Статическое электричество

В технологических процессах, сопровождающихся трением, измельчением, распылением, фильтрованием, разбрызгиванием и просеиванием диэлектриков (веществ с удельным сопротивлением более 10⁸Омм), на самих материалах и на оборудовании могут образовываться статические электрические заряды, создающие потенциалы до десятков киловольт.

Напряжённость возникающего электростатического поля (Е, В/м) определяется, как:

Е = /(^.₀)_, (6.18)

где  - поверхностная плотность зарядов, Кл/м² ;

 - диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м ;

₀ – диэлектрическая постоянная, Ф/м (₀ = 8,85 ^.10 ^-12 Ф/м).

Статическое электричество в производственных условиях представляет пожарную опасность, поскольку возникающие искровые разряды могут вызвать воспламенение горючих сред. Если энергия, развиваемая электростатическим разрядом (W_р, Дж), превышает минимальную энергию воспламенения горючей среды (W_min, Дж), то в производственном помещении может возникнуть аварийная ситуация. Условие безопасности может быть записано:

W_р =  ^.W_min, (6.19)

где  - коэффициент безопасности, который выбирается из реальных производственных условий (  1). При отсутствии данных можно принять  = 0,4.

Ток электризации при транспортировке сыпучих диэлектрических материалов по трубопроводам, необходимый для инициирования искрового разряда, равен:

I_э = 2W_р / (q ^.R_ут) = 2 ^.W_min /(q ^.R_ут) _, (6.20)

где q – электрический разряд, Кл;

R_ут - сопротивление утечки на землю (сопротивление заземляющего устройства),Ом.

Одним из основных методов предупреждения воспламенения веществ разрядами статического электричества с проводящих поверхностей является заземление оборудования. При этом сопротивление заземляющих устройств, применяемых только для защиты от статического электричества, не должно превышать 100 Ом (R_ут  100 Ом).

Таблица 6.3

Минимальные энергии воспламенения некоторых веществ

Вещество	Wmin, Дж	Вещество	Wmin, Дж
Ацетилен	1,1.10-5	Циклопропан	2,3.10-4
Бензол	2,1.10-4	Цинковая пыль	0,65
Бензин	1,5.10-4	Цирконий (пыль)	5.10-3
Аммиак	0,68	Этан	2,4.10-4
Диэтиловый эфир	1,9.10-4	Этилен	2,9.10-4
Полистирол (пыль)	1,5.10-2	Ацетон	1,21.10-3

Задачи к разделу «Электробезопасность»

1. Оценить величину силы тока, проходящего через человека при однофазном включении его в электрическую сеть с изолированной нейтралью. Режим работы сети нормальный. Как изменится сила тока, проходящего через человека, в случае аварийного режима? Каковы будут последствия включения человека в электрическую цепь? В расчётах принять: человек стоит на металлическом полу в сырой обуви; сопротивление изоляции фаз относительно земли 3^.10⁶Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; линейное напряжение сети 380 В.

2. Оценить величину силы тока, проходящего через человека при однофазном включении его в электрическую сеть с изолированной нейтралью:

а) при нормальном режиме работы сети;

б) в аварийном режиме.

В расчётах принять: сопротивление обуви 45 кОм; сопротивление пола 100 кОм; сопротивление изоляции фаз относительно земли 0,5 ^.10⁶Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; линейное напряжение сети 380 В.

Каковы будут последствия включения человека в электрическую цепь в том и другом случае, если он стоит на металлическом полу в сырой обуви.

3. Оценить опасность включения человека в электрическую цепь с глухозаземлённой нейтралью в нормальном и аварийном режимах работы сети, если:

а) человек стоит на деревянном полу (сопротивление пола 100 кОм) в токонепроводящей сухой обуви ( сопротивление обуви 45 кОм);

б) человек стоит на металлическом полу в обуви, подбитой металлическими гвоздями.

В расчётах принять: сопротивление заземления нейтрали источника тока 2 Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; линейное напряжение сети 380 В.

4. В каком случае напряжение, под которым окажется человек, при однофазном включении его в электрическую сеть с глухозаземлённой нейтралью в аварийном режиме работы достигнет максимальной величины:

а) когда сопротивление заземления нейтрали источника тока 0;

б) когда сопротивление замыкания проводов на землю 0.

В расчётах принять: сопротивление заземления нейтрали источника тока и сопротивление замыкания равны 1 Ом; сопротивление пола и обуви близки нулю; линейное напряжение сети 380 В.

5. Оценить целесообразность использования защитного заземления корпуса электрооборудования для электрической сети переменного тока:

а) с глухозаземлённой нейтралью;

б) изолированной нейтралью

с целью – снизить до безопасной величины силу тока, протекающего через человека, касающегося корпуса электрооборудования, одна из фаз которого пробита на корпус.

В расчётах принять: сопротивление заземления нейтрали источника тока 1 Ом; сопротивление заземляющего устройства 1 Ом; сопротивление изоляции фаз относительно земли 1^.10⁶Ом; линейное напряжение сети 380 В.

6. При работе с заземлённым технологическим оборудованием произошёл пробой фазы на корпус (питание оборудования осуществляется от электрической сети с изолированной нейтралью). Оценить силу тока, проходящего через человека, касающегося корпуса этого оборудования. Как изменится искомая величина, если заземляющий контур технологического оборудования будет неисправен (обрыв цепи заземления)?

В расчётах принять: сопротивление изоляции фаз относительно земли 2^.10⁶Ом; сопротивление заземляющего устройства 1 Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; сопротивление пола и обуви равны нулю; линейное напряжение сети 380 В.

7. В результате нарушения техники безопасности произошло двухфазное включение одного из работающих в электрическую сеть, а другой рабочий включился в эту же электрическую сеть однофазно (3-х фазная электрическая сеть с изолированной нейтралью). Линейное напряжение сети 380 В, режим аварийный. Какому из работающих потребуется срочная медицинская помощь, если сопротивление пола 2 кОм, сопротивление обуви 500 кОм, сопротивление замыкания 10 Ом?

8. В результате нарушения техники безопасности произошло двухфазное включение одного из работающих в электрическую цепь, а другой работающий включился в эту же электрическую цепь однофазно (трёхфазная четырёхпроводная электрическая сеть с глухозаземлённой нейтралью, аварийный режим, линейное напряжение сети 380 В). Какому из работающих потребуется срочная медицинская помощь?

В расчётах принять: сопротивление заземления нейтрали источника тока 1 Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; сопротивление пола и обуви равны нулю.

9. На открытой технологической площадке произошёл обрыв воздушной электрической сети с замыканием одного из проводов на грунт. Определить силу тока, проходящего через человека, если он находится на расстоянии 2,2 м от упавшего провода.

В расчётах принять: удельное сопротивление грунта 200 Ом ^.м; сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; линейное напряжение сети 380 В; сопротивление обуви 3000 Ом, сопротивление замыкания 2 Ом.

10. На открытой технологической площадке произошёл обрыв воздушной электрической сети с замыканием одного из проводов на землю. Какому из работающих потребуется срочная медицинская помощь, если один находится на расстоянии 5 м от упавшего провода, а другой на расстоянии 10 см.

В расчётах принять: удельное сопротивление грунта 200 Ом ^.м; сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; линейное напряжение сети 380 В; сопротивление обуви рабочих 4000 Ом, сопротивление замыкания 4 Ом.

11. На открытой технологической площадке произошёл обрыв воздушной электрической сети с замыканием одного из проводов на грунт. Оценить степень поражения человека электрическим током, стоящего во влажной обуви на расстоянии 2 м от упавшего провода, если:

а) грунт- глина;

б) грунт- песок.

В расчётах принять: сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; линейное напряжение сети 380 В; сопротивление обуви 200 Ом, сопротивление замыкания 3 Ом.

