11. OCHRANA PŘED ÚRAZEM ELEKTRICKÝM PROUDEM. Příklad 11.1

Transkript

1 11. OCHRN PŘED ÚRZEM ELEKTRICKÝM PRODEM Příklad 11.1 Vypočítejte velikost dotykového napětí d na spotřebiči, který je připojen na rozvodnou soustavu 3 50 Hz, 400 V/TN-C, jestliže dojde k průrazu fázového vodiče na kovovou konstrukci podle obr. 1. Ochrana spotřebiče před úrazem elektrickým proudem je provedena samočinným odpojením od zdroje. Odpor uzemnění kovové konstrukce R 2 3 Ω, odpor uzemnění uzlu zdroje R 1 2 Ω. Odpor vodičů při výpočtu zanedbejte R 1 2 Ω d? R 2 3 Ω Obr. 1 Řešení : Náhradní schéma obvodu, kterým bude protékat poruchový proud (I ) je na obr I f 230 V R 2 3 Ω d R 1 2 Ω Velikost dotykového napětí ( d ) je dána úbytkem napětí, který vznikne průchodem poruchového proudu na odporu uzemnění uzlu zdroje (R 1 ). 1

2 Velikost poruchového proudu bude I f R1 + R2 46 Dotykové napětí R I 2 46 d 1 Závěr : Protože vypočtené napětí d (92 V) je větší než dovolená mez trvalého dotykového střídavého napětí dl (50 V) u zařízení do 1000 V, vzniklo průrazem fázového vodiče na kovovou konstrukci nebezpečí úrazu elektrickým proudem pro obsluhu připojených spotřebičů v postižené soustavě. Příklad 11.2 rčete velikost dotykové napětí d na spotřebiči, který má ochranu před úrazem elektrickým proudem samočinným odpojením od zdroje, jestliže se přeruší vodič v místě, jak je nakresleno na obr. 2. Jednofázový spotřebič má výkon P 2,3 kw a je jištěn pojistkou o jmenovité hodnotě I n 16. velikost odporů uzemnění uzlu zdroje a vodiče jsou uvedeny na obr. 2. Spotřebič je připojen na rozvodnou soustavu 3 50 Hz, 400 V/TN-C. Při výpočtu neuvažujte odpory vodičů R 1 5 Ω R 2 15 Ω R s SPOTŘEBIČ 2,3 kw R 3 15 Ω d? Řešení : Obr. 2 Náhradní schéma obvodu pro protékající poruchový proud při přerušení vodiče v místě je nakresleno na obr. 2-1, kde R s je odpor spotřebiče. 2

3 f 230 V R s 23 Ω R 1 5 Ω R 2 15 Ω d R 3 15 Ω Obr. 2-1 Odpor spotřebiče R s o výkonu P 2,3 kw určíme ze vztahu 2 f Rs [Ω ; V; W] P R s Ω Úpravou schématu (viz. obr. 2-2, 2-3) získáme výsledný odpor obvodu a stanovíme poruchový proud, který protéká (při přerušení vodiče ) v obvodu. I 23 Ω 15 Ω f f R výsl 41,75 Ω 3,75 Ω Obr. 2-2 Obr. 2-3 I R f výsl [; V, Ω ] I 230 5, 41, 75 5 Tento poruchový proud vytvoří na odporu R 3 úbytek napětí, který je dotykovým napětím na spotřebiči R 3 [V; Ω, ] d I 15 5, 5 82, 5 d V 3

4 Závěr : Protože dotykové napětí na spotřebiči d 82,5 V je větší než dovolená mez trvalého dotykového střídavého napětí dl 50 V, hrozí při přerušení vodiče v místě nebezpečí úrazu elektrickým proudem pro obsluhu spotřebiči. Příklad 11.3 Zjistěte poměry v soustavě 3 50 Hz, 400 V/TN-C, v níž je použité nedovolená kombinace ochran před úrazem elektrickým proudem. Podle obr. 3 je spotřebič pouze uzemněn, spotřebič B je spojen s uzlem zdroje vodičem. Ochrana před úrazem elektrickým proudem je provedena samočinným odpojením od zdroje. Studujte případ, kdy fázový vodič vlivem poruchy má dotyk na neživou část spotřebiče a respektujte odpor fázového vodiče R f. Další potřebné údaje pro výpočet jsou uvedeny na obr R f 2 Ω L 1 L 2 L 3 R p 3 Ω B 16! dot 20 R 1 7 Ω Řešení : Obr. 3 Náhradní schéma obvodu pro protékající poruchový proud I je nakresleno na obr.3-1. R f R p d R 1 Obr. 3-1 Výsledný odpor obvodu bude R R + R + R Ω výsl f 1 p 4

