Ответы на контрольные вопросы к задаче № 9

1. Что такое шум?

Шум – беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности.

2. Физические параметры, характеризующие шум.

Энергетической характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления (дБ), L = 20lg(P/P₀), где P – среднее квадратическое значение звукового давления, Па; P₀ = 2_*10^-5 Па – исходное (пороговое) значение звукового давления.

Спектр шума – зависимость уровней интенсивности от частоты. В зависимости от спектра шумы делятся на тональные и широкополосные.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные (прерывистые, колеблющиеся во времени и импульсные).

3. Объясните механизм действия шума на организм человека, назовите допустимые уровни шума по нормам.

Шум — это колебания воздушной среды, воспринимаемые человеческим ухом как происходящие в звуковой волне периодические изменения давления (сжатия и разряжения), выраженные в паскалях. Шум оказывает воздействие на общее состояние человека, вызывая чувство неуверенности, стесненности, тревоги, плохого самочувствия, что приводит к снижению производительности труда, возникновению ошибок, может стать причиной травматизма. Допустимые уровни звукового давления зависят от частоты звука, но составляют менее 130 дБ – это уровень болевого порога.

4. Что такое интенсивность шума, уровень интенсивности, единицы измерения?

Интенсивность звука – энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единичную поверхность, перпендикулярную направлению распространения волны. Уровень интенсивности оценивается по отношению к исходному значению интенсивности и измеряется в децибелах (дБ).

5. Что такое порог слышимости, болевой порог?

Порог слышимости человеческих органов слуха соответствует звуковому давлению 0 дБ (2х10-5Па). Чтобы определить воздействие шума на слуховой аппарат человека, разработана соответствующая методика, дающая возможность оценки шума различных спектров одной цифрой в единицах дБА.

При достижении уровня 60 – 80 Па возникает ощущение давления на уши (подобное закладыванию ушей в самолете), эта величина называется порогом осязания. Наконец, давление 150 – 200 Па причиняет существенную боль и называется болевым порогом.

6. Какие инженерные решения применяются по снижению уровня шума?

- Замена ударных взаимодействий безударными, использование гибких связей, малошумящих материалов;

- Техническое обслуживание оборудования (замена изношенных деталей, устранение перекосов и биений);

- Звукоизоляция с помощью кожухов, экранов, перегородок.

Задача 15

«Расчет системы защитного заземления».

Задание:

Требуется рассчитать сопротивление защитного заземления, осуществляемого с помощью вертикальных электродов (заземлителей), изготовленных из уголковой стали. Длина вертикальных электродов L, ширина полки уголка b. Заземлители прикопаны в земле на глубину t₀, между собой они соединяются с помощью полосовой стали. Заземляемое устройство расположено в средней полосе РФ с удельным сопротивлением грунта .

В данной задаче необходимо определить:

Необходимо:

1. Сопротивление растеканию тока одного вертикального электрода в системе защитного заземления.

2. Количество вертикальных электродов в системе защитного заземления.

3. Длину горизонтальной полосы, соединяющей электроды между собой.

4. Сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы.

5. Сопротивление растеканию тока для всей системы защитного заземления.

6. Полученный результат сравнить со значением, установленным ГОСТ 2.1.030-81-R (Максимально допустимое значение сопротивления защитного заземляющего устройства приведено в исходных данных).

Исходные данные:

Расположение вертикальных заземлителей	В ряд
Длина вертикальных электродов	L=3 м
Ширина полки уголка	b=0.06 м
Расстояние между заземлителями	a=6 м
Ширина соединительной полосы	bп=0.04 м
Удельное сопротивление грунта	=100 Ом*м
Значение сопротивления растеканию тока системы защитного заземления, определенное ГОСТом	R=10 Ом
Глубина погружения в грунт соединительной полосы	t0=0.75 м

-

Расчет:

Произведём расчет сопротивления препятствующее растеканию тока одиночного электрода в системе защитного заземления:

Рассчитаем количество вертикальных заземлителей:

Возьмем минимальное значение заземлителей и рассчитаем длину соединительной полосы для вертикальных электродов расположенных в ряд:

Определим сопротивление соединительной полосы:

Определим общее сопротивление заземляющего контура.

Выводы по работе:

Сравнивая получившиеся значение сопротивления защитного заземления R₀ с величиной сопротивления определяемого ГОСТом 2.1030-81-R приходим к выводу, что мы добились оптимального соотношения между количеством вертикальных электродов и коэффициентами использования.

Контрольные вопросы:

1. Область применения и принцип действия защитного заземления.

