книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси

ПА Лолин, В.Т. Медведев,В.В. Корочков

Э Л Е К Т Р О Б Е З О П А С Н О С Т Ь :

ЗАДАЧНИК

подредакцией профессораВ.Т.Медведева

Допущено УМОпообразованиювобласти энергетикииэлектротехникивкачестве учебного пособиядлястудентоввысших учебныхзаведений, обучающихся по направлениям подготовки552700- «Энергомашиностроение», 551300- *Электротехника,электромеханика иэлектротехнологии»,551700- *Электроэнергетика», 550900- *Теплоэнергетика»

РфОлраКи

МОСКВА

2003

УДК 658.382.3 631.31(075.8) ББК31.29н-922

Д64

Рецензенты Е.ВДопбилина (Московскийтехническийуниверситетсвязи иинформатики),

В.И.Сидоренко (Институтповышения квалификации Минтопэнерго)

|Долин П.А.|,Медведев В.Т.,Корочков В.В.

Д64 Электробезопасность задачник Учеб, пособие /Под.ред проф.В.Т.Медведева.- М.:Гардарики,2003.- 215 с.:ил. ISBN 5-8297-0136-7

На примере задач рассматриваютсядействиетока начеловека,способыоргани­ зации безопасной эксплуатации электроустановок.Большинство задач основанына результатаханализареальныхслучаев.Покаждойтемеприводятсяответыирешение одной из задач. Приложения содержат теоретические сведения и справочные материалы.

Для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлениями специальностям«Энергомашиностроение», «Электротехника, электромеханика и электротсхнологии»,«Электроэнергетика»,«Теплоэнергетика»,атакжепоспециаль­ ности«Безопасностьжизнедеятельности».

Воформленииобложки использованфрагменткартиныФрэнсисаПикабиа «VeryRare Pictureonthe Earth» (1915)

©«Гардарики»,2003 ©ДолинП.А.,Медведев B.T.,

КорочковВ.В.,2003

Исход воздействиятока начеловеказависитот рядафакторов, в том числеотсилы тока, родаи частоты,длительности его проте­ кания через тело человека, индивидуальных свойств человека, а также характера электроустановки, окружающей среды и класса помещения по опасности поражения электрическим током. Про­ ходя черезорганизм человека, токпроизводиттермическое, элек­ тролитическое, механическоеи биологическоедействия.

Многообразиефакторов, влияющих наисход воздействиятока на человека, и ситуаций, возникающихпри работе на электроус­ тановках, предопределили тематическую направленностьзадач и книги в целом. Длялучшего пониманияусловий задач и получе­ ния их корректных решений в приложении 1изложены общие вопросы электробезопасности. Задачи распределены по десяти темам в зависимости отих содержания и сложности решения. По каждой теме в качестве примера приведенорешение одной зада­ чи, атакжеответы длявсех задач.

Большинствозадач составлены порезультатам анализа несча­ стных случаев, имевших место напроизводствеили в быту. В рас­ следовании и анализенекоторых изних участвовали специалисты кафедры инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (Технического университета). Сведе­ нияоних взяты изофициальныхисточников. Частьзадач состав­

ленанаосновепримеров, изложенныхвтехнической литературе. По объему и широтеохватаанализируемых ситуаций задачник не имеет аналогов. Он предназначен какдля студентов техниче­ ских вузов, техникумов, лицеев, таки дляинженерови широкого

кругаспециалистовразличногоуровняподготовки.

Задачник является логическим продолжением учебников и учебных пособий, написанныхдоктором технических наук, про­ фессором и заслуженным энергетиком СССР П.А. Долиным (1912—2001)и изданных какв России,таки заее пределами.

Авторы выражают благодарность доцентам МЭИ А.В. Каралюнцуи С.Г. Новикову за ценные замечания, атакже студентам Д.О. Козлову и В.И. Фатееву заактивноеучастиев подготовкеза­ дачникакпечати.

Авторы и издательство будут признательны всем пользовате­ лям задачника, которые сочтут возможным прислатьсвои поже­ лания по улучшению или дополнению его содержания по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, МЭИ, кафедра инженерной экологии и охраны труда.

Тема 1. Одиночныезаземлители (электроды)

Задача 1.Доказать, что сопротивление вертикального стержне­ вого заземлителя R при увеличении его длины L уменьшается больше, чем при увеличении его диаметраd.

