Приложение к разделу «Пожарная безопасность»

Таблица 5.12

Низшая теплота сгорания некоторых материалов

Горючий материал	QPH, МДж/кг	Горючий материал	QPH, МДж/кг	Горючий материал	QPH, МДж/кг
Сера	9,2	Сажа	15,6	Полиэтиленовый порошок	46,1
Сероуглерод	14,0	Глицерин	1,5	Древесина в изделиях	16,6
Древесная стружка	15,8	Ацетон	1,8	Хлопок	15,7

 

 

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Все случаи поражения человека электрическим током являются результатом замыкания электрической цепи через тело или, иначе говоря, результатом прикосновения человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается, как известно, значением тока, проходящего через человека (I_ч), или же напряжением, под которым оказывается человек-напряжением прикосновения (U_пр). Это напряжение зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима её нейтрали и т.д.

Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0,5…1,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10…15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т.е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим. При силе тока 20…25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы лёгких. Ток силой 100 мА является смертельно опасным, т.к. он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызывая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестаёт работать.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различны. Однако наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами и между одной фазой и землёй. Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй. Применительно к наиболее распространённым трёхфазным сетям первую схему принято называть двухфазным прикосновением, а вторую - однофазным.

Двухфазное прикосновение наиболее опасно, т.к. человек попадает под линейное напряжение, ток идёт по пути «рука – рука» и на его величину не влияют ни сопротивление обуви, пола, ни режим нейтрали сети и т.п. При таком включении ток, проходящий через человека (I_ч,А) (рис. 6.1,б; 6.2,б), находят по формуле:

I_ч = U_л / R_ч, (6.1)

где U_л - линейное напряжение (напряжение между фазными проводами сети), В;

R_ч – сопротивление тела человека, Ом (R_ч ~1000 Ом [30]).

Однако такой способ включения человека в электрическую сеть на практике встречается редко, чаще человек подключается к одной фазе сети.

Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, т.к. на величину тока, проходящего через человека, влияет много факторов: меньшая величина напряжения, сопротивление обуви, пола, режим нейтрали источника питания и режим работы сети (нормальный или аварийный)[31].

Нейтраль это точка соединения обмоток трансформатора или генератора:

а) непосредственно присоединённая к заземляющему устройству (глухозаземлённая нейтраль);

б) не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через аппараты с большим сопротивлением (изолированная нейтраль).

В трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает в себя кроме сопротивления тела человека (R_ч) ещё:

-сопротивление его обуви (R_об), которая составляет 25…5000 кОм для сухой обуви; 0,2…2 кОм - для влажной; для сырой обуви или обуви подбитой металлическими гвоздями R_об® 0;

-сопротивление пола, на котором стоит человек (R_п). Сопротивление сухих полов достигает значения более 2 кОм; для влажных или пропитанных щелочами или кислотами- 4…50 Ом; для сырых или металлических полов R_п ® 0;

-сопротивление заземления нейтрали источника тока (R_о). Согласно /25/, R_о £10 Ом.

При этом все эти сопротивления включены последовательно. Ток, проходящий через человека (рис. 6.1,а), определяется по формуле:

I_ч = U_ф / (R_ч + R_об +R_п +R_о), (6.2)

где U_ф – фазное напряжение (напряжение между началом и концом одной обмотки питающего сеть трансформа т ора (генератора) или между фазным и нулевым проводами сети),В. U_ф = U_л/Ö3.

Напряжение прикосновения (U_пр, В) будет равно:

U_пр = I_ч ^. R_ч = U_ф ^. R_ч / (R_ч + R_об +R_п +R_о), (6.3)

При аварийном режиме (рис. 6.1, в), когда одна фаза сети замкнута на землю, ток, проходящий через ч е ловека, будет равен:

I_ч = U_ф ^. ( r_зм + R_о ^. Ö3) / [(r_зм ^. R_о) + (R_ч+ R_об +R_п) ^. (r_зм + R_о)], (6.4)

где r_зм- сопротивление замыкания, Ом.

Напряжение прикосновени я:

U_пр= U_ф ^. R_ч ^. ( r_зм + R_о ^. Ö3) / [(r_зм ^. R_о) + (R_ч+ R_об +R_п) ^. (r_зм + R_о)]. (6.5)

В трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через сопротивление изоляции проводов сети, которое в исправном состоянии обладает большим сопротивлением. Для этого случая ток, проходящий через человека (рис. 6.2,а), определяется как:

I_ч = U_ф / (R_ч + R_об +R_п +R_из /3), (6.6)

где R_из – сопротивление изоляции фаз относительно земли, Ом. Согласно [30] R_из³0,5 МОм для U_раб < 1000 В или R_из ³10 МОм для U_раб > 1000 В.

 

Рис. 6.1. Опасность трёхфазных электрических цепей с глухозаземлённой нейтралью

 

В случае же аварии (рис.6.2, в), когда сопротивление одной из фаз относительно земли близко к нулю,ток, проходящий через человека, будет равен:

I_ч =Ö3 ^. U_ф / (R_ч + R_об +R_п + r_зм), (6.7)

а напряжение прикосн о вения:

U_пр =Ö3 ^. U_ф ^. R_ч / (R_ч + R_об +R_п + r_зм). (6.8)

 

Рис. 6.2. Опасность трёхфазных электрических цепей с изолированной нейтралью

 

Замыкание провода на землю сопровождается растеканием тока в грунте (рис.6.3,а), что приводит к возникновению нового вида опасности - возможностью поражения человека электрическим током из-за попадания под напряжение шага (U_ш) или под напряжение прикосновения (U_пр).