Наиболее эффективная мера защиты от опасности поражения током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением, является защитное заземление. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Замыкание на корпус возможно в результате повреждения изоляции, касания токоведущей части корпуса машины, падения провода, находящегося под напряжением на нетоковедущие металлические части и т.п.

Принцип действия защитного заземления заключается в следующем. Допустим, что корпус токоприемника не заземлен и он находится под напряжением замкнувшейся фазы. Прикосновение человека к такому корпусу равносильно непосредственному прикосновению к фазному проводу. Сопротивление человека будет включено между корпусом и землей. Через человека пройдет ток который может оказаться опасным для его жизни.

Чтобы уменьшить эту опасность и снизить значение тока, проходящего через тело человека, до безопасной величины, корпус токоприемника заземляют, в результате которого создается цепь, шунтирующая тело человека и обеспечивающая для токозамыкания путь с малым сопротивлением. При этом большая часть тока замкнувшейся фазы течет через заземляющее устройство, минуя тело человека. Напряжение, под которым окажется человек, при коснувшийся к корпусу, т. е. напряжение прикосновения, будет невелико и значительно меньше фазного.

Защитное заземление должно применяться в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и в сетях с напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали. Заземление нетоковедущих частей электроустановок необходимо выполнять:

• в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках – при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока;

• в помещениях без повышенной опасности – при напряжениях 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока;

• во взрывоопасных помещениях – при всех значениях напряжений переменного и постоянного токов.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов, каркасы распределительных щитов и шкафов, металлические корпуса осветительных приборов и оболочки кабелей, стальные трубы электропроводки и другие металлические конструкции, связанные с установкой и ограждением оборудования, металлические корпуса передвижных и переносных токоприемников и др.

Не заземляют корпуса электрооборудования, установленного на заземленных металлических конструкциях и имеющего с ним надежный электрический контакт по опорным поверхностям; осветительная арматура при установке ее на деревянных конструкциях; корпуса электроприемников с двойной изоляцией; корпуса электроизмерительных приборов, реле, установленные на щитах, щитках и в шкафах.

2. Устройство защитного заземления.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель – проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

3. Виды заземлений и периодичность проверки состояния заземляющих устройств.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель  вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным.

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения α₁=1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения U_пр.доп (с учетом коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, α₂):

где I_з – ток, стекающий в землю через заземляющее устройство; r_з – сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т.п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

– при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;

– при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;

– при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – сторонние проводящие части, находящиеся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемые для целей заземления.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т.п.

Измерение сопротивления растеканию тока заземлителя (R_з) проводится в сроки, установленные в нормативно-технической документации (ПУЭ, СНиП и др.).

4. Методы измерения сопротивления заземления.

ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Принцип падения потенциала, 3-точечная схема.

Вольтметром измеряется напряжение между штырями X и Y и амперметром - ток, протекающий между штырями X и Z (см. рис. 11).

(Заметьте, что точки X, Y и Z соответствуют точкам X, P и C прибора, работающего по 3-точечной схеме или точкам С1, Р2 и С2 прибора, работающего по 4-точечной схеме.)

Пользуясь формулами закона Ома E = R I или R = E / I, мы можем определить сопротивление заземления электрода R. Например, если Е = 20 В и I = 1 А, то:

R = E / I = 20 / 1 = 20 Ом

При использовании тестера заземления не потребуется производить эти вычисления. Прибор сам сгенерирует необходимый для измерения ток и прямо покажет значение сопротивления заземления.

 

ПОЛОЖЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ

Для точного измерения сопротивления заземления размещать вспомогательный электрод тока Z достаточно далеко от измеряемого электрода для того, чтобы потенциал на вспомогательном электроде напряжения Y измерялся за пределами зон эффективного сопротивления как проверяемого электрода X, так и вспомогательного электрода тока Z. Наилучшим способом проверить, находится ли электрод за пределами зон эффективного сопротивления остальных электродов, будет проводить измерения, меняя его местоположение. Если вспомогательный электрод напряжения Y находится в зоне эффективного сопротивления одного из остальных электродов (или одновременно в обеих зонах, если зоны перекрываются), то при смене его местоположения показания прибора будут значительно меняться и в этом случае нельзя точно определить сопротивление заземления (см. рис 12).

 

С другой стороны, если вспомогательный электрод напряжения Y расположен за пределами зон эффективного сопротивления (рис. 13), то при его перемещении показания будут изменяться незначительно. Это и есть наилучшая оценка сопротивления заземления электрода Х. Результаты измерения лучше изобразить на графике, чтобы убедиться , что они находятся на почти горизонтальном участке кривой, как показано на рис.13. Часто расстояние от этого участка до проверяемого электрода равно приблизительно 62% расстояния от вспомогательного электрода тока до проверяемого электрода. 

