкой вставки 35А, если сопротивление заземления нейтрали и сопротивление защитного заземления равны 4 Ом.

7 Найти сопротивление одиночного заземлителя, количество заземлителей, длину соеди­нительной полосы, сопротивление заземляющего контура, если в наличие имеются стержни диаметром 5 см, длиной 2 м, полоса шириной 6 см, расстояние между стержнями 2.5 м. Допус­тимое сопротивление принять равным 10 Ом.

8 Определить сопротивление вертикального одиночного заземлителя, выполненного из угловой стали 50х50х5 мм, длиной 3 м, забитого вровень с поверхностью земли. Удельное электрическое сопротивление грунта составляет 40 Ом · м (глина). Грунт средней влажности.

9 Определить сопротивление вертикального одиночного заземлителя, выполненного из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м, заземлитель забит в грунт на глубину от поверхности земли до верхнего конца заземлителя 0,8 м.

10 Определить необходимое количество уголков п для выполнения заземляющего уст­ройства (при расположении заземлителей в ряд) сопротивлением R_з = 4 Ом. Заземлитель вы­полнен из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м, забит в грунт на глубину от поверхности земли до верхнего конца заземлителя 0,8 м.

11 Определить сопротивление заземляющего устройства. Заземлители выполнены из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м и приварены к соединительной полосе с поперечным сечением 40x4 мм (В = 40 мм = 0,04 м), проложенной в грунте от поверхности земли до сере­дины ширины полосы на глубине t = 0,5 м.

Глава 9. Защита от атмосферного электричества

Гроза – это атмосферное явление, сопровождающееся молниями и оглу­шительными раскатами грома. Молния – это электрический разряд в атмосфе­ре между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Возможны разряды и между соседними облаками. Длина кана­ла молнии обычно достигает нескольких километров, причем значительная часть его находится в грозовом облаке.

Во время грозы можно наблюдать молнии различного вида: плоские - на поверхности облаков; точечные – светящиеся точки, пробегающие на фоне об­лаков; шаровые – круглая, светящаяся газовая масса, кипящая и разбрасываю­щая искры диаметром 10-20 см, существующая от долей секунд до нескольких минут, скорость перемещения до 2 м/с по направлению ветра; линейные - ис­кровой разряд с разветвлениями длиной 2-3 км, диаметром в несколько десят­ков сантиметров.

Первичными поражающими факторами молниевых разрядов являются прямые удары (ток молнии достигает сотен и тысяч ампер).

Вторичными – разрушение объектов, расщепление деревьев, пожары, взрывы за счет быстрого испарения материала; обрыв линий электропередач; электрический разряд с проводов и электроаппаратуры; разность потенциалов между отдельными предметами внутри зданий и разряд; разрушение изоляции электроустановок, пробой на корпус и др.

Молния чаще всего ударяет в места выхода на поверхность грунтовых вод, на участки стыка пород земли разной удельной электрической проводимости (рис. 9.1), в места выхлопа газов и выхода дыма из труб (из-за повышенной ионизации воздуха), в наиболее возвышающиеся над землей части зданий и сооружений.

а – включения фунтов высокой электрической проводимости (l – глина, 2 – песок);

б – стыкование фунтов различной электрической проводимости; в, г – повышенная ионизация воздуха (выход нагретых газов)

Рис. 9.1. Избирательность воздействия молнии

Ударяет молния в землю и в места с большим удельным электрическим сопротивлением, если в земле проложены протяженные металлические трубопроводы или кабели [38].

Возможность поражения объекта молнией в значительной степени опреде­ляется интенсивностью грозовой деятельности в той местности, где он распо­ложен. Она зависит от его размеров и конфигурации, расположения среди со­седних объектов и ряда других условий.

Поле растекания потенциалов при разряде молнии на землю представляет собой окружность на поверхности земли с радиусом R=20 м (иногда до 50м), внутри которой человек или животное могут попасть под напряжение шага.

Шаговое напряжение можно определить по формуле

(9.1)

где – потенциалы ног, В.

Возможность поражения объекта молнией определяется интенсивностью грозовой деятельности в местности, где этот объект расположен, зависит от его размеров и конфигураций, расположения среди объектов.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним количест­вом грозовых часов в год (п_ч). Иногда грозовую деятельность измеряют количе­ством грозовых дней в году (п_д). Принято продолжительность грозы считать равной 1,5 часа (п_д = 30 дней) и 2 часа (п_д > 30 дней). Следовательно, интенсив­ность грозовой деятельности

п_ч = (1,5...2)п_д (9.2)

Имеется более обобщенный показатель - число ударов в год (п) на 1 км² поверхности земли (табл. 9.1).

Таблица 9.1 – Число ударов молнии в год

Интенсивность грозовой деятельности за год, nч,ч	20-40	40-60	60-80	80-100
Среднее число ударов молний в год на 1 км^2, n

Вероятное число ударов молнии в год в здание или сооружение, не имею­щее молниезащиты, определяется по формуле

(9.3)

где В –ширина здания, м;

L – длина здания, м;

h_х –наименьшая высота здания, м.

Число ударов молний для таких объектов, как дымовые трубы котельных, водонапорные и силосные башни, мачты, деревья, определяют из выражения

N = 9h² 10⁶, (9.4)

где h – высота объекта, м.

Число опасных ударов в незащищенную линию электропередач (в год) составит

N = 0,42 Lh_cpnJ/T³, (9.5)

где L –протяженность линии, км;

h_cp – средняя высота подвеса проводов, м;

п_ч –интенсивность грозовой деятельности в год, ч.

В этом случае допущено, что опасная зона простирается от оси линии в обе стороны на 3 h_cp

Различают два рода воздействий молнии на объекты: первичное, связанное с прямым ударом; вторичное, вызываемое электромагнитной и электростатиче­ской индукцией и заносом высоких потенциалов через металлические комму­никации в сооружения при разряде облака.

При прямом ударе могут возникать пожары, взрывы, разрушения конст­рукций, поражения людей, перенапряжение на проводах электрической сети.

При электростатической индукции заряженное облако поляризует более или менее хорошо изолированные проводники. На поверхности земли и объек­тах появляются связанные заряды положительного знака. Их быстрое освобож­дение приводит также к значительным разностям потенциалов между металли­ческими конструкциями и землей, вызванным протеканием зарядов через большие сопротивления. Образующиеся при этом искровые разряды внутри со­оружения могут привести к взрывам, пожарам и т. д.

Электромагнитная индукция возникает в стадии главного разряда, когда очень большой и быстро изменяющийся ток создает в пространстве интенсив­ное переменное магнитное поле. В пронизанных частью этого поля контурах из протяженных металлических предметов (трубопроводов, электрических прово­дов, оболочек и т. п.) появляется электродвижущая сила (ЭДС), способная вы­звать искрообразование, если в каких-либо местах контур разорван или в нем имеются плохие электрические контакты (неплотные болтовые соединения, корродированные участки, например во фланцах). В замкнутых контурах появ­ляется ток, и индуцированная энергия рассеивается в виде джоулевого тепла, редко вызывая опасные последствия.

Занос высокого потенциала происходит по различным надземным и под­земным протяженным коммуникациям (рельсы, трубопроводы, воздуховоды, оболочки кабелей, воздушные провода и т. п.) как при прямом ударе в них, так и в случае, если эти коммуникации находятся вблизи молниеотвода или другого предмета, пораженного молнией.

Дата добавления: 2014-11-20