Требуется: привести значения сопротивлений и построить кривые(графики) зависимостей R=f(L)nR=f(d).

Указания: за исходный рекомендуется взять стержневой зазем­ лителькруглого сечениядиаметром d=0,01 м; первоначальноеза­ глубление стержня в землю принятьL =2 м; кратность увеличения размеров — 1, 2, 3, 4; удельное сопротивление земли считать р= 100 Омм.

Литература [3,10,13].

Задача 2. Электрический токстекаетв землю черезполушаровой заземлитель. Земляоднородная, ее удельноесопротивлениер.

Требуется:вывести уравнениядлярасчета:

потенциальной кривой (показывающей изменениепотенциала наповерхности земли);

сопротивления заземлителя растеканию тока (сопротивление полушарового заземлителя);

напряжения прикосновения для человека, прикасающегося к заземленной токоведущей части;

напряжения шагадлячеловека,идущеговсторонузаземлителя. Литература [3,10, 13].

Кзадаче 2.Полушаровой заземлитель (электрод) вземле

Задача 3. Известновыражениедлярасчетаконденсаторной ем­ кости двух пластин (т.е. емкости между двумяпластинами) в виде дисков диаметром D, отстоящих друг от друга на расстояние £>0,5/)(табл. П.2).

Требуется: пользуясьуказанным выражением и методом элек­ тростатической аналогии, вывести уравнение для определения

сопротивлениярастеканию токасодиночногозаземлителяв виде диска, лежащегонаповерхности земли.

Литература [3,6, 14].

D

К задаче 3.Заземлитель (электрод) ввиде круглой металлической пластины (диска),лежащей наземле

Задача 4. Сферический электрод, на который по изолирован­ ному проводу подаетсяток, лежитнаднеморянавесьмабольшой глубине, при которой поверхность моря не влияет на характер растеканиятока.

Дано: диаметршараd= 0,2 м; стекающий сшараток/0=300 А; удельное сопротивление воды рв = 1Омм, земли р3= 99 Омм; расстоянияотцентрасферы доточеклит одинаковы /=2 м.

Требуется:определитьпотенциалы (р„ и (рт в точкахлит соот­ ветственно, вывести уравнение и вычислить с его помощью со­ противление растеканию рассматриваемогосферического элект­

род3 ГшЛитература [3,13,14].

Кзадаче 4.Шаровой заземлитель (электрод) надне моря

Задача 5. Определитьсопротивление растеканию токаг3, Ом, с металлического корпуса подводной лодки, которую по форме можноуподобитьэллипсоиду вращенияс размерами а, Ь,с.

Лодка погружена в воду на половинуее высоты и находится в районевесьмабольших глубин и надостаточнобольших расстоя­

ниях отберегов, вследствиечего дно моря и береганеоказывают

влияниянаполетокалодки.

Дано: основные размеры лодки а = 10 м; b = 1,5 м; с = 2 м; удельноесопротивлениеморской воды р =2 Ом м.

Указание: рекомендуется воспользоваться формулой емкости уединенного проводника в форметрехосного эллипсоида враще­ ния(табл. П.2).

Литература [3,6].

Кзадаче S.Заземлитель (электрод) в видетрехосногоэллипсоида вращения, погруженный в водоем

Задача 6 (с решением). Ток/3= 100 А стекаетв землю черезме­ таллический предметнеправильной формы, который можетбыть условно уподоблен шару радиусом г= 0,5 м. Предметпогружен в землю наглубину /,= 3м; токкнему подаетсяпо изолированному проводу. Удельноесопротивлениеземли р = 100 Ом м.

Требуется: определить потенциал <рс на металлическом трубо­ проводе С, проложенном в земленаглубине /2=4 м и нарасстоя­ нии погоризонтали отцентрашараjc= 3 м.

Решение. Известно, что при бесконечно большой глубине по­ груженияшаровогозаземлителяв землю потенциал<рв некоторой точке земли, создаваемый током /3, А, стекающим сзаземлителя, выражаетсяследующей зависимостью

Ф=/3р/(4лх).

Однако в данном случае шар находится вблизи поверхности земли, поэтому дл»решения задачи следует воспользоваться ме­ тодом зеркального изображения. При этом потенциал фс в неко­ торой точке С (трубопровод) будет равен суммепотенциаловфди

Задача 7. С металлического шарарадиусом г= 0,5 м, погружен­ ного в землю на глубину /, = 3 м, стекаетток /3= 80 А, который подаетсяк шару поизолированному проводу.