Напряжение шага (U_ш)- это разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли на расстоянии шага. Радиус зоны напряжения шага ~ 20м (рис. 6.3, в).

Ток, проходящий через тело человека, обусловленный напряжением шага, равен:

I_ч = U_ш / (R_ч + R_об). (6.9)

U_ш = I_з ^. r ^. а / [2 ^. p ^. х^. (х+а)], (6.10)

где I_з – ток замыкания в точке касания провода с землёй, А.

I_з = U_ф / (r_зм + R_р.т.), (6.11)

где R_р.т – сопротивление грунта растеканию тока, Ом;

r - удельное сопротивление грунта, Ом × м (табл.6.1);

а – расстояние шага (а = 0,8 м);

х – расстояние от точки замыкания до ноги человека, м.

Таблица 6.1

Удельное сопротивление грунта при влажности 10 – 20 % [28]

Вид грунта	Песок	Супесок	Чернозём	Суглинок	Глина	Торф
r, Ом ×м

 

Напряжение прикосновения (U_пр)- разность потенциалов между двумя точками, которых одновременно касается человек. В случае замыкания на землю U_пр – разность потенциалов между точкой нахождения электроустановки, которой касается человек (j_з), и точкой грунта, на которой он стоит (j_а) (рис.6.3,б).

Ток, протекающий через человека при прикосновении, равен:

I_ч = U_пр / (R_ч + R_об + R_п). (6.12)

U_пр = j_з - j_а, (6.13)

где j_з – потенциал в точке расположения электроустановки, В;

j_а – потенциал в точке нахождения человека, В.

j_з = I_з ^. R_з, (6.14)

где I_з- ток замыкания, А;

R_з – сопротивление заземлителя (или заземляющего устройства), Ом.

Таблица 6.2.

Формулы для расчёта сопротивления некоторых одиночных заземлителей, Ом /28/

Тип одиночного заземлителя	Расчётная формула
Трубчатый или стержневой у поверхности грунта	Rз=r×ln(4×L/d)/2×p×L
Трубчатый или стержневой в грунте	Rз=r.{ln(2.L/d)+0,5.ln[(4.t+L)/(4.t-L)]} /2.p.L
Протяжённый в грунте	Rз=r . ln(L2/d.t)/2. p.L r- удельное сопротивление грунта, Ом .м (см. табл.6.1); L – длина заземлителя, м (L»2м); d – диаметр заземлителя, м (d = 0,03… 0,05 м). t – расстояние от центра заземлителя до поверхности грунта, м, (t» 1,8 м)

j_а = I_з ^. r / (2^. p ^.х), (6.15)

где х – расстояние между точкой замыкания и местом нахождения человека, м.

 

Рис. 6.3. Растекание тока в грунте (а), напряжение прикосновения (б) и напряжение шага (в)

 

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землёй металлических нетоковедущих частей установок, которые могут оказаться под напряжением при нарушении нормальной работы электроустановки (рис. 6.4). Его назначение - превращение «замыкания на корпус» в «замыкание на землю» с тем, чтобы уменьшить U_пр и U_ш до безопасных величин (выравнивание потенциала).

При использовании в электроустановках в качестве защитной меры защитного заземления, величина тока, протекающего через человека, в случае его касания корпуса электрооборудования, одна из фаз которого пробита на корпус, будет определяться выражением:

для сети с глухозаземлённой нейтралью:

I_ч = U_ф /{ [(R_ч + R_п + R_об) /r_з] ^. (R₀ + r_з)}, (6.16)

где r_з – сопротивление заземляющего устройства (в соответствии с [32] r_з не должно превышать 2-4 Ом при U_раб < 1000 В);

R₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Для сети с изолиро в анной нейтралью:

I_ч = Ö3U_ф / {[(R_ч + R_п + R_об) ^. R_из] / r_з}, (6.17)

где R_из – сопротивление изоляции фаз относительно земли, Ом.

 

Рис. 6.4. Схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью: 1- трансформатор; 2- сеть; 3- корпус токоприёмника; 4- обмотка электродвигателя; 5- заземлитель; 6- сопротивление заземления нейтрали (условно).

Защитное зануление – осуществляется присоединением корпуса или других конструктивных нетоковедущих частей электроустановок к многократно заземленному нулевому проводу. Защитное зануление превращает пробой на корпус в короткое замыкание между фазным и нулевым проводами и способствует протеканию тока большой величины через устройства защиты сети и в конечном итоге быстрому отключению поврежденного оборудования от сети. Защитное зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью.

 

Статическое электричество

В технологических процессах, сопровождающихся трением, измельчением, распылением, фильтрованием, разбрызгиванием и просеиванием диэлектриков (веществ с удельным сопротивлением более 10⁸ Ом×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 = s/(e ^. e₀)_, (6.18)

где s - поверхностная плотность зарядов, Кл/м²;

e - диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м;

e₀ – диэлектрическая постоянная, Ф/м (e₀ = 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 = a ^. W_min, (6.19)

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

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

I_э = 2W_р / (q ^. R_ут) = 2a ^. 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

 

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: