Безопасность жизнедеятельности. Часть I. Учебное пособие

отличается от эффективности при замыкании на землю двух фаз электрической сети.

1. При замыкании одной фазы на землю и равенстве активных и емкостных сопротивлений фаз относительно земли (рис.1) ток замыкания на землю определяется по формуле:

где – Uф фазное напряжение:

ZИ3 -полное сопротивление фазы относительно земли.

I3

R3

Рис.1 Сеть с изолированной нейтралью. Однофазное замыкание на землю

Напряжение прикосновения на теле человека, прикоснувшегося к металлическому корпусу электроприемника, оказавшемуся под напряжением при пробое изоляции и замыкании на корпус, определяется по формуле:

где U3 – напряжение замыкания на землю, т.е. падение напряжения на заземлении;

α1,α2 - коэффициенты прикосновения.

Из формулы (2) видно, что эффективность защитного заземления (напряжение прикосновения) определяется величиной:

U3=I3·R3

или (3)

U3 = 3UФ R3 Z И3

Из формулы (3) видно, что U3, определяющее эффективность защитного заземления, зависит от ZИ3, т.е. полного сопротивления изоляции электрической сети относительно земли.

2. При одновременном замыкании на землю двух фаз электрической сети (рис. 2) ток замыкания на землю определяется по формуле:

I3 = U Л , (4)

R

3

где UЛ = 3 UФ – линейное напряжение, В;

R3=R31+R32 - сумма сопротивлений заземлений фаз, Ом.

Рис.2 Сеть с изолированной нейтралью. Двухфазное замыкание на землю

Из формулы (4) видно, что напряжение прикосновения, определяющее эффективность защитного заземления при одновременном замыкании двух фаз на землю, от сопротивления фаз относительно земли не зависит, а определяется линейным напряжением.

В сети с глухозаземленной нейтралью (рис. 3) ток за-

мыкания на землю определяется по формуле:

где UФ – фазное напряжение;

R0 -сопротивление заземления нейтрали;

R3 -сопротивление заземления приемника энергии;

Рис. 3. Сеть с заземленной нейтралью. Однофазное замыкание на землю

По формуле (5) ток замыкания на землю определяется как для замыкания одной фазы на землю, так и для одновременного замыкания двух фаз на землю. Напряжение прикосновения при этом определяется по формуле:

123

Из формулы (7) видно, что напряжение прикосновения всегда меньше фазного напряжения UФ и что эффективность защитного заземления зависит от отношения:

Порядок выполнения работы

Исследование эффективности защитного заземления производится на стенде ОТ-10. Принципиальная схема приведена на рисунке 4.

Изучить содержание работы.

Изучить расположение органов управления на стенде.

Рис. 4. Схема электрической установки ОТ-10

124

7.4.Переключатели В4 и В6 установить в разные фазы

всоответствии с номером варианта задания.

7.5.Включить тумблеры В5 и В7 т.е. заземлить оба

корпуса.

7.6.Нажать на кнопки Кн1 и Кн2, замкнув обе разные фазы на корпуса Корп.1 и Корп.2 и записать показания приборов в протокол 2.

Сеть с заземленной нейтралью. Однофазное и двухфазное замыкание на землю

8.В ранее собранную схему внести следующие изме-

нения:

8.1.Заземлить нейтраль, В3 поставить в положение «включено».

8.2.Выключить нулевой провод, В3 поставить в положение «отключено».

8.3.Для замера напряжения фаз относительно земли включать вольтметр с пределом 150 В в Гн3, Гн10 для фазы

Аи Гн12, Гн18 для фазы В, включать поочередно, показания вольтметров записать с табл.4.

8.4.Переключатель В4 поставить в положение А, а переключатель В6 в положение «отключено».

8.5.Вольтметры с пределом 150 В включить в Гн3, Гн10 и Гн12, Гн18, а амперметры с пределом 0,2 А в Гн7, Гн8 и Гн15, Гн16.

8.6.Для измерения напряжения нейтрали относительно земли включить вольтметр в гнезда Гн1, Гн2.