Требуется: определить потенциал <р0 на поверхности земли в точкеД на расстоянии х = 3 м от вертикали, проходящей через центр шара, и потенциалзаземлителя (шара) <р3Удельноесопро­ тивлениеземли р =90 Омм.

Литература [3,7,14].

Задача 8. В качестве заземлителя использован металлический тонкий диск, который опущен на дно непромерзающего озера весьма большой глубины (при которой поверхность озера не влияет на характер растекания тока с заземлителя). Аварийный токидетк заземлителю по изолированномупроводу.

Дано: диаметр диска D = 1 м; ток, стекающий с диска, /0=471 А; удельное сопротивление воды р, = 50 Ом м; удельное сопротивление земли р3= 100 Ом м; расстояние отцентрадиска доточки AL =2,5 м.

Требуется: определить потенциал (рАточкиА, находящейся на дне озера на расстоянии L от центра диска; вывести формулу и вычислитьс ее помощью сопротивлениег3,Ом, растеканию токас

заземлителя—диска. Литература [3,13,14].

D

К задаче 8.Заэемлитель(электрод) —тонкий металлическийдиск надне водоема

Задача 9. Полушаровой заэемлитель радиусом г размещен на дне водоема (моря, озера, реки) на весьма большой глубине, при которой можно пренебречьвлиянием поверхности воды нахарак-

тер растеканиятокасзаземлителя. Токк заземлителю подаетсяпо изолированномупроводу.

Дано радиус заземлителя г= 0,25 м; удельное сопротивление воды рв=60 Омм; удельноесопротивлениеземли р3= 180 Омм.

Требуется: вывести уравнение и вычислитьсопротивление за­ землителяR^.

Литература (3,7,14 J.

\>.

.-V,---- Вода

я Земля

чУ

Кзадаче 9.Полушаровойзаземлитель(электрод) надне водоема

Задача 10. Сопротивлениерастеканию токаг3, Ом, с одиночно­ го стержневого заземлителя (электрода) круглого сечения, погру­ женного вертикально в землю у ее поверхности, вычисляется по известной формуле

Р | /4L ч Гз 2я£ ПТ ’

где р —удельное сопротивлениеземли, Ом м; L —длинапогружен­ ной в землю части электрода, м;</—диаметр электрода, м.

Требуется: вывести эту формулу методом электростатической аналогии, используя выражение для определения емкости уеди­ ненногопрямолинейногопроводаконечной длины (табл. П.2).

Литература'.[3, 11, 14].

Задача 11. Известна формула расчета электрической емкости уединенной плоской металлической пластины прямоугольной формы размерами а и Ь, расположенной в однородной среде (табл. П.2).

Требуется:пользуясьэтим выражением и методом электроста­ тической аналогии, получить уравнениедлявычислениядиаметра заземлителяв виде металлического диска, лежащего наповерхно­ сти земли и обладающего сопротивлением растеканию тока, рав­

ным сопротивлению растеканию тока прямоугольной пластины, лежащей наземле.

Литература [3,6].

Задача 12. Металлический бак в виде прямоугольного параллелепипеда с ребром квадратного основания а = 1 м и высотой b = 1,5 м погружен в землю так, что он возвышается над уровнем земли навысоту с = 1,0 м.

Требуется:определитьсопротивлениестеканию в землю элек­ трического токасэтого бакаг3,Ом, располагаяформулой длявы­ численияэлектрической емкости уединенногокуба, находящего­ сяв однородной среде(табл. П.2). Удельноесопротивлениеземли

рпринятьравным 100 Ом м. Литература [3,7].

Кзадаче 12.Заземлитель (электрод) —металлический баквформе прямоугольного параллелепипеда,частичнозаглубленного вземлю

Задача 13. Выражение для вычисления конденсаторной емко­ сти двух пластин (т.е. емкости между двумя пластинами) в виде дисков диаметром Д отстоящих друг от друга на расстоянии £>0,5Д приведенов табл. П.2.

Требуется: пользуясьуказанным выражением и методом элек­ тростатической аналогии, вывести уравнениедля расчетасопро­ тивлениярастеканию токасодиночногозаземлителяв видеполу­

круглой тонкой металлической пластины, погруженной в землю наребро.

Литература [3,6].