 |
Возможные опасности, связанные с явлениями электризации и атмосферного электричества. Конструкция молниеотвода, расчетные схемы и применяемые меры защиты
|
|
|
|
Возникновение и сохранение зарядов статического электричества (СтЭ) называют электризацией тел.
Заряды СтЭ образуются при деформации (изгибе, растяжении, резании и т.п.) и дроблении твердых тел, разбрызгивании жидкостей, при относительном перемещении (трении) твердых тел, слоев сыпучих и жидких тел, при испарении, сублимации и кристаллизации веществ, при облучении тел ультрафиолетовым светом, рентгеновскими лучами и атомными частицами, при химических реакциях между веществами.
Атомы химических элементов электрически нейтральны, так как содержат одинаковое количество отрицательно заряженных электронов (на орбитах) и положительно заряженных протонов (в ядре атома). Нейтральными в обычных условиях являются все физические тела. Заряды СтЭ образуются в результате перераспределения заряженных частиц (электронов) в телах. В основе механизма перераспределения заряженных частиц лежит явление экзоэлектронной эмиссии (ЭЭ) - вылет электронов за пределы тела.
Общим во всех явлениях, приводящих к возникновению зарядов статического электричества (СтЭ), является сообщение (передача) телам избыточной внутренней энергии; явления различаются только способом передачи энергии. Появление в телах избыточной внутренней энергии приводит к повышению температуры тел относительно окружающей среды.
Процессу электризации тел способствуют такие факторы, как увеличение силового взаимодействия контактирующих тел, увеличение скоростей перемещения твердых, сыпучих и жидких тел, увеличение различия в электросопротивлении тел.
Двойной электрический слой возникает в результате принудительного перераспределения заряженных частиц и в силу этого является неустойчивым образованием. Близкое расположение зарядов противоположных знакдв создает постоянную тенденцию к их релаксации. Движущими силами процесса релаксации являются как силы отталкивания между зарядами одного знака, так и силы притяжения между отрицательными и положительными зарядами. Эти силы можно рассчитать по формуле Кулона
|
|
|
F = q, q 2 / R 2,
где q \ и qi - заряды; R - расстояние между ними. Релаксация зарядов СтЭ происходит преимущественно за счет перемещения электронов, образующих отрицательные заряды.
Релаксация зарядов статического электричества происходит в следующих формах:
1) растекание зарядов по поверхности тела;
2) распределение зарядов в объеме тела;
3) стекание зарядов с поверхности тела в воздух (образование стримеров); при этом в промежутке между телами происходит ионизация воздуха, благодаря чему создаются условия для прохождения искрового разряда;
4) искровые разряды между отрицательными и положительными зарядами на поверхностях тел; эта форма релаксации наиболее эффективна, так как сопровождается массовой рекомбинацией заряженных частиц с образованием нейтральных атомов.
Сохранение зарядов СтЭ во времени зависит в основном от удельного объемного электрического сопротивления р тел. Материалы с р<10° Ом-м практически не электризуются: возникновение и релаксация зарядов происходит примерно с одинаковой скоростью; из таких материалов рекомендуется изготовлять производственное оборудование. Материалы с р> 105 Ом-м (например, капрон, р = 10'2 Ом-м) относятся к полупроводникам и диэлектрикам; они способны долго сохранять заряды на своей поверхности.
Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источником зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. Именно в этом заключается основной опасный фактор статического электричества. По статистическим данным искровые разряды СтЭ являются причиной примерно 60% всех взрывов на взрывопожароопасных производствах.
|
|
|
Согласно ГОСТ 12.1 018-86 "ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая искробезопасность.0бщие требования", характеристиками зажигающей способности разрядов СтЭ являются минимальная энергия и минимальный заряд зажигания.
Степень электризации тела характеризуется величиной его электрического потенциала ср (В) относительно земли. Потенциалы тел измеряют статическим киловольтметром. Электрический заряд тела q ( Кл) равен произведению потенциала на электрическую емкость тела С ( Ф) относительно земли:
q = Сср.
К первой группе мероприятий по защите относятся: уменьшение силового воздействия при работе с материалами и изделиями, уменьшение скоростей перемещения твердых, сыпучих и жидких тел, изготовление контактирующих тел из одного материала или из материалов с близкими электросопротивлениями, добавление в объем диэлектрических материалов токопроводящих примесей (алюминиевая пудра, графитный порошок), нанесение на поверхность тел токопроводящих лакокрасочных покрытий или пленок, добавление в электризующиеся жидкости антистатических добавок (слабых электролитов, например олеата натрия), обработка пленочных материалов антистатиками.
Во вторую группу включаются три мероприятия.
1. Заземление металлического и электропроводного неметаллического производственного оборудования. Заземление обеспечивает отвод образующихся зарядов в землю. Оборудование присоединяют к заземлителю не менее чем в двух точках; сопротивление заземлителя не должно превышать 100 Ом; практически используют готовые заземлители электроустановок. Корпуса автоцистерн заземляют с помощью металлической цепи, постоянно соприкасающейся с землей; во время заправки автоцистерны на базе топлива ее корпус соединяют со стационарным заземлите-
Для защиты человека и исключения разрядов СтЭ с него используются антистатическая одежда и обувь, токопроводящие полы (с удельным сопротивлением не более 10 Ом-м), а также токопроводящая обивка стульев и легкосъемные электропроводные браслеты; обивка стульев и браслеты должны быть заземлены.
|
|
|
Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках - образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.
Степень взрывопожароопасности объектов оценивается по классификации Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты СН 305 - 77 устанавливает три категории устройства молниезащиты (I, II, III) и два типа (А и Б) зон защиты объектов от прямых ударов молнии. Зона защиты типа А обеспечивает перехват на пути к защищаемому объекту не менее 99,5%молний, а типа Б - не менее 95%.
По I категории организуется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов B-I и В-П (см. гл. 20).
По II категории осуществляется защита объектов, относимых по классификации ПУЭ к взрывоопасным зонам классов B-Ia, B-I6 и В-Па.
По III категории организуется защита объектов, относимых по ПУЭ к пожароопасным зонам классов П-1, П-П и П-Па. Импульсное электросопротивление заземлителя для каждого токоотвода на объектах 1 категории защиты должно быть не более 10 Ом. Типовые конструкции заземлителей, удовлетворяющие этому требованию, приведены в инструкции СН 305-77. Защита объектов 111 категории от прямых ударов молнии организуется так же, как для объектов 11 категории, но требования к заземлителям ниже: импульсное электросопротивление каждого заземлителя не должно превышать 20 Ом, а при защите дымовых труб, водонапорных и силосных башен, пожарных вышек-50 Ом.
Задача 4
Рассчитать толщину резиновых прокладок под энергетическую установку для защиты фундамента и рабочего места от динамических воздействий.
| Масса энергетической установки, кг | 160 |
| Число оборотов вала электродвигателя, об/мин | 3000 |
| Масса железнодорожной плиты, кг. | 350 |
| Допустимая нагрузка на прокладку, кгс/см | 4 |
| Динамический модуль упругости, кгс/см | 200 |
Решение:
Найдем частоту вынужденных колебаний:
Y = Q/m = 8,6.
Найдем статическую осадку амортизаторов:
S = Dm/Dn = 50.
Определим частоту собственных колебаний установки на амортизаторах:
|
|
|
Y2=Q/m2 = 18,9.
Соотношение вынужденных и собственных колебаний будет составлять 0,5.
Коэффициент виброизоляции будет равен 4. k = Q/m1/m2 = 1.3
Площадь всех прокладок равна 15.
Исходя из полученных данных, количество прокладок составит 12 штук при их размере 6/10 и толщине 1,7 (Dm/m1/dm2*m2).
Задача 10
Рассчитать строп из стального каната, предназначенного для подъема груза.
| Масса груза, т | 4 |
| Угол ветвей стропа | 2 |
| Угол наклона к вертикали, град. | 30 |
| Коэффициент запаса прочности | 4 |
Решение:
Стропальщики обязаны
соблюдать требования безопасности труда для обеспечения защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов, связанных с характером работы:
расположение рабочих мест вблизи перепада по высоте 1,3 м и более;
передвигающиеся конструкции;
обрушение незакрепленных элементов конструкций зданий и сооружений;
падение вышерасположенных материалов, инструмента.
1. Нарисовать эскиз строповки груза, чаще всего используемого в вашей производственной деятельности.
Рисунок 6 - Эскиз строповки груза
2. Маркировочную группу каната по временному сопротивлению разрыва принимаем равной 180 кгс/мм.
Расчетное разрывное усилие каната в целом определяем по формуле:
R = S * k
где S - нагрузка, действующая на канат, кН (натяжение ветви каната);
k - коэффициент запаса прочности, который для неперегибающихся канатов равен 5, для перегибающихся - 6.
Усилие (натяжение) в каждой ветви строп определяем по формуле:
S = n * Qгр / (m * k)
где n - коэффициент, зависящий от угла наклона α (при α = 30º n = 1,41), Qгр - масса поднимаемого груза, кг; m - число ветвей каната; k - коэффициент неравномерности нагрузки на ветвь стропа, зависящий от числа ветвей (при m = 1…2 k = 1)
S = 1, 41 * 4000/ (2 * 1) = 1410 кН
R = S * k = 1410 * 1 = 1410 кН
4. Подберем по ГОСТ диаметр каната
Диаметр каната стропа равен: 4.8 мм
5. Нормы выбраковки стальных канатов приведены в табл.1
Таблица 1 - Нормы выбраковки стальных канатов
| Конструкция каната | Свивка каната | Число обрывов при первоначальном коэффициенте запаса прочности |
| 6*19 о. с. | Крестовая односторонняя | 12 6 |
| 6*37 | Крестовая Односторонняя | 22 11 |
| 6*61 | Крестовая Односторонняя | 36 18 |
| 18*19 | Крестовая Односторонняя | 36 18 |
Список использованной литературы
1. Бобин Е.В. Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 2003
2. Гражданская оборона на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж-д. транспорта / Под ред. И.И. Юрпольского. - М.: Транспорт, 2001.
3. Охрана окружающей среды: Учебник для техн. спец. Вузов / Под ред. С.В. Белова. - 2-е изд., перер. И доп. - М.: Высшая школа, 2001.
|
|
|
4. Пособие по акустической виброизоляции машин и оборудования. - М.: Стройиздат, 2003
5. Русин В.И. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения: Справочник. -2010
|
|
|