8.7.Произвести замыкание фазы на корпус нажатием кнопки Кн1, снять показания 2-х вольтметров и амперметра, т.е. напряжение корпуса (корп.1 относительно земли), напряжение нейтрали относительно земли и ток в цепи заземления, показания приборов записать в протокол 3.

8.8. Переключатель В6 поставить в положение В, нажать на кнопки Кн1 и Кн2, т.е. корпуса Корп.1 и Корп.2 замкнуть на разные фазы и записать показания в протокол

3.

Меры безопасности при выполнении работы

1.Все работы на стенде проводить с разрешения преподавателя. Стенд самостоятельно не вскрывать.

2.Присоединение и отсоединение измерительных приборов, а также изменения в схеме, требующие пересоединения проводников должны производиться при отключенной схеме. Схема отключается выключателем В1.

3.Для обеспечения безопасной работы со стендом необходимо соединить клемму Кл1 с контуром заземления.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Схемы сети с изолированной нейтралью (рис. 2) и сети с заземленной нейтралью (рис. 3).

3.Протоколы с экспериментальными данными.

4.Сравнительная оценка эффективности защитного заземления в сетях с изолированной и заземленной нейтралью при замыкании одной фазы на землю и при замыкании одновременно двух фаз на землю.

Продолжение табл. 1 1

Примечание. Активные сопротивления RA,B,C,H изменяются в пределах от 10 кОм до 110кОм, при этом первая позиция переключателей

составляет 10 кОм. Емкости CA,B,C,H изменяются в пределах от 0 до 0,1 мкФ, при этом первая позиция переключателей составляет 0,01 мкФ.

Протокол 1 Результаты измерений в электрической сети с изолированной

нейтралью при замыкании на землю одной фазы

Протокол 2 Результаты измерений в электрической сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю одновременно двух фаз

129

Протокол 3 Результаты измерений в электрической сети

с заземленной нейтралью

Лабораторная работа 11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ

ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

Цель работы

Научиться определять температуру вспышки горючих жидкостей и категории пожарной опасности производства.

Основные положения

На предприятиях народного хозяйства находят широкое применение легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, которые при определенных условиях могут способствовать возникновению пожаров.

Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.

Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой над поверхностью его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточна для последующего горения.

130

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Температура воспламенения – самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

Температура вспышки всегда меньше температуры воспламенения данной жидкости, поэтому пожарная опасность жидкости характеризуется температурой вспышки. Чем ниже температура вспышки паров, тем эта жидкость более пожароопасная.

Взависимости от температуры вспышки паров жидкости делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой вспышки до 61ºС и горючие (ГЖ) с температурой вспышки выше 61ºС.

Всоответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) пары ЛВЖ относятся к взрывоопасным.

Каждая пожароопасная жидкость в зависимости от температуры вспышки ее паров должна храниться и эксплуатироваться в специальных условиях.

По температуре вспышки паров жидкости определяют степень пожарной опасности производств. Классификацию производств по пожарной опасности осуществляют в соответствии со СниП 11-М.2-72.

Для жидкостей с определенным химическим составом приближенную величину температуры вспышки можно получить из уравнения:

где tвсп. – температура вспышки паров жидкости, ºС; tк - начальная точка кипения жидкости, ºС;

К – число опасности вещества (если К>0, пары воспламеняются, при К<0 воспламенение отсутствует).

Температура вспышки для жидкостей с неопределенным химическим составом может быть определена по приближенной формуле:

где ТВ - температура вспышки, ºК; TК - температура кипения, ºК.

Пример: tК бензола 80.1 ºC, для других веществ см.

табл.2. ТК = 273+80,1=353,1 ºК; ТВ = 0,736*353,1=260 ºК или tвсп. =260-273=-13 ºC (по справочнику –14 ºC),

где tвсп. – истинная температура вспышки.

Истинная температура (ºC) вспышки исследуемой жидкости:

где t – расчетная температура вспышки, ºС

∆t - поправка на атмосферное давление (табл.3).

Применяемые приборы

1.Прибор типа ПВНЭ с электронагревом (рис.1), предназначенный для определения температуры вспышки паров горючих жидкостей.

2.Термометры с пределами измерений от 20 до 100 ºС

иот 20 до 300 ºС.

3.Барометр.

Рис. 1. Прибор ПВНЭ:

1-создушная нагревательная ванна с электронагревателем; 2 – мешалка с гибким валиком; 3 – латунный фитиль, который служит резервуаром для наполнения испытуемой жидкости; 4 – крышки тигля, на котором укреплены заслонки с механизмом открывания; 5 – термометр

Порядок выполнения работы

1.Изучить устройство прибора ПВНЭ.

2.Рассчитать температуру вспышки горючей жидко-

сти.

3.Установить тигель с горючей жидкостью в нагревательную ванну. Вставить и закрепить термометр.

4.Включить электронагреватель, по мере нагрева жидкости периодически перемешивать ее мешалкой, и при температуре жидкости на 20…30 ºС ниже предполагаемой тем-

133

пературы вспышки (табл. 4) прибор отключить. При температуре на ниже температуры вспышки проводить испытание на вспыхивание при непрерывном перемешивании мешалкой.

5.Зажечь фитиль зажигательного приспособления и через каждые 2-3 ºС повышения температуры жидкости пробовать вызвать вспышку, поворачивая рычаг механизма открывания заслонки по часовой стрелке. Отверстие крышки разрешается оставлять открытым не более 1с. За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над поверхностью нефтепродукта.

6.Охладить жидкость с помощью вентилятора на 20…30ºС ниже полученной экспериментальной температуры вспышки и эксперимент повторить.

7.Температура вспышки испытуемого нефтепродукта определяется по формуле:

где t1 – температура вспышки жидкости при первом опыте,

0С;

t2 – температура вспышки жидкости при втором опыте,

0С.

Результаты исследований внести в табл. 5.

Меры безопасности при выполнении лабораторной работы

Не разрешается нагревать горючие жидкости до температуры самовоспламенения.

В случае воспламенения горючей жидкости (при возникновении пожара) необходимо:

134

1.Выключить вентиляцию и нагревательные приборы;

2.Вынести все сосуды с горючими жидкостями;

3.Применить для тушения песок.

Таблица 1

Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования СНиП 11-90-81

Производства подразделяются по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности на следующие категории:

Взрывопожароопасные А. Горючие газы, нижний концентрационный предел вос-

пламенения которых 10% и менее; жидкости с температурой вспышки паров до 28 ºС, образующие взрывоопасные смеси; горючие вещества способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и друг с другом.

Б. Горючие газы, нижний предел воспламенения которых, более 10%; жидкости с температурой вспышки паров от 28 до 61ºС; жидкости, нагретые в условиях производства до температуры вспышки и выше; горючие пыли или волокна, нижний предел воспламенения которых и 65 г/м3 и менее.

Пожароопасные В. Жидкости с температурой вспышки паров выше 61ºС;

горючие пыли или волокна, нижний предел воспламенения которых более 65 г/м3 ; вещества , способные гореть только при взаимодействии с водой, кислородом или друг с другом; твердые сгораемые вещества и материалы.

Г. Несгораемые вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого

135

тепла; искр и пламени; твердые жидкие и газообразные вещества, которые сжигаются или употребляются в качестве топлива.

Д. Несгораемые вещества и материалы в холодном состоянии.

Таблица 3 Поправки в ºС в зависимости от барометрического давления

Таблица 4

Температура вспышки жидкости

(ГОСТ 12.1.004-76)

136

Лабораторная работа 12 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТУШЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ЗАЗОРЕ

Цель работы

Исследовать процесс тушения пламени в зазоре электрооборудования во взрывонепроницаемом исполнении.

Основные положения

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЗ) взрывоопасной зоной называется помещение или ограниченное пространство в помещении, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси, т.е. смесь воздуха с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючими пылями или волокнами. К ЛВЖ относятся жидкости, температура вспышки паров которых не выше 61ºС.