 

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДА

(Метод 62-х процентов)

Метод 62% был принят после изучения графиков и практических проверок. Этот метод обеспечивает наибольшую точность при условии однородности грунта.

Этот метод применяется, если проверяемое устройство заземления и два вспомогательных электрода можно расположить в линию и когда проверяемое устройство заземления состоит из одного штыря, одной трубы , одной пластины и т.п., как показано на рис. 14.

На рис. 15 показано, что зоны эффективного сопротивления (группа концентрических поверхностей вокруг штырей) проверяемого электрода Х и вспомогательного электрода тока Z перекрываются. Если переместить электрод потенциала Y по направлению к электроду Х или Z и повторить измерение, то показания будут сильно различаться и измеренное значение будет неприемлемо далеко от истинного сопротивления заземления. Области эффективного сопротивления пересекаются и это приводит к тому, что измеренное значение сопротивления возрастает по мере удаления электрода Х от проверяемого электрода Y.

Теперь рассмотрим рисунок 16, на котором электроды Х и Z удалены на расстояние достаточное, чтобы зоны эффективного сопротивления электродов не пересекались. Если мы теперь построим график сопротивления в зависимости от расстояния между электродами X и Y, мы увидим, что разница между сопротивлением слева и справа от точки 62% (относительное расстояние от Y Х) приемлемо мала. Обычно эта разница измеряется в процентах от измеренной величины: ± 2%, ± 5%, ± 10% и т.д.

УДАЛЕННОСТЬ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА

Нельзя назвать одно на все случаи значение расстояния от вспомогательного электрода тока Z до проверяемого электрода Х, поскольку оно зависит от длины и диаметра проверяемого электрода, однородности грунта и, особенно, от размеров эффективных областей сопротивления электродов. Однако, в данном параграфе дано приблизительное значение этого расстояния для электрода диаметром 1 дюйм при однородном грунте (для диаметра ? дюйма уменьшите расстояние на 10%, для диаметра 2 дюйма увеличьте расстояние на 10%).

Приблизительное расстояние до вспомогательных электродов для метода 62%
Глубина заземления проверяемого электрода, футов	Расстояние до электрода Y, футов	Расстояние до электрода Z, футов
6 8 10 12 18 20 30	45 50 55 60 71 74 86	72 80 88 96 115 120 140

 

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ ПРОВОДНИКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Проводимость проводника заземления можно измерить, включив его между двумя входами измерительного прибора (см. рис. 17).

ДВУХТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

(Упрощенный метод)

Этот альтернативный способ применяется , когда доступно другое очень хорошее заземление, кроме измеряемого.

В густонаселенных районах, где трудно найти места для установки двух вспомогательных электродов, можно применить двухточечный метод. Измерение показывает сопротивлению двух устройств заземления, включенных последовательно. Поэтому второе заземление должно быть очень хорошим, настолько, чтобы его сопротивлением можно было пренебречь. Необходимо, также, измерить сопротивление провода и вычесть его из полученного измерения.

Двухточечный метод не такой точный, как 3-точечный метод (метод 62%), поскольку зависит от расстояния между измеряемым электродом и вспомогательным заземлением (неиспользуемое заземление или водопроводная труба). Этот метод нельзя использовать как стандартный. Скорее, - это выход из положения в густонаселенных районах. См. рис. 18.

5. Основное требование к системе защитного заземления.

Основное требование к системе защитного заземления - снизить до безопасной величины напряжение на корпусе относительно земли, возникающее на нетоковедущих частях электроустановок в случае замыкания на корпус (пробоя на корпус) при повреждении изоляции проводников, несущих рабочий ток питания аппаратуры.

6. Эффект экранирования, коэффициент использования заземлителя.

При параллельном соединении единичных заземлителей необходимо принимать во внимание эффект взаимного экранирования заземлителей, который заключается в том, что общее сопротивление заземления уменьшается не пропорционально числу заземлителей, соединенных параллельно, а несколько меньше. Экранирование сказывается тем больше, чем ближе друг к другу будут расположены единичные заземлители.

η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей, при помощи которого учитывают явление взаимного экранирования электрических полей отдельных электродов, зависит от числа заземлителей и от отношения расстояния между вертикальными заземлителями к их длине.

7. Обоснуйте выражение «пробой на корпус».

«Пробой на корпус» - это возникновение ненулевого потенциала в результате замыкания на корпус фазного провода. Пробой может возникать из-за повреждения изоляции, обрыва и падения провода и т.п.

8. Что означает понятие «электротехническая земля»?

Область поверхности грунта, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей; практически эта земля начинается с расстояния 10-20 метров от заземлителя.