5 a poruchový proud protékající obvodem bude f 230 I 19, 2 R 12 Ω výsl Povšimněte si, že spotřebič je jištěn pojistkami se jmenovitou hodnotou 20 ; proto se při studované poruše pojistky nepřetaví a porucha stále trvá, aniž by byla odpojena. Poruchový proud vytvoří na odporu R 1, kterým je uzemněn postižený spotřebič, úbytek napětí, jež je dotykovým napětím spotřebiče ( d ) R I 7 19, d 1, V Toto napětí d značně přesahuje hodnotu dovolené meze trvalého dotykového střídavého napětí na spotřebiče do 1000 V ( dl 50 V). Poruchový proud dále vytvoří na odporu R p uzemnění uzlu zdroje úbytek napětí R I 3 19, 2 57, 6 p V Toto napětí dostane proti zemi vodič v celé síti. Proto dotyk na neživé části zařízení, které jsou připojeny na uzel zdroje vodičem je nebezpečný, protože zavlečené napětí je větší než dovolená mez trvalého dotykového střídavého napětí pro spotřebiče do 1000 V. Příklad 11.4 rčete dotykové napětí d, db na strojích, B, které jsou připojeny do soustavy 3 50 Hz, 400 V/TN-C. Před úrazem elektrickým proudem jsou stroje chráněné samočinným odpojením od zdroje : Stroj má neživou část spojenou s uzlem zdroje s uzlem zdroje vodičem, stroj B má neživou část spojenou s uzlem zdroje pouze uzemněním. Stroj B má jednu fázi () proraženou na svou kostru (neživou část). Tato nedovolená kombinace ochran před úrazem elektrickým proudem je nakreslena na obr. 4, kde jsou také uvedeny další údaje potřebné pro výpočet B PE R 1 5 Ω d d B R 2 6 Ω Obr. 4 5

6 Výsledky řešení : Poruchový proud I 20,9, dotykové napětí na stroji B : db 125,4 V. Předřazené pojistky u stroje B (na kterém vznikla porucha) mají jmenovitou hodnotu I n 25 nevypnou a proto na spotřebiči (a celém vodiči ) vznikne trvalé napětí proti zemi; které je rovno dotykovému napětí na stroji ( d ). Dotykové napětí na stroji : d 104,5 V. Toto napětí budou mít všechny neživé části všech spotřebičů, jejichž neživé části jsou spojeny s uzlem zdroje vodičem (proto tato kombinace ochran před úrazem elektrickým proudem není dovolena). Příklad 11.5 rčete velikost dotykového napětí d na spotřebiči, který má ochranu před úrazem elektrickým proudem samočinným odpojením od zdroje, jestliže se přeruší vodič v místě, jak je nakresleno na obr. 5. Jednofázový spotřebič má výkon P 2,3 kw a je jištěn pojistkou o jmenovité hodnotě I n 16. Velikost odporů uzemnění uzlu zdroje a vodiče jsou uvedeny na obr. 5. Spotřebič je připojen na rozvodnou soustavu 3 50 Hz, 400 V/TN-C. Při výpočtu neuvažujte odpory vodičů R 1 5 Ω R 2 15 Ω R s SPOTŘEBIČ 2,3 kw R 3 15 Ω d? R 4 5 Ω Výsledky : Obr. 5 Poruchový proud I 7,54 Dotykové napětí d 28,27 V je menší než dovolená mez trvalého dotykového střídavého napětí pro spotřebiče do 1000 V ( dl 50 V) 6

7 Příklad 11.6 rčete velikost dotykové napětí d na spotřebiči, který má ochranu před úrazem elektrickým proudem samočinným odpojením od zdroje, jestliže se přeruší vodič v místě, jak je nakresleno na obr. 6. Jednofázový spotřebič má výkon P 2,3 kw a je jištěn pojistkou o jmenovité hodnotě I n 16. Velikost odporů uzemnění uzlu zdroje a vodiče jsou uvedeny na obr. 6. Spotřebič je připojen na rozvodnou soustavu 3 50 Hz, 400 V/TN-C. Při výpočtu neuvažujte odpory vodičů R 1 5 Ω R 2 15 Ω R s SPOTŘEBIČ 2,3 kw R 3 15 Ω d? Výsledky : Obr. 6 Poruchový proud I 6,45 Dotykové napětí d 48,6 V (je menší než dovolená mez trvalého dotykového napětí pro elektrická zařízení do 1000 V) Příklad 11.7 rčete velikost dotykového napětí d, db na spotřebičích a B, které jsou připojeny na rozvodnou soustavu 3 50 Hz, 400 V/TN-C. Před úrazem elektrickým proudem jsou spotřebiče chráněny samočinným odpojením od zdroje: spotřebič má neživou část spojenou z uzlem zdroje vodičem a navíc je ještě uzemněn, spotřebič B má neživou část spojenou s uzlem zdroje uzemněním. spotřebiče B došlo k vodivému spojení jedné fáze () s jeho neživou částí. Tato kombinace ochran je nakreslena na obr. 7, kde jsou rovněž uvedeny další potřebné údaje pro provedení výpočtu. 7

8 10 20 B PE R 3 5 Ω d db R 1 5 Ω R 2 6 Ω Obr. 7 Výsledky : Poruchový proud I 27,1 Dotykové napětí na spotřebiči : d 67,75 V Dotykové napětí na spotřebiči B : db 162,6 V Dotykové napětí na obou spotřebičích jsou větší než dovolená mez trvalého dotykového střídavého napětí, avšak při vzniku poruchy dojde k vypnutí spotřebiče a tím také k zániku nebezpečných dotykových napětí na obou spotřebičích. 8