С целью предотвращения появления источников воспламенения во взрывоопасных зонах применяют специальные виды электрооборудования, т.е. такие, которые не могут служить причиной возникновения взрывов.

137

Все виды электрооборудования согласно ПУЭ подразделяются на электрооборудование взрывозащищенного и нормального исполнения.

Во взрывоопасных зонах разрешается применять только взрывозащищенное электрооборудование. Взрывозащищенное электрооборудование подразделяют по категориям, группам и температурным классам (табл. 1.2). Одним из видов взрывозащиты электрооборудования и защиты от распространения пламени по производственным коммуникациям являются огнепреградители. Принцип действия одних из них основан на гашении пламени в узких каналах. Такой же принцип работы у щелевой защиты взрывонепроницаемого электрооборудования, когда оборудование имеет оболочку или корпус с определенными фланцевыми зазорами между поверхностями прилегания.

Газы, образовавшиеся в результате взрыва внутри оболочки, выходя под давлением взрыва в узкую щель, расширяются, при этом теплоотдача в окружающую среду превышает тепловыделение, чем предупреждается воспламенение горючей смеси пламенем, выбрасываемым через фланцевые зазоры. Величина зазора должна быть не меньше тушащего для данной смеси паров и газов и зависит только от свойств этой горючей смеси и не зависит от материала, из которого сделана щелевая защита, и от ее длины.

Максимальный зазор между фланцами, через который не проходит передача взрыва в окружающую среду, при любой концентрации горючего вещества в воздухе называется безопасным экспериментальным зазором (БЭМЗ).

По величине БЭМЗ взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории (табл. 1)

По теории пределов распространения пламени Зельдовича Я.Б. следует, что гашение пламени в узких каналах достигается при условии:

138

где РеКР - критическое значение числа Пекле;

UH - нормальная скорость распространения пламени,

м/с.

dКР - критический диаметр тушащего канала, м;

а - коэффициент температуропроводности исходной смеси, м/с2.

Эквивалентный критический размер кольцевой цели определяется из соотношения:

где Д - средний диаметр конического отверстия между ис-

следуемыми камерами.

Д = 25*10-3,м.

Исследования показывают, что для многих горючих веществ РеКР = 55-70.

Из уравнения (2) рассчитывается величина тушащего зазора. Значение задается преподавателем. (Ре=55, 60, 65, 70).

Для экспериментальной проверки вычисленного зазора необходимо рассчитать стехиометрическую концентрацию горючей смеси с воздухом в объемных долях. Стехиометрической называется горючая смесь, которая не содержит в избытке ни горючих компонент ни окислитель и определяется по формуле:

139

где mr,mO2,mN2– стехиометрические коэффициенты горючего, кислорода и азота определяемые из уравнения горения. Реакции горения некоторых веществ даны в табл. 3.

Объем горючей смеси, необходимой для получения стехиометрической смеси, заполняющей полости, рассчитывается по формуле:

где М – молекулярная масса;

Vn- объем каждой полости, л (в нашем случае – 1л); γж- удельная плотность испытываемой жидкости, г/л; Vt- объем грам-молекулы, л (принять = 24,05 л).

Величины молекулярной массы, удельной плотности и других горючих жидкостей приведены в табл. 4.

Порядок выполнения работы

Жидкое горючее вещество задается преподавателем. Выполнить расчеты по приведенным выше формулам (1-4). Включить стенд кнопкой 6 (рис. 1). Перед началом работы продуть полости воздухом в течение 5-10 с, нажав кнопку 4. Поднять щиток 1, через отверстия штуцеров 5 (рис.1) залить мерной пипеткой в полости жидкое горючее вещество в количестве, рассчитанном по формуле (4). После этого под пластины 3 выхлопных штуцеров заложить листки плотного материала, например кальку или бумагу. Для полного испарения залитой жидкости внутри полости необходимо выждать 1-2 мин.

140