12. В результате неправильной эксплуатации электродвигателя произошёл пробой фазы на корпус (3-х фазная сеть, линейное напряжение 380 В). Какова степень поражения человека электрическим током, если расстояние между точкой заземления и электродвигателем равно:

а) 15 м;

б) 0,5 м.

В расчётах принять: удельное сопротивление грунта 200 Ом ^.м; сопротивление грунта растеканию тока 11 Ом; сопротивление обуви 50000 Ом; сопротивление замыкания 2 Ом; длина заземлителя 2 м; диаметр заземлителя 0,05 м; заземлитель стержневой в грунте.

13. В результате неправильной эксплуатации электродвигателя произошёл пробой фазы на корпус (3-х фазная сеть, линейное напряжение 380 В). Найти величину силы тока, проходящего через человека, касающегося корпуса неисправного электродвигателя, если тип одиночного заземлителя:

а) стержневой в грунте;

б) стержневой у поверхности грунта;

в) протяжённый в грунте.

Сделать заключение: влияет ли тип одиночного заземлителя на степень поражения человека электрическим током?

В расчётах принять: расстояние между точкой заземления и электродвигателем 10 м; грунт – суглинок; сопротивление грунта растеканию тока 11 Ом; сопротивление обуви 300000 Ом; сопротивление замыкания 3 Ом; длина заземлителя 2 м; диаметр заземлителя 0,03 м.

14. Технологическое оборудование в цехе приводится в действие двумя электродвигателями (3-х фазная сеть с изолированной нейтралью, линейное напряжение 380 В), заземлёнными на общий одинарный протяжённый в грунте заземлитель. В результате пробоя статорной обмотки на корпус оба двигателя оказались под напряжением. Во сколько раз сила тока, проходящего через человека, касающегося корпуса второго из двигателей, будет больше, чем первого, если 1-й двигатель расположен на расстоянии 1 м от заземлителя, а второй на расстоянии 20 м от заземлителя.

В расчётах принять: сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; удельное сопротивление грунта 100 Ом ^.м; сопротивление обуви 5000 Ом; сопротивление замыкания 2 Ом; длина заземлителя 2 м; диаметр заземлителя 0,05 м.

15. Двое рабочих оказались в зоне действия поля растекания тока на расстоянии 15 см от места замыкания одного из фазных проводов на землю (х = 0,2 м). Оценить степень поражения рабочих электрическим током, если один обут в сухую обувь (сопротивление обуви 50000 Ом ), а другой в сырую (R_об0). В расчётах принять: грунт – чернозём; сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; сопротивление замыкания 2 Ом; линейное напряжение сети 380 В.

16. Рассчитать величину сопротивления заземляющего устройства, чтобы в аварийной ситуации (пробое фазы на корпус электродвигателя) сила тока через человека не превышала допустимой величины - 5 мА. В расчетах принять: 3-х фазная сеть с изолированной нейтралью (U_л= 380 В), расстояние от электродвигателя до заземлителя 5 м, удельное сопротивление грунта 100 Омм; сопротивление грунта растеканию тока 10 Ом; сопротивлением корпуса электродвигателя и фазных проводов пренебречь.

17. При транспортировке пневмотранспортом диэлектрического порошкообразного материала в приёмный бункер вносится заряд 1^.10^–2Кл. Ток электризации, необходимый для инициирования искрового разряда с бункера, составляет 0,5 мА. Отвечает ли имеющееся заземляющее устройство, применяемое только для защиты от статического электричества, условиям взрывопожарной безопасности, если в воздухе рабочей зоны присутствуют пары ацетона.

18. В каком случае сила тока, проходящего через человека, будет больше, если при замыкании фазы на землю (линейное напряжение сети 380 В) двое рабочих оказались в зоне действия поля растекания тока? Один из рабочих находится на расстоянии 1м от точки замыкания, а 2-й на расстоянии 10 м.

В расчётах принять: сопротивление грунта растеканию тока 11 Ом; удельное сопротивление грунта 100 Ом ^.м; сопротивление замыкания 2 Ом; сопротивление обуви рабочих одинаково и равно 9^.10³Ом.

19. При транспортировке пневмотранспортом диэлектрического порошкообразного материала в приёмный бункер вносится заряд 1^.10 ^–2Кл. Ток электризации, необходимый для инициирования искрового разряда равен 0,7 мА. Для устранения разрядов статического электричества используется заземление электрооборудования. Сопротивление заземляющего устройства равно 60 Ом. Оценить степень возникновения в производственном помещении аварийной ситуации, если в воздухе рабочей зоны одновременно присутствуют пары ацетилена и аммиака.

20. Рассчитать, какое сопротивление пола обеспечит протекание через человека тока, не превышающего порогового ощутимого при его однофазном включении в электрическую сеть с глухозаземлённой нейтралью при нормальном режиме работы сети.

В расчётах принять: линейное напряжение сети 380 В; сопротивление обуви 2 кОм.

21. Оценить степень опасности по величине силы тока, проходящего через человека при однофазном включении его в электрическую сеть с глухозаземлённой нейтралью. Режим работы сети нормальный. Как изменится сила тока, проходящего через человека, в случае аварийного режима? Каковы будут последствия включения человека в электрическую цепь?

В расчётах принять: человек стоит на пропитанном щёлочью полу в сырой обуви; сопротивление замыкания 1 Ом; сопротивление заземления нейтрали источника тока 1 Ом; линейное напряжение сети 380 В.

22. Технологическое оборудование в цехе приводится в действие двумя электродвигателями (3-х фазная сеть с изолированной нейтралью, линейное напряжение 380 В), заземлёнными на общий стержневой в грунте заземлитель. В результате пробоя статорной обмотки на корпус оба двигателя оказались под напряжением. Во сколько раз сила тока, проходящего через человека, касающегося корпуса второго из двигателей, будет больше, чем первого, если 1-й двигатель расположен на расстоянии 1 м от заземлителя, а второй на расстоянии 15 м от заземлителя.

В расчётах принять: грунт - суглинок; сопротивление грунта растеканию тока 100 Ом; сопротивление замыкания 4 Ом; сопротивление обуви 10 кОм; длина заземлителя 2 м; диаметр заземлителя 0,04 м.

23. В каком случае сила тока, проходящего через человека, будет больше, если при замыкании фазы на землю (линейное напряжение сети 380 В) двое рабочих оказались в зоне действия поля растекания тока? Первый рабочий стоит на расстоянии 2м от точки замыкания в сухой обуви, а 2-й на расстоянии 10 м в сырой обуви. В расчётах принять: сопротивление грунта растеканию тока 11 Ом; удельное сопротивление грунта 100 Ом^.м; сопротивление замыкания 3 Ом.

24. Каким сопротивлением должна обладать обувь, чтобы при прикосновении человека к заземлённому корпусу электроустановки через него проходил безопасный ток (0,5 мА). Расчёт провести для двух случаев: а) электроустановка питается от сети с глухозаземлённой нейтралью; б) электроустановка питается от сети с изолированной нейтралью. В расчётах принять: линейное напряжение сети 380 В; человек стоит на влажном полу.

25. При работе с заземлённым технологическим оборудованием произошёл пробой фазы на корпус (питание оборудования осуществляется от электрической сети с глухозаземлённой нейтралью). Оценить силу тока, проходящего через человека, касающегося корпуса этого оборудования. Как изменится искомая величина, если заземляющий контур технологического оборудования будет неисправен (обрыв цепи заземления)?

В расчётах принять: сопротивление заземления нейтрали источника тока 2 Ом; сопротивление заземляющего устройства 1 Ом; сопротивление замыкания 1 Ом; сопротивление пола и обуви равны нулю; линейное напряжение сети 